§ 25. Сейсморазведка

Сейсмическая разведка основана на наблюдениях за скоростью распространения упругих волн в земной коре, вы­званных искусственными сотрясениями (взрывами, ударами).

В результате взрыва в грунте возникают упругие волны — продольные и поперечные. Распространяясь в разные стороны, упругие волны частично проникают в нижележащие слои пород, частично отражаются и возвращаются к поверхности. Распространение упру­гих волн в грунте подчинено законам геометрической сейсмики, очень схожим с законами геометрической оптики.

Скорость распространения упругих волн в грунтах зависит от их минерального состава, структуры, трещиноватости, влажности и т. п. В песках, например, скорость колеблется от 0,2 до 1,5 км/с, в глинах 1—3 км/с, в известняках 3—6 км/с, во влажной породе

скорость больше, чем в сухой породе. Характер и скорость распростра­нения упругих волн наблюдают на поверхности земли специальными приборами — сейсмоприемниками, располагаемыми по прямым линиям — профилям. Если линия про­филя проходит через точку взрыва, тогда профиль называют про­дольным (рис. 31, а), если она располагается произвольно по отно­шению к нему — поперечным (рис. 31, б).

Основная задача наблюдений — определение времени, затрачивае­мого упругой волной на пробег от места взрыва, до точек на профиле. При этом к сейсмоприемникам по­следовательно приходит целая серия волн: прямых, преломленных, отраженных. К точкам, расположенным в непосредственной бли­зости от места взрыва, первыми приходят прямые волны, к точ­кам, находящимся вдали, — преломленные, позже всех к поверх­ности приходят отраженные волны.

В результате регистрации упругих волн при помощи сейсмоприемников получают на фотоленте сейсмограмму (рис. 32), которая позволяет выделить всю систему волн и их фазы и определить время прихода волн к сейсмоприемникам. По известному времени, исправлен­ному поправками (за зону малых скоростей, рельеф, точку взрыва, фазу), и расстоянию от места взрыва до каждого сейсмоприемника может быть построена кривая — годограф (рис. 33), Годограф строят на миллиметровой бумаге, откладывают на горизонтальной оси расстояния X, а на вертикальной — время t, Вид годографа зависит от глубины залегания, формы и угла наклона преломляющих и отра­жающих поверхностей раздела сред, от скорости распространения волн в различных грунтах. Это значит, что на основе полученных годо­графов строят сейсмогеологический разрез, на котором определяют границы раздела сред с различными упругими свойствами. Необхо­димую при этом скорость распространения упругих волн в слагающих

разрез грунтах определяют либо на основе специальных поле­вых исследований (сейсмокаротаж), либо по годографам отраженных волн.

Заключительный документ сейсморазведки — структурная карта (или схема), на которой показывают отдельные геологические гори­зонты, отличающиеся возрастом и свойствами.

Наблюдения при сейсморазведке организуют так: в скважине или на поверхности производят взрыв, а в нескольких точках (26 или 60), расположенных на профиле (многоканальная система), на расстояниях от 5 до 100 м, при помощи сейсмоприемников (сейсми­ческий канал)

р егистрируют на фото ленте колебания грунта; в итоге,

как уже говорилось, получают сейсмограмму, которую затем рас­шифровывают.

Аппаратура, применяемая при сейсмической разведке и поисках залежей нефти, газа, рудных иско­паемых, отличается сложностью, громоздкостью, взрывоопасностью и требует большого числа обслу­живающего персонала. Примене­ние такой аппаратуры при инже­нерно-геологических изысканиях оказывается малоэффективным.

Учитывая, что при инженерно-геологических исследованиях изу­чение грунтов ведется на небольших площадях, на небольшие глу­бины (до 20—50 м), в последнее время началось конструирование легких, переносных сейсмических установок, для обслуживания которых достаточно 2—3 чел.; взрывной способ возбуждения упру­гих волн в грунте заменяется ударами кувалды по стальной плите или деревянному чурбаку.

Инженерная сейсмическая разведка позволяет произвести про­слеживание отдельных преломляющих горизонтов в рыхлых отло­жениях, изучение свойств и состояния (трещиноватости, тектони­ческих нарушений) коренных пород, определить уровень грунтовых вод, исследовать карстовые процессы.

Инженерная сейсмическая разведка может вестись одиночными маршрутами, с шагом от 2 до 10 м, и площадями; во втором случае работы ведутся для составления карт, причем вся исследуемая площадь покрывается системой параллельных маршрутов, отстоя­щих один от другого на расстоянии 20—100 м.

Геодезические работы при сейсмической разведке сводятся к разбивке на местности профилей с обо­значением на них точек взрыва и точек расположения сейсмоприем­ников; к определению координат и высот этих точек; к составлению вертикального разреза по линии профиля.

Точность определения взаимного положения точки взрыва и сей­смоприемников и длины всей установки (расстояние от первого до последнего сейсмоприемника) можно найти с учетом требований точности фиксации моментов времени прохождения волн. Инструк­цией по сейсморазведке [16] установлено, что относительная невязка в определении длины установки не должна превышать 1 : 300. Ошибка в положении сейсмического профиля на отчетной карте по отношению к пунктам плановой геодезической основы не должна превышать 2 мм. Точность определения высот пунктов взрыва и сей­смоприемников стоит в зависимости от скорости распространения сейсмических волн и колеблется в широких пределах — от 3 см при V = 200 м/с до 1 м при V = 5000 м/с.