Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
/ — положение источника; 2 — приемники (по Б. А. Боброву).
1986]. В частности, решена задача о вычислении коэффициентов отражения и прохождения на вертикальной границе при нормальном падении плоской поверхностной волны. Предсказано, что при пересечении вертикальной границы проходящая волна уменьшается по амплитуде. Качественно это можно видеть на сейсмограмме лабораторного двумерного физического моделирования при наличии ступеней на
свободной границе (рис. 10.14). При величине сту- I ; _
пени ДА = А/3 проходящая волна уменьшается в 1,5— 2 раза. Одновременно появляется отраженная поверхностная волна.
Способ трассирования субвертикальных локальных неоднородностей практически применяется пока реже, чем выявление областей относительно небольшой дифференциации по скоростям. Тем не менее амплитудный анализ колебаний в поверхностных волнах для различных периодов позволяет уверенно фиксировать наличие локальных аномальных зон, связанных, в частности, с разломами и другими нерегулярностями в разрезе.
Использование каналовых волн рассмотрим на примере просвечивания продуктивных толщ в угольных шахтах [Азаров, Яковлев, 1988]. Предварительно отметим, что каналовые интерференционные волны могут возникать в слое с пониженными скоростями Vp и vs как при наличии резких границ на кровле и подошве, так и при плавном изменении скоростей, если есть инверсия. В первом случае происходит интерференция отраженных волн, в том числе закритических, во втором — рефрагированных (волновод). В угольных пластах, как правило, имеют дело с первой моделью.
Скорости Vp и V5 в угольных пластах обычно существенно отличаются от скоростей во вмещающих породах. Наибольший дефицит скорости — в 2 раза и более — отмечается для бурых углей. Мощность углесодержащих пластов колеблется в очень широких пределах — от долей метра до 100 м. При этом чаще всего продуктивные пласты и пропластки перемежаются с линзами и слоями пустых пород. Для многих месторождений характерно наличие сбросов небольшой амплитуды, существование которых в сильной степени затрудняет рациональное планирование и технологию добычи полезного ископаемого.
Способы возбуждения и приема каналовых волн остаются такими же, как при просвечивании на объемных волнах (см. параграф 10.2). Здесь отметим лишь, что источники всегда располагаются в пределах продуктивного слоя, так как только в этом случае будет формироваться каналовая волна достаточно большой амплитуды. Наличие источников различной направленности и регистрация волн на трех компонентах дают возможность параллельно регистрировать аналоги волн Лява и Рэлея.
Общий вид характера записи каналовой волны можно видеть на рис. 10.15, а. Амплитуды каналовых волн, естественно, имеют максимальную величину в пределах угольного пласта, а в боковых областях интенсивность их быстро падает (см. рис. 10.15, б), достигая на некотором удалении нулевых значений [Азаров, Яковлев, 1988 ]. При расшифровке структуры угольного пласта наряду с амплитудными признаками большое значение имеют поляризационные характеристики волн. В некоторых случаях удается измерить как фазовые, так и групповые скорости каналовых
189
Часть III. Методы структурной сейсмологии
Рис. 10.15. Пример регистрации каналовых волн в угольных шахтах:
а — типичная сейсмограмма; б — график амплитуд каналовых волн в угольном пласте и примыкающих областях (экспериментальные данные).
1,0
А, отн. ед.
волн. Для выявления разломов и других резких неоднородностей в просвечиваемом массиве большое значение имеет обнаружение отраженных каналовых волн.
Кроме шахтного варианта каналовые волны используются также в межскважинном просвечивании, что позволяет уточнить положение и параметры пластов с пониженной скоростью.
Глава И. АКУСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Акустическими либо геоакустическими принято называть исследования, проводимые в натурных либо лабораторных условиях, как правило, на частотах килогерцового диапазона. В отличие от собственно сейсмических акустические наблюдения на ультразвуковых частотах проводятся также в лабораторных условиях. В этом случае диапазон частот существенно расширяется в большую сторону — сотни килогерц и первые единицы мегагерц.
Переход на высокие частоты, естественно, позволяет резко повысить разрешающую способность и изучать тем самым объекты малых размеров, измеряемых в естественных условиях единицами метров и менее. Однако при этом в сильной степени снижается радиус дальности, который в горных породах также измеряется чаще всего метрами, а иногда долями метра. В связи с этим при исследованиях in situ главной задачей является измерение физических параметров на прямых волнах. Доля вторичных волн (в первую очередь отраженных) существенно меньше, чем при исследованиях на частотах от первых десятков до сотен герц.
Натурные акустические исследования имеют ряд технико-методических особенностей, отличающих их от сейсмологии низких и средних частот. Прежде всего отметим, что высокочастотные импульсы удается возбудить и зарегистрировать в воде либо в консолидированных породах при помощи пьезоэлектрических и магнитострикционных датчиков (см. гл. 4). Измерение физических параметров горных пород чаще всего производится на прямых волнах на фиксированных базах. В последние годы широко применяется метод регистрации высокочастотных отраженных волн (см. параграф 11.3), причем только на акваториях. Последнее связано с тем, что коэффициент поглощения высоких частот в воде во много раз меньше, чем даже в консолидированных горных породах. Исследования на преломленных волнах в натурных условиях не находят применения, так как они требуют использования мощных источников, а это неизбежно ведет к понижению частот.
