О затухающей синусоиде

Прежде всего договоримся о терминах. Мне непонятно, что имеет г. Гликман в виду под именем "зондирующий импульс". Терминология у него своеобразная, определениями терминов он пренебрегает, считая, что все должны понимать их без объяснений.  Во избежание путаницы я буду иметь в виду форму первых вступлений волны и называть это импульсом.  Его форма зависит от двух вещей – условий возбуждения и свойств проводящей среды. Проведено громадное количество   экспериментов по изучению условий возбуждения, сотни и тысячи экспериментаторов, и я один из них, видели сам импульс и зависимость его формы от этих условий.

Сама идея о затухающей синусоиде, судя по его работам,  возникла у г. Гликмана спонтанно, внезапно, прямо в шахте. Доказательств этому я никаких не нашел. Есть утверждения, что синусоида – неделимый, неразложимый элемент. Это верно, но только для бесконечного аналогового синусоидального сигнала. На рисунках, которые г. Гликман приводит в своих книгах, отчетливо видно, что это не так. Вот рисунки из книги спектральная сейсморазведка - истоки и следствия

           

Идеальная неразложимая синусоида была бы представлена на спектре Фурье единичной линией. Мы же видим некоторую полосу частот вокруг f_0, которые в результате интерференции создают представленный слева сигнал – затухающую синусоиду. Причем автор не приводит параметров, существенных для преобразования Фурье, а именно, длину выборки и частоту дискретизаци. Меняя эти параметры, мы получим для одного и того же сигнала вл временной области разный набор в спектре Фурье составляющих синусоид для интерференции. И ничего с этим поделать нельзя, таково свойство преобразования Фурье. Спектр Фурье и сигнал действительно представляют собой взаимозависимую пару, но не единственную. Никаких других доказательств того, что сигнал является неделимой, неразложимой, неинтерференционной затухающей синусоидой, я не нашел.

Кроме того, сам же г. Гликман спокойно утверждает, что, скажем, возбужденный параллелепипед генерирует три собственных частоты – что это как не доказательство интерференционного характера сигнала?

Кривые “b” и есть сигнал от параллелепипеда и его спектр. Вернемся к условиям, влияющим на форму импульса в сейсморазведке.

 Прежде всего хотелось бы сказать о возбуждении колебаний. Образование у г. Гликмана не геофизическое, в геофизике он занимался только ССП, поэтому я допускаю, что он не очень хорошо знаком с полевой работой стандартной сейсморазведки. Возбуждение бывает взрывным (большими и малыми зарядами, в зоне малых скоростей и под ней, в коренных породах

или в плывуне, детонирующим шнуром, растянутым в линию или уложенным по площади), ударным - установками Диносейс и вибрационным - Вибросейс. Относительно последнего - очень трудно считать его затухающей синусоидой - он и не затухает, и не синусоида, хотя и с ним люди работают, поэтому отбросим его из рассмотрения. А все остальные, невзирая на многообразие, имеют одну общую черту - непосредственно излучателем является ОБЪЕМНОЕ ТЕЛО СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ.  Дело в том, что если источник достаточно мощен, чтобы разрушить породу, в которой происходит возбуждение (даже в  "лопатометрии" г. Гликмана лопата врезается в почву), образуется область пластической деформации, которая поглощает излишнюю мощность, превышающую предел прочности среды, вызывающую сминание, дробление, разрушение вмещающей заряд или другой источник, породы, и только на поверхности, охватывающей эту область и формируются упругие акустические колебания. Форма этой области полностью определяется видом источника, но никогда не бывает ни шаровой, ни параллелепипедообразной.

Например, при взрыве в скважине заряда в 40-60 кг тротила (этакая несколькометровая колбаса) образуется камуфлет, формой напоминающий гигантскую вытянутую вертикально шишковатую картофелину. Если у стеклянного шарика в экспериментах г. Гликмана имеется только один размер, то у такой "картофелины" их громадное множество, и каждый размер генерирует свою частоту( синусоиду). Даже у столь любимого г. Гликманом параллелепипеда есть три размера и три собственных частоты. Каждая такая синусоида (естественно, затухающая) является элементарной слагаемой общего импульса  и имеет свою начальную фазу в этой сумме. Декремент затухания у них у всех примерно одинаковый, поскольку они находятся в одной породе, где происходил взрыв, а общая форма суммарного импульса соответствует главной, преобладающей, доминирующей синусоиде (главному размеру). Когда сейсморазведчики говорили о формировании синусоиды в результате интерференции, имелось в виду именно это, а не то, что г. Гликман им приписывает. Импульс падающей волны есть интерференционная сумма составляющих его чистых затухающих синусоид. Каждая из них, в свою очередь, является следствием интерференции составляющих ее частот, если мы рассуждаем в терминах спектров Фурье. При ударе по параллелепипеду также возбуждаются все три частоты и мы не в состоянии наблюдать каждую синусоиду отдельно, мы видим именно интерференционную синусоподобную затухающую картину.

