5. Сейсмикалық сәуле ұғымы.

10 Дәріс. Сейсмикалық толқындардың типтері.

Өріс тудырушы пункттен (нүктеден) серпінді толқындар жан-жаққа тарайды. Жер беті бойымен беттік толқындар, қабаттар тереңіне тура немесе құлаушы (қума немесе көлденең) толқындар тарайды. Толқындардың тарау жылдамдықтары әр түрлі орталар шекараларында құлаушы толқын энергиясынан шағылған және сынған толқындар пайда болады. Бұл кезде құлаушы толқынмен типтес (монотипті, біртипті) шағылған және сынған толқындар немесе құлаушы толқыннан басқа типтегі (ауыспалы) толқындар құралуы мүмкін.

Сейсмикалық барлау үшін сынған толқындардан α = i ауыспалы бұрышпен құлайтын немесе сыну бұрышы 90⁰-қа тең толық ішкі шағылу бұрыштағы толқындардың маңызы зор. Бұл жағдайда бөлуші шекара бойымен сырғанақ сынған толқындар өтеді. Гюйгенс принципі бойынша, олар алғы (басқы) толқындарды құрайды. Осы толқын сынған толқындар әдісімен зерттеледі. β = 90⁰, sin β = 1 болғанда, ауыспалы құлау бұрышын sin i = V₁/V₂ формуласымен анықтайды. sin i < 1 болғандықтан, сырғанақ, демек алғы (басқы) сынған толқындардың пайда болу шарты: V₁ > V₂ .

Егер толқынның тарау жылдамдығы тереңдікпен өсетін болса, өтпелі толқын сәулелері қисаяды да қайта оралады. Бұндай толқындарды рефракцияланған деп атайды.Олар бір текті қабатпен жабылған қабаттарда пайда болады.

Сейсмикалық толқындар күрделі құрылымды ортада (сығылмалар, кемерлер, лықсымалар және т.б.) тарағанда оның көлеңке аймағында дифракцияланған толқындар пайда болуы мүмкін.

Ауа–жер беті шекарасында тереңдікпен тез басылатын Рэлей мен Ляв беттік толқындары пайда болады.

Аталған зертелерде пайдалы толқындардан басқа жазбаларда әр түрлі толқындар-кедергілер (толық және толық емес еселі шағылған-сынған, дыбыстық, микросейсмалар және т.б.) бақыланады.

Қарастырылған пайдалы толқындардың әрқайсысын бөлек тіркеуге болады, сондықтан оларды жеке немесе бір еселі деп атайды. Бірақ олардың қосылып кетуі жиі бақыланады. Сейсмикалық толқындардың көптігі (жүздеген), жүздеген толқын-кедергілердің арасынан бір немесе бірнеше пайдалы толқындарды ажырату және табиғатын тану – сейсмикалық барлаудың күрделі техникалық, әдістемелік және интерпретациялау проблемасы.

Сейсмикалық орта мен шекаралар.

Табиғи геологиялық орталар жылдамдық қимасы мен оларда монотипті толқындардың тарау ерекшеліктері жағынан өте күрделі. Сейсмикалық орталардың қарапайымдалған физикалық-геологиялық модельдері (ФГМ) мыналар:

- бір текті изотропты ортада толқынның тарау жылдамдығы барлық нүктелер мен бағыттарда тұрақты.

- бір текті анизотропты ортада жылдамдық бағыттар бойынша әр түрлі.

- бір текті қабатты орталарда жылдамдық бір қабатта тұрақты, келесі қабатпен шекарада күрт өзгереді.

- градиентті орталарда жылдамдық координаталардың үздікссіз функциясы түрінде болады. Көбінесе жылдамдық тереңдікке байланысты өседі (тік градиентті орталар).

- екі өлшемді әр текті орталарда жылдамдық тік және көлденең бағытта өзгереді.

- үш өлшемді әр текті орталарда жылдамдық үш бағытта өзгереді.

Таужыныстар мен орталардың серпінділік және пьезоэлектрлік қасиеттеріне қума (V_p) және көлденең (V_s) толқындардың жылдамдықтары, олардың жұтылуы (b_p, b_s) жатады. Бұл параметрлер серпінділік модульдерімен (E, δ, μ_c, K_c) және тығыздықпен (σ) анықталады.

Еңкіш шекаралы екі қабатты орта үшін шағылған толқындардың тура және кері есептері.

1. Тура есеп. Сейсмикалық барлаудың шағылған толқындар әдісі тура есебін шешу үшін қабаттардың қалыңдығы мен толқындардың тарау жылдамдығы белгілі қиманың годограф теңдеуін алу керек. Ең қарапайым мысал: бір текті изотропты жоғарғы қабаттан және еңіс шекаралы акустикалық қаттылығымен күрт ерекшеленетін астыңғы жартылай кеңістіктен тұратын екі қабатты қима.

(16.1)

Алынған теңдеудің гипербола теңдеуі екенін көруге болады. Гипербола теңдеуінен келесі айырманы алуға болады.

(16.2)

Бұл гипербола осі t осіне параллель және х осі бойынша 2Нsinφ шамаға жылжыған.

Екі қабатты бір текті қима үшін шағылған толқындар әдісінің тура есебін шешу келесі годограф теңдеуін береді:

(16.3)

2. Кері есеп. Еңкіш шекараласқан екі орта үшін сейсмикалық барлаудың шағылған толқындар әдісі кері есебін шешу үстіңгі қабаттың V₁ жылдамдығын (шағылған толқындар әдісінде қабатты орта үшін оны эффектілі жылдамдық V_эф деп атайды), қиманың геометриялық параметрлерін (Н, φ) анықтау арқылы орындалады. Кері есеп (16.3) годограф теңдеуін талдаумен шешіледі.

Үстіңгі қабаттағы эффектілі жылдамдықты шағылған толқындардың годографы бойынша тұрақты айырма және қарама-қарсы годографтар тәсілдерімен анықтау.

Эффектілі жылдамдықты анықтау формуласы:

		(16.4)
А	б
5 сурет. Шағылған өріс әдісі мәліметтері бойынша эффектілі жылдамдықты тұрақты айырма (а) және қарама-қарсы годографтар (б) тәсілдерімен анықтау.

Қарама-қарсы годографтар тәсілі үшін формула:

(16.5)

Шағылдырушы шекараларды тұрғызу тәсілдері.

V_эф = V₁ алғаннан кейін шағылдырушы шекараның тереңдігін және еңкіштігін анықтап, шағылдырушы шекараны тұрғызуға болады.

Шағылдырушы шекараны тұрғызудың ең қарапйым тәсілдері: t₀ тәсілі, қиылыстыру тәсілі, эллипстер тәсілі және т.б.

t₀ тәсілі. t₀ = 2H/V₁, мұндағы t₀ – жарылыс пунктіндегі уақыт, оны годограф бойынша анықтауға болады (x = 0 болғандағы t мәні). Ал шекара тереңдігі Н = t₀V₁/2.