Физические условия возникновения сейсмического поля

Физические условия возникновения сейсмического поля 

Сейсмический метод разведки (сейсморазведка) основан на свойстве горных пород упруго деформироваться под  воздействием внешних сил, возбуждаемых взрывами, и передавать упругую энергию от точки (частицы) к точке (частице) посредством упругих или сейсмических волн. Сейсмические волны распространяются в различных физико-геологических средах с разной скоростью, отражаясь и преломляясь на границах сред с разными упругими свойствами. Суть сейсморазведки заключается в следующем.

На профиле изучения сейсмогеологического строения последовательно расстанавливаются сейсмические приемники (рис. 3.1). В точке начала профиля в скважине на глубине 20–50 м закладывают взрывчатое вещество и взрывают его. При взрыве за пределами зоны разрушения частицы среды упруго деформируются, образуя сейсмические волны. Распространяясь в среде, волны, достигнув какой-нибудь границы раздела среды с разными упругими свойствами, отражаются (и преломляются) от нее и последовательно, смещаясь во времени, приходят в датчики сейсмоприемников. Здесь они преобразуются в электрические колебания-сигналы (импульсы), напоминающие затухающую во времени синусоиду. Сигналы записываются на какие-либо носители (фотобумагу, дискету и т. п.) с протяжкой во времени, а затем  выносятся на плоскость в координатах: по оси ординат – время прихода импульса волн, а по оси абсцисс – точки с расположением сейсмоприемников вдоль профиля (см. рис. 3.1). Такой график, фотоблок, несущий информацию о наблюденном на данном профиле сейсмическом поле, называют сейсмограммой. Если теперь последовательно соединить точки сигналов с одной и той же фазой, то получим график, называемый годографом сейсмической волны от данной границы раздела (рис. 3.2). Если в геологической среде несколько границ,  различных по упругим свойствам, то и годографов будет  по числу границ. Поле сейсмических сигналов и годографы являются главными характеристиками сейсмического поля, несущего информацию, прежде всего,  структуре конкретных границ раздела сред, о скоростях распространения сейсмических волн, а через них – об упругих свойствах среды и соответственно о вещественном составе геологической среды.

Физические условия возникновения сейсмического поля

Рис. 3.1. Схема сейсмических наблюдений

 

Разберемся теперь с условиями возникновения сейсмических волн. Под упругим телом понимают такое тело, которое под воздействием внешних сил изменяет свой объем и форму, но восстанавливает их прежнее положение после прекращения воздействия. Это означает, что упругое тело обладает некоей внутренней силой, сопротивляющейся внешним давлениям. Эту силу называют напряжением. Связь между деформацией и напряжением упругого тела описывается линейным соотношением, называемым законом Гука (а упругое тело называют телом Гука). Существуют два вида деформаций – объема и формы. Так, если, скажем, кубик сжимать равномерно со всех сторон, то его объем уменьшается, но форма останется прежней – кубик (деформация объема, сжатия – растяжения). Если же нижнюю грань закрепить, а вдоль верхней грани приложить усилие, то форма кубика изменится – в вертикальном сечении будет параллелограмм (деформация сдвига), но численно объем сохранится.

В упругом теле передача энергии деформации, возникшей при внешних воздействиях, осуществляется последовательно от  точки (частицы среды) приложения силы к другим частицам тела. При этом  полученная некоей частицей энергия от соседней частицы постепенно со временем затухает. Процесс такой передачи энергии образует движение (распространение) в пространстве тела упругой или сейсмической волны. Скорость передачи энергии в среде, т. е. скорость распространения сейсмических волн в среде, зависит от ее упругих свойств. Картина этого явления записывается в виде затухающих электрических колебаний в сейсмоприемниках; соответствующую кривую называют записью или трассой (см. рис. 3.2).

Физические условия возникновения сейсмического поля

Рис. 3.2. Схема формирования сейсмического годографа

 

Поскольку в возбужденном упругом теле возникают два вида деформации – объема и формы, то образуются два типа сейсмических волн: продольные, обусловленные деформацией объема, и поперечные, создаваемые деформациями формы (сдвиговыми деформациями). При этом продольные волны распространяются из-за смещения частиц среды вдоль направления волны за счет образования зон сжатия и растяжения, а поперечные – в результате скольжения частиц относительно друг друга по плоскостям, перпендикулярным направлению движения волны. Для большинства горных пород скорость продольных волн примерно в 1,7 раза больше скорости поперечных. В сейсморазведке продольные и поперечные волны объединяют единым понятием – «объемные волны». В отличие от них вдоль земной поверхности распространяются поверхностные волны со специфическим типом колебания частиц. В сейсморазведке они, как правило, не используются.

