超声波可以用来绘制大型地下区域的密度图吗?

Question

这个问题产生于一个相关的在物理。SE，以及我个人对更好地了解矿物学勘探的追求。

我想知道是否有某种超声波仪器可以测定岩石、土壤或山脉的密度。它能看到范围内的一切吗?例如，它能看到一个高密度的区域和一个低密度的区域吗?或者一个会阻碍另一个?范围是多少?

它有多精确(密度读数和精确位置读数)?比重力地图还精确吗?

我问是因为我想知道超声波是否可以用于矿物学勘探(勘探可开采的矿石)。使用超声波似乎比挖很多探井要容易得多。

Answer 1

声波通常用于对地下成像，但大多数情况下远低于超声带。

有几种方法涉及到类似声音的振动:

• 反射地震-我们拥有的最重要的地下遥感工具
• 折射地震——很重要，但是小众，和反思有很多共同之处
• 声波测井-使用超声波，你特别问过

“听起来像”是什么意思?

我说“听起来像”，因为我们通常认为声音是一种我们可以听到的振动，通过空气、水或建筑材料传导。在地震方法中——例如我们可能使用勘探矿产、石油和天然气、水、地热资源等——我们使用非常低的频率，通常在4-256赫兹范围内(大约6个八度)。你当然可以听到其中的一些频率，但不能听到低于20赫兹的频率，这通常是我们信号中最强的频率。

为什么地震反射如此重要?

从成千上万的现场记录中，通常是在陆地或海洋区域的网格中拍摄的，我们可以重建地下的图像，使用一个称为断层摄影术。数据可能是2D(垂直横截面)或3D(一个体积，类似于CAT扫描)。在某些情况下，这张照片非常出色，并揭示了该地区的大量地质情况。这是一篇论文中的一个例子Moore等人(科学， 2007年11月)：

你能看到多少?

大型调查可能是数百平方公里，或者在2D数据的情况下长达数十公里。我们可以想象好吧降到6-8千米，我们就可以拍照了某物降到20公里左右。典型的地震分辨率在水平方向上为几十米，垂直方向上为几米(约为波长的四分之一)。这比重力和磁力要好得多。你可能会想，“为什么不使用更高的频率来成像——你肯定能看到更多?”是的!我们喜欢用超声波(比如说)来成像。问题是高频被介质(主要是岩石和水)更有效地吸收，实际上会稍微加热。

用声音你能发现什么?

在许多情况下，我们可以超越地下的图像，推断出地球的一些物理性质，特别是岩石中的声速和岩石的密度。声音反射取决于变化声阻抗，和依赖在入射角上，所以所有的物理都源于这个关系。

声波测井呢?

声波测井或声波测井测井是地震成像的重要对应，因为测井是使用特殊工具沿着井眼进行的，是岩石声学特性之间的最佳联系。因此，它们将我们与依赖于这些声学特性的地震图像联系起来。我们不用这个数据来成像，因为它是一维的，但它是一个关键的校准点。声波测井确实使用了20 kHz范围内的超声波，但衰减问题在井眼附近不是问题。