地球上除了大氣層和海洋外,其余絕大部分是固體。固體地球除了是聲音傳播的介質(zhì)外,也蘊(yùn)藏著豐富的聲音,這就是地聲。
通常把地層巖石中每秒鐘振動(dòng)20次以上(頻率為20赫茲)的縱波(介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與聲波傳播方向一致的波動(dòng)),稱為地聲。人聽到的地聲主要來自地殼,如地震發(fā)生前可以聽到的類似于雷鳴、撕裂、轟鳴的聲音就是地震地聲。另外,火山噴發(fā),泥石流,山體滑坡,礦井的崩塌,油氣井井下有石油、天然氣或水涌出,都會(huì)發(fā)出聲音。人在承受力達(dá)到極限,吃不消或感到疲勞時(shí),往往會(huì)大吼一聲或者發(fā)出呻吟。固體也有這種現(xiàn)象。固體在發(fā)生破裂前發(fā)出聲音的現(xiàn)象叫聲發(fā)射,這種現(xiàn)象最早是在巖石中發(fā)現(xiàn)的。
現(xiàn)在,科學(xué)家已經(jīng)根據(jù)固體在破裂或損壞前會(huì)發(fā)出聲音的原理,研制了材料的探傷儀器,例如,檢查鐵路鋼軌內(nèi)部是否有裂縫、缺陷,是否會(huì)斷裂等。在石油天然氣井下,則可以根據(jù)井下鋼套管或巖石發(fā)出的聲音的測(cè)量記錄,預(yù)測(cè)套管或巖層是否有斷裂、破損的征兆,避免事故(如套管斷裂)發(fā)生,還可以檢查作業(yè)效果(如巖石被鉆頭破碎或壓裂的情況)。另外,鉆頭在破碎巖石時(shí)發(fā)出的聲音也會(huì)因巖石的種類不同而異,根據(jù)對(duì)這種聲音的測(cè)量記錄,可以識(shí)別井下巖層的性質(zhì)和變化。
在井下測(cè)量記錄到的地聲,可分為三類:巖層自然發(fā)出的聲音,對(duì)這種聲音的測(cè)量記錄,是“被動(dòng)”的;由于井下機(jī)械作業(yè)引起的聲音;測(cè)量記錄由井下專門的發(fā)聲器件(聲學(xué)探頭)發(fā)出的、經(jīng)過要研究分析的巖層時(shí)的聲音。后兩種聲音都是“主動(dòng)”測(cè)量記錄的,最后一種則是現(xiàn)代應(yīng)用最廣泛的井下巖石聲學(xué)性質(zhì)測(cè)量方法,即聲波測(cè)井。
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