Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Поверхневі годографи пружних хвиль




Годографи пружних хвиль та їхні властивості

 

У сейсмічних методах розвідки велике значення має вивчення часу розповсюдження фронтів або фазових поверхонь різних хвиль, штучно збуджених у гірських породах за допомогою різних джерел. Найбільший інтерес являє вивчення часу приходу відбитих, заломлених та дифрагованих хвиль до земної поверхні залежно від розташування у просторі границь розділу, що породжують ці хвилі (глибина залягання, напрям і кут падіння, криволінійність і т. п.). Знайдені закономірності у подальшому використовуються з метою визначення положення у просторі (або у його плоских перетинах) відбивальних границь, границь розділу гірських порід, що заломлюють та дифрагують, швидкостей розповсюдження пружних хвиль у товщах, які зверху покривають. Ці залежності називають кінематичними, тобто пов’язаними з вивченням руху фронтів хвиль (аналогічно з рухом тіл у механіці).

Розглянемо у якості вихідного випадку прихід до земної поверхні пружної хвилі, що відбилась від однієї границі розділу, яка довільно лежить у просторі.

У точці О земної поверхні G (рисунок, а) довільної форми знаходиться джерело пружних хвиль. Рахуватимемо цю точку за початок просторової системи прямокутних координат.

Рисунок. Розташування земної та відбивальної поверхні у просторі (а), поверхневий годограф відбитої хвилі та його перетин горизонтальними площинами з параметрами tn (б), ізохрони поверхневого годографа відбитої хвилі з параметрами tn на денній поверхні (в).

Вісі x та y знаходяться у горизонтальній площині, що проходить через точку О вертикально униз. Положення будь-яких інших точок на денній або відбивальній поверхні (наприклад, точки P на рисунку, а) можна визначити їхніми координатами x, y, та H.

У момент часу t=0 джерелом О збуджена пружна хвиля. Після відбиття від деякої поверхні Q у товщі гірських порід, ця хвиля повернеться назад до земної поверхні і досягне різних її точок у різні моменти часу t. Залежність між часом пробігу хвилі t і координатами x, y та H точок спостережень P називають годографами. Аналітичне представлення залежності називають рівнянням годографа. Коли час пробігу хвиль виміряний у багатьох точках земної поверхні, розташованих на різних відстанях і у різних напрямках від джерела, то отриманий годограф називають поверхневим. Якщо спостереження проводились на декотрих лініях (прямих), розташованих на земній поверхні то отриманий годограф називають лінійним. Якщо лінія спостереження проходила через джерело (точку О), то такий лінійний годограф називають повздовжнім. Якщо лінія спостереження не проходить через джерело, то отримують неповздовжній або поперечний годограф. Лінію спостережень у сейсморозвідці називають профілем. Тому розрізняють повздовжні сейсмічні профілі.

Поверхневий годограф пружної хвилі з вісями координат x, y та t (вісь t по аналогії з віссю H будемо спрямовувати вниз) буде утворювати у просторі деяку поверхню (рисунок, б). Постільки оперувати з просторовими поверхнями складно, поверхневий годограф можна зобразити на земній поверхні у вигляді сімейства ізохрон з параметром t (рисунок, в). Ізохрона являє собою криву, що з’єднує точки земної поверхні, який пружна хвиля досягла у один і той же час t. Побудовані у різні моменти часу (через рівні інтервали Dt) ізохрони утворюють сімейство. Сімейство ізохрон являє собою проекції на земну поверхню перетинів поверхневого годографа пружної хвилі горизонтальними площинами, перпендикулярними до вісі t та такими, що відповідають різним значенням часу (t1, t2, t3 та т. п.).

Припустимо, що земна поверхня плоска і горизонтальна, а границя відбиття плоска, але не горизонтальна (рисунок, а).

Рисунок. Положення плоских земної та відбивальної поверхонь у просторі (а) та зв’язок (б) поверхневих годографів прямих П, поверхневих R та відбитих О хвиль.

Середовище між земною та відбивальною поверхнями є однорідне, ізотропне та характеризується швидкістю розповсюдження повздовжніх пружних хвильV1.

Розглянемо особливості поверхневих годографів прямих П, релєєвих поверхневих R та відбитих О (початок координат) у будь-яку точку P на земній поверхні з координатами x та y,

 

(2.1.11.).

Час пробігу tR поверхневої хвилі Релея з точки О у точку Р

 

(2.1.12),

 

де VR – швидкість розповсюдження поверхневої хвилі Релея вздовж земної поверхні.

У проектних вісях координат x, y, t залежності tP та tR від x та y будуть являти собою поверхні конусів з вершинами у точці О та віссю обертання, що співпадає з віссю Ot. Через те що швидкість V1 та VR різні (V1>VR), твірна цих конусів буде мати різні нахили відносно вісі Ot. Поверхневий годограф О хвиль Релея більш вузький (VR<V1), а годограф прямих хвиль більш широкий (V1>VR). Положення у просторі поверхневих годографів прямих П та релєєвих поверхневих R хвиль схематично зображено на рисунку, б, на рисунку, а – сімейство ізохрон поверхневого годографа прямих хвиль на площині xOy. Це сімейство концентричних кіл з центром у джерелі О.

Рисунок.Сімейство ізохрон поверхневих годографів прямих (а) та відбитих (б) хвиль, зображених на рисунку. Для поверхневих хвиль Релея сімейство ізохрон буде мати аналогічний вигляд. Змінюються (зменшуються) лише радіуси ізохрон, постільки VR<V1. З спостереженого сімейства ізохрон прямих або поверхневих хвиль Релея легко визначити швидкість їхнього розповсюдження вздовж земної поверхні як частка від ділення радіусу ізохрон на її параметр t або найкоротшої відстані між двома ізохронами на різницю їхніх параметрів.

Виведемо рівняння поверхневого годографа повздовжньої відбитої хвилі, що виходить з джерела О та відбилась у плоскій поверхні розділу Q, та повернулась назад до плоскої та горизонтальної денної поверхні G.

Положення (дивіться рисунок, а) відбивальної площини Q у просторовій системі координат x, y, H повністю визначається координатами x0, y0 та H0 точки О¢, яка є дзеркальним відображенням джерела О (точка координат) у відбивальній площині Q. Лінія ОО¢ перпендикулярна до площини Q та перетинає її у точці О². Відрізок ОО² дорівнює глибині h залягання відбивальної площини під джерелом (вимірюється нормаллю до відбивальної поверхні). Перпендикуляр, з точки О² на земну поверхню G, перерахунок її у точці О²² з координатами x0 та y0 (типи, що і у точці О¢). Точка О²¢ є точкою перетину цього перпендикуляра з відбивальною площиною Q. Пряма О²² О визначає напрямок падіння відбивальної площини (перпендикулярне їй напрямок є напрямком простягання відбивальної площини). Кут між прямими ОО¢ та О¢ О²² дорівнює істинному куту падіння відбивальної поверхні відносно вісі Ox. Між елементами a, j, h залягання відбивальної площини і координатами x0, y0, H0 точки О¢ існує співвідношення:

 

(2.1.13.),

(2.1.14.),

 

(2.1.15.).

 

Візьмемо на земній поверхні (на площині Q) довільну точку P з координатами x та y (рисунок, а). Обчислимо час пробігу повздовжньої відбитої хвилі від джерела О у точку P. Ця хвиля здійснить шлях ORP, що дорівнює відрізку О¢P. Сейсмічний промінь ORP розповсюджується у площині ОО²О¢RP, яка є перпендикулярною до відбивальної поверхні, яка є перпендикулярною до відбивальної поверхні, але не перпендикулярною до плоскої земної поверхні G. Плоским земній та відбивальній поверхням перпендикулярною одночасно лише площина ОО²О¢О²¢О²², яка перетинає земну поверхню вздовж направлення падіння або підняття відбивальної площини, тобто в хрест її простягання. Час пробігу відбитої хвилі з точки О у точку P

(2.1.16.).

