Теоретические основы метода

   Метод РАП относится к категории геофизических методов, изучающих и использующих для получения информации естественные физические поля. Это ставит его в разряд методов с небольшой себестоимостью, так как позволяет обходится без громоздких источников возбуждения. Метод использует для получения информации собственное акустическое поле Земли, а именно - поле акустического резонанса, возникающее в толщах горных пород под влиянием различных внешних факторов. Внешними факторами являются источники сейсмической активности земной коры, механические колебания, возникающие в результате напряжений земной толщи, движения планет и многое другое. Под воздействием внешних факторов в толщах горных пород возникают колебания, частота которых обратнопропорциональна мощности колеблющегося «слоя». Возникающие упругие колебания формируются поперечными волнами, при этом четкость проявления границ между слоями-резонаторами определяется возможностью взаимного "проскальзывания" соседних слоев при наличии в исследуемом массиве сдвигового упругого процесса, т.е. степенью "ослабленности" контакта между слоями. Под «слоем» понимается толща горных пород, находящаяся между поверхностью наблюдений и поверхностью «ослабленного механического контакта» (ОМК). Поверхности ОМК могут быть обусловлены следующими факторами:

   Чем слабее контакт - тем большая возможностью взаимного "проскальзывания" соседних слоев, и, следовательно - больше амплитуда возникающих собственных колебаний. Возможно искусственное усиление амплитуды собственых колебаний путем механического возбуждения толщи пород, при этом мощность источника возбуждения не имеет особого значения. Как правило, для возбуждения достаточно обыкновенного молотка.

Используемая аппаратура

   Вышеизложенные физические принципы РАП определяют параметры применяемой аппаратуры, функциональное назначение которой заключается в приеме и записи акустического сигнала с сохранением всех его спектральных особенностей и последующим спектральным анализом записанного сигнала. В настоящее время для работы методом РАП применяется два типа аппаратуры. Аппаратура модификации «РАП» состоит из датчика акустических колебаний особой конструкции, аналого-цифрового преобразователя и персонального компьютера РС/AT 486 типа "Notebook". Применяемый в РАП датчик акустических колебаний (акустоэлектрический преобразователь) разработан и сконструирован таким образом, что амплитудно-частотные и спектральные характеристики электрического сигнала, снимаемого с него, полностью идентичны акустическому сигналу в точке контакта датчика акустических колебаний с исследуемым объектом.

  Аналого-цифровой преобразователь, разработанный для проведения работ методом РАП, выполнен на основе 16-битного АЦП ADSP2181 EZ-KIT Lite фирмы Analog Device и характеризуется высокой чувствительностью, имеет динамический и частотный диапазоны, позволяющие преобразовать в цифровой вид всю информацию, содержащуюся в принимаемом сигнале. АЦП имеет 4 величины дискретизации сигнала ( от 1000 до 48 000 Гц, что позволяет работать до глубин от 13 см до 300 метров без потери качества принимаемого сигнала.

ПК "Notebook" в аппаратурно-программном комплексе «РАП» используется для реализации следующих функций:

   Аппаратура для выполнения работ методом РАП модификации «РАП-Плюс» состоит из тех же функциональных частей, что и аппаратура «РАП», однако не требует персонального компьютера для сбора информации. В состав комплекса входит энергонезависимая память, позволяющая хранить от 512 до 2048 единиц информации ( точек наблюдений). Кроме этого - в 10 раз уменьшено энергопотребление устройства, что позволяет работать до 3-х суток без подзаряда батарей при температуре окружающей среды от - 20 до + 40 градусов Цельсия. Увеличено количество частот дискретизации ( 6 диапазонов от 500 Герц 28 000 Герц), что позволяет подбирать параметры записи сигнала для решения различных геолого-геофизических задач. Также реализовано и увеличение длительности принимаемого сигнала, что позволило достичь рабочей глубины до 2000 метров.

   Жидкокристаллический дисплей на передней панели и встроенная клавиатура позволяют контролировать и изменять параметры съемки и визуально оценивать качество принимаемой информации. Кроме этого, путем изменения схематики прибора и конструкции датчика - увеличена помехозащищенность комплекса, что позволяет работать в самых неблагоприятных условиях. В аппаратуре «РАП-Плюс» предусмотрена возможность работы в режиме «реального времени», что позволяет непосредственно в процесе наблюдений выполнять оценку спектральных характеристик принимаемого сигнала и оперативно вносить изменения в параметры наблюдений. Небольшой вес и удобство в обслуживании предусматривают возможность работы одним оператором.

Обработка и истолкование результатов РАП

   Метод РАП позволяет получить информацию о механической структуре изучаемого разреза, что, при знаниях геологической обстановки в районе работ - позволяет выполнять геолого-геофизическую интерпретацию результатов метода. Обработка результатов метода РАП состоит из нескольких этапов и заключается в вычислении спектральных характеристик сигналов по точкам наблюдений при помощи( Быстрого Преобразования Фурье), их увязке и корреляциии и построении геомеханического разреза по профилю наблюдений. Дальнейшая обработка сигнала заключается в фильтрации спектральных составляющих ( удаление влияния электромагнитных помех, собственных шумов аппаратуры), вычислении тренда и остаточной составляющей и визуализации полученных результатов. Согласно теории РАП - наиболее ослабленным механическим границам геологического разреза соответствуют максимальные значения спектральных составляющих сигнала. Таким образом - визуализация подразумевает определение соответствия между амплитудами спектральных составляющих РАП-сигнала и определенными цветами цветовой шкалы. Путем подбора цветов можно выделять наиболее интересующие границы разреза. Вычисление частотно-фазовых характеристик сигнала выполняется при помощи программы РАП (автор - Зуйков И.В.), обработка и построение геомеханических разрезов - при помощи интегрированной системы компьютерной обработки и визуализации геофизических данных - "PRIMA".

   Результатом обработки является геомеханический разрез, воспринимаемый любым специалистом-геологом и максимально удобный для дальнейшей интерпретации. Введение поправки за рельеф профилей наблюдений позволит провести более корректную геолого-геофизическую интерпретацию представленных материалов. Сравнение представленных РАП-разрезов с данными по буровым скважинам позволяет увидеть, что практически все геологические границы, которые выделены в скважинах - выделяются и на РАП-разрезе. Однако - ряд геомеханических границ, выделенных РАП (ослабленные механические границы, находящиеся внутри породы одного состава) - не выделяются по данным бурения. При интерпретации материалов следует иметь в виду, что метод РАП позволяет отображать МЕХАНИЧЕСКУЮ структура разреза. В БОЛЬШИНСТВЕ случаев - механические структуры совпадают с геологическими.

   Примеры геомеханических разрезов РАП можно увидеть в разделе "Примеры".