Типы волн используемых в сейсморазведке

Рис. 2.37. Схема выхода лучей к земной поверхности за счет рефракции

Рис. 2.33. Области распространения сейсмической волны

Запись колебаний частиц – основной первичный материал сейсморазведки, при том, что ограничиваются получением таких записей для вертикального направления. Одна из форм записей – график колебаний, который представляет собой величину отклонения U частицы M за время t. Примечательно, что разные по природе происхождения упругие волны имеют каждая свою индивидуальные формы. Поэтому для частиц одноименной среды, находящихся в точках M₁ M₂, записи или что тоже трассы одноименных по типу волн будут близки по форме

(Рис. 2.34).

Рис. 2.34. Графики колебаний частиц среды в точках М₁ и М₂ (запись трассы волны)

Затухание волны описывается формулой:

А=А₀*е^-αr*f(r), (2.20), где

А₀ - начальная амплитуда волны, е - основание натурального логарифма, α - коэффициент затухания, r - расстояние между источником волны и приемником колебаний, f(r) - функция распределения волн различного типа f(r)=1/r для υ_р и f(r)=1/r² для υ_{s .}

Вторая форма записи колебаний частиц – график зависимости величины отклонения U от расстояния r до источника. Такие графики носят название профиля волны. На них прослеживается тенденция затухания амплитуды колебаний с увеличением момента времени регистрации (рис. 2.35).

Рис. 2.35. Профили волны между точками М₁ и М₂ в моменты времени t₁ и t₂.

Промежуток времени, разделяющий два соседних одноименных экстремума (см. рис. 61), называют видимым периодом колебаний Т, а расстояние λ между такими же экстремумами – видимой длиной волны (см. рис. 62). Показатели Т и

λ связаны соотношением:

(2.21), где

– скорость, а f – частота.

В сейсморазведке при изучении особенностей распространения упругих волн пользуются законами геометрической оптики. Наиболее простыми являются кинематические схемы с лучевыми построениями. В их основе лежат два основных принципа: 1) Гюйгенса-Френеля, 2) Ферма΄.

Согласно принципу Гюйгенса-Френеля каждая точка среды самостоятельный источник волн. Форма этих волн - вид затухающих синусоид. Вся волновая поверхность является огибающей семейства элементарных волн (сфер малых радиусов), при том, что их интерференция обусловливает за пределами волнового фронта степень интенсивности (амплитуду) суммарной упругой волны. В однородной изотропной среде все лучи распространения волн прямолинейны (рис. 2.36-а), а в неоднородно-слоистой, в силу преломления, эти лучи криволинейны (рис. 2.36-б).

Рис. 2.36. Принцип Гюйгенса для нахождения плоского волнового фронта в однородной (а) и неоднородной (б) средах

Согласно принципу Ферма΄ распространение волн происходит по кратчайшему расстоянию и, в силу того, что в земной коре существуют отражающие и преломляющие границы, происходит рефрагирование волн, то естьих выход на поверхность (рис. 2.37).

Явление рефракции является основанием для применения методов сейсморазведки то есть методов отраженных (МОВ) и преломленных (МПВ) волн. Их распространение в пространстве описывается типовой формулой:

r=υ(x,y,z)*t (2.24), где

r – расстояние между источником и приемником упругих волн, υ(x,y,z) - пространственная скорость, t – время первого вступления.

Если в геологической среде создать источник упругих (сейсмических) колебаний, то от него, соответственно, по всевозможным направлениям будут расходиться сейсмические волны. Последние принято разделять на волны полезные, к которым относятся отраженные и преломленные (головные), и второстепенные: дифрагированные, интерференционные и боковые.

Если выделить распространяющуюся от источника единичную, падающую под углом α продольную волну, то в среде, где есть границы раздела, между которыми находятся слои отличающиеся по акустической жесткости А (произведение скорости υ на плотность δ, то есть А= υ* δ), образуется еще четыре волны: Р₁S₁ – отраженная поперечная, P₁P₁ – отраженная продольная волна, P₁P₂ – проходящая продольная волна, P₁S₂ – проходящая поперечная волна (рис. 2.38).