@Oakina, привет, специально для вас, по запросу)
А почему бы и нет) Ахтунг! Длиннопост! Внимание! Писать постараюсь максимально просто и доступно, чтобы было интересно не только геофизикам, и постараюсь рассказывать очень упрощённо, а если кому-то нужно полное научное описание метода - просто попросите его у меня, я вам пришлю на почту!
Итак, погнали!
Что такое метод резонансно - акустического профилирования (далее РАП) и как выглядит само оборудование?
Метод РАП - это комбинированный метод стоячих волн. Данный метод был разработан и впервые опробован в 1995 году российским геофизиком Зуйковым Игорем Владимировичем. В 2001 году был выдан патент. Игорь Владимирович является как автором метода, разработчиком программного обеспечения так и разработчиком аппаратуры аналого - цифрового преобразования резонансного акустического сигнала.
Метод РАП применяется во многих сферах и ситуациях, когда необходимо найти разуплотнения в грунтах, разнообразные полости под землёй, или трещиноватости в скальных породах. Всё зависит от геологии исследуемой местности. Одна из работ И. В Зуйкова - картирование древнеримских катакомб, которые, согласно плотностным характеристикам, после исследования методом РАП были успешно раскопаны. Также метод помогает в решении инженерных задач, для определения зон тектонических нарушений, зон развития процессов карстообразования, выявления оползневых процессов, подмывов и так далее.
Также, метод используется при поиске водоносных горизонтов, для определения глубин залегания водонасыщенных структур и выбора наиболее оптимальной точки для устройства скважин и колодцев. При поиске водоносов принцип достаточно прост : В плотных породах вероятность обнаружения водонасыщенных структур стремится к минимуму, а в рыхлых, разрушенных или трещиноватых - к максимуму.
Вот так выглядит оборудование :
На картинке два вида высокочувствительных сейсмодатчиков, длинный - для поверхности грунта, плоский - для асфальта, бетона, итд.
Далее желтая коробочка - аппаратура аналого - цифрового преобразования акустического сигнала. И всё это подключается к обычному ноутбуку на базе Windows, с установленными программами записи сигналов и обработки данных РАП. Разумеется, существуют и другие модификации данного прибора, в других форм - факторах, есть варианты с максимально расширенными настройками, но это уже для самых сложных задач, как говорится "со звёздочкой" В принципе, стандартная аппаратура РАП USB может решить 97% задач, которые от неё требуются.
Итак, как же работает метод РАП?
Начнём с того, что в земной коре присутствуют собственные колебательные процессы, которые создают определенный акустический спектр (стоячие волны). Источниками возбуждения колебаний являются различные тектонические и другие природные процессы, если говорить о низкочастотных колебаниях.
Для создания высокочастотных колебаний - используется искусственное возбуждение, в непосредственной близости от сейсмодатчика, то есть проще говоря - удар молотком по поверхности грунта определенной силы. Если удар слишком слабый или слишком сильный - программное обеспечение сообщит об этом оператору.
То есть, простыми словами - можно записать сигнал и без удара молотком по поверхности грунта, но тогда мы не получим информацию о ближайших 10 - 30 метрах в глубину, поскольку собственные колебательные процессы земной коры практически затухают ближе к поверхности. То есть, ударом молотка мы возбуждаем именно приповерхностные слои, чтобы также, получить информацию об их плотностных характеристиках, в каждой точке наблюдения. А вообще - мы, находясь например в Ленинградской области, вполне легко можем записать резонансный акустический сигнал от каких - нибудь слабеньких подземных толчков на Камчатке, или в условной Японии.
Измерения выполняются точечно, по линиям наблюдений (профилям), с шагом 1, 2 или 4 метра, в зависимости от площади участка. По участку таких линий наблюдения необходимо провести несколько, чтобы понять, как меняется геология в пределах исследуемого массива.