            Второй момент - влияние на волновое поле резонансных свойств разреза, вернее, его элементов, поскольку реальный разрез не однороден. Здесь также имеется громадное количество как теоретических, так и  экспериментальных материалов, например, у И.С. Берзон. Только здесь, в отличие от г. Гликмана, во внимание принимается не мощность пласта, а приграничная зона, зона с резким изменением акустической жесткости на контакте двух пластов. Утверждение г. Гликмана о непрохождении волны внутрь среды я здесь рассматривать

не буду, этому посвящен другая статья Прохождение волны внутрь среды . Прямых экспериментальных доказательств прохождения волны внутрь среды больше, чем достаточно!

            Итак, в отличие от лабораторных экспериментов г. Гликмана, где он сам формирует форму импульса, при нормальных полевых работах форма импульса определяется, в основном, в точке возбуждения, условиями этого возбуждения, и сам результативный импульс имеет сложный состав из набора затухающих синусоид.

            Никакие прямые измерения, подтверждающие или отвергающие этот вывод невозможны - при такой короткой посылке, какой является импульс, анализ его частотного состава путем Фурье-преобразования гроша ломаного не стоит. Меняя длину выборки и частоту дискретизации мы будем получать разные составляющие ипульса, а ведь он объективно существует и не может завсеть от условий обработки эксперимента. Можно измерить основной период импульса, но никаких  доказательств его синусоидальной однородности нет, и быть не может. Я  расписал физику образования импульса, для этого не обязательно ставить эксперимент, как необязательно ставить его для объяснения, почему качаются ветви дерева при ветреной погоде. Мы  знаем физику и поэтому понимаем процесс, вот и все.

            Утверждение г. Гликмана « Вот это явление хорошо знакомо сейсморазведчикам - когда сейсмосигнал по форме изменяется при любом, самом незначительном изменении положения как точки ударного воздействия, так и местонахождения сейсмоприемников.» (Цитата из первой главы той же книги), будучи верным, сделало бы невозможной фазовую корреляцию – основу обработки результатов сейсмического профилирования.

            При проведении сейсморазведочных работ форма импульса имеет очень небольшое значение. Достаточно, чтобы он вдоль профиля был примерно одинаков, что достигается общим правилом - стараться располагать заряд под подошвой зоны малых скоростей. Коренные породы гораздо более стабильны по своим свойствам, чем зона малых скоростей,  этого достаточно для обеспечения стабильности формы импульса.

            Для других, более сложных источников возбуждения общая картина та же, состав суммарного импульса может быть сложнее или проще, только и всего.

ПАДАЮЩИЙ ИМПУЛЬС ВСЕГДА ЗАТУХАЮЩИЙ, СОСТОЯЩИЙ ИЗ МНОЖЕСТВА СИНУСОИД, ИНТЕРФЕРИРУЮЩИХ МЕЖДУ  СОБОЙ.

            Т.о. в термине "затухающая синусоида" я согласен с затуханием, но не с синусоидой. Я не нашел у г. Гликмана доказательств того, что импульс синусоидальный, этот вывод сделан на основе того, что :

а) процесс колебательный,

б) у электрического колебательного контура он тоже колебательный, следовательно,

в) если у электрического контура он синусоидальный, то и сейсмический импульс синусоидальный.

Вот и все обоснование, оно чисто умозрительно, экспериментальной или посредством измерений проверкой здесь и не пахнет. Это логическая цепочка типа 1. Адам Григорьевич - человек. 2. Его фамилия Гликман. 3 Все люди - Гликманы.

            Еще о различии свойств колебаний, генерируемых электрическим колебательным контуром и источником возбуждения в реальной сейсморазведке я буду говорить в статье Мнимая составляющая волнового поля.