Відрізок O¢P легко виразити через координати точок О¢ та P

(2.1.17).

Тому

(2.1.18.).

У вісях координат x, y, t поверхневий годограф відбитої хвилі, являє собою поверхню гіперболоїда обертання. Вісь його обертання паралельна вісі Ot та зміщена у напрямку підняття відбивальної поверхні у точку з координатами x0 та y0. У точці земної поверхні з цими координатами час пробігу відбитої хвилі мінімальний

 

(2.1.19.).

 

У точку з координатами х=1 та у=0 (назад у джерело О) відбита хвиля прийде через відрізок часу

 

(2.1.20).

 

Промінь, який пройшов шлях ОО²О, називають центральним променем (або нормальним), тому що він впав на відбиту площину у перпендикулярному до неї напрямку і цим же шляхом повернувся назад у точку О. Сімейство ізохрон поверхневого годографа відбитих хвиль зображено на рисунку, б і являє собою сімейство кіл з центром у точці О²² (з координатами x0 та y0).

Зв’язок поверхневого годографа відбитої хвилі з поверхневими годографами прямих і поверхневих хвиль Релея схематично зображено на рисунку, б. Поверхневий годограф релеєвої хвилі буде перетинатись з поверхневим годографом відбитої хвилі не перетинається. Для останнього перший є асимптотичною поверхнею.

 

2.2. Лінійні повздовжні годографи пружних хвиль.

На лінійних не повздовжніх профілях годографи прямих, поверхневих і відбитих хвиль являють собою криві, які є слідами перетину поверхневих годографів вертикальними площинами, перпендикулярними до плоскої земної поверхні G і такими, що не проходять через джерело О. Годографи усіх трьох типів хвиль мають вигляд гіпербол. Зв’язок між ними буде залежати від положення не повздовжнього профілю відносно вісей координат та елементів залягання поверхні відбиття.

На лінійних повздовжніх профілях, що проходять через джерело, розташоване на плоскій та горизонтальній земній поверхні, годографи прямих і поверхневих хвиль мають форму прямих ліній з початок у початку координат. Годограф відбитої від плоскої границі хвилі має форму гіперболи, розташування якої залежить від орієнтування профілю відносно напрямку підняття (або падіння) відбивальної площини. Якщо вісь Ox (дивіться рисунок,а) сумістити з лінією ОО²² і спрямувати у сторону підняття відбивальної площини, а лінійний повздовжній профіль сумістити з віссю Ox, то рівняння лінійного повздовжнього годографа відбитої хвилі має вигляд

 

(2.2.1),

постільки у цьому випадку у рівнянні поверхневого годографа y та y0 треба рахувати за нуль. Замінивши у рівнянні

x0=2hsinj (2.2.2.),

H0=2hcosj (2.2.3.),

після перетворення отримуємо:

 

(2.2.4.)

 

Взаємний зв’язок годографів прямих, поверхневих і відбитих хвиль на лінійному повздовжньому профілю, що йде в хрест простягання відбивальної площини, зображено схематично на рисунку, б у випадку, коли j¹0. Позірна швидкість розповсюдження фронту відбитої хвилі вздовж вісі Ox змінюється від нескінченої великої (у районі мінімуму годографа) до конечної, що наближається до V1, на великих відстанях від джерела, де годограф відбитої асимптотично наближається до годографу прямої хвилі.

Рисунок. Сейсмічні промені відбитої хвилі (а) та зв’язок годографів прямих П, поверхневих R та відбитих О хвиль (б) на лінійному повздовжньому профілі.

На інтервалі земної поверхні лівіше точки О²² (рисунок, б) позірна швидкість має від’ємні значення. Фізично це означає, що у точки земної поверхні, розташовані далі від джерела. Відбита хвиля проходить раніше, ніж у точки, розташовані поблизу до нього, тобто її фронт вздовж границі розповсюджується у напрямку до джерела, а не від нього. З рисунка, б видно, що назад у джерело (у точку О) відбита хвиля пройшла пізніше (t0>tmin), ніж у точку О²², тобто її фронт рухався вздовж земної поверхні від точки О²² до точки О. Коли відбивальна границя є плоскою і горизонтальною. Годограф відбитої від неї хвилі буде симетричним відносно вісі Ot і його мінімум буде розташований на цій вісі.

З викладеного раніше виразу для t видно, що форма лінійного повздовжнього годографа хвилі, відбитої від плоскої границі, залежить від глибини її залягання h, кута падіння j і швидкості розповсюдження хвилі V1 у середовищі, що покриває границю розділу. Мінімум годографа відбитих хвиль завжди зміщений відносно джерела у напрямку підняття відбивальної границі. Зміщення x0 тим більше, ніж більшим є кут j і глибина залягання границі (x0=2hsinj). Час пробігу відбитої хвилі тим більша чим глибшою є відбивальна границя і чим меншою є швидкість у середовищі, що покриває. Кривизна (випуклість) годографа тим більша. Чим меншою є глибина залягання відбивальної границі і чим меншою є швидкість у середовищі, що покриває. Ці залежності зображені схематично на рисунку.

Рисунок. Границі відбиття і швидкості у середовищі, що покриває, (а) та форма лінійних повздовжніх годографів відбитих від них хвиль (б).

Границям, зображеним на рисунку, а суцільними та пунктирними лініями, на рисунку, б відповідають годографи відбитих хвиль, зображених тими ж лініями. Рисунок. А відповідає випадку, коли змінюється знак кута j (h та V1 залишаються постійними), рисунок, Б – коли змінюється величина h (j та V1 постійні), рисунок,В – коли змінюється величина V1 (h та j постійні). На рисунку, В швидкість V1¢>V1².

Існує багато способів, за допомогою яких за гіпертонічним годографом на лінійному повздовжньому профілю, що вхрест простягання відбивальної поверхні, можна визначити швидкість V1, глибину залягання h та кут нахилу j границі. Це можливо за умови, що земна поверхня є плоскою та горизонтальною, а середовище, що покриває відбивальну поверхню, - однорічним, а відбивальна поверхня – плоска. Якщо останнє припущення недопустимо, то по лінійному повздовжньому годографу відбитої хвилі не можна визначити величину V1, а відповідно, h та j. Так, чіткий гіперболічний лінійний повздовжній годограф відбитої хвилі, симетричний відносно вісі Ot, можна отримати від сімейства як ввігнутий, так і випуклих границь розділу, перекритих середовищами з різними швидкостями. Плоска відбивальна границя є лише однією з можливих серед цього сімейства (рисунок).

Рисунок. Лінійний повздовжній годограф відбитої хвилі, симетричний відносно вісі Ot (а), і сімейство відбивальних границь (б), що відповідають цьому годографу, за різних значень швидкостей розповсюдження хвиль у середовищі, що покриває (V1>V2>V3>V4>V5). За однієї та тієї ж довжини годографа йому можуть відповідати більш довгі, але на менших глибинах ввігнуті границі з низькими швидкостями (швидкість є параметром сімейства границь). Він може бути зумовлений і менш довгими, але більш глибокими випуклими границями, що покриті середовищами з більш високими швидкостями. Плоска границя, що утворює даний годограф, займає проміжне становище між ввігнутими та випуклими границями і відповідає проміжному значенню (V3 на рисунку, б) швидкості у середовищі, що покриває. Довжина ділянки плоскої границі дорівнює половині довжині годографа, тобто інтервалу повздовжнього лінійного профілю, на якому зареєстровані хвилі, відбиті від цієї ділянки границі. Для ввігнутих границь їхня довжина перевищує, а для випуклих границь вона є меншою половини довжини відповідного до них годографа.

