книги из ГПНТБ / Богданов, Алексей Иванович. Интерпретация сейсмических годографов

ГЛАВА V

ВЗАИМНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ГОДОГРАФОВ ПРОДОЛЬНЫХ УПРУГИХ ВОЛН РАЗНОГО ТИПА НА ЛИНЕЙНЫХ ПРОДОЛЬНЫХ ПРОФИЛЯХ ДЛЯ СЛОИСТОЙ СРЕДЫ

§ 1. ВЗАИМНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ГОДОГРАФОВ ПОВЕРХНОСТНЫХ, ЗВУКОВЫХ, ПРЯМЫХ, ОБЫЧНЫХ ОТРАЖЕННЫХ

И ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН

Если в разрезе горных пород исследуемого района имеется несколько отражающих и преломляющих границ раздела, то каждой из них на плоскости годографа будет соответствовать один годограф обычных продольных отраженных или преломленных волн. Вне зависимости от скоростной характеристики среды, по­ крывающей почти плоские отражающие либо преломляющие гра­ ницы раздела, линейные продольные годографы обычных отра­ женных волн будут представлять собой кривые, близкие к гипер­ боле, а годографы преломленных волн — прямые линии или близкие к ним. Существенное изменение наклонов и криволиней­ ность границ раздела приводят к значительному изменению взаимоотношения годографов и осложнению их формы. Если граница раздела является одновременно отражающей и пре­ ломляющей, то начальная точка годографа преломленных волн всегда будет лежать на годографе отраженных волн. Кроме ветвей обычных отраженных и’ преломленных волн, на плоскости продольного годографа могут присутствовать прямолинейные ветви годографов поверхностных, звуковых, прямых, а также кратных отраженных, преломленных и отраженно-преломленных продольных волн.

Таким образом, при сейсморазведочных работах в условиях сред, содержащих несколько преломляющих и отражающих границ раздела, будет наблюдаться совокупность ветвей годо­ графов поверхностных, звуковых, прямых либо проходящих, обычных и кратных продольных отраженных, преломленных и отраженно-преломленных волн, взаимное расположение и форма

260

образие особенностей строения реальных сред, и охарактеризо­ вать все встречающиеся варианты взаимного расположения со­ ответствующих им годографов не представляется возможным.

Рассмотрим вначале взаимное расположение линейных про­ дольных годографов обычных волн указанных выше типов для нескольких наиболее характерных разрезов, с которыми можно встретиться на практике.

Наиболее характерными разрезами являются следующие: а) горизонтально залегающая плоско-слоистая среда; б) наклонно залегающая плоско-слоистая среда; в) несогласно залегающая плоско-слоистая среда; г) наклонно залегающая плоско-слоистая среда, нарушенная сбросами; д) среда с линзовидным залеганием слоев; е) среда с криволинейными отражающими и преломляю­ щими границами раздела.

Количество границ раздела возьмем не больше трех-четырех и будем считать, что все они являются одновременно отражаю­ щими и преломляющими. Для указанных характерных разрезов

обозначены теми же цифровыми индексами, что и соответствующие им границы раздела. Изображены они схематически и не претен­ дуют на точное соответствие разрезам. Из рис. 122 видно, что годографы различных волн для всех характерных разрезов обра­ зуют сложную картину (сетку взаимно пересекающихся линий).

К точкам дневной поверхности, расположенным на различных расстояниях от пункта взрыва, волны разных типов приходят в неодинаковой последовательности. Первыми к точкам дневной поверхности приходят прямые или продольные преломленные волны. Поверхностные и продольные отраженные волны прихо­ дят почти всегда позже прямых и всегда позже преломленных волн.

К ряду точек дневной поверхности могут подходить одновре­ менно или почти одновременно упругие волны двух или несколь­ ких типов. Расстояния от пункта взрыва до точек дневной поверх­ ности, к которым одновременно приходят волны разных типов, равны абсциссам точек пересечения годографов.

Подходя одновременно или почти одновременно к дневной поверхности, волны разных типов взаимно интерферируют и тем самым искажают динамические признаки простых волн, что очень затрудняет их последующее выделение, отождествление и прослеживание на сейсмограммах. Поэтому области интерферен­ ции простых волн, соответствующие участкам сближения и пере­ сечения ветвей годографов волн разных типов, весьма неблаго­ приятны для записи прихода упругих волн. При регистрации интересующих нас отраженных и преломленных волн, по годогра­ фам которых можно составить представление о глубинном гео-

261

Рис. 122, а—к Взаимоотношение годографов поверхностных, звуковых, пря­

ные сбросами; а — среда с выклинивающимися пластами; и, к — среды с криволинейными

'отражающими и преломляющими границами раздела.

