Гликман А. Г. - "Физика и практика спектральной сейсмологии".
       Источник: http://www.newgeophys.spb.ru/ru/book/index.shtml.

 

VI.6. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОЛЯ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ

       Из материала, помещенного в предыдущих параграфах, видно, что мы научились, наблюдая эффект монохроматора, выделять объемные волны. Наблюдая эффект АРП, мы подтвердили существование сдвиговых волн и, кроме того, выяснили, что именно на них происходят собственные упругие колебательные процессы. Но при этом оказалось, что свойства выявленных типов волн имеют отличия от свойств этих же волн, но описываемых общепринятой теоретической акустикой.
       Прежде всего, о поперечных волнах.
       Согласно существующим представлениям, сдвиговый процесс возникает в случае наклонного падения плоской продольной волны на границу, когда возникает тангенциальная составляющая смещения колеблющихся частиц. При угле падения, равном и большем критического, преобразование продольных волн в поперечные должно быть наиболее значительным. В соответствии с таким подходом считается, что нормальное падение плоской продольной волны на плоскую границу - это единственный случай, когда преобразования продольной волны в поперечную не происходит.
       На самом же деле получается иначе. Преобразование объемной волны в сдвиговую происходит действительно в результате возникновения тангенциальной составляющей смещения колеблющихся частиц (а если точнее, то тангенциальной составляющей вектора скорости V), но возникает она в результате прохождения поля через зону h. При этом наиболее эффективно преобразование падающего на пластину звукового потока в собственный колебательный, а стало быть, в сдвиговый процесс происходит как раз при нормальном падении и, как показано в параграфе V.2.3, эффективность этого преобразования при увеличении угла падения уменьшается, достигая нуля при критическом угле падения.
       Чтобы разобраться в этом противоречии, обратим внимание на следующее. Сдвиговый процесс, по определению, представляет собой смещение колеблющихся частиц, ортогональное вектору распространения волнового процесса. Но при ортогональности векторов распространения поля и смещения колеблющихся частиц речь должна идти о мнимом характере процесса в том смысле, что работа или энергия его, определяемая скалярным произведением этих векторов, при их ортогональности есть величина мнимая. К сожалению, все эти рассуждения, за неимением метрологической базы, носят весьма беллетристический характер. Работа есть скалярное произведение силы на путь. Сила, в данном случае, определяется сдвиговыми напряжениями, которые измерению не подлежат. Путь - величина смещения колеблющихся частиц, которая также измерению не подлежит. Однако несмотря на чисто качественный характер этих рассуждений, вырисовывается удивительно четкая аналогия с электрическими процессами.
       В самом деле, разве не аналогично влияние на акустическое поле своеобразной звукопроводности приповерхностной зоны с плавным изменением удельного акустического сопротивления влиянию на электрические процессы электропроводности реактивных электроэлементов (индуктивности и емкости)? Как в том, так и в другом случае возникает мнимая (реактивная) составляющая поля. В акустике мнимая составляющая - это сдвиговый процесс, а в электротехнике - это ситуация, когда становятся взаимно ортогональными вектора тока и напряжения. Представляется, что на основании этой аналогии зоны h можем в дальнейшем называть зонами реактивной звукопроводности, а сдвиговые колебания - мнимой составляющей поля упругих колебаний.
Из этого делаем вывод, что сдвиговый упругий процесс возникает не в результате способности твердых сред передавать сдвиговые напряжения и деформации, а в результате наличия зон с плавным изменением скорости распространения фронта или, иначе, зон с реактивной звукопроводностью. Правильность этого вывода подтверждается тем, что, как будет показано в параграфе VI.8, искусственное создание зон h в жидких и газообразных средах также приводит к возникновению сдвигового процесса.
       Аналогия с электротехникой оказалась плодотворной еще в одном смысле.
       В связи с мнимостью сдвигового процесса энергия собственных упругих колебаний также носит мнимый характер. Также точно, как и в случае собственных колебаний электрического L-C контура, где только реальная часть электрической энергии влияет на затухание этих колебаний. Это очень важный момент, поскольку позволяет понять целый ряд моментов, связанных с необъяснимо большими, с точки зрения требований выполнения закона сохранения энергии, амплитудами возникающих при акустических и сейсмоизмерениях колебательных процессов.
Действительно, ведь при проведении сейсморазведочных работ амплитуда наблюдаемых собственных колебаний всегда намного превышает предполагаемую амплитуду эхо-сигнала, даже при условии полного отражения зондирующего сигнала от отражающей поверхности.
       И еще. Вернемся к эксперименту, проиллюстрированному рис. V.3. Сейчас нам ясно, что упругий процесс, который при распространении вдоль слоя-резонатора практически не затухает, есть не что иное как поперечные волны. И именно потому они и не затухают, что являются мнимой составляющей поля упругих колебаний.
Теперь подойдем к изучению свойств объемных волн. Для этого необходимо включить в арсенал наших исследовательских средств пьезопленку в дополнение пьезокерамике.