Якщо границя відбиття має складну форму, а радіуси кривизни окремих її ділянок стають меншими за глибину її залягання, лінійні повздовжні годографи також виходять складної форми. На них можуть утворюватись петлі, вони можуть бути не випуклої, а ввігнутої, іноді клиновидної форми. На рисунку наведені різні конфігурації границь розділу і відповідні до них форми лінійних повздовжніх годографів відбитих хвиль. Конфігурації границь розділу (рисунок) складені з дуг кіл різних радіусів і знаків (випуклі або ввігнуті) кривизни.

Рисунок. Криволінійні відбивальні границі складної форми (а) і форма лінійних повздовжніх годографів відбитих хвиль (б).

Найрізкіші зміни форми годографів зумовлені ділянками границі, на яких відбуваються різкі зміни значень і знаку кривизни. Тому найсприятливішими для сейсморозвідки методом відбитих хвиль є товщі осадових гірських порід, які характеризуються порівняно незначними кутами нахилу границь відбиття, відсутністю різкої зміни знаків та радіусів їхньої кривизни і для яких у межах довжини лінійних повздовжніх годографів відбитих хвиль, що спостерігаються, границі відбиття можна рахувати є плоскими.

Лінійний повздовжній годограф відображує характер залягання границі на ділянці, у два рази меншої за його довжину. Щоб вивчити характер залягання границь на довгих ділянках приходиться безперервно зміщувати вздовж профілю джерела пружних хвиль і спостерігати систему годографів відбитих хвиль. А щоб забезпечити безперервне простеження відбитої границі, джерело необхідно розмістити у точці земної поверхні, яка б відповідала б кінцевій точці годографа, що спостерігається з попереднього джерела, і знову простежити прихід хвиль, відбитих від границі по обидва боки від пересунутого джерела. Така система спостережень отримала назву методики однократного безперервного профілювання (простеження) і дає можливість не тільки забезпечити безперервне простеження вздовж профілю відбивальних границь, але й отримати впевненість у тому, що відбиття зумовлене однією і тією ж відбивальною границею.

Від ділянки R1R2 границі відбиття (рисунок, а), коли джерело у точці О2, відбиті хвилі можуть бути зареєстрованими на інтервалі профілю О1О2О3 (границі і промені зображено суцільними лініями).

Рисунок. Простеження границі відбиття методикою безперервного профілювання (а). Ув’язка двох (б) і системи зустрічних (в) (прямих і зворотних) годографів за спільними точками.

Щоб вивчити характер границі на інтервалі R2R3, необхідно джерело перемістити у точку О3 і зареєструвати прихід відбитих хвиль на інтервалі профілю O2O3O4 (границя на інтервалі R2R3 і промені хвиль, збуджених у джерелі О3, зображені пунктиром).

На рисунку, б зображені годографи відбитих хвиль, отримані від джерела у точці О2 (суцільна лінія). Рівність часу приходу відбитих хвиль у точках A та B сусідніх годографів є критерієм того, що хвилі, збуджені у джерелах О2 та О3, відбились від одної меншої границі відбиття. Час у точці А першого годографа дорівнює часу пробігу хвилі з точки О2 у точку О3 на шляху О3R2O2. Через те що шляхи пробігу хвиль тотожні, то час у точках A та B сусідніх годографів називають взаємними точками. Через взаємні точки ув’язують годографи відбитих від однойменних границь розділу хвиль і забезпечують безперервне простеження цієї границі вздовж профілю (стрілки на годографах рисунок, б та в).

На рисунку, в схематично наведена система ув’язаних по спільних точках годографів відбитих від однойменної границі розділу хвиль, отриманих з семи пунктів, де розташовані джерела. Щоб отримати таку систему необхідно двічі реєструвати прихід хвиль з джерел, розташованих на кінцях кожного інтервалу профілю. Якщо вздовж цієї ділянки профілю швидкість розповсюдження пружних хвиль у середовищі-покритті відбивальної границі залишалась постійною, то ця система годографів буде дуже точно відбивати характер залягання відбивальної границі. На рисунку, в відбивальна границя утворює антиклінальний перегин, склепіння якого розташоване трошки правіше джерела О4. Праве крило перегину крутіше, ніж ліве. Таким чином, сімейство годографів дає уявлення про характер залягання границі відбиття і є своєрідним часовим аналогом геологічного розрізу.

Коли працюють за розглянутою методикою, здійснюється однократне послідовне простеження ділянок відбивальної границі вздовж профілю. По годографам, отриманим за допомогою цієї методики, можна визначити швидкість у середовищі, що покриває відбивальну поверхню з припущенням, що воно є плоским. Необхідність такого припущення відпадає, якщо зуміти отримати від однієї і тієї ж довгої ділянки відбивальної поверхні хвилі у разі їхнього збудження у двох різних джерелах тобто двічі прослідкувати відбивальну границю.

На рисунку, а та б суцільними лініями зображені промені та годограф, що спостерігався у інтервалі О1 О2 О3 профілю з джерела О3. Промені зазнали відбиття на інтервалі R1R2 границі.

Рисунок. Хід сейсмічних променів (а), ув’язка годографів (б) і знаходження розташування відбивальної границі і швидкості у середовищі-покритті (в) з прямого та зворотного (зустрічних) подовжених годографів на лінійних повздовжніх профілях (V1>V2>V3>V4>V5).

Годографи хвиль, що спостерігались у інтервалі О2 О3 профілю, коли джерела у точках О2 та О3, називають зустрічними або прямими та зворотними годографами. Коли довжина гілок зустрічних годографів перевищує відстань між сусідніми джерелами, такі годографи називають подовженими зустрічними годографами. Точки A та B подовжених годографів є взаємними. Беручи різні значення швидкості у середовищі –покриві, по прямому і зворотному (зустрічним) подовженим годографам можна збудувати два сімейства границь розділу, які могли зумовити годографи, що спостережені. Істинним значенням швидкості у середовищі –покриві відбивальної границі буде те (V3 на рисунку, в), з-за якого будь-які дві границі одного та другого сімейства співпадуть один з другим. Конфігурація границь, що сумістились, обох сімейств буде істинною конфігурацією відбивальної границі (дивіться рисунок, в).

Особливості лінійних годографів головних або заломлених хвиль розглянемо на прикладі повздовжнього профілю вхрест простягання плоскої границі заломлення розділу середовищ (рисунок) зі швидкостями V1 та V2 (V2>V1). З джерела О у довільну точку P1 (з координатою x) на плоскій та горизонтальній поверхні заломлена хвиля прийде по шляху O П1 П2 P1. Відрізки О П1та П2 P1 хвиля прийде зі швидкістю V1, а відрізок П1 П2 зі швидкістю V2>V1. Промені О П1 та П2 P1 утворюють з нормаллю до заломлюючої поверхні кути i.

Рисунок. Хід сейсмічних променів, коли утворюються заломлені (головні) хвилі на плоскій границі розділу (а) і зв’язок (б) гілок годографів заломлених хвиль ПР з гілками годографів прямих П, поверхневих R і відбитих О хвиль на лінійному повздовжньому профілі.

Глибину залягання поверхні, що заломлює, під джерелом, яка вимірюється по нормалі до границі розділу, позначимо через h. Кут падіння площини, що заломлює, - j. Залежність часу пробігу заломленої хвилі від джерела до границі та назад до земної поверхні від відстані x між точкою прийому P та джерелом дає рівняння лінійного повздовжнього годографа заломленої хвилі.

