Типы сейсмических волн

От пункта возбуждения во все стороны распространяются упругие вол­ны. Вдоль земной поверхности идут поверхностные волны, а в глубь слоя рас­пространяются прямые или падающие (продольная и поперечная) волны. На границах раздела сред с разными скоростями упругих волн за счет энер­гии падающей волны возникают отраженные и преломленные волны. При этом могут образоваться отраженные и преломленные волны как того же типа, что и падающая (монотипные, однотипные волны), так и другого типа (обменные волны). Поскольку продольные волны обладают большими скоро­стями, чем поперечные (и поэтому к пунктам регистрации приходят первы­ми), а при возбуждении упругих волн взрывами и многими невзрывными источниками возникают в основном продольные волны, то в сейсморазведке они используются чаще. В дальнейшем речь будет идти в основном о продольных волнах, хотя все рассмотренные закономерности могут быть справедливы и для поперечных волн.

Отражение монотипных продольных сейсмических волн происходит на границах слоев с разными волновыми сопротивлениями (акустическими жесткостями λ = σV), т.е. условие образования отраженной волны определяется неравенством σ₁V₁ ≠ σ₂V₂, где V₁,V₂ и σ₁, σ₂ - скорости распространения волн и плотности пород в первом и втором слоях, а угол падения равен углу отражения.

Из преломленных волн для сейсморазведки особый интерес представляют волны, падающие под углом α = i, называемым критическим или углом полного внутреннего отражения, когда угол преломления становится равным 90^о. В этом случае вдоль границы раздела пойдет скользящая преломлен­ая волна. Именно она, согласно принципу Гюйгенса, создает новые волны, называeмые головными и формула для определения критического угла падения получит вид sin(i) = V₁/V₂. Так как sin(i) <1, то условием образования скользящей, а значит и головной преломленной волны является V₁<V₂.

Если скорость распространения упругой волны в среде возрастает с глубинnй, то лучи проходящих волн искривляются и возвращаются на поверхность. Такие волны называются рефрагированными.

При распространении сейсмических волн в средах сложного строения (дайки, уступы, сбросы и т.п.) в зоне тени для проходящих волн могут возникать дифрагированные волны.

На границе воздух - земная поверхность образуются поверхностные волны Рэлея и Лява, которые быстро затухают с глубиной.

Кроме перечисленных полезных для глубинных исследований волн на записях наблюдаются различные волны-помехи (полно- и неполнократные отраженно-преломленные, звуковые, микросейсмы и т.п.).

Каждая из рассмотренных полезных волн может быть зарегистрирова­на самостоятельно, и поэтому их называют индивидуальными, однократ­ны­ми. Однако очень часто наблюдается их сложение. Обилие сейсмических волн (сотни), необходимость выделения и распознавания природы одной или десятка полезных волн среди сотен других, играющих роль волн-помех, представляют очень сложную техническую, методическую и интерпрета­цион­ную проблему в сейсморазведке.

Сейсмогеологический разрез

Реальные геологические среды очень сложны с точки зрения скоростного разреза и особенностей распространения в них монотипных упругих волн. Упрощенными физико-геологическими моделями (ФГМ) сейсмических сред являются следующие.

В однородной изотропной среде скорость распространения упругой волны в каждой точке неизменна по величине и направлению. В анизотропной среде скорость распространения упругих волн по разным направлениям различна. В однороднослоистых средах скорость остается постоянной лишь в каждом слое и скачком меняется на их границах. В градиентных средах скорость распространения волн является непрерывной функцией координат. Чаще всего наблюдается увеличение скорости с глубиной (среды с вертикальным градиентом скорости).

Таким образом, в сейсморазведке чаще всего используются модели слоистых сред, в каждом из которых скорость или постоянна, или меняется непрерывно, а на границах слоев - меняется скачком.

Для образования тех или иных волн большую роль играют форма и качество сейсмических границ между слоями. На резких границае скорости и акустические жесткости меняются более, чем на 25 %, на нерезких отличия меньше. Сейсмические границы бывают гладкими, на которых неровности по размерам значительно меньше длины упругой волны, и шероховатыми - с неровностями, сравнимыми с длиной волны.