Типы сейсмических волн

Пусть на земной поверхности расположен источник колебаний – назовем его пункт взрыва. От него на поверхность раздела двух сред падают лучи прямой волны.

В точке падения луча возни­кают отраженная и преломленная волны. Каждый падающий луч вызывает отраженную волну со скоростью v1. Эта отраженная волна регистрируется на по­верхности и в точке возбуждения колебаний, и на неко­тором удалении от пункта взрыва.

Там где граница раздела проходит преломленная волна со скоростью v2, кото­рая на поверхности не может быть зарегистрирована. Однако в определенной геологической ситуации возникает момент, когда угол преломления β становится равным 90° и прелом­ленная волна идет по границе раздела. Это волну называют скользя­щая (граничная) волна. Ее скорость распространения также равна скорости преломленной волны v2.

По принципу Гюйгенса—Френеля, скользящая волна сама является источником элементарных колебаний. Именно они достигают поверхности и регистрируются. Эти волны, порожденные скользящей или граничной волной, называются головными. Скорость распространения головных волн на поверхности равна скорости движения скользящей волны, а следова­тельно, и скорости преломленной волны v2.

Таким образом, за­регистрировав на поверхности головную волну, рас­считывается скорость распространения преломленной волны.

Когда возникает скользя­щая и вслед за ней головная волны. Для этого необходимо, чтобы угол преломления был равен 90° (sin β=1). Следовательно, по закону преломления . Получается, угол падения прямой волны α должен быть меньше 90°, иначе прямой луч не попадет на границу раздела.

Отсюда sin α<l, тогда и отношение , а это возможно когда v2>v1. Таким образом, скорость распространения упругих волн в подсти­лающем слое больше скорости распространения их в верхнем слое. Угол падения прямой волны, при котором угол β равен 90°, называется углом полного внутрен­него отражения.

Многослойный геологический разрез бывает представлен слоями, в которых скорость распространения упругой волны возрастает с глубиной. Тогда лучи проходящих через слои пре­ломленных волн могут искривиться и выйти на поверхность. Та­кие волны называются рефрагированными.

Если волна попадает на геологический объект, который имеет свойства (скорость, плотность) отличающие от вмещающей среды, и при этом обла­дает небольшими по сравнению с длиной волны раз­мерами, то наблюдается эффект рассеивания волн - дифракция. Со­гласно принципу Гюйгенса—Френеля, такой геологический объект сам становится источником вторичных волн, которые как бы отражаются от него во все стороны и создают эффект рассеивания или огибания падающей волной встречен­ного объекта. В этом случае регистрируемые волны называются дифрагированными, или волнами огибания. Дифракция волн характерна для районов развития дайковых тел, разломов, сбросов, рудных тел и т. д.

В сейсморазведке изучают в основном продольные отражен­ные и преломленные волны.

Это объясняется тем, что скорость продоль­ных волн больше скорости поперечных. Скорости продольных волн имеют большую энергией и, следовательно, прони­кают на большую глубину. Продольные волны возни­кают практически при любых условиях возбуждения взрывными или невзрывными источниками, в то время как для поперечных волн требуются источники, использующие горизонтально на­правленное воздействие на среду. Тем не менее, в последние годы получает распространение комплексное использование ме­тодов продольных и поперечных волн для извлечения из сейсморазведочных данных максимума информации и получения всех возможных физико-механических характеристик пород.

В сейсморазведке различают монотипные и обменные волны. Если от продольной падающей волны получаются отраженные и преломленные продольные волны (т. е. того же типа, что и падающие), то регистрируемые волны называются монотип­ными. Если тип волны меняется (от продольных волн получи­лись отраженные или преломленные поперечные волны и наобо­рот), то регистрируемые волны называются обменными.

Помимо названных волн существуют волны-помехи:

• прямая продольная волна, распространяющаяся вдоль поверхности земли от точки возбуждения;

• поверхностная волна, распростра­няющаяся в верхнем рыхлом слое с небольшой скоростью 200— 1000 м/с;

• микросейсмы, т. е. беспорядочные движения почвы, вызываемые различными внешними причинами (ветром, дож­дем, движением транспорта, работой машин и т. п.);

• звуковые волны, возникающие при взрыве и распространяющиеся в воз­духе со скоростью 300—350 м/с;

• нерегулярные волны, вызван­ные рассеянием полезных волн на мелких неоднородностях в толще геологических слоев, и другие помехи.

От влияния этих волн на запись полезных колебаний приходится избавляться различными способами.