Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Вольвовский И.С. Сейсмические исследования земной коры в СССР

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
13.37 Mб
Скачать

Преломленные на поверхности Мохоровичича волны ( Р ^ ) реги­ стрируются в первых вступлениях начиная со 150—170 км; на удале ­ н и я х 280—300 км (при используемых в ГСЗ зарядах) они практически

ѵѵ.км/с

к I

л I

1

1

: '

*

 

!

I '

 

so

то

m

m

wo

wo

200

ггоя.кн

Рис. 30. Графики зависимости ѵк от R для волн Р^р по профилю ГСЗ

 

Теджен —Равнина

в Юго-восточной

Туркмении

[74].

 

і

— экспериментальные данные;

2 — теоретический

график.

затухают (рис. 31). В последующих вступлениях волны PJ*, ка к пра"

вило, визуально

 

не

выделяются.

 

Л и ш ь

в некоторых

районах, где

отмечена их

 

сравнительно высокая

интенсивность

(Тунгусская

А »

и ,

г0тр

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

-

1

 

 

 

 

 

 

I

M

I

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

I I I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

180

 

 

200

 

 

 

220

 

2WR,KM

Рис.

 

31.

Графики

зависимости

отношении

А р м МрМ

п 4рМ М р м , от R по профилю

 

 

 

отр

пр

ГСЗ Душак —Равнина

 

 

отр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в Юго-восточиой Туркмении

[74].

 

1

-

A

 

отр'

 

'р пр

 

2

А

рМ

отр

Р

м , = / № ) •

 

 

 

p W / - 4

м = П я ) ;

 

~

/ ^

 

синеклиза) или были применены специальные приемы интерпретации

сейсмограмм

(например, лабораторные

способы

Р Н П

в

Б у х а р о -

Хивинской зоне и в Ферганской впадине), годограф волн Р ^

удалось

продлить до выхода в первые вступления на несколько

десятков

километров

(рис. 32). Волны Р™р характеризуются

практически п р я ­

молинейным

годографом с повсеместно

выдержанными

значениями

к а ж у щ е й с я

скорости — 7,5—8,5 км/с. Л и ш ь в области

альпийской

64

 

 

 

 

 

 

 

ЩЩ] 5

 

100

200

 

 

 

500

600

R,HM

П8117

ПВЭ21

ПВ2І68

PB 2680

 

ПВ it 150

ПВ3588

flBWS

ПВ5720

ПВ6620

Рис. 34.

Графики

изменения амплитуд

преломленных ц отраженных волн,

связанных

с

границей

Мохоровичича

 

 

по профилю ГСЗ Копетдаг —Аральское

море в Центральной Туркмении [127].

 

1 - экспериментальные

данные ; о с р е д н я ю щ н е графики: 2 - д л я в о л н

р М •

з -

д л я в о л и

р М п о у

в е р е

н н ь ш

д а н н ы м , 4

- т о ж е , п о н е ­

у в е р е н н ы м

данным; s -

п у н к т взрыва, к о т о р о м у

соответствует

график

А = ?

(Д)

(стрелки показывают

н а п р а в л е н и е у в е л и ч е н и я р а с с т о я н и я

 

 

 

от

п у н к т а

взрыва).

 

 

 

 

 

г

 

 

 

г

 

 

 

Vгк, кму

 

 

 

 

 

 

Wh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. р г

 

 

 

 

 

• •

• Р

 

 

 

 

готр

so

80

100

120

/40

too

R. км

 

 

Рис. 36. Графики зависимости ѵк

от R для воли Р^р

и P K z по профилю

ГСЗ

 

Теджен—Равнпна

в Юго-восточной Туркмении [74].

 

 

1 — экспериментальные данные; 2,

з — теоретические графики.

 

 

Рнс. 37.

Графики

зависимости отношений - 4 - м

іАѵк7

 

и Л р

м М р К ,

от R

 

 

 

 

 

 

отр'

пр

 

отр'

отр

 

по профилю ГСЗ Теджен—Равнина в Юго-восточной Туркмении

[74].

1 — экспериментальные данные ; теоретические графикиі $

A

JJ

М р

к г

= f ( R l

( ° -

Д л я

 

 

 

 

 

 

 

 

отр

 

пр

 

 

 

частоты 15

Г ц , б — д л я

частоты

10

Г ц ) ,

s

А щ / А р К і

= f (H)

без

у ч е т а п о г л о щ е н и я ,

 

 

 

 

 

 

Р о т р / OTD

 

 

 

 

 

 

 

 

<

— то

ж е ,

с

учетом п о г л о щ е н и я .

