Лекция № 8

Тема: Сущность сейсморазведки

Сейсмическая разведка (сейсморазведка) это один из важнейших видов геофизической разведки земных недр, который основан на изучении особенностей распространения в земной коре искусственно возбужденных упругих волн.

Вызванные взрывом или другим способом упругие волны, распространяются во всех направлениях от источника колебаний и проникают в толщу земных недр на большие глубины.

Упругие волны в процессе распространения отражаются и преломляются. И часть упругих колебаний возвращается к поверхности Земли, где регистрируются специальной, достаточно сложной аппаратурой.

Полученные данные подвергаются обработке с применением современной вычислительной техники. После обработки сейсмической информации определяется глубина залегания, форма и свойства тех слоев, на поверхности которых произошло отражение или преломление упругих волн.

Возможность использования сейсморазведки для решения геологических задач основана на том, что горные породы, как правило, имеют различные скорости распространения упругих волн.

Различие в скоростях распространения упругих волн и проявляется на границах геологических образований, и обуславливают процессы отражения и или преломления упругих волн. Таким образом, на границах слоев, где скорости меняются, могут образоваться отраженные, преломленные, рефрагированные, дифрагированные и другие волны. Регистрируя волны на земной поверхности, можно получить информацию о скоростном разрезе, а по нему судить о геологическом строении.

Существуют два основных метода сейсморазведки - метод отраженных волн (MOB) и метод преломленных волн (МПВ). Методы, использующие другие методы находят меньшее применение.

Метод отраженных волн основан на изучении особенностей распространения упругих волн, отразившихся от границы раздела двух геологических слоев, различающихся по упругим характеристикам.

Метод преломленных волн основан на регистрации преломленных упругих волн вдали от источника, скользящих вдоль кровли геологических образований.

Упругие волны в безграничном пространстве

Источником распространения упругих волн в сейсморазведке являются механические воздействия на горные породы. Эти воздействия стремятся изменить размеры и форму горных пород. Внутренние силы частиц горных пород противостоят внешним воздействием и стремятся возвратиться к своему первоначальному состоянию. Это свойство горных пород сопротивляться изменениям размеров или формы и возвращаться в первоначальное недеформированное состояние называться упругостью.

Связь между силой, действующей на единицу площади (напряжением) и изменением формы и размеров (относительной деформацией) описывается законом Гука.

При воздействии источника упругих волн на горные породы происходит передачи энергии и распространения ее во все стороны от него в виде сейсмической волны. В безграничном изотропном пространстве возникают два типа сейсмических волн: продольные и поперечные.

Продольные сейсмические волны являются наиболее быстрыми и приходят от источника к любой точке наблюдения первыми. Этим волнам присвоен индекс Р (первая буква слова prima - первый).

Поперечные сейсмические волны регистрируются вторыми и им присвоен индекс S (первая буква слова secunda - второй).

Основные положения геометрической сейсмики

Наиболее простым для понимания с основными понятиями теории сейсморазведки является сферический источник сейсмических волн.

Рассмотрим взрыв в небольшом объеме некоторого количества взрывчатого вещества.

От такого источника, действующего некоторое время Δt, во все стороны будет распространяться объемная сферическая волна. Если среда изотропная, т.е. V=const, то выделяются три зоны:

- внутренняя сфера (I) радиусом r_В, в которой возмущения, вызванные источником, уже прекратились;

- сферический слой (II) с внутренним радиусом r_В и толщиной Δr=VP·Δt, где частицы еще колеблются

- наружная область (III) с радиусом r_H=r_B+Δr, куда упругие колебания еще не дошли.

Поверхность, разграничивающая области I и II, называются задним фронтом, или тылом волны.

Поверхность наружной области называют передним фронтом волны.

Фронт и тыл волны распространяются в среде со скоростью v.

Таким образом, вокруг точки возбуждения колебаний образуется расширяющаяся область, где ко­лебание частиц уже прекратилось, а в колебательный процесс вовлекаются частицы, все более удаленные от точки взрыва.

Поверхность фронта волны в какой-то конкретный момент времени называется изохроной. Совокупность изохрон одной волны составляет семейство изохрон. Линии, перпенди­кулярные к изохроне или фронту волны, называются сейсмическими лучами.

Вдоль лучей переносится энергия упругой волны. В однородной среде (v = const) лучи являются отрезками прямых линий, а изохроны имеют вид сферических поверхностей с центром в точке взрыва. В неоднородной среде (v≠const) лучи приобретают вид ломаных линий (кривых), а изохроны могут принимать слож­ную конфигурацию.

Распространение упругих волн в горных породах подчи­няется принципам и законам геометрической оптики.

Так, законы распространения фрон­тов волн в упругой среде выводятся из принципов Гюйгенса— Френеля и Ферма.

Принцип Гюйгенса — каждая точка фронта волны яв­ляется источником самостоятельных колебаний. Строя элемен­тарные волновые фронты из центров, лежащих на заданной изохроне (тыл волны), можно определить положение соседней изохроны (фронта волны) как поверхности, огибающей элемен­тарные фронты. Существует дополнение Фре­неля — принцип наложения или суперпозиции волн: если в среде распространяется одновременно несколько волн, то каждая из них движется независимо от других, а интенсив­ность суммарной волны определяется сложением (суперпозицией) интенсивностей элементарных волн. Учитывая принцип Френеля, при построении изохрон определенной волны можно пренебречь существованием в среде других волн.

Сейсмический луч, распространяющийся от источника коле­баний во все стороны, попадает на границу двух сред с разными физическими свойствами (v1≠ v2). Здесь он отражается и пре­ломляется.

Принцип Ферма (принцип наименьшего времени): уп­ругая волна движется между двумя точками по пути, требую­щему наименьшего времени для его прохождения, т. е. по лучу.

Сейсмический луч, распространяющийся от источника коле­баний во все стороны, попадает на границу двух сред с разными физическими свойствами (v1≠ v2). Здесь он отражается и пре­ломляется. Основным законом геометрической сей­смики является закон преломления — отражения, включающий два основных положения:

1. падающий, отражен­ный и преломленный лучи лежат в одной плоскости, совпадаю­щей с нормалью к поверхности раздела в точке падения луча;

2. углы падения α, отражения γ и преломления β связаны между собой соотношениями:

, т.е

или угол α равен углу β – это закон отражения.

или - это закон преломления.