Выглядит это примерно так :
Специалист устанавливает высокочувствительный сейсмодатчик в поверхность грунта и пригружает сейсмодатчик грузом, который должен весить 2 - 2,5 килограмма. Мне - нравится свинцовый груз, поскольку он достаточно компактен. Это нужно для того, чтобы в процессе записи резонансного акустического сигнала не создавалось дребезга спектра (проще говоря - чтобы датчик при ударном воздействии на грунт не колебался вместе с поверхностью грунта, иначе мы получим сигналы, которые при дальнейшей обработке невозможно правильно высчитать и интерпретировать). Далее, молотком создаётся ударное воздействие на поверхность грунта, и происходит запись акустического сигнала, после чего специалист переходит к следующей точке, в пределах профиля и повторяет действие.
Примерно вот так :
В каждой точке профиля (линии наблюдения) мы получаем сигнал, выраженный в виде синусоиды и амплитуды спектра сигнала.
То есть, мы получаем сигнал, отражённый от поверхностей механического ослабленного контакта в широком спектральном диапозоне.
Там, где амплитуда спектра имеет наиболее сильное отклонение - с высокой вероятностью могут присутствовать зоны разуплотнения в породах, пустоты, полости, трещиноватости в скальных породах (трещиноватости в скальных породах - это если говорить о самом севере Ленинградской области). Также, амплитуда спектра наиболее сильно отклоняется на различных глубинах, если осадочные горные породы на различных глубинах обводнены. (Проще говоря - чем сильнее отклонение амплитуды спектра сигнала - тем выше вероятность разуплотнения, пустот, трещиноватостей, или обводнения пород)
Итак, мы записали сигнал. Что мы при этом видим?
Видим немного, но это уже кое-что!
У опытного оператора в процессе записи сигналов уже строится некая картина геомеханического разреза "в голове", даже без предварительной обработки, поскольку амплитуда спектра сигнала отображается на экране при измерении каждой точки.
И вот как это примерно выглядит :
Длинное и горизонтальное - это синусоида сигнала. А справа, в столбик - это как раз амплитуда спектра сигнала, и на ней видно определённое отклонение от "нормы"
То, что мы видим - это всего лишь сигнал, записанный в одной точке. Таких точек по участку может быть и 50 и 100 и 200. И в каждой точке амплитуда спектра сигнала будет отклоняться либо + - одинаково, либо по разному. И вот эта разница в отклонении амплитуды спектра нас и будет интересовать в дальнейшем.
А дальше, мы возьмём каждую пачку сигналов, от каждой линии наблюдений, с пометками 1, 2, 3, 4 итд, и особым образом обработаем их программно, перекодируем, отфильтруем и ещё много всего сделаем (не стану подробно расписывать, иначе пост будет слишком длинным)
А вот и программа обработки, перекодировки, фильтрации итд :
Здесь мы выполним кучу манипуляций с нашими пачками сигналов, по каждой линии наблюдения и получим на выходе файлы, которые будем отображать в геофизической программе, которая предназначена для построения разнообразных данных геофизики. Делать мы это будем с помощью изолиний и цветотеневых рельефных графиков, чтобы всё это было наиболее информативно.
А вообще, программ для обработки геофизических данных существует аж целых... Много...
Не будем останавливаться на них.
Итак, мы обработали наши пачки сигналов.
Теперь будем визуализировать полученную картину, и посмотрим, каковы плотностные характеристики одного из наших геомеханических разрезов. (Я возьму один, этого достаточно, нам тут в посте ни к чему их целая куча)
И вот, что мы видим после обработки :
В данном случае мы ориентировались на поиск водоносного горизонта в зоне нижнечетвертичных отложений осадочных горных пород, поэтому, при измерениях была выбрана определенная частота дискретизации акустического сигнала. И в данном случае, по данным РАП - можно бурить скважину для добычи воды в интервал 15 - 35 метров в глубину. Здесь ещё можно выбрать точку для бурения, где потенциально может быть условно "получше" и "похуже"
Разумеется, метод РАП - это только один из методов, которые применяются при поиске подземных водонасыщенных структур. Но, зачастую, он даёт отличные результаты, которые постоянно подтверждаются бурением скважин. Вместе с РАП в комплексе выполняется исследование ещё четырьмя геофизическими методами. Но об этом - позже, если кому-то будет интересно.