Распространение сейсмических волн в  среде характеризуется сейсмическими лучами, показывающими направление движения волны, и перпендикулярными лучам поверхностями.   При этом колебание частиц в данный момент времени характеризуют двумя поверхностями:  внешней относительно источника волны, называемой фронтом (или  передним фронтом) и   внутренней, которую именуют тылом (или задним фронтом). Для более глубокого понимания понятий «фронт» и «тыл» волны рассмотрим произвольную частицу среды – М. До прихода в  эту точку фронта волны частица М находится в покое. Как только фронт волны в момент t0 пересечет точку М, т. е. произойдет вступление волны, частица М начнет колебаться по типу затухающей «синусоиды». Это колебание прекратится, когда через точку М  в момент  t1 = t0+Dt пройдет тыл волны.

Пусть в некоторой в общем случае неоднородной по упругим свойствам среде известно положение фронта в момент t1, являющегося огибающей  совокупности точек  Mi(t1).  Используя принцип Гюйгенса о независимости процесса колебания каждой частицы среды  от соседних частиц на малых промежутках времени, поверхность соседнего фронта  в момент t2 = t1+Dt получают  как огибающую точек Mi(t2), удаленных от соответствующих точек Mi(t1) исходного фронта на  расстояниях Dri = Vi×Dt, отложенных вдоль сейсмических лучей (здесь Vi – скорость распространения сейсмической волны в произвольной точке  Mi).

В однородной среде фронт волны имеет сферическую форму. При значительном удалении от пункта взрыва на небольшом участке его можно принять плоским. Это обстоятельство широко используется в сейсморазведке (часто рассматриваются плоские волны). Вид записей импульсов (трасс) сейсмических волн будет одинаковым для однородных сред.

Если же среда неоднородна по упругим свойствам, то скорости распространения в ней сейсмических волн будут различны, а колебания частиц (импульсы) примут разную форму. Чтобы сопоставить два каких-либо импульса, возбужденных разными или одинаковыми средами, и решить  вопрос о степени их сходства и различия, применяют методику спектрального разложения наблюденных импульсов (разложения периодических функций в ряд Фурье). Суть его в том, что данный импульс как периодическую функцию времени представляют системой синусоид (косинусоид) с заранее зафиксированным набором частот. Затем строятся два графика. Первый график представляют в следующих координатах: по оси абсцисс – частоты, по оси ординат – амплитуды синусоид; такой график называют линейчатым спектром амплитуд. На втором графике  на оси ординат откладывают значения фаз синусоид; его называют линейчатым спектром фаз. Спектральное представление непериодических импульсов сейсмических волн приводит к построению непрерывных спектров импульсов и фаз.

В сейсморазведке значительное внимание уделяется изучению в конкретном геологическом регионе спектрального состава различных типов сейсмических волн (отраженных, преломленных, поверхностных, а также микросейсмических, вызванных ветром, дождем, техногенными факторами) в целях выбора наиболее надежно фиксируемых волн.

Геологическая среда, разумеется, не является ни однородной, ни абсолютно упругой (как это требует закон Гука). Поэтому энергия сейсмических волн в ней быстро убывает в силу трения между частицами среды. Происходит рассеивание волн при прохождении через объекты, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Часть энергии расходуется на образование отраженных и преломленных волн. Все это приводит к в уменьшению амплитуд сейсмических волн с глубиной. При сопоставлении продольных и поперечных волн в этом аспекте выигрывают продольные волны: они меньше затухают, имеют большую интенсивность и легко возбуждаются. Поэтому в сейсморазведке главным образом используются продольные волны.

22 октября 2012 /
Похожие новости
Геологические  условия  сейсморазведки
Системы наблюдений и измеряемые характеристики сейсмического поля
Геологические условия сейсморазведки
Условия образования отраженных и преломленных волн
Необычное явление, напоминающее по своей форме волны – наблюдали в минувшее воскресенье жители американского Панама-Сити , штат Флорида. Местные фотографы воспользовались вертолетами что бы
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:
Столица России?
Ответ:*
Введите код: