
книги из ГПНТБ / Вольвовский И.С. Сейсмические исследования земной коры в СССР
.pdfПреломленные 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 » |
/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'С |
|
|
|
|
|
|
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 |
8ипл,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