На рисунку, а показаний хід променів заломлених хвиль з джерела О до границі заломлення, вздовж цієї границі і від неї до довільних точок Р1 та Р2 земної поверхні розташованих у напрямку підняття і падіння границі відповідно.

Заломлені хвилі мають початкові точки N1 та N2 і тому у інтервалі між N1 та N2, який називається мертвою зоною, у джерелі О не реєструється. У точках N1 та N2 час пробігу заломленої хвилі дорівнює часу пробігу відбитої хвилі від границі, що заломлює. У цих точках права та ліва гілки годографу заломленої хвилі, відбитої від поверхні, що заломлює. Фронт головної хвилі буде розповсюджуватись, починаючи з точок N з постійною позірною швидкістю

 

(),

 

тому, що буде утворювати з земною поверхнею кут (i±j), де знак “-“ відповідає напрямку підняття, а знак “+” – напрямку падіння границі, що заломлює.

Гілки лінійних повздовжніх годографів хвиль з постійною позірною (або істинною) швидкістю на площині годографів (xOt) зображуються прямими лініями, нахил яких є пропорційним значенню цих швидкостей. Нахил тим більший. Чим меншою є швидкість, і навпаки. Позірна швидкість фронту головної хвилі, що розповсюджується у сторону падіння границі від V2 (коли j=0) може зрости до нескінченності (коли j=i) і з подальшим зростанням j (j>i) буде від’ємною. Позірна швидкість буде нескінченно великою, коли сейсмічні промені заломлених хвиль будуть падати нормально на земну поверхню. У цьому випадку до точок земної поверхні, розташованих на різних відстанях від джерела, заломлені хвилі прийдуть одночасно. Позірна швидкість буде від’ємною, коли у точки профілю, віддалені від джерела, заломлена хвиля буде надходити раніше, ніж до точок профілю, розташованих поблизу джерела. Рівняння лінійного повздовжнього годографа заломлених хвиль має вигляд:

 

().

 

Коли x=0

 

().

 

Якщо продовжити прямолінійні гілки годографів заломлених хвиль до перетину з віссю Оt, то отримаємо величину t0. У разі сталих значень V1 та V2 величина t0 визначається глибиною h залягання границі розділу і тим більше, чим вище h. Гілки годографів заломлених хвиль перетинають годографи прямих та поверхневих релєєвих хвиль.

У разі плоскої границі, що заломлює, і однорідних середовищ, що її підстилають і покривають, по спостереженим гілкам годографів прямих та заломлених хвиль по обидва боки від джерела або по зустрічному прямому і зворотному годографам заломлених хвиль можна визначити елементи її залягання і швидкість у середовищі, що заломлює. Схема розв’язку цієї задачі така.

1. З гілки годографа прямої хвилі визначається величина V1.

2. З гілок годографів заломленої хвилі визначаються позірні швидкості Vk розповсюдження фронтів заломлених хвиль у напрямку підняття і падіння границі, що заломлює.

3. За величинами V1 та Vk визначаються синуси суми та різниці кутів і та j і, як наслідок, значення цих кутів у градусах. Тим самим визначається кут j падіння границі розділу і швидкості V2 у середовищі, що заломлює за формулою:

 

().

 

4. Маючи V1 та V2, можна визначити глибину залягання границі, що заломлює, за формулою:

 

().

 

Поверхневий годограф заломленої хвилі у випадку плоскої поверхні, що заломлює, являє собою у просторі поверхню конуса зі зрізаною вершиною, розташованою на вісі Ot у точці з ординатою t0, віссю обертання, що не співпадає з віссю Ot, та нахиленою у сторону підняття площини що заломлює.

На практиці дуже рідко вдається спостерігати початкову частину гілок годографа заломлених хвиль на лінійних повздовжніх профілях. Тому з гілок годографів заломлених хвиль, що спостерігались, величину V1 визначити не можна.

Якщо границя, що заломлює, не плоска, то її конфігурацію і швидкість V2 у середовищі, що заломлює, можна визначити з прямого та зворотного (зустрічного) годографів заломлених хвиль на лінійному повздовжньому профілі. У методі заломлених хвиль вони аналогічні прямому та зворотному (зустрічним) подовженим годографам відбитих хвиль, постільки забезпечують двократне (а не однократне) простеження границі, що проломлює. Розроблено багато способів визначення границі, що заломлює, по зустрічним годографам заломлених хвиль.

Годографи прямих хвиль, що розповсюджуються у породах ЗНШ, та хвиль, заломлених на її підніжжі, часто використовуються, коли проводяться роботи методом відбитих хвиль. По ним визначають швидкість розповсюдження хвиль у породах ЗНШ та їхня потужність. Ці величини необхідно знати для введення поправок за неоднорідну будову гірських порід, що складають верхню частину розрізу.

Розглянемо випадок, коли відбивальна границя (рисунок, а) з якихось причин (вклинювання, склад і т. п.) у точці Д щезне.

Рисунок. Хід сейсмічних променів хвиль, збуджених у точці О, дифрагованих від точки D (а) і співставлення годографів (б) відбитих хвиль О і дифрагованих від точки D.

Тоді точка D стає джерелом дифрагованих хвиль, які будуть розповсюджуватись від неї на усі боки і досягнуть земної поверхні. Позначимо координати точки D через xD та hD і визначимо час пробігу хвилі з джерела О до точки дифракції D і з точки дифракції D до будь-якої довільної точки P з абсцисою x,що лежить на плоскій і горизонтальній земній поверхні:

 

(),

 

де V1 – швидкість розповсюдження хвилі у середовищі, яка вище границі вклинювання. У розглянутому випадку

 

(),

 

().

 

Як слідство

 

().

 

Член tD не залежить від x і є часом пробігу хвилі від джерела до точки дифракції D. Хвиля може бути будь-якого типу (що падає, відбивається, заломлюється). Цей член не змінює форми годографа дифрагованої хвилі і визначає тільки його положення вздовж всі Ot. Форма ж годографа дифрагованої хвилі повністю визначається другим членом виразу для t і у вісях координат xOt це буде гіпербола з абсцисою мінімуму, яка дорівнює абсцисою точки дифракції D. Годограф дифрагованої хвилі D(рисунок, б) буде торкатись годографа відбитої хвилі у точці з абсцисою, що дорівнює абсцисі точки P2, у яку одночасно (по одному і тому ж шляху) прийшли як відбита, так і дифраговані хвилі. Положення мінімуму годографа відбитої хвилі визначається параметрами і напрямком падіння границі розділу, а довжина його правої гілки залежить від положення точки дифракції D відносно джерела (xD та hD). Поверхневий годограф дифрагованої хвилі буде являти собою гіперболічну поверхню (гіперболоїд обертання) з мінімумом у точці з плановими координатами, що дорівнює координатам точки дифракції.

Якщо у середовищі нижче земної поверхні є декілька відбивальних границь, то на кожній з них буде утворюватись повздовжня відбита хвиля. Форма годографів цих хвиль залежить від багатьох факторів: глибини залягання границі, співвідношення швидкостей у покривних її середовищах, її форми і т. д. Якщо границі плоскі, то на лінійних повздовжніх профілях годографи відбитих хвиль мають форму, дуже схожу на гіперболу з мінімумом, зміщеним у сторону підняття границь розділу. Чим глибше залягає відбивальна границя, тим з більшим часом приходу реєструються пружні хвилі і тим плоскішою (менш випуклою) буде форма годографів. Через те що у реальних середовищах швидкість розповсюдження зростає глибиною, годографи відбитих від дуже глибоких границь розділу хвиль будуть ще пологішими. Якщо у пластах вищих за відбивальні границі швидкості будуть змінюватись різко, то на великих відстанях від джерела можуть спостерігатись перетини гілок годографів хвиль, відбитих від мілких і глибоких границь розділу.

