전통문화대전망 - 전통 미덕 - 암석의 음향 특성
암석의 음향 특성
음파 측량에서 나오는 음파의 경우 지하 암석은 탄성 매체로 간주될 수 있으며, 음향 진동의 작용으로 전단 탄성 변형과 압축 탄성 변형이 발생할 수 있습니다. 따라서 암석은 가로파와 종파를 모두 전파할 수 있으며, 전파 속도는 암석의 탄력성과 밀접한 관련이 있다.
2.1..1암석 탄성
외부 힘에 의해 변형되고, 외부 힘을 제거한 후 원상태를 복원할 수 있는 물체를 탄성체라고 하며, 탄성체의 변형을 탄성 변형이라고 합니다. 외력이 취소된 후 원상태를 회복할 수 없는 물체를 플라스틱체라고 한다.
물체가 탄성인지 가소성인지는 물체 자체의 성질뿐만 아니라 외력의 크기, 작용 시간의 길이, 작용 방식 등과 관련이 있다. 일반적으로 외부 힘은 작고, 작용 시간은 짧고, 물체는 탄성체로 나타난다.
음파 측량에서는 음원에서 나오는 음파 에너지가 작고 암석에 작용하는 시간이 짧기 때문에 음속 측량에 대해서는 암석을 탄성체로 볼 수 있다. 따라서 우리는 매체에서 탄성파의 전파 법칙을 이용하여 암석에서 음파의 전파 특성을 연구할 수 있다.
균일하고 무한한 암석에서 음파 속도는 주로 암석의 탄성과 밀도에 달려 있다. 탄성 매체로서 암석의 탄성은 다음 매개변수로 설명할 수 있다.
(1) 영률
탄성체 단위 길이의 변형을 변형이라고 하고, 단위 단면적 탄성력을 응력이라고 하며, 영률은 응력과 변형의 비율로, E 로, 단위는 N/m2 입니다.
(2) 포아송 비
외부 힘의 작용으로 탄성체는 세로로 뻗어 가로로 수축한다. 가로 상대 수축률과 세로 상대 신장률의 비율을 포아송 비율이라고 하며, 시그마로 표시되며 치수는 1 입니다. 포아송 비는 물체의 기하학적 변형을 나타내는 계수 일뿐입니다. 모든 물질에 대해 σ 는 0 에서 0.5 사이입니다.
(3) 전단 계수
전단 계수는 전단 응력 하에서 탄성체의 전단 응력과 전단 변형의 비율로, N/m2 단위로 μ로 표시됩니다.
(4) 체적 변형 탄성 계수
외부 힘의 작용에서 볼륨 변형과 응력의 비율, 볼륨 변형의 탄성 계수, K 로 표시, 단위는 N/m2 입니다. 볼륨 변형의 탄성 계수의 역수를 볼륨 압축 계수라고 하며 베타로 표시됩니다.
2. 1.2 바위에서 음파의 전파 특성
암석은 탄성체로 볼 수 있으므로 암석에서의 음파의 전파 특성은 매체의 탄성파 전파 법칙을 통해 연구할 수 있다.
탄성파가 매체에서의 전파는 본질적으로 질점 진동의 순서 전파이다. 전파 방향이 질점 진동 방향과 일치하는 파동을 종파라고 합니다. 종파 전파 과정에서 매체는 압축과 팽창의 볼륨 변형이 발생하므로 종파는 압축파라고도 합니다. 전파 방향과 질점 진동 방향이 서로 수직인 파동을 가로파라고 합니다. 전단파 전파 중 매체에서 전단 변형이 발생하므로 전단파를 가로파라고도 합니다. 일반적으로 이 두 파동은 매체에서 동시에 전파되지만, 가로파는 액체와 기체에서 전파될 수 없다.
탄성 매체에서의 음파 전파 속도는 주로 매체의 탄성 계수와 밀도에 따라 달라집니다. 균일 등방성 매체에서 종파 속도 VP, 전단파 속도 대 영탄성 계수 E, 포아송 비 σ 및 밀도 ρ 와의 관계는 다음과 같습니다.
지구 물리학 로깅 과정
비교 공식 (2.1..1) 과 공식 (2. 1.2) 은 종파 속도가 항상 전단파 속도보다 크다는 것을 보여줍니다. 바위의 포아송비 시그마가 0.25 일 때 종파 속도는 가로파 속도의 1.73 배이며 종파는 항상 가로파보다 일찍 수신된다.
방정식 (2. 1. 1) 및 (2. 1.2) 은 암석의 종파와 전단파의 속도가 매체의 영률과 밀도, 종파와 전단파에 따라 결정된다는 것을 보여줍니다
퇴적암의 경우 음파 속도는 위에서 언급한 기본 요소 외에 다음과 같은 지질 요인과 관련이 있다.