 

 

 

 

 

 

68

По интенсивности они, ка к правило, занимают промежуточное

поло­

жение между

группами

волн Р ^ р и

(рис. 37). Волны Р к = обычно

легко опознаются к а к

первые волны

с высокими скоростями (7—

7,5 км/с против 5,5—6,5 км/с волн Р ^ 1 и относительно

небольшим

затуханием

(коэффициент

затухания

3—4 • 1 0 _ Б м - 1

против

2—

5-1СГ* м - 1 у волн рк»).

 

 

 

 

 

Волны (Р°°), связанные

с осадочными отложениями,

на годогра­

фах ГСЗ выделяются в

основном в первых вступлениях непосред­

ственно от пункта взрыва до удалений 15—20, реже 40—60 км (в з а в и ­ симости от глубины залегания границ и скоростей распространения) .

Годографы их прямолинейные,

к а ж у щ и е с я

скорости 2,5—4,5 км/с.

Запись простая, интенсивная,

высокочастотная,

затухание

сильное

(коэффициент з а т у х а н и я 1 — 3 - Ю - 3 м - 1 ) .

 

 

 

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ОСНОВНЫХ

ВОЛН

 

Представления о природе

сейсмических

волн, регистрируемых

при Г С З , претерпели существенные изменения на протяжении

неболь ­

шой истории развития метода. Они изменялись по мере усложнения систем регистрации волн и проведения исследований на моделях, развития теоретических исследований, применения машинных спо­

собов обработки

экспериментального

материала . И сейчас еще не все

ясно в этом вопросе, однако физическая природа основных

рассмо­

тренных выше

сейсмических

волн

представляется

установленной .

Коротко рассмотрим эволюцию

представлений

о природе волн.

В начале X X века, благодаря работам А. Мохоровичпча, Л . Мин-

тропа и К . Конрада

[156], а

т а к ж е

последующим

работам

других

исследователей

[30, 48], было сформулировано положение о том, что

регистрируемые

на

континентах волны с к а ж у щ и м и с я скоростями

5,4—5,8*; 6,4—7,0 и 7,8—8,2 км/с — п р о д о л ь н ы е головные

волны,

соответствующие поверхностям «гранитного», «базальтового» и подкорового слоев [48]. Основанием дл я т а к о й интерпретации явилась регистрация этих волн в первых вступлениях и приблизительная п р я ­ молинейность их годографов, что находилось в соответствии с полу­ ченными к тому времени в теории распространения колебаний кине­ матическими свойствами головных волн в слоисто-однородных средах. К середине 50-х годов в результате проведения сейсмологических исследований, регистрации промышленных взрывов и глубинного сейсмического зондирования был накоплен большой фактический материал, который не всегда удавалось удовлетворительно объяснить, исходя из образования в слоисто-однородных средах только голов­ ных волн.

В 1947 году в США X . Тейтлом и М. Тыовом [159, 166] при реги­ страции промышленных взрывов н а р я д у с головными были выделены

1 Волны с кажущимися скоростями 5,4—5,8 км/с, точнее говоря, являются прямыми, так как пх источники расположены глубже поверхности «гранитного» слоя.

69

волны, отнесенные к отраженным от подошвы земной коры за крити ­ ческим углом. В СССР предположение о возможности регистрации закрнтнческих отраженных волн впервые было высказано И . Л . Н е р -

сесовым в 1957 году [ 7 4 ] , который по результатам

обработки сейсмо­

логического материала, полученного в Гармском

районе Т а д ж и к и ­

стана, интерпретировал волну Р * (на удалениях свыше 180—200 км

от эпицентра) не к а к головную, соответствующую поверхности

«ба­

зальтового» слоя, а как отраженную от

поверхности

Мохоровнчича

за предельным углом. В 1958 году А. С. Алексеев на

основании

ди ­

намической теории распространения упругих сейсмических

колеба­

ний провел теоретические

исследования

амплитуд

основных

волн

в случае некоторых моделей

земной коры

[ 1 ] . В результате

этих ра ­

бот было установлено, что-доминирующими по интенсивности в одно­

родно-слоистых моделях земной коры

являются закритические

отраженные волны.

Аналогичные

результаты

были

получены

С. Ф. Б о л ь ш и х [ 7 4 ] ,

Ю. В . Ризниченко

и

Г. О. Шаминой

[121],

Ю. В . Ризниченко, Б . Н . Ивакиным

и

В . Р . Бугровым

[120]

при

моделировании и А. М. Епинатьевой

при сейсморазведочных иссле­

дованиях [ 5 5 ] .

