1 Общие сведения о сейсморазведке

Идея использования поля упругих колебаний для исследования земной толщи зародилась задолго до того, как возникла аппаратура, с помощью которой была бы возможна ее реализация.

Древнейший метод использования акустических свойств земной толщи заключается в том, чтобы, прижавшись ухом к поверхности земли, слушать наличие звуков, характерных для движущейся конницы. Этот метод позволял услышать конницу задолго до того, как она могла быть увиденной.

Зародилась идея сейсморазведки в результате наблюдений за летучими мышами, которые используют принцип локации в воздухе, а также за дельфинами, которые тот же принцип используют в воде. Естественно, не могла не возникнуть уверенность в том, что этот же принцип может быть использован и в твердых средах, в земной толще.

Согласно этому представлению, при ударном воздействии на поверхность земной толщи должен возникнуть упругий импульс, который будет распространяться в земной толще от точки удара во все стороны.

Предполагалось, что эти упругие лучи распространяются, преломляются и отражаются по законам геометрической оптики. (Вот это всё и было описано Пуассоном средствами математики.)

1.1 Сущность сейсморазведки

Сейсморазведка – это раздел геофизики, основанный на применении искусственно возбуждаемых упругих волн с целью детального изучения геологического строения Земли. В сейсморазведке выделяются границы пластов горных пород с различными упругими свойствами. При падении волны на такую границу образуются новые, отраженные и преломленные волны. Их регистрация позволяет, после обработки и интерпретации, строить сейсмогеологические карты и разрезы. Сейсморазведка используется для решения геологических задач различного масштаба, сложности и детальности. Сейсморазведка отличается высокой разрешающей способностью, глубинностью и развитой технологией.

1.2 Классы и типы сейсмческих волн

Сейсмические волны - это упругие волны энергии, которые путешествуют по Земле или другим упругим телам в результате процесса, производящего низкочастотуную акустическую энергию (землятрясение, взрыв и тд.)

Для возбуждения упругих волн в сейсморазведке применяются взрывы, направленные механические удары или вибрации, приложенные к поверхности изучаемой геологической толщи. Действие источника выражается в форме сил, деформирующих горные породы. Под влиянием сил упругости деформации компенсируются, а частицы горных пород совершают постепенно затухающие колебательные движения.

Сейсмические волны изучают сейсмологи и геофизики при помощи сейсмографа, геофона, гидрофона или акселерометра.

В геофизике преломление или отражение сейсмических волн используют для изучения глубин Земли, искуственные волны используются для исследования подземных структур.

Скорость распространения упругих волн увеличивается прямо пропорционально квадратному корню значений параметров упругости и плотности среды. Также скорость имеет тенденцию роста по мере углубления, так, например, в земной коре она составляет 2-8 км/с, а при углублении до мантии - 13 км/с.

Есть два главных типа: Объемные волны и поверхностные.

Объёмные волны проходят через недра Земли. Путь волн преломляется различной плотностью и жёсткостью горных пород.

Р-волны (первичные волны, волны сжатия) - продольные, или компрессионные волны. Обычно их скорость в два раза быстрее s-волн, проходить они могут через любые материалы. В воздухе они принимают форму звуковых волн, и, соответственно, их скорость становится равной скорости звука. Стандартная скорость Р-волн = 330 м/с в воздухе, 1450 м/с в воде и 5000 м/с в граните.

S-волны (вторичные волны, волны сдвига) - поперечные волны, они показывают, что земля смещается перпендекулярно к направлению распространения. В случае горизонтально поляризованных S-волн земля движется то в одну сторону, то в другую попеременно. Волны этого типа могут действовать только в твердых телах.

Рис.1.2 - Распространение упругих волн

При наличии в разрезе слоистости (трещиноватости), если S-волна распространяется перпендикулярно оси симметрии, то среда характеризуется 2 скоростями S-волн с различной поляризацией. Волна SH, при распространении которой частицы среды двигаются в плоскости изотропии, обладает большей скоростью, чем SV-волны, при распространении которой частицы среды перемещаются перпендикулярно слоистости (трещиноватости).

Поверхностные волны несколько похожи на волны воды, но в отличие от них они путешествуют по земной поверхности. Их обчная скорость значительно ниже скорости волн тела. Из-за своей низкой частоты, времени действия и большой амплитуды они являются самыми разрушительными изо всех типов сейсмических волн. Они бывают двух типов: волны Рэлея (частицы колеблются в вертикальных направлениях) и волны Лява  (частицы колеблются в горизонтальных направлениях).