логическом строении исследуемого участка, следует выбирать области плоскости годографа, свободные от зон интенсивной ин­ терференции простых волн, или ослабить интенсивность менее интересных волн. Из приведенных выше примеров (на рис. 122) видно, что на сравнительно небольших расстояниях от пункта взрыва наблюдается интерференция отраженных, поверхностных

пзвуковых волн.

На больших расстояниях от пункта взрыва наблюдается об­ ласть интерференции волн, преломленных на различных грани­ цах раздела исследуемой среды. В областях интерференции волны, преломленные на более глубоких границах раздела, обго-

264

няют полны, преломленные на более мелких границах раздела.. На средних расстояниях от пункта взрыва отмечается наибо­ лее обогащенная областями интерференции зона, в которой имеется наибольшее количество пересечений и схождений годографов

прямых, отраженных и преломленных волн.

Область плоскости годографа ближе к оси времен наиболее благоприятна для записи волн, отраженных от границ раздела слоистой среды. В ее пределах могут быть зарегистрированы, кроме отраженных, поверхностных и звуковых волп, лишь прямые волны и волны, преломленные на неглубоко залегающих грани­ цах раздела.

Область плоскости годографа, удаленная от оси времен, наи­ более благоприятна для записи преломленных волп. Волны дру­ гих типов в этой области могут регистрироваться лишь на очень больших временах и не будут препятствовать выделению и про­ слеживанию преломленных волн.

В промежутке между этими областями можно записать лишь волны, преломленные на неглубоко залегающих границах раз­ дела и приходящие первыми к приборам.

Для улучшения условий регистрации отраженных и прело­ мленных волн в начальных участках ветвей их годографов необхо­ димо всеми имеющимися средствами ослабить на записи интенсив­ ность колебаний, вызванных поверхностными, звуковыми и прямыми волнами. Ослабление интенсивности звуковых и поверх­ ностных волн может быть достигнуто средствами возбуждения упругих волн. Для ослабления на записи интенсивности поверх­ ностных и прямых волн используются аппаратурные приемы. Иногда при регистрации отраженных волн удается избежать помех со стороны поверхностных волн чисто методическими при­ емами ведения работ.

Однако в отдельных случаях ни средствами возбуждения, пи средствами приема упругих волн (аппаратурными и методиче­ скими) не удается ослабить на записи интенсивность колебаний, вызванных поверхностными и прямыми волнами, особенно для небольших расстояний от пункта взрыва. Вследствие этого на сейсмограммах редко выделяется приход волн, отраженных от мелких границ раздела. Поэтому метод отраженных волн пока еще мало пригоден для исследования неглубоко залегающих (до 150—200 м) границ раздела. Их проще изучать методом пре­ ломленных волн. Для исследования глубоких границ раздела применяют метод отраженных волн, так как при работе методом преломленных волн требуется проводить регистрацию прихода преломленных волн от глубоких границ раздела на сравнительно больших расстояниях от пункта взрыва, достигающих даже де­ сятков километров. Отраженные же волны для изучения глубо­ ких границ раздела регистрируются на расстояниях, не превыша­ ющих 1000—1500 м от пункта взрыва. При записи преломленных волн обычно не применяют никаких мер борьбы с поверхностными

265

ипрямыми волнами, потому что первые вообще пе препятствуют регистрации преломленных волн, а вторые препятствуют их ре­ гистрации лишь в области начала ветвей их годографов. В случае отсутствия интерференционных помех со стороны поверхностных

извуковых волн выделению и прослеживанию обычных отражен­ ных волн в центральной части плоскости годографа будет мешать интерференция этих волн между собой. Она может наблюдаться для несогласного залегания границ раздела при наличии изломов границ раздела и их криволинейной формы. Ограниченное просле­

живание отраженных волн на плоскости годографа может быть обусловлено выклиниванием пластов, их линзовидным залеганием, изломами пластов и их иарушенностью сбро­ сами.

