Системы наблюдений и измеряемые характеристики сейсмического поля  

Приведенный ранее анализ особенностей распространения сейсмических волн в физико-геологической среде показывает, что главная информация о структуре геологической среды и ее неоднородностях по упругим  свойствам заключена в отраженных и преломленных волнах, возбуждаемых взрывным источником. При этом  отраженные волны наиболее четко  фиксируются в ближней от очага взрыва зоне, а преломленные – на некотором  удалении от него. В связи с этим  сейсморазведка выполняется в основном методом отраженных волн (МОВ) и методом преломленных волн (МПВ).

С помощью МОВ изучаются структуры с углами наклона до 40–50⁰, но наилучшие успехи достигаются для пологозалегающих структур с углами наклона до 10–15⁰. В зонах разрывных нарушений (разломы, сбросы и т. п.) отраженные волны не прослеживаются, что качественно свидетельствует о наличии таких нарушений. Хорошими отражающими границами являются поверхности, разделяющие среды с существенно различным волновым сопротивлением. Глубины исследования осадочных бассейнов с помощью МОВ лежат в пределах от 300–400 до 5000–7000 м. Причем в этом интервале глубин могут прослеживаться до 20 отражающих границ, которые могут быть расположены довольно близко друг от друга. По годографам отраженных волн определяют не только положение структурных отражающих поверхностей, но и скорости в покрывающей толще. МОВ  применяют при решении разнообразных задач структурной и региональной геологии.

Отраженные волны в сейсморазведке наблюдают, как правило, по методике непрерывного профилирования, суть которой в следующем. На исследуемом профиле расстанавливаются несколько пунктов взрыва на расстояниях, равных 0,4–0,8 h (h – средняя глубина залегания изучаемой границы, обычно 600–1500 м). Сейсмоприемники устанавливают с шагом равным Dx = T ×V*/2, где Т – период сейсмического сигнала (импульса), фиксируемого на сейсмограмме, V* – кажущаяся скорость сейсмической волны, обычно Dx = 20, 25, 30 м. При такой системе наблюдений между соседними пунктами взрыва получают два годографа отраженной волны, причем от первого пункта взрыва годограф прослеживает первую половину границы, а от второго – вторую ее половину (встречные годографы).

В результате наблюдений методом отраженных волн получают сейсмограмму, на которой изображены импульсы отраженных волн от каждой границы в каждой точке наблюдения. Часто положительные импульсы заливаются  черным  фоном  для  удобства  визуального  восприятия  (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Схема сейсмограммы

 

Чтобы усилить интенсивность полезных отраженных волн и подавить волны-помехи, был разработан специальный метод отраженных волн, названный методом общей глубинной точки (МОГТ, или метод ОГТ). Суть этого метода состоит в следующем. На исследуемом профиле симметрично относительно точки О расположим слева пункты взрыва А*, В*, С*, D*,…, а справа – сейсмоприемники А, В, С, D,… На рис. 3.6  показан ход отраженных волн от пунктов взрыва к сейсмоприемникам от одной и той же горизонтальной глубинной площадки (точка М). Годограф характеризует изменение времени прихода отраженной волны, возбужденной в пунктах взрыва А*, В*, С*, D*…, в сейсмоприемники  А, В, С, D,… от глубинной точки М. Введем  в значения времен прихода  волны t_A, t_B, t_C, t_D …  поправку за счет смещения точек А, В, С, D,… относительно точки симметрии профиля О, которая называется кинематической. Иначе говоря, сместим сигналы, пришедшие в точки А, В, С, D,…, на линию t_O.

В случае идеально однородной среды и одинаковых условий возбуждения сигналы, пришедшие в точки  А, В, С, D,…, были бы одинаковы по форме и интенсивности. В реальных сейсмологических ситуациях геологическая среда неоднородна и условия возбуждения волн, разумеется, неодинаковы. Поэтому за счет этих неоднородностей сигналы  будут  различаться.

 

Рис. 3.6. Схема наблюдений  по методу общей глубинной точки

 

Считая эти различия помехами и осредняя сигналы, получим (согласно статистике) сигнал, близкий к истинному, как для однородной среды. То есть получим сигнал, соответствующий ситуации,  как если бы сейсмический луч вышел из точки О, затем отразился в точке М от границы и вернулся в точку О. Следовательно, время  t_O, полученное для среднего сигнала, будем считать временем прихода волны в точку О непосредственно от точки М по нормали к поверхности отражения. Практически такого рода установку составляют из 6, 12, 24 и 48 каналов, обеспечивая надлежащее многократное прослеживание отражений от одной и той же общей глубинной точки. В сейсморазведке МОГТ для каждой общей глубинной точки исправленные за кинематическую поправку значения времен не осредняют, а суммируют.

Наблюдения МОГТ проводят на профилях с расстоянием между сейсмоприемниками 50–100 м, т. е. больше, чем в  методе отраженных волн. Расстояние между пунктами взрыва кратно расстоянию между пунктами приема.