Якщо нижче верхньої заломлюючої поверхні є одна або дві більш глибокі границі (зі швидкостями V3 та V4, більшими за V2), то на них будуть утворюватись заломлені (головні) хвилі, що дають прямолінійні гілки годографів. Ці гілки будуть мати початкові точки, розташовані далі від джерела, ніж для неглибокої заломлюючої границі (зі збільшенням глибини залягання границі мертва зона збільшується). Початкові точки гілок годографів заломлених хвиль будуть і надалі торкатись годографа відбитих від заломлюючих границь розділу хвиль. Позірні швидкості по цим гілкам (у разі невеликих кутів нахилу j заломлюваних границь) будуть наближатись до V3 і V4. Продовження цих гілок будуть відсікати на вісі Ot відрізки t02 та t03, що зростатимуть зі збільшенням глибини залягання заломлюваних границь.

Нерідко верхня тверда заломлювана границя розділу і земна поверхня (або підніжжя зони низьких швидкостей) є основними границями, які породжують багатократні хвилі. Якщо границя, що утворює багатократно-відбиту хвилю, так як і земна поверхня, плоска і горизонтальна, а середовище між ними зі швидкістю V1, то лінійний повздовжній годограф двократної відбитої хвилі буде тотожний годографу звичайної однократної хвилі, відбитої від границі з глибиною у 2 рази більшою, ніж поверхня, що створює кратність, і перекритою середовищем зі швидкістю V1. Годограф трьохкратної відбитої хвилі буде тотожний годографу однократної хвилі, відбитої від границі з глибиною у 3 рази більшою, ніж поверхня, що створює кратність. Узявши помилково годограф кратної хвилі за годограф звичайної однократної хвилі, по ньому буде збудована фіктивна, реально не існуюча, границя.

Якщо кратностворювальна поверхня плоска і нахилена під кутом j до горизонту, то годографи багатократних відбитих хвиль аналогічні тим, які були б отримані, якщо б реальні границі, перекриті середовищами зі швидкістюV1, були б на глибинах та з кутами нахилу майже у n разів більшими за глибину і кута нахилу кратностворювальної поверхні (де n – кратність відбитих хвиль). Мінімуми годографів кратних відбиттів будуть мати великі зміщення відносно вісі Ot, ніж у годографів звичайних відбитих хвиль. Зміщення мінімуму буде швидко зростати зі збільшенням кратності відбиттів.

Багатократні відбиті хвилі розповсюджуються у породах верхньої частини розрізу з нижчою швидкістю, ніж у середовищі на великих глибинах. Тому звичайні і багатократні відбиті хвилі з майже однаковим часом приходу до земної поверхні відрізняються одна від одної формою годографів. Годографи багатократних хвиль найчастіше більш круті (випуклі), ніж годографи однократних. Тому годографи однократних і багатократних відбитих хвиль можуть перетинатись один з одним.

На кратностворювальній границі розділу можуть виникати кратні відбито-заломлені і заломлено-відбиті хвилі. Кратні відбито-заломлені хвилі будуть утворювати прямолінійні гілки, дотичні до годографів багатократно-відбитих хвиль і з тими ж нахилами, що і гілки годографів звичайних заломлених хвиль.

На рисунку та рисунку наведені співвідношення лінійних повздовжніх годографів звичайних і кратних хвиль для горизонтального і нахиленого плоскопаралельного багатошарового середовища. Суцільними лініями зображені годографи поверхневих, прямих, заломлених і однократно-відбитих хвиль, а пунктирними лініями – годографи хвиль, багатократно-відбитих від верхньої границі розділу, відповідно до них фіктивні границі розділу, а також годографи відбито-заломлених хвиль.

Рисунок. Швидкісна колонка (а) горизонтального, плоско-паралельного шаруватого середовища (б) і співвідношення годографів прямих, поверхневих заломлених, звичайних і кратновідбитих і відбито-заломлених хвиль на лінійному повздовжньому профілі (в).

Пунктиром показано положення фіктивних границь, які можуть бути збудовані по годографах кратних відбитих хвиль.

Рисунок. Нахилене плоскопаралельне шарувате середовище (а) і відповідні до нього годографи прямих, поверхневих, заломлених, звичайних і кратновідбитих і відбито-заломлених хвиль на лінійному повздовжньому профілі (б).

Пунктиром показано положення фіктивних границь, які можуть бути збудовані по годографах кратних відбитих хвиль; швидкісна колонка така, як на рисунку.

Рисунок. та рисунок складені для середовища з 5 шарів з чотирма границями розділу, з яких лише одна перша є кратностворювальною. Годографи збудовані лише для повздовжніх пружних хвиль. Годографи поперечних та обмінних хвиль опущено, через те. Що вони значно ускладнили б картину навіть за простих умов.

Годограф будь-якої хвилі показує, через який відрізок часу після її збудження певна хвиля приходить у точки земної поверхні, розташовані на різних відстанях від джерела. Будь-яка хвиля викликає у земної поверхні коливання частинок середовища, що згасають (верхні сильно затихають) протягом декількох сотих часток секунди після її приходу. Якщо наступна хвиля досягне цієї точки через більш тривалий інтервал часу, то її прихід буде відмічено новим коливальним процесом на фоні майже заснувшого коливання, викликаного хвилею, що прийшла раніше. Якщо ці хвилі прийдуть у ту чи іншу точку земної поверхні одночасно або майже одночасно, то коливальні процеси, викликані їхнім приходом, накладаються один на одний. Відбудеться інтерференція хвиль і на ділянках сумарних коливань буде складно прослідкувати окремо прихід кожної з інтерферованих хвиль з приблизно однаковою інтенсивністю. Якщо одна з інтерферованих хвиль більшої інтенсивності, ніж інша, то виділити прихід слабкої хвилі у зонах інтерференції буде складно і майже неможливо.

Взаємний зв’язок годографів хвиль різного типу на лінійних повздовжніх профілях показують у якій послідовності, на різних відстанях від джерела пружні хвилі різного типу приходить до земної поверхні. На порівняно великих відстанях від джерела за межами конуса поверхневого годографа прямої хвилі (дивіться рисунок, б та рисунок, б) першими (швидше за інші) до земної поверхні надходять головні хвилі, що утворюються на неглибоких заломлювальних границях розділу. Далі надходять кратні відбито-заломлені хвилі і краї гілок однократних і багатократних відбитих хвиль у зоні їхнього перетину або асимптотичного наближення до гілок годографів прямої хвилі. Густа сітка гілок, що зближуються та перетинаються, годографів показує на наявність у цих зонах складної інтерференції хвиль різного типу. Точки перетину гілок годографів вказують на одночасний прихід хвиль різного типу, а області їхнього зближення – на ділянки більш складної їхньої інтерференції. Розглянуті області годографів сприяють простеженню приходу заломлених хвиль, що підходять до земної поверхні або другими, тобто проведенню робіт методом заломлених хвиль.

Роботі методом відбитих хвиль сприятливою є центральна частина годографа, розташована усередині конуса поверхневого годографа прямої хвилі, яка є (коли невеликі кути нахилу відбивальних та заломлюваних границь) мертвою зоною годографів заломлених хвиль. Менш сприятливими у цій зоні є крайні ділянки, що наближуються до гілок годографа прямих хвиль. Тут відбувається зближення гілок годографів відбитих хвиль, їхній перетин з гілками годографа прямої хвилі, з’являються гілки відбито-заломлених хвиль.