 

 

 

 

 

 

 

В эти ж е годы закритические отраженные

волны

от главных

гра ­

н и ц раздела земной коры были выделены и при исследованиях мето­

дом ГСЗ

1'19, 23, 36, 69, 108] . Этими исследованиями было показано,

что при

наличии в земной коре неоднородных

(градиентных)

слоев,

в которых скорость распространения упругих

сейсмических

колеба­

н и й с глубиной непрерывно изменяется, зарегистрированные

волно­

вые поля следует рассматривать, применяя для этого неоднороднослоистые модели земной коры . По результатам теоретических иссле­

дований в таких

моделях в диапазоне частот,

используемых в

ГСЗ

(5—20 Гц), доминирующими по интенсивности

являются закритиче­

ские отраженные

и рефрагпрованные волны [11 . Эти волны по

кине ­

матическим характеристикам очень близки к головным волнам, что создает трудности при их распознавании . Таким образом, лишь к 1960 г. в связи с экспериментально установленной и теоретически обоснованной возможностью регистрации закритических отраженных волн от глубинных границ раздела земной коры наметились более точные представления о природе регистрируемых в методе ГСЗ волн.

Исследования

природы волн были, в частности, проведены

автором

(совместно с

А. С. Алексеевым, Н . И. Ермиловой, П. В . К р а у к л и -

сом и В . 3. Рябым) по материалам ГСЗ, полученным в районах

Сред­

ней АЗИИ. Детально этот вопрос рассмотрен

в работе [ 7 4 ] , здесь

оста­

новимся лишь на некоторых результатах

исследований.

Заметим,

что полученные выводы о природе волн справедливы не только д л я районов Средней Азии; они могут быть распространены практически на все континентальные структуры . Правомерность качественной экстраполяции сделанных выводов на другие районы вполне справед­ лива, так как устойчивость кинематических и динамических характе ­ ристик основных волн для широкого класса слоисто-однородных моде­ лей земной коры была показана выше.

70

Рассмотрим

 

результаты

теоретических расчетов

кинематических

и динамических

характеристик

волн 1 дл я

моделей земной к о р ы

Юго-восточной

Туркмении

(рис. 38), выбранных

на основании пред ­

ставлений о природе зарегистрированных волн и характере

скоростей

Модель

I

 

Модель

2

 

Модель 3

 

I 2 3 4 5 6

7

аи„л.нм/С

I

2 3 і

5 6

7 8Ѵ„„,кмІС

12

3 1/ 5

6 7

пл,км/с

Ос

 

 

О

Ос

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

го

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

til

 

 

Н,нм

du

/'!

H,нм

 

%-0.03^

 

 

 

 

 

dz = 0.0125 t

Рис. 38. Модели земной коры для районов Юго-восточной Туркмешш.

В таблице приведены параметры слоев з е м н о й к о р ы , и с п о л ь з о в а н н ы е д л я расчетов: ѵ п л — с р е д ­

н я я пластовая с к о р о с т ь в слое;

р — с р е д н я я плотность

п о р о д ; h — мощность

с л о я ; dv/dz —

 

 

г р а д и е н т с к о р о с т и .

 

 

 

 

 

 

 

М о д е л ь

1

М о д е л ь

2

Модель

з

Слой

о

 

 

о

 

 

О

 

 

's

•s

 

 

 

 

 

ъ.

 

 

S

 

 

 

 

 

 

X

О

Ч

Ü

 

 

о

 

 

 

и

 

t-

 

 

и

 

 

»

 

 

 

' л

 

 

•*

 

6.

•с"

 

Œ

•«

s

 

 

 

 

 

 

4,3

2,5

10

4,34

2,5

10

4,3

2,5

10,0

«Гранитный» ( К , ) . . . .

5,9

2,75

8

6,3

2,75

8

5,9

2,75

8

6,4

2,9

16

6,889

2,9

16

2.9

16

«Базальтовый» ( К 2 ) . . .

7,4

3,05

16

7,654

3,05

16-

3,05

16

П е р в ы й п о д к о р о в ы й (Мі )

8,4

3,35

4 ; 6 ; 8

8,4

3,35

4і 6; 8

8,4

3,35

4; 6; 8

В т о р о й п о д к о р о в ы й ( М 2 )

8,7

3,35

8,84

3,35

их распространения, возникших в результате предварительного изу ­ чения и анализа экспериментальных материалов [58].

Амплитудные кривые и годографы волн первого динамического диапазона 2 (рис. 39, 40 и 41) свидетельствуют о том, что смены волн

1 Расчет кинематических и динамических характеристик волн проводился по формулам динамической теории упругости и таблицам коэффициентов отра­ жения — преломления [84]. Необходимые поправки, связанные с поглощением воли, вводились непосредственно в результаты расчетов.

