Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
12.1. СЕЙСМИЧЕСКИЕ ГРАНИЦЫ
Одной из сильных сторон сейсмических методов по сравнению с другими видами геофизических исследований следует считать надежное обнаружение на любой глубине границ раздела, различающихся по упругим параметрам, и нахождение их геометрических и физических характеристик. Именно эта особенность метода определила его широкое применение при изучении осадочных бассейнов, в первую очередь при поисках нефти и газа, где сейсмические границы непосредственно отображают положение стратиграфических и литологических поверхностей. Как уже отмечалось в I—III частях книги, реальные границы в массивах горных пород не всегда представляют собой поверхности в чистом виде. Они могут существовать в виде тонких либо переходных слоев, мощность которых меньше длины волн, в результате чего на сейсмограммах трудно обнаружить заметные особенности в форме импульсов по отношению к падающей волне. Слоистость присуща всем оболочкам Земли и других планет, но характер ее проявления, а также физико-геологическое истолкование границ в сильной степени зависят от особенностей строения объекта.
Как уже указывалось в предыдущих главах, сейсмические границы могут сильно отличаться по величине и знаку перепада параметров упругих волн (vp, vs и плотностей р), что определяет характер их проявлений в волновых полях. Термин „волновое поле" понимается достаточно широко; в него входит не только набор сейсмограмм, но также годографы волн различных типов, амплитудные графики, поведение формы импульсов и другое. При этом имеются в виду не только (а иногда и не столько) исходные записи, но и трассы, подвергнутые различным преобразованиям.
В принципе границы, различающиеся по физическим параметрам, могут быть обнаружены и оценены их характеристики по волнам различных классов и типов как объемных, так и поверхностных. Однако надежность решения обратной задачи и количество определяемых границ в разрезе в различных модификациях структурной сейсмологии существенно разные.
Выявление границ раздела сред в заданной области изучаемого пространства можно считать главной задачей всех геофизических методов. Важнейшей особенностью сейсмических исследований является то, что во многих случаях существование границы обнаруживается непосредственно по исходным записям, особенно при многоканальной регистрации.
В первую очередь это относится к MOB, когда регистрация колебаний осуществляется на небольших, по сравнению с глубиной залегания границы, расстояниях от источника. Если удается подавить волны-помехи, как правило с пониженными скоростями и частотами, то на сейсмограммах остаются только отраженные волны, образующиеся на границах, залегающих на различных глубинах. Из имеющегося опыта следует, что большинство таких волн относится к типу однократных, т. е. испытавших акт отражения только на одной глубинной границе; замечательная особенность таких волн — однозначное соответствие между отмечаемым импульсом либо осью синфазности и существованием на глубине границы раздела с той или иной степенью резкости и выдержанности. Надежность такого соответствия еще более усиливается наблюдаемой субгиперболичностью осей синфазности. Однозначность нарушается, если волна на пути распространения испытывает не одно, а несколько отражений, т. е. является многократно отраженной. Оси синфазности названных волн также имеют форму, близкую к гиперболе, и причисление этих волн к типу отраженных не вызывает сомнений. В связи с этим, наличие многократных волн также свидетельствует о существовании на глубине границ раздела, причем, по крайней мере, одна из них обладает большим перепадом упругих параметров. Если кратная и однократная волны разделены на сейсмограмме во времени, то при решении структурных задач, когда используются преимущественно кинематические характеристики волн, сигналы многократных волн обычно рассматриваются как помехи, мешающие выделению однократных импульсов, зарегистрированных на тех же временах. При наличии в среде тонких слоев присутствие кратных волн дает возможность более корректно решать обратную динамическую задачу, в частности, определять внутреннюю структуру границ путем анализа формы импульсов и соответственно амплитудных спектров при варьировании полосы пропускания частот в канале. Степень однозначности соответствия между отмечаемыми на сейсмограммах импульсами и 210
Глава 12. Элементы геологических объектов
границами раздела существенно повышается при параллельной регистрации волн различных типов (продольных, поперечных, обменных). При этом разделение волн различных типов осуществляется не только по временным признакам, но также и по особенностям поляризации.
Если расстояние между источником и приемниками существенно больше глубины залегания границы, что, например, имеет место при глубинном сейсмическом зондировании земной коры, то отраженные волны, чаще всего закритическис, могут регистрироваться совместно с преломленными. Тем самым ослабляется прямое соответствие между отмечаемыми на сейсмограммах импульсами и глубинными границами. При регистрации отражений наиболее надежно удается фиксировать границы с малой кривизной, так как в этом случае наблюдается более слабое варьирование углов падения-отражения, а также, обычно, большая устойчивость физических параметров вдоль отражателя. Если границы имеют вогнутую форму, то как указывалось в гл. 9, при определенных условиях могут появиться петли на годографах (каустики). При стандартной цифровой обработке, как правило, не проводится специальный анализ неоднозначности годографов OTB и ОГТ и суммирование по методике многократных перекрытий не предполагает наличия петель. Если это условие не соблюдается, то чаще всего линии t0 = const не имеют разрывов непрерывности, но петлевые ветви не всегда подавлены, несмотря на отличие их кажущихся скоростей от кажущихся скоростей основных ветвей. В результате могут появиться дополнительные оси синфазности, которые в последующем при использовании миграции могут быть в сильной степени подавлены либо полностью ликвидированы. В случае выпуклых границ годографы OTB и ОГТ будут отличаться от тех же годографов прямолинейных границ пропорционально кривизне. В предельном случае пересечения двух прямолинейных границ в области угловой точки кривизна тождественно равна нулю и отраженные волны от этой области заменяются дифрагированными. В процессе цифровой обработки при подборе скоростей (скоростном сканировании), как правило, ориентируются на выделение границ малой кривизны с целью прослеживания протяженных границ раздела. Границы с большой кривизной, а также дифрагирующие объекты отобразятся на временных разрезах в этом случае в виде субгиперболических протяженных осей синфазности, часто называемых „шпорами" (в английской литературе ,,smiles" — улыбки). Пример такого рода аномальных явлений приведен на рис. 9.16 а, где показано, что рассматриваемое аномальное явление можно полностью исключить при использовании процедуры миграции.