(1) 암석
광물마다 탄성 계수가 다르고, 매체의 탄성 계수가 매체의 음속에 영향을 미치는 주요 요소이기 때문에, 광물에 따라 구성된 암석의 음속도 다르다. 일부 일반적인 매체와 퇴적암의 종파 속도는 표 2. 1. 1 (표의 시차는 속도의 역수를 나타냄) 에 나와 있습니다.
표 2. 1. 1 공통 매체 및 퇴적암의 종파 속도 및 시차
(2) 다공성
바위 틈에는 보통 기름, 가스, 물 등의 유체 매체가 가득 차 있는데, 이러한 구멍 틈의 탄성 계수와 밀도는 암석 골격과 다르다. 분명히, 암석의 다공성과 구멍 유체의 탄성 계수와 밀도는 암석의 음속에 뚜렷한 영향을 미친다. 표 2. 1. 1 에서 알 수 있듯이 구멍 유체는 암석 골격에 비해 저속 매체이므로 구멍 틈새가 클수록 동일한 암석, 구멍 유체가 변하지 않는 암석의 음속이 작아집니다.
(3) 암석 지층의 지질 시대
많은 실제 관측 자료에 따르면, 같은 깊이와 성분이 비슷한 암석은 지질 연대가 다르고 음속도 다르다는 것을 알 수 있다. 낡은 지층의 음속이 새 지층보다 높다.
(4) 암층의 깊이
많은 실제 관측 결과, 암석학과 지질연대가 같은 조건 하에서 암층이 깊어짐에 따라 음속이 커지는 것으로 나타났다. 이러한 변화는 상복암층의 압력이 증가하여 암석의 영탄성 계수가 증가했기 때문이다. 얕은 층의 깊이가 증가하면 음속 변화가 심하다. 깊은 지층에서는 깊이가 증가함에 따라 음속 변화가 뚜렷하지 않다.
위의 분석에서 볼 수 있듯이, 암석의 음속에 근거하여 암층을 연구하고 암층의 암석성과 다공성을 확인할 수 있다.
2. 1.3 미디어 인터페이스에서 음파의 전파 특성
음파가 두 가지 전파 속도가 다른 매체의 인터페이스를 통과할 때 반사, 투과 및 굴절이 발생합니다. 그림 2. 1. 1, 음속이 v 1 과 v2 인 두 매체는 밀접하게 접촉하고, 상층 매체에는 음원이 하나 있다. 음원에서 나오는 음파가 입사각 α로 인터페이스에 도달하면 입사각 α가 다른 반사파, 투과파, 굴절파, 슬라이딩파 및 전체 반사파가 생성됩니다.
그림 2.1..1미디어 인터페이스에서 음파 전파
입사파의 입사각이 임계각 I 보다 작으면 반사파와 투과파가 발생합니다. 입사파가 인터페이스에 도달하면 일부는 인터페이스에 반사되어 반사파를 형성합니다. 반사법칙에 따르면 반사각은 입사각과 같다. 입사파의 또 다른 부분은 하층 매체의 인터페이스를 통해 전파되어 투과파를 형성한다. 투과율 법칙에 따르면 투과각 베타는 입사각뿐만 아니라 두 매체의 파속 비율과도 관련이 있으며 다음과 같은 관계를 만족시킵니다.
지구 물리학 로깅 과정
V 1 및 v2 는 특정 미디어에 대한 값이므로 투과율 각도 β도 입사각 α가 증가함에 따라 증가합니다 (예: V2 >: v 1, β >). α. 입사각이 일정 각도 I 로 증가하면 투과각은 90 에 도달합니다. 이 경우 투과파는 아래쪽 매체에서 v2 속도로 인터페이스를 따라 슬라이딩됩니다. 이를 음파 로깅에서는 슬라이딩파라고 하며, 이 경우 각도 I 를 임계각이라고 합니다.
음파의 전파는 본질적으로 질점 진동의 전파이다. 슬라이딩이 인터페이스를 따라 앞으로 슬라이딩할 때 슬라이딩이 통과하는 모든 점은 해당 시점부터 새로운 점 진동 소스로 간주될 수 있습니다. 위/아래 매체가 밀접하게 닿기 때문에 슬라이딩 웨이브가 통과하는 모든 지점의 진동으로 인해 상위 미디어에 있는 입자의 진동이 발생할 수 있으며, 상위 미디어에 굴절 웨이브라는 새로운 파동이 형성됩니다. 굴절파의 굴절각은 임계각 I 와 같고 굴절파는 평행한 직선이다.
입사각이 임계각 I 보다 크면 모든 입사파가 상위 미디어에 다시 반사되어 전체 반사파를 형성합니다.
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