На основании наблюдений МОГТ строится так называемый временный сейсмический разрез, представляющий собой следующую своеобразную сейсмограмму. На оси абсцисс расстанавливают пункты приема сейсмических сигналов, а на оси ординат, направленной вниз, в каждой точке приема наносят график изменения во времени суммарных амплитуд сигналов. При этом положительные  части импульсов, как правило, заливают черным тоном (рис. 3.7). Благодаря такому способу изображения сигналов на временном сейсмическом разрезе четко видна картина отраженных волн и улучшается прослеживание (корреляция) волн вдоль разреза. Практически для случая однородных слоев временной сейсмический разрез можно интерпретировать как геологический разрез во временной области.

МПВ не имеет серьезных ограничений в отношении глубинности исследований, поэтому находит широкое применение при решении задач и структурной и региональной (глубинной) геологии. Метод дает надежные сведения о геометрической форме поверхности  раздела сред и граничной скорости в преломляющих горизонтах. Однако скорость распространения волн в покрывающей среде определяется с большой  ошибкой. МПВ нередко используют при изучении неглубокозалегающих границ (до нескольких метров). Для разведочных целей этот метод обычно применяют до глубин 2000–3000 м. МПВ позволяет изучать  резко выраженные по форме структуры, вертикальные контакты, сбросы и т. п. Возможность прослеживания этим методом неглубоких (до нескольких метров) структур используется в инженерной геологии.

В МПВ при построении по сейсмограммам годографов используют несколько фаз преломленной волны в пределах всего интервала ее существования. Этот процесс исследования формы записи сигнала называют корреляционным прослеживанием, а сам метод – корреляционным методом преломленных волн (КМПВ).

В отличие от МОВ, где на любом отрезке наблюдения  фиксируются годографы  от всех границ, в МПВ  сейсмические волны от каждой границы обнаруживаются только с определенного расстояния от пункта взрыва, присущего именно этой границе.

Рис.3.7. Вид временного сейсмического разреза

 

Поэтому система наблюдений строится в таком же виде, как и при непрерывном профилировании в МОВ, т. е. на профиле располагается несколько пунктов взрыва, а сейсмоприемники устанавливаются на расстояниях, определяемых по формуле Dx =T×V_Г/2, где V_Г – граничная скорость в преломляющем горизонте. Обычно расстояние между приемниками колеблется в пределах 25–50 м. При разведке небольших глубин (до 150–200 м) расстояния между сейсмоприемниками уменьшаются до 10–15 м.

Полученные на участке двух соседних пунктов взрыва годографы преломленных волн называют встречными годографами. Обычно расстояния между пунктами взрыва выбирают таким образом, чтобы  на соседних участках годографы с одним и тем же знаком наклона перекрывались. Такую систему наблюдений  называют системой встречных нагоняющих годографов.

Данные наблюдений с помощью МПВ записываются на сейсмограмме, аналогично той, которая получена с помощью МОВ. 

В зависимости от стадийности геологоразведочных работ различают региональные, поисковые и детальные сейсморазведочные работы, которые неодинаковы по густоте и способу расположения сети профилей на местности, а также по системам наблюдений на профилях. Региональные сейсморазведочные работы ведут в целях установления общего геологического строения региона,  осадочного бассейна; выясняют связь между отдельными структурными ярусами, выявляют крупные  дизъюнктивные нарушения, рельеф кристаллического фундамента и его вещественный состав. Поисковую сейсморазведку выполняют для выявления и локализации структур и их отдельных элементов (антиклиналей, синклиналей, зон разрывных нарушений и т. п.), зон стратиграфического несогласия, выявления участков с особенностями литологического состава пород  и т .п. Детальная сейсморазведка применяется для подробного изучения особенностей геологического строения уже выявленной на поисковой стадии структуры и подготовки ее к разведке бурением или для поисков небольших по размеру структур.

При  изучении глубинного строения земной коры и верхней мантии до глубин 80–100 км и более применяют метод глубинных сейсмических зондирований (ГСЗ). Системы наблюдений ГСЗ по своей структуре аналогичны сейсморазведке с помощью МОВ и КМПВ с искусственными взрывными источниками. Однако длины профилей составляют несколько километров, пункты взрыва отстоят на десятки километров, а расстояние между пунктами наблюдений исчисляются сотнями метров и даже километров. Источники взрывов мощные, до нескольких тонн в тротиловом эквиваленте. Сейсмическая аппаратура настраивается на регистрацию низкочастотных сигналов от нескольких герц до 30Гц. Используются трехкомпонентные сейсмоприемники, изучаются головные, рефрагированные и отраженные волны. Например, на белорусской части геотрансекта ГСЗ EUROBRIDGE пункты взрыва, мощностью до 1000 кг в тротиловом эквиваленте, были расположены через 30 км, шаг наблюдений – 3–4 км; глубина проникновения – почти 100 км. Основные особенности волновой картины, регистрируемой ГСЗ, – групповой характер. Обычно регистрируются 5–6 волн. Доминирующей, высокоинтенсивной является волна, отраженная от границы Мохо. Часто наблюдается хаотичное волновое поле (волны пересекают друг друга). Такая картина характерна для крупных разломных зон.

В ГСЗ при интерпретации используются методы, аналогичные при обработке данных МОВ и КМПВ.