Основною завадою для реєстрації звичайних (однократних) відбиттів є багатократні відбиті хвилі, що утворюються переважно у верхніх частинах розрізу гірських порід. Завадою до реєстрації звичайних відбитих хвиль є також поверхневі хвилі Релея, годограф яких перетинає годографи відбитих хвиль. Перепоною реєстрації тут відбитих хвиль можуть також звукові хвилі, збуджені джерелом. Звукові хвилі будуть створювати прямолінійні гілки, аналогічні гілкам прямих та поверхневих хвиль Релея, що виходять з джерела і мають на площині годографа більш крутий нахил, ніж у гілок поверхневих хвиль, постільки швидкість їхнього розповсюдження V3 буде менше за VR. Прихід відбитих хвиль з великим часом можна реєструвати на значніших відстанях від джерела. На невеликому часі їх можна реєструвати з успіхом лише на невеликих відстанях по обидва боки від джерела.

 

Годографи загальної глибинної точки на лінійних повздовжніх профілях

 

Протягом останніх 15– 20 років методика однократного безперервного профілювання замінялась і сьогодні практично витіснена методикою багатократних перекриттів або методикою загальної глибинної точки (ЗГТ). Це зумовлено тим, що отримані при цьому годографи відбитих хвиль набувають властивостей, зручних для підкреслення корисних хвиль і придушування хвиль-завад у процесі машинної обробки отриманих матеріалів.

Уперше методику ЗГТ застосували з метою вивчення горизонтальних геологічних границь. В цих умовах система спостережень за методикою ЗГТ дозволяє отримувати від однієї і тієї ж точки відбивальної границі відбиті хвилі на різних відстанях між джерелами та приймачами. Пізніше методика ЗГТ стала застосовуватись у районах з похилим заляганням границь, що вивчались. У цьому випадку система спостережень вже не забезпечує отримання відбиттів від загальних глибинних точок. Сильніше методика ЗГТ забезпечує отримання декількох сейсмічних записів коли джерела та приймачі так розташовані, що на одному і тому ж місці лінійного повздовжнього профілю знаходяться їхні середини (загальні середні точки).

На рисунку, а зображена схема спостережень за методикою однократного безперервного профілювання. А на рисунку, б – за методикою багатократних перекриттів у випадку плоскої і горизонтальної границі розділу, покритою середовищем зі швидкістюV1. У разі збудження у пункті О5 хвиля приймається у пункті P5, а коли збуджені у пункті О4 хвиля приймається у пункті P4 і т. д.

Рисунок. Схема спостережень за методикою однократного безперервного профілювання (а) і за методикою шестикратного перекриття (б) на лінійних повздовжніх профілях, якщо границя розділу є горизонтальною. Точка R є загальною глибинною точкою.

При цьому відбиття хвилі увесь час відбувається у одній і тій же точці R відбивальної границі. Середини відстаней між O5 і P5, О4 та P4 і т. д. Утворюють загальну середню точку OP.

У випадку нахиленої відбивальної границі у роботах за методикою багатократних перекриттів відбиті хвилі приходять не від однієї точки на границі, а від декотрої її невеликої ділянки. На рисунку, а показаний відрізок R1R2 відбивальної границі, будова якого висвітлюється роботами за методикою ЗГТ.

Рисунок. Сейсмічні промені хвиль, відбитих від плоскої нахиленої границі, коли роботи за методикою ЗГТ (а), годографи ЗГТ і однократного профілювання (б) на лінійному повздовжньому профілі.

1 – годограф однократного профілювання; 2 – годограф ЗГТ.

На рисунку, а показаний відрізок границі, висвітлений методикою однократного безперервного профілювання на профілі однієї і тієї ж довжини. Зі співставлення рисунку, а та рисунку, б видно, за застосування методики багатократних перекриттів довжина відрізку R1R2 значно менша, ніж коли використовується методика однократного безперервного профілювання. Кратністю перекриттів називають число пар джерел та приймачів, які використовуються, щоб отримати відбиття від однієї загальної глибинної точки (або загальної глибинної площадки) або таких, що мають загальні середні точки. За звичаєм застосовують 12-, 24-та 48-кратні перекриття. Кратність перекриття з удосконаленням технічного обладнання сейсморозвідувальних робіт зростає. Ця тенденція буде мати місце і в майбутньому.

Залежність часу t приходу пружних хвиль від відстані x між джерелом та приймачем, коли робота за методикою ЗГТ, носить назву годографа ЗГТ. На лінійних повздовжніх профілях, оброблених методикою ЗГТ, годографи звукових, поверхневих. Прямих та заломлених хвиль будуть і надалі представлені прямолінійними відрізками, нахил яких буде визначатись швидкістю розповсюдження їхнього фронту вздовж лінії профілю. Рівняння годографа звичайної однократно-відбитої хвилі буде мати вигляд

 

(),

 

де h – глибина залягання відбитої границі під центром дослідного інтервалу профілю (точками OP на рисунку, а) що вимірюється по нормалі до границі; j - кут нахилу відбивальної границі; V1 – швидкість розповсюдження хвиль у середовищі. Що її покриває.

Увівши величину 1/V1 під знак кореня і позначивши 2h/V1 через t0 рівняння годографа ЗГТ відбитої хвилі можна записати у вигляді:

 

().

 

У вісях координат xOt – це рівняння гіперболи з мінімумом, коли x=0 (на вісі Ot). Час мінімуму годографа

 

().

 

Довжина відрізку:

 

(),

 

тим є більшою, чим більшим є x і кут j, і тим меншою, чим більшою h. Коли x=2000м, h=2000м і sinj=0,2 (j=5,8°) відрізок R1R2=50м.

Таким чином, коли робота за методикою ЗГТ, незалежно від напрямку і кута нахилу відбивальної границі годографа відбитої хвилі (годограф ЗГТ) являє собою гіперболу. Абсциса мінімуму якого дорівнює нулеві (а не зміщену у сторону підняття границі, коли виробництво робіт за методикою однократного безперервного профілювання).

На рисунку, б наведені годографи однократного профілювання і ЗГТ для границі, зображеної на рисунку, а. Випуклість (крутизна) годографа ЗГТ тим більша, чим менша глибина залягання границі розділу (чим менше t0), чим нижчою є швидкість у покривальному середовищі і чим меншим є кут відбивальної границі. З годографа ЗГТ можна визначити відношення V1/cosj називають фіктивною або ефективною швидкістю ЗГТ (VЗГТ).

Коли кути нахилу j незначні, фіктивна швидкість ЗГТ є близькою за значенням до істинної швидкості V1, постільки cosj близький до одиниці. Коли границя розділу горизонтальна, то годографи відбитих хвиль у разі однократного профілювання і багатократних перекриттів на лінійних повздовжніх профілях співпадають. Форму гіпербол з мінімумом, коли x=0, будуть мати годографи ЗГТ багатократно-відбитих та дифрагованих хвиль. Перші будуть тотожні годографам ЗГТ однократно-відбитих хвиль від границь, перекритих середовищем зі швидкістю V1, за умови. Що глибина залягання hn цих фіктивних границь і кут jn їхнього нахилу будуть більшими за глибину залягання h і кута нахилу j кратностворювальної границі майже у n разів, де h – кратність відбиттів. Точніше

 

(),

 

().

 

Рисунок. Хід променів (а) і годограф ЗГТ двократно-відбитої хвилі (б) від нахиленої границі розділу на лінійному повздовжньому профілі. На рисунку, а пунктиром зображена фіктивна границя, що дає за однократного відбиття той же годограф ЗГТ, що і реальна, коли двократне відбиття.

На рисунку зображено хід променів і годограф ЗГТ двократно-відбитої хвилі від нахиленої границі розділу на лінійному повздовжньому профілі.

Годограф ЗГТ дифрагованої від точки D хвилі з координатами xD та hD відносно центру бази спостережень (точки OP) буде також мати форму, дуже подібну до гіперболи з мінімумом на вісі Ot (коли x=0). Час мінімуму годографа ЗГТ дифрагованої хвилі

 

()

де V1 – швидкість у середовищі, що навколо точки дифракції D.