Интерференция же головных волн между собой почти всегда наблюдается и объясняется увеличением с глубиной граничных скоростей в преломляющих средах. Количество областей интер­ ференции головных волн тем больше, чем больше преломляющих границ раздела в разрезе горных пород. Протяженность областей интерференции головных волн возрастает с уменьшением раз­ ницы в граничных скоростях, преломляющих границ раздела. Поэтому разрезы с большим числом преломляющих границ раз­ дела и со слабой дифференциацией по граничным скоростям ме­

так как уменьшение числа границ раздела уменьшает вероятность интерференции отраженных волн между собой. Чрезмерная диф­ ференциация разреза по скоростям, особенно в верхней его части, нежелательна для метода отраженных волн, так как способ­ ствует образованию кратных волн. Если кратные отраженные, отраженно-преломленные и преломленные продольные волны интенсивны и четко регистрируются приборами, то тем самым они могут создавать дополнительные помехи для записи обычных отраженных и преломленных волн, тем более, если их годографы пересекаются с годографами обычных волн, образуя дополнитель­ ные интерференционные области на сейсмограммах. Кроме того, кратные отраженные, отраженно-преломленные и преломленные волны могут быть ошибочно приняты за обычные отраженные и преломленные волны и их годографы могут быть интерпрети­ руемы как годографы обычных волн. В результате этого будут внесены значительные ошибки в геологические результаты сейсмо­ разведочных работ.

Для устранения возможных ошибок при интерпретации и раз­ работки критериев для выделения кратно-отраженных и отра­ женно-преломленных волн среди обычных отраженных и пре­

.266

§2. ГОДОГРАФЫ МНОГОКРАТНЫХ ОТРАЖЕННЫХ

ИОТРАЖЕННО-ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН И ИХ ВЗАИМНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ С ГОДОГРАФАМИ ОБЫЧНЫХ ОТРАЖЕННЫХ

ИПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН

Вероятность регистрации кратных волн разного типа на днев­ ной поверхности различна. Например, записать кратные прело­ мленные волны можно лишь при строго горизонтальном залегании преломляющей границы раздела, так как только при этом усло­ вии отразившаяся от дневной или промежуточной поверхности преломленная волна сможет снова упасть на преломляющую границу под критическим углом. Вследствие того, что не всегда преломляющие и отражающие границы раздела залегают гори­ зонтально, а также не всегда горизонтальна дневная поверхность, кратные преломленные волны практически отсутствуют. Возмож­ ность регистрации преломленно-отраженных волн, особенно при наблюдениях по профилю, идущему в сторону падения границы раздела, также мала, потому что после отражения от дневной поверхности преломленно-отраженная волна упадет на границу раздела под углом а, большим критического угла г. В этом слу­ чае интенсивность отраженной волны достаточно низкая и прело­ мленно-отраженные волны не будут зарегистрированы. В этих условиях более вероятна регистрация отраженно-преломленных однократных и многократных волн.

Из различных видов кратных отраженных волн наиболее воз­ можна запись волн, многократно отраженных между дневной поверхностью или подошвой ЗМС и четкими границами раздела в толще горных пород. Также могут регистрироваться частично кратные отражения, в образовании которых принимают участие нижний четкий отражающий горизонт, дневная поверхность или подошва ЗМС и промежуточная граница раздела. Запись частично кратных волн, отраженных между границами, залегающими ниже четкой отражающей поверхности, менее вероятна в силу значительного ослабления волн, проходящих через эту границу на прямом и обратном путях.

Вследствие этого ограничимся рассмотрением свойств годо­

Так же как и ранее, рассмотрим свойства и взаимное расположе­

преломленных волн предполагали, что дневная поверхность пло­ ская. Под ней на глубине hr (рис. 123) залегает плоская наклон-

1 Уравнение годографа кратно-отраженных и отраженно-преломленных волн было выведено впервые И. С. Берзон [4] и более подробно рассмотрено позже А. К. Уруповым и Л. А. Рябинкиным [56 ]. Уравнение годографа ча­ стично-кратных отраженных волн было выведено Е. В. Рязановой.

267

пая к горизонту под углом ф граница раздела однородных сред со скоростями г?! и г?2, причем v2 > гу; таким образом, эта гра­ ница раздела является одновременно отражающей и преломляю­ щей.

Пусть из пункта взрыва О под углом а вышел сейсмический луч, который упал на границу раздела под углом р. Отразившись от нее под тем же углом, луч подходит к дневной поверхности под углом у. От дневной поверхности луч отражается под углом у, падает снова на границу раздела под углом б и, вторично отра-

Рис. 123. К выводу уравнения годографов кратных отражен­ ных волн.

1 — истинная отражающая граница раздела; 2—фиктивная граница для двукратного отражения; з — фиктивная граница для трехкратного отра­ жения.

зившись от нее иод тем же углом, подходит к дневной поверхности под углом е и т. д.

Очевидно, между углами а, р, у, б, е и т. д. можно установить следующую зависимость:

Р — а + ф,

у=Р+ф = а-|- 2ф,

б = у4-ф=а+3<р,

е— б-|-ф— а-f- 4ф,

Следовательно, в процессе многократных отражений от двух плоских границ раздела угол падения волны постепенно возра-

268