2 Годографы волн первого динамического диапазона отражают те области существования волн, в которых их амплитуда не менее 0,1 амплитуды волны, доминирующей в рассматриваемом интервале.

71

в первых вступлениях дл я сред, описываемых моделями 1 и 2, д о л ж н ы происходить в основном за счет затухания сменяемых волн х . Так , например, головная волна, соответствующая поверхности «базальто­

вого» слоя

(PJSQJ,), практически может перестать выделяться, начиная

с удалений

примерно 130—140 км от пункта взрыва. Вследствие

t.с

 

30

20

 

 

 

W

 

 

 

 

 

 

J.

О

100

200

300R.KM

Рис 39. Теоретические годографы однократных продольных волн (нервыіі

 

динамический

диапазон) для модели

яемной коры 1.

 

 

Г о д о г р а фы

в о л н :

1 — п р я м о й ,

2 — головной ,

соответствующей

поверхности

фундамента ,

3 — отраженно й от

поверхности

фундамента,

4 -

Pj^Jj,

S — P j ^ , 6 •

) К .

 

7 — Р к '

0 М

Р м

10 •

р М ,

п _ р М ,

1 2 _

р М .

 

 

гол '

отрі

 

начальны е

точки г о д о -

 

 

 

г о л '

отр'

 

р е ф р '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

графов головных в о л н .

 

 

 

 

 

того, что на этих расстояниях головная волна,

отвечающая

поверх ­

ности «гранитного» слоя

( Р ^ л ) , т а к ж е

затухает, в первые

вступления

выходит закритическая отраженная волна от поверхности «гранит­ ного» (PJVp) дл я модели 1 (рис. 39) 2 или «базальтового» (PJ^) дл я мо­

дели 2 (рис. 40 и 41) слоев,

которая может прослеживаться в первых

вступлениях на удалениях

вплоть до 160—180 км (до выхода в п е р ­

вые вступления головной

волны, соответствующей поверхностн

Мохоровнчича — Р ^ л ) - С учетом отмеченных особенностей волн Р*£л ,

ï Расчет абсолютных и относительных (отношение амплитуд волн к ампли­ туде опорной волны) динамических характеристик проводился в предположении, что регистрация волн ведется на одной частоте.

2 Амплитудные кривые, полученные для модели 1, здесь не приведены, так как они очень близки аналогичным кривым для модели 2.

Р ^ л , PJVp и р м возможен в процессе корреляции переход с головной волны рк=л на отраженные Р$?р или РК?р .

Н а ч и н а я с удалений примерно 125 (модель 1) — 145 км (модель 2), доминирующей становится закритическая отраженная волна от по ­ верхности Мохоровичича. Область интерференции волн Р ^ л и р м р

Рис. 40. Теоретические годографы однократных продольных волн (первый динамический диапазон) для модели земной коры 2.

Г о д о г р а ф ы

волн:

J р г о л '

2 ~ о т Р а

ж е н и ° й о т

п о в е р х н о с т и

фундамента, з — Р ^ * , &

р К , 5 _ р К г е

_ р К 2

7 _ р M

s - Р м

9 - р М А

10 _ р М ,

« - г о л о в н о й .

^гол' -

г о т р '

^гол'

^ о т р '

г г о л '

" в - р ррефр'вр -

І

0 - р о* оттр '-

с о о т в е т с т в у ю щ е й п о в е р х н о с т и ф у н д а м е н т а ; 12 — начальные точки

годографов г о л о в н ы х в о л н .

вследствие малой к р и в и з н ы годографа волны

 

 

имеет весьма значи­

тельную

протяженность . Пр и частоте 10 Гц и наличии

трех-четырех-

фазных

колебаний может оказаться

практически невозможным разде­

ление первых

волн

РМр и Р ^ л вплоть до удалений порядка 165—

175 км, где волна Р ^ л выходит в первые вступления. Волна Р ^ л зна­ чительно слабее по амплитуде, чем волна P*J В первых вступлениях она практически может прослеживаться лишь до расстояний порядка

200 (при частоте 15 Гц) — 220 км

(при частоте 10 Гц), после чего

амплитуды

ее записи выходят из

пределов первого динамического

диапазона .

 

 

С расстояний 220—230 км в первые вступления в зависимости от принятых предположений о строении подкорового с л о я д о л ж н ы выхо­ дить закритическая о т р а ж е н н а я и головная волны, соответствующие

73

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