Рисунок.Хід променів (а) і годограф ЗГТ дифрагованої хвилі (б) на лінійному повздовжньому профілі.

На рисунку зображено хід променів дифрагованих хвиль та їхній годограф ЗГТ на лінійному повздовжньому профілі.

Аналогічні вирази рівнянь годографів ЗГТ однократних і багатократних хвиль будуть різними залежно від способу апроксимації реального швидкісного розрізу. Але у всіх випадках годографи ЗГТ будуть мати форму, близьку до гіперболічної. З мінімумом на вісі часу (коли x=0)

На рисунку наведено взаємний зв’язок годографів різного типу на лінійному повздовжньому профілі. Лінійні повздовжні годографи ЗГТ звичайних однократних відбитих хвиль позначені 1-IY, а двократних – I-I та II-II і трьохкратних I-I-I.

Рисунок Взаємний зв’язок лінійних повздовжніх годографів звукових З, прямих П, поверхневих R, заломлених Зм, однократних і багатократних відбитих хвиль.

1 – годографи ЗГТ однократних відбитих хвиль, 2 – годографи ЗГТ багатократних відбитих хвиль.

Не розглядаються годографи кратних відбито-заломлених хвиль і годографи усіх видів поперечних і обмінних пружних хвиль. Зображена на рисунку форма представлення сейсморозвідувальних даних є найбільш зручною для їхньої наступної обробки і геологічної інтерпретації.

Властивості годографів ЗГТ корисних однократних і багатократних відбитих завад, а також дифрагованих хвиль мати мінімуми, коли x=0, і близьку до гіперболічної форму, яка відрізняється лише ступенем кривизни (випуклістю), є дуже важливим. На відміну від годографів однократних відбитих хвиль, годографи ЗГТ навіть у випадку дуже нахилених і криволінійних границь не мають такої складної конфігурації.

Ці властивості годографів ЗГТ дають можливість механізувати процес обробки отриманих сейсморозвідувальних матеріалів і використовувати з цією метою універсальні EOM. У процесі машинної обробки є можливість посилити і підкреслити корисні однократно-відбиті хвилі, подавати або суттєво послабити багатократно-відбиті, дифраговані та інші хвилі-завади, які заважають або утруднюють виділення і простеження корисних відбитих хвиль. Це важливо, тому що у ряді випадків однократні хвилі, відбиті від глибоких границь розділу, за своєю інтенсивністю бувають співрозмірними, а іноді і слабкішими багатократно-відбитих хвиль.

За рахунок машинної обробки вдається зменшити похибки інтерпретації отриманих матеріалів за рахунок помилкового приймання фіктивних відбитих границь за дійсні і тим самим підняти достовірність результатів сейсморозвідувальних робіт і реальну глибинність досліджень. Внаслідок цього методика ЗГТ разом з обробкою матеріалів на ЕОМ застосовується широко за кордоном.

 

Способи збудження і реєстрації приходу пружних хвиль

 

Збуджені джерелом на земній поверхні пружні хвилі розповсюджуються у товщі осадових гірських порід. Зустрівши на своєму шляху границі розділу гірських порід, хвилі заломлюються та відбиваються. Як наслідок, вони повертаються назад до земної поверхні. Чим більше у шаруватому середовищі заломлювальних і відбивальних границь розділу, тим більше і з меншим інтервалом часу буде надходити до земної поверхні відбитих, кратновідбитих і заломлених, повздовжніх, поперечних і обмінних хвиль.

Прихід кожної хвилі буде викликати коливання частинок середовища, які лежать коло земної поверхні. Якщо інтервал часу між приходом двох хвиль, що йдуть одна за одною, менше тривалості коливального процесу, викликаного попередньою хвилею, то друга хвиля буде вступати на фоні коливань раніше йдучою хвилею. Практично після приходу у певну точку земної поверхні самої першої (ранньої) хвилі частинки середовища у цій точці будуть знаходитись у безперервному коливальному процесі. Цей процес може тривати декілька десятків після збудження хвилі у джерелі.

 

Способи збудження пружних хвиль

 

Для проведення сейсморозвідувальних робіт широко використовується збудження пружних хвиль за допомогою вибухів зарядів твердих вибухових речовин (ВР). Достатньо сприятливими для збудження пружних хвиль є умови занурення заряду у водне середовище. З вибухом у воді виникає інтенсивна повздовжня пружна хвиля, яка переходить у гірські породи, що підстилають водойми. Поперечні хвилі у рідинах не виникають.

Найбільш широке розповсюдження для проведення робіт методом відбитих хвиль на сумі отримав спосіб збудження пружних хвиль за допомогою вибуху заряду ВР, який занурюють у спеціально пробурену вибухову свердловину. Глибина зарядів у свердловині вимірюється від перших десятків до 100м і більше. Глибина занурення заряду залежить від характеру будови верхньої частини розрізу. Експериментально встановлено, що заряд бажано розміщувати нижче підніжжя ЗНШ і рівня ґрунтових вод у шари, складені вологими, пластичними глинами, щоб підвищити частку енергії вибуху, що йде на утворення пружної хвилі, стовбур вибухової свердловини після занурення у нього заряду ВР заливають водою або глинистим розчином, здійснивши тим самим водну його закупорку.

Аналогічний групуванню вибухів ефект отримують шляхом збудження пружних хвиль за допомогою детонуючого шнура (ДШ), який закладається у вузьку щілинну траншею і засипається землею. Це спосіб збудження не тільки повздовжніх, але й поперечних пружних хвиль. Вибуховий спосіб збудження пружних хвиль дає можливість створювати у джерелі дуже короткий і різкий імпульс, а також у широких межах змінювати його інтенсивність шляхом зміни маси заряду від одного детонатора до декількох тон ВР. Але цей спосіб має серйозні недоліки, у зв’язку з чим виникає необхідність замінити його іншими способами збудження.

За останні роки проводилась велика робота з заміни свердловинного вибухового способу збудження пружних хвиль поверхневими ударними або вібраційними особливо в густонаселених та сільськогосподарських районах. Джерела цього типу називають поверхневими або невибуховими.

Широке розповсюдження отримав спосіб збудження пружних хвиль за допомогою гідравлічних вібраторів, що випускають квазіперіодичні (додаток квазі означає позірні) коливання великої тривалості (до десятків секунд) і достатньо високої сумарної енергії. У силу ряду причин (характеру осадконакопичення, ступеня еродованості, шорсткості границь і інше) одні горизонти краще простежуються на більш низьких, а інші – на більш високих частотах. Тому можливість використання полоси збуджених коливань є суттєвою перевагою вібраційної сейсморозвідки.

Крім описаних запропонованим є ряд інших технічних засобів і прийомів.

 

Реєстрація приходу пружних хвиль

 

Комплект приборів, що реєструють коливання ґрунту, викликані приходом пружних хвиль у тій або іншій точці земної поверхні, називають сейсмореєстраційним каналом (сейсмічним). Залежно від числа точок земної поверхні, у яких одночасно реєструються прихід пружних хвиль, розрізняють 24-, 48-канальні і більше сейсмостанції.

Початковою ланкою сейсмореєстраційного каналу є сейсмоприймач, який сприймає коливання ґрунту, зумовлені приходом пружних хвиль і перетворює їх у електричні напруги. Через те, що коливання ґрунту дуже незначні, електричні напруги, що викликають на виході сейсмоприймача, перед реєстрацією підсилюються. За допомогою пар проводів напруги з виходів сейсмоприймачів подаються на вхід підсилювачів, змонтованих у сейсмостанції. Щоб з’єднати сейсмоприймачі з підсилювачами використовується спеціальний багатожильний кабель, який називають сейсмічною косою.

