Пружні коливання і акустичні параметри порід
Пружні коливання - це процес поширення в породі знакозмінних пружних деформацій її частинок. Очевидно, що частота цих коливань може бути будь-якою в залежності від частоти генератора, що порушує коливання, і частоти власних коливань тіла.
Пружні хвилі по частоті коливань поділяють на інфразвукові - з частотою до 20 Гц, гіперзвукові - більше 10 10 Гц, звукові - 20- 20 000Гц, ультразвукові - більше 20 000Гц. Частота гіперзвукових коливань наближається до частоти теплових коливань молекул (10 13 Гц).
Хвилі низької частоти, викликані ударом, вибухом землетрусом і т.д. швидко затухаючі і поширюються в земній корі, звуться сейсмічних.
Так як пружні хвилі являють собою поширення в речовині деформацій, то в залежності від їх виду виділяють хвилі різних типів.
Деформації поперемінного об'ємного стиснення і розтягування зумовлюють поширення в речовині поздовжніх пружних коливань. Поздовжні хвилі поширюються в будь-який середовищі- газах, рідинах і твердих тілах, так як всі речовини мають опором об'ємному стиску. Саме поздовжні хвилі викликають звукові явища.
Поширення поперемінних деформацій зсуву в середовищі викликає поперечні пружні хвилі. Останні властиві тільки твердих тіл, бо в рідинах і газах опір зрушенню відсутня.
Ці два типи хвиль поширюються по всьому об'єму породи і тому називаються об'ємними.
Характер поширення пружних коливань в гірських породах визначається їх акустичними параметрами. До них відносяться швидкості поширення пружних хвиль, коефіцієнти поглинання і хвильовий опір. Породи характеризуються також різними коефіцієнтами відображення і заломлення пружних хвиль.
Зазвичай під швидкістю хвилі розуміють швидкість поширення фронту хвилі. Фронт хвилі - це геометричне місце точок середовища, в яких в даний момент часу фаза хвилі має одне і те ж значення.
Швидкість поширення пружних хвиль в гірських породах визначається їх пружними властивостями і щільністю. Вона практично не залежить від частоти, що дозволяє використовувати для досліджень будь-які частоти коливань.
Поширення пружних хвиль в гірських породах так само, як і в будь-якій речовині, супроводжується поступовим зменшенням їх інтенсивності в міру віддалення від джерела випромінювання.
Коефіцієнт поглинання пружних коливань залежить як від властивостей породи (пружних, теплових і коефіцієнта внутрішнього тертя) так і від частоти коливань. Для однорідних тіл і монокристалів поглинання акустичних хвиль визначається в'язкістю і теплопровідністю тел. Як і для рідин, в цьому випадку залежність коефіцієнта поглинання q поздовжньої пружної хвилі від частоти w = pf квадратична (формула Стокса- Кірхгофа).
де h - коефіцієнт в'язкості (внутрішнє тертя породи), Па * с.
Коефіцієнтом відображення Ке називають відношення енергії відбитої хвилі Ао до енергії падаючої хвилі Ап: