
- •10. Физико-геологические основы сейсморазведки
- •10.1. Основы теории распространения упругих волн в геологических средах
- •10.1.1. Основы теории упругости.
- •10.1.2. Упругие волны.
- •10.1.3. Основы геометрической сейсмики.
- •10.1.4. Типы сейсмических волн.
- •10.2. Упругие и пьезоэлектрические свойства горных пород и сред
- •10.2.1. Скорости распространения упругих волн в различных горных породах.
- •10.2.2. Поглощение упругих волн в горных породах.
- •10.2.3. Типы скоростей в слоистых средах.
- •10.2.4. Сейсмоэлектрические свойства горных пород.
- •10.3. Принципы решения прямых и обратных задач сейсморазведки
- •10.3.1. Принципы решения прямых задач сейсморазведки.
- •10.3.2. Прямая и обратная задача отраженной волны для двухслойной среды с наклонной границей раздела.
- •10.3.3. Прямая и обратная задача головной преломленной волны для двухслойной среды с плоской наклонной границей раздела.
- •10.3.4. Принципы решения обратной задачи метода рефрагированных волн.
- •10.4. Основы теории сейсмоэлектрического метода
- •10.4.1. Пьезоэлектрический эффект.
- •10.4.2. Сейсмоэлектрический эффект.
- •11. Аппаратура и методика сейсморазведки
- •11.1. Особенности устройства сейсморазведочной аппаратуры
- •11.1.1. Общая характеристика аппаратуры для сейсморазведки.
- •11.1.2. Источники упругих волн.
- •11.1.3. Каналы записи и воспроизведения.
- •11.1.4. Принципы устройства сейсморазведочных станций и установок.
- •11.2. Методика и система наблюдений в полевой сейсморазведке
- •11.2.1. Общая характеристика методики полевой сейсморазведки.
- •11.2.2. Виды сейсморазведки.
- •11.2.3. Сравнительная характеристика мов и мпв.
- •11.2.4. Системы наблюдений в мов.
- •11.2.5. Системы наблюдений в мпв.
- •11.2.6. Организация наземных сейсморазведочных работ.
- •11.3. Методика морских и других видов сейсморазведки
- •11.3.1. Неполевые виды сейсморазведки.
- •11.3.2. Сейсморазведка на акваториях.
- •11.3.3. Скважинные и подземные сейсмические исследования.
- •11.3.4. Методика сейсмоэлектрических методов.
- •12. Обработка, интерпретация и области применения сейсморазведки
- •12.1. Обработка данных сейсморазведки
- •12.1.1. Сущность и конечные результаты обработки данных сейсморазведки.
- •12.1.2. Обработка сейсмограмм и магнитограмм.
- •12.2. Количественная интерпретация данных сейсморазведки
- •12.2.1. Сущность и конечные результаты количественной интерпретации.
- •12.2.2. Определение скоростей упругих волн в многослойных толщах над выявленными отражающими и преломляющими границами.
- •12.2.3. Определение геометрии разреза.
- •12.2.4. Геологическое истолкование данных сейсморазведки.
- •12.3. Области применения сейсморазведки
- •12.3.1. Глубинная сейсморазведка.
- •12.3.2. Структурная сейсморазведка.
- •12.3.3. Нефтегазовая сейсморазведка.
- •12.3.4. Рудная сейсморазведка.
- •12.3.5. Инженерно-гидрогеологическая сейсморазведка.
10.2.2. Поглощение упругих волн в горных породах.
Кроме
скоростей распространения упругих
волн, которыми определяется кинематика
волн, важным сейсмическим свойством
горных пород является степень
поглощения
ими сейсмической энергии, что определяет
динамические характеристики волн, и
прежде всего их интенсивность и дальность
распространения. Поглощение вызывается
потерями упругой энергии за счет
необратимых процессов в среде вследствие
ее неидеальной упругости. По этой причине
амплитуда, например, плоской гармонической
волны
экспоненциально
убывает с расстоянием х, т.е.
,
где
-
амплитудный параметр;
-
коэффициент поглощения.
Коэффициент поглощения, разный для разных пород, возрастает с ростом пористости, трещиноватости пород, с уменьшением глубины их залегания и водонасыщенности. В среднем у изверженных, метаморфических и сцементированных осадочных пород = 10-5 - 10-3 (1/м), у рыхлых осадочных = 10-3 - 0,5 (1/м).
10.2.3. Типы скоростей в слоистых средах.
В связи с разным строением слоистых сейсмических сред и границ в сейсморазведке используются следующие скорости (или типы скоростей) распространения упругих волн ( и ).
Истинная
скорость
-
это скорость волны в малом объеме породы.
Она определяется путем ультразвуковых
измерений на образцах.
Пластовая
скорость
-
это средняя скорость распространения
упругих волн в каждом пласте изучаемого
геологического разреза.
Интервальная
скорость
является
частным случаем средней скорости для
заданного интервала глубин.
Средняя
скорость
в
пачке пластов - это скорость, определяемая
по формуле
|
где
-
мощности отдельных пластов данной
слоистой среды;
-
времена пробега в каждом пласте,
измеренные вдоль луча, перпендикулярного
слоистости.
Пластовая, средняя и интервальная скорости определяются по сейсмическим наблюдениям в скважинах.
Эффективная
скорость
-
это некоторая средняя скорость,
определяемая в результате интерпретации
данных сейсморазведки методом отраженных
волн в предположении, что скорость в
толще, покрывающей отраженную границу,
постоянна.
Граничная
скорость
-
это скорость распространения скользящей
преломленной волны вдоль преломляющей
границы. Она рассчитывается при
интерпретации данных сейсморазведки
методом преломленных волн.
Кажущаяся
скорость
-
это скорость распространения фронта
любой волны вдоль профиля наблюдений.
В любой точке профиля наблюдений она
равна отношению приращения пути
ко
времени его прохождения волной
,
т.е.
.
10.2.4. Сейсмоэлектрические свойства горных пород.
На
изменении сейсмоэлектрических свойств
горных пород основан сейсмоэлектрический
метод, находящийся на стыке сейсморазведки
и электроразведки. К сейсмоэлектрическим
свойствам относят различные
пьезоэлектрические модули. В минералах
с асимметричным строением кристаллов
(кварц, турмалин, сфалерит, нефелин и
др.) под действием упругой деформации
(
)
на гранях возникают электрические
заряды (
).
Они связаны соотношением
,
где
-
пьезоэлектрические модули.
Пьезоэлектрические
модули
в
зависимости от вида, направления
деформации и направления поляризации
для каждого минерала-пьезоэлектрика
меняются во много раз. Действующая сила
может иметь 9 составляющих
,
где
,
т.е. существует 9 компонент тензора
механических напряжений, или деформаций.
Объясняется это тем, что на каждую из
трех граней кристалла, совпадающих с
координатными плоскостями, может
действовать сила, имеющая три составляющие,
направленные вдоль осей координат. В
связи с этим пьезоэлектрический модуль
кристалла может определяться как этими
девятью механическими тензорами, так
и тремя составляющими вектора поляризации,
совпадающими с осями координат. Таким
образом, каждый кристалл может описываться
27 пьезоэлектрическими модулями (
,
где
).
Кроме модуля d, имеются другие
пьезоэлектрические модули, связанные
с d через модуль Юнга, диэлектрическую
проницаемость и иные константы.
Максимальные пьезоэлектрические модули,
измеряемые в кулонах на ньютон (кл/н),
равны: у кварца от 0,6*10
-3
до 2*10-3,
у турмалина от 0,3*10
-3
до 3*10-3,
у нефелина от 0,5*10
-3
до 2*10-3.
У большинства минералов
не
превышает 10-5
кл/н.
Пьезоэлектрические модули горных пород характеризуются не только наличием и процентным содержанием в породе минералов-пьезоэлектриков, но и их определенной упорядоченностью. Если кристаллы в породе ориентированы по направлению одного из элементов симметрии, то порода отличается повышенными значениями d и может быть отнесена к так называемым пьезоэлектрическим текстурам.
Кварцсодержащие породы, особенно если в них имеется горный хрусталь, отличаются наибольшими пьезоэлектрическими модулями, хотя они в десятки и сотни раз меньше, чем модули монокристалла кварца. По мере убывания от 10-3 до 10-6 кл/н эти породы можно расположить в следующим порядке: жильный кварц, кварцевые ядра пегматитовых жил, кварциты, граниты, гнейсы, песчаники. Объясняется это тем, что в изверженных породах в процессе их образования минералы более закономерно ориентируются относительно кристаллографических осей, в то время как в осадочных породах зерна кварца занимают беспорядочное положение.
Нефелинсодержащие породы обладают значениями от 10-6 до 10-4 кл/н. В породах, содержащих другие минералы-пьезоэлектрики, меньше 10-5 кл/н. Пьезоэлектрические модули горных пород с пьезоэлектрическими минералами определяются не только содержанием этих минералов и их пространственным положением, но и генезисом пород, их диэлектрической проницаемостью и упругими свойствами.
Сейсмоэлектрический эффект обусловлен электрокинетическими процессами влагосодержащих пород. Он определяется их минеральным составом, структурой и текстурой, а в основном пористостью, влажностью, составом и концентрацией растворенных в воде солей. С увеличением пористости и связанной влаги растет, а с увеличением свободной влаги либо мало меняется, либо уменьшается. Кроме перечисленных геолого-гидрогеологических факторов они зависят от электрических и упругих свойств этих пород. В целом пьезоэлектрические модули влагосодержащих пород меняются от 10-6 до 10-4 кл/н.