Запис коливань ґрунту в одній точці земної поверхні називають сейсмічною трасою або доріжкою. У наш час найбільшого застосування отримав дискретний (з перервами) спосіб запису, який називають цифровим.

 

Системи спостережень у випадку робіт методом відбитих хвиль

 

Коли сейсморозвідувальні роботи МВХ виконувались методикою однократного безперервного профілювання на лінійних повздовжніх профілях і отримані сейсмограми оброблялись вручну, відстані між сейсмоприймачами складали 25 – 30м. Пункти вибухів розташовувались на початку і у кінці кожної установки сейсмоприймачів, Відстань між джерелами дорівнювала довжині установки і складала 575 – 690м. На одній установці сейсмоприймачів здійснювався прийом хвиль, збуджених у її крайніх точках. Потім уся установка зміщувалась на наступний інтервал і знову реєструвались хвилі, збуджені у крайніх точках установки. Таким чином оброблялись усі профілі на площі системою зустрічних (прямих і зворотних) годографів, ув’язаних між собою взаємними точками.

Прийом пружних хвиль кожним сейсмореєстраційним каналом здійснюється не одним, а декількома сейсмоприймачами, об’єднаними у групи. Ґрунтування сейсмоприймачів здійснюється з метою створення найсприятливіших умов прийому повздовжніх відбитих хвиль і придушення поверхневих хвиль Релея, а також хвиль-завад інших типів. Оптимальною відстанню Dx між сейсмоприймачами у групі буде

 

(),

 

де l - переважна довжина поверхневої хвилі; T – переважний період поверхневої хвилі; f - переважна частота поверхневої хвилі; v – швидкість розповсюдження поверхневої хвилі вздовж лінії профілю.

У наш час, коли роботи МВХ проводять методикою багатократних перекриттів, система спостережень на лінійних повздовжніх профілях змінилась. Для кращого приглушення кратних хвиль і точнішого визначення швидкостей у середовищах, що накривають відбивальні границі, потрібні більш довгі годографи (більш помітні відмінності у кривизнах годографів звичайних і кратних хвиль). Тому застосовувались відстані між центрами груп сейсмоприймачів 100м і більше. У теперішній час виникла необхідність скорочення відстаней між центрами груп сейсмоприймачів зі збереженням великих довжин годографів ЗГТ.

Щоб забезпечити багатократне простеження відбивальних границь (у загальних глибинних точках або площадках) спостереження приходу відбитих хвиль установкою сейсмоприймачів можна здійснювати з джерел, розташованих як у кінці, так і за (або усередині) установкою. Коли джерело розташоване на кінці або на деякій відстані від кінця установки (за її межами), таку систему спостережень називають фланговою. Коли джерело розташоване у центрі установки, систему спостережень називають центральною. Існують системи спостережень зі змінним розташуванням джерела відносно установки. Найбільшого застосування набули флангові системи спостережень. Винос джерела відносно кінця установки здійснюється з метою послаблення поверхневих і інших типів хвиль-завад, що виникають у районі джерела до і після випромінювання пружної хвилі (робота машин, пересування персоналу, завади, коли викид рідини з вибухової свердловини і т. п.).

Роботи методикою ЗГТ проводять з відстанню D l між джерелами кратною відстані Dx між центрами груп сейсмоприймачів. Вона залежить від числа каналів (канальності) S сейсмостанції і потрібної кратності n простеження відбиттів від загальних глибинних точок (загальних глибинних площадок). Залежність між величинами відповідає виразу:

 

().

 

Якщо S=24, n=12, то Dl=Dx. Якщо Dx дорівнює 100м, то і джерела треба розташовувати через 100м.

Якщо ми хочемо збільшити кратність простеження у 2 рази і зробити її рівною 24, то треба зменшувати Dl або збільшувати S. Зменшення Dl призводить до різкого збільшення об’єму буро-вибухових робіт (якщо збудження хвиль відбувається від вибуху), подорожчанню уповільненню сейсмічних досліджень. Коли збільшується кратність спостережень простіше використовувати не 24-, а 48-, або 96-канальні сейсмостанції. Щоб з успіхом приглушувати багатократні та інші хвилі-завади і підвищити якість обробки кратність спостережень у роботі методикою ЗГТ бажано підвищувати. З цією метою необхідно проводити роботи з більш багатократними сейсмостанціями.

У роботі методикою ЗГТ використовуються великі бази спостережень і малі відстані між джерелами. Безперервне пересування усієї бази спостережень після закінчення реєстрації хвиль, що збуджені у цьому джерелі, як це здійснювалось у роботах методикою однократного безперервного профілювання, у роботах методикою ЗГТ не проводиться через те, що це трудомісткий процес.

Пункти установки центрів груп сейсмоприймачів і джерел називають пікетами. Відстань між пікетами приймають 100м. Відлік пікетів здійснюють від початку лінійного повздовжнього профілю. Так, 37-м пікетом профілю є точка, розташована у 3700м від початку профілю. Коли будують сейсмічні розрізи на профілі відмічають номери кожного десятого пікету.

Рисунок Схема формування сейсмограм ЗГТ, ЗТП та ОВ з сейсмограм ЗТВ

З сукупності сейсмограм ЗТВ (що мають загальну точку вибуху або збудження пружних хвиль) можна легко отримати сейсмограми ЗГТ (що мають загальну глибинну точку), сейсмограми ЗТП (з загальною точкою прийому) і сейсмограми ОВ (що мають однакове віддалення точки прийому від джерела збудження пружних хвиль). Сейсмограми ЗТП та ЗТВ мають число доріжок, яке дорівнює числу джерел пружних хвиль на профілі. Однак звичайним є 12 - 24 доріжки. Сейсмограми ЗТВ, ЗТП і ОВ використовують для корекції (уточнення) так званих статистичних поправок, які вводять у годографи ЗГТ у процесі їхньої обробки на ЕОМ. Однак головним призначенням сейсмограм ЗТВ, отриманих з малим кроком між джерелами, є утворення сейсмограм ЗГТ. Сейсмограми ЗГТ мають число доріжок, що дорівнює кратності простеження.

Сейсморозвідувальні роботи на окремих, не пов’язаних один з одним лінійних повздовжніх профілях про проводять у випадку регіональних та рекогносцирувальних досліджень. Профілі розташовують вхрест простягання осадової товщі гірських порід, що підлягають дослідженню, плікативних або диз’юнктивних дислокацій можливих у цих товщах. Профілі намагаються задавати прямими (без зламів), розташувавши їх на ділянках місцевості, найбільш сприятливих для пересування сейсморозвідувальної станції та обладнання, змонтованих на самохідних (колісних або гусеничних) транспортних засобах.

Коли сейсморозвідувальні роботи ведуть на пошук або детальну розвідку об’єктів глибокого буріння на нафту і газ, спостереження проводять по системі профілів, що утворюють мережу, форма і густина якої визначаються розмірами та особливостями будови пошукових об’єктів. Основну кількість профілів задають вхрест простягання дислокованих об’єктів, або їх окремих блоків. Кінці і середні ділянки профілів з’єднують декількома з’єднальними профілями, заданими у напрямку простягання гірських порід. Бажано, щоб на перетині основних і з’єднальних профілів розташовувались загальні для обох систем профілів джерела пружних хвиль. Треба, щоб профілі проходили по ділянках, сприятливим для збудження і прийому пружних хвиль. Завжди треба намагатись провести профілі через гирло глибоких свердловин, якщо вони є на площі робіт. Густота мережі профілів повинна бути більшою у разі вивчення великих та високоамплітудних структур густої у разі вивчення неве




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-10-15; Просмотров: 1504; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.273 сек.