...

VI.11. НЕСКОЛЬКО ЗАМЕЧАНИЙ О МЕТОДАХ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН

       Как метрологически корректно определить скорости продольных и поперечных волн, выше показано достаточно. Для этого следует реализовать условия, при которых можно наблюдать эффект либо монохроматора (для определения скорости продольных волн), либо АРП (для определения скорости поперечных волн). На этих принципах мы заявили соответствующие способы измерений и имеем два патента на способ определения этих скоростей.
       Но, с другой стороны, ведь и раньше эти скорости как-то определяли. Во всяком случае, в геологии, в горном и строительном деле существует множество фундаментальных положений, основанных на знании этих субстанций. Так, предлагается осуществлять прогнозирование целого ряда геодинамических явлений, определять напряженное состояние на основании измерений скорости продольных и поперечных волн, а также на основе знания их соотношения.
       Так сложилось, что, регистрируя момент первого вступления, делают заключение о величине скорости продольных волн. Думаю, сейчас должно быть ясно, что это совершенно неправомерно. Скорость продольных волн может быть определена только на образцах, и только в рамках эффекта монохроматора2.
       Когда скорость поперечных волн определяют лишь на том основании, что второй колебательный процесс на сейсмограммах не может принадлежать ничему кроме поперечных волн, то это абсолютно бездоказательно.
       В отличие от скорости продольных волн, скорость поперечных волн может быть определена не только на образцах (с применением эффекта АРП), но и при исследовании пород в их естественном залегании. В случае принципиально слоистого строения породного массива скорость поперечных волн может быть определена, если померить скорость распространения упругого процесса вдоль слоев. Точность этих измерений будет тем выше, чем дальше измерительная установка будет находиться как от источника поля, так и границы слоя.
       Много лет меня занимал вопрос, какой эффект используется при определении скоростей упругого процесса в случае каротажных измерений. С продольными волнамио – это по м ясноменту первого вступления. Пусть это и неправомерно, но, по крайней мере, понятны действия исследователей. Что же касается поперечных волн, то, несмотря на наличие инструкций по измерению, действия исследователей оставались непонятными. Оказалось все на удивление просто. Оказывается, чтобы получить на ленточке - каротажке значение времени, соответствующего вступлению поперечных волн, оператор вручную проводит линию, которая дает примерно вдвое большее значение времени, чем для поперечных волн.
       И что самое интересное, так это то, что подобное "опр" скорости поперечных волн осуществляют повсеместно, и при этом не только на территории нашей страны, но и далеко за ее пределами.
       На сегодняшний день могу заявить с уверенностью, что с помощью каротажной ультразвуковой установки в принципе невозможно получить информацию о скоростях упругих волн. Впрочем, я думаю, что каротажники и сами это знают. А иначе как объяснить, что ультразвуковой каротаж делают только после того как всеми остальными скважинными геофизическими методами информация о скважине уже получена…