Сейсмические приборы: статья

Инструментальные методы расширения амплитудно-частотной характеристики геофона
А.Н. БЕСЕДИНА
Н.В. КАБЫЧЕНКО
Д.В. ПАВЛОВ
С.Г. ВОЛОСОВ
Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН
Журнал: Сейсмические приборы
Том: 55
Номер: 3
Год: 2019
Страницы: 5-23
УДК: 550.34.03
DOI: 10.21455/si2019.3-1
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: геофон, амплитудно-частотная характеристика, инструментальная схема, отрицательное сопротивление, затухание, передаточная функция
Аннотация: Для решения различных инженерных задач часто требуется регистрация сигналов в диапазоне 0.1-2000 Гц. Нижняя граница этого диапазона выходит за пределы рабочей полосы геофонов. В данной работе рассмотрено расширение частотных характеристик геофона двумя способами: путем перемножения передаточных функций и путем введения отрицательного сопротивления. Оценены пределы применимости этих методов. Верхний предел скорости, регистрируемой геофоном, определяется зазором, в котором катушка смещается относительно рамки датчика. Нижний предел зависит от общего инструментального шума измерительного канала, основной вклад в который вносят броуновский шум механической колебательной системы и шум измерительной схемы. Прототип устройства был построен на основе перемножения передаточных функций. С помощью лабораторных измерений на вибрационном столе и записей микросейсмического шума было показано, что модифицированный геофон работает как датчик скорости с собственной частотой 2 Гц. Это значение зависит от микросейсмических условий места размещения измерительной системы. При регистрации сейсмичности с помощью модифицированного геофона удалось зарегистрировать массовые взрывы в камерах шахты и карьерные взрывы в диапазоне частот до 2 Гц. Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод, что модифицированный геофон можно использовать для мониторинга локальной и региональной сейсмичности в качестве аналога короткопериодных сейсмометров.
Список литературы: Абрахамс Дж., Каверли Дж. Анализ электрических цепей методом графов. М.: Мир, 1967. 176 с.

Взрывы и землетрясения на территории Европейской части России / Под ред. В.В. Адушкина, А.А. Маловичко. М.: ГЕОС, 2013. 384 с.

Adushkin V.V., Rodionov V.N., Turuntaev S.B., Yudin A.E. Seismicity in the oil field // Oilfield Review. 2000. V. 12, N 2. P.2-17.

Adushkin V.V., Ovchinnikov V.M., Sanina I.A., Riznichenko O.Yu. Mikhnevo: from seismic station No. 1 to a modern geophysical observatory // Izvestiya Phys. Solid Earth. 2016. V. 52, N 1. P.105-116. doi: 10.1134/S1069351315060014

Aki K., Richards P.G. Quantitative seismology: Theory and methods. V. 1, 2. W.H. Freeman and Co, 1980.

Al-Alaoui M.A. Low-frequency differentiators and integrators for biomedical and seismic signals // Circuits and systems I: fundamental theory and applications, IEEE Transactions on. 2001. V. 48, N 8. P.1006-1011.

Arosio D., Longoni L., Papini M., Zanzi L. Seismic characterization of an abandoned mine site // Acta Geophysica. 2013. V. 61, N 3. P.611-623. http://dx.doi.org/10.2478/s11600-012-0090-0

Azwina I.N., Saadb R., Nordianac M. Applying the Seismic Refraction Tomography for Site Characterization // APCBEE Procedia. 2013. V. 5. P.227-231.

Besedina A.N., Kabychenko N.V., Kocharyan G.G., Pavlov D.V. Correction of frequency characteristics of seismic sensors and noise of corresponding measuring channels // Seismic Instruments. 2012. V. 48, N 1. P.51-56.

Besedina A.N., Kabychenko N.V. Rationale for applying short-period sensors with extended frequency response for recording strong earthquakes // Seismic Instruments. 2017. V. 53, N 1. P.19-27. https://doi.org/10.3103/S0747923917010029

Boulaenko M.E. Novel tools for research and education in seismology. MS Thesis University of Bergen, Bergen, Norway. 2002.

Craig M.S., Ronald L. Genter Geophone array formation and semblance evaluation // Geophysics. 2006. V. 71, N 1. P.Q1-Q8.

Cortes D.M., Caldwell J., González C. Single Geophone versus Geophone Array: A field study performed in Colombia // SEG 2015. http://toc.proceedings.com/28319webtoc.pdf

Dai K., Li X., Lu C., You Q., Huang Z., Wu H.F. A Low-Cost Energy-Efficient Cableless Geophone Unit for Passive Surface Wave Surveys // Sensors. 2015. V. 15, N 10. P.24698-24715. https://doi.org/ 10.3390/s151024698

Etgen J., Gray S., Yu Z. An overview of depth imaging in exploration geophysics // Geophysics. 2009. V. 74, N 6. P.8016-8033. https://doi.org/10.1190/1.3223188

Havenith H.-B., Strom A., Jongmans D., Abdrakhmatov A., Delvaux D., Tréfois P. Seismic triggering of landslides, Part A: Field evidence from the Northern Tien Shan // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2003. V. 3. P.135-149. https://doi.org/10.5194/nhess-3-135-2003

Havskov J., Alguacil G. Instrumentation in Earthquake Seismology // Modern Approaches in Geophysics. Springer Academic Publishers, 2002. 313 p.

Hokstad K., Mittet R., Landro M. Elastic reverse time migration of marine walkaway vertical seismic profiling data // Geophysics. 1998. V. 63, N 5. P.1685. https://doi.org/10.1190/1.1444464

Kabychenko N.V., Besedina A.N., Volosov S.G., Korolev S.A., Kocharyan G.G. Short-Period Seismometers in Seismology // Seismic Instruments. 2018. V. 54, N 1. P.28-42.

Maghsoudi A., Kalantari B. Monitoring Instrumentation in Underground Structures // Open Journal of Civil Engineering. 2014. V. 4. P.135-146.

Muthuswamy B., Blain T., Sundqvist K. A Synthetic Inductor Implementation of Chua's Circuit. Electrical Engineering and Computer Sciences University of California at Berkeley, Technical Report No. UCB/EECS-2009-20, 2009.

Nurhandoko B.E.B., Matsuoka T., Watanabe T., Ashida Y. Land seismic refraction tomography using homogeneous velocity as initial model // SEG Technical Program Expanded Abstracts. 1999. P.1481-1484.

Rodgers P.W. Frequency limits for seismometers as determined from signal-to- noise rations. Part 1. The electromagnetic seismometer // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1992. V. 82. P.1071-1098.

Savazzi S. Ultra-wide band sensor networks in oil and gas explorations // IEEE Communications Magazine. 2013. V. 51, N 4. P.150-160.

Scherbaum F. Of Zeros and Poles. Fundamentals of Digital Seismology // Modern Approaches in Geophysics. Kluwer Academic Publishers, 1996. 256 p.

Werner M.J. On the fluctuations of seismicity and uncertainties in earthquake catalogs: implications and methods for hypothesis testing: Ph. D. thesis. Los Angeles: Univ. of Calif., 2007. 308 p.