Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Влияние температуры на скорости также изучается главным образом в лабораторных условиях. Наряду с этим в определенной мере принимаются во внимание параллельные замеры скоростей и температур в глубоких скважинах и шахтах. Особый вид исследований по влиянию температуры — изучение скоростей при отрицательных температурах. Заметим попутно, что мощность мерзлых пород (криозона) в северных широтах иногда достигает 1,5 км.
Использование данных о скоростях, полученных в лабораторных условиях, для интерпретации сейсмических материалов (сейсмология землетрясений, ГСЗ, сейсморазведка) основано на предположении об отсутствии заметной дисперсии, если измерения проводятся в ограниченных массивах среды. Тем самым считается, что скорости, замеренные на высоких частотах, с достаточной точностью совпадают со скоростями, получаемыми при сейсмическом эксперименте. Такое предпо-
32
4
Глава 2. Физико-сейсмические параметры горных пород
2.6. Зависимость пластовых 4й скоростей V , vp от глу-ЩВШ по данным сейсмического (Яротажа. Район Причерноморской впадины [Пузырев и др., UtS]:
I — известняки; 2 — известняки гли-е; 3 — мергели; 4 — глины; 5 —
»im, км/с
довксние в целом подтверждается шзмерениями в скважинах при ¦омощи акустического каротажа (AK) и вертикального сейсмического профилирования (BCU).
Прежде чем излагать ре-шултаты лабораторных исследо-ааяий влияния давления и тем-¦вратуры на величину скоро-СКЙ, рассмотрим некоторые экспериментально установленные цвисимости изменения скоростей с глубиной. Увеличение скорости с глубиной как четко выраженная тенденция характерно для всей твердой оболочки Земли — вплоть до границы ядра
(2900 км). В среднем для всей твердой Земли вертикальный градиент скорости продольных волн составляет — 0,003 1 /с (3 м/с на 1 км глубины), а для поперечных примерно в 2 раза меньше.
Наиболее быстрое изменение скоростей с глубиной характерно для осадочных терригенных образований, когда градиент vp в верхней части разреза достигает величины 1,0 1/с, постепенно уменьшаясь на глубинах 2—3 км до значений 0,1—0,2 1/с. На рис. 2.6 приведен пример изменения скоростей vp и vs с глубиной для Причерноморского осадочного бассейна по данным измерений в скважине. В левой части чертежа показаны стратиграфическая и литологическая колонки. Отно-смтельныи градиент для поперечных волн существенно выше, чем для продольных. Об этом свидетельствует отчетливо выраженное увеличение значения vs/vp = у в зависимости от глубины приблизительно в 2 раза. Коэффициент Пуассона в данном примере изменяется от 0,46 до 0,30. По данным некоторых авторов [Dobrin, 1976; Уайт, 1986] увеличение скорости пропорционально глубине z в степени 1/6. По такому же закону скорость увеличивается с возрастом породы, но зависимость проявляется менее отчетливо, чем от глубины.
Важно подчеркнуть, что на закономерности увеличения скоростей vpnvsc глубиной базируются сейсмические исследования на преломленных волнах.
Подавляющая часть лабораторных опытов по влиянию давления на величины скоростей выполнена при температурах, близких к комнатной, причем большая часть результатов относится к кристаллическим породам. На рис. 2.7 представлены кривые зависимости скорости от давления для гранита и гнейса, построенные по данным из [Справочник..., 1978]. Параллельно приводятся значения коэффициента Пуассона. Как и следовало ожидать, скорости повышаются с увеличением давления, причем градиент нарастания скорости имеет наибольшие значения в области низких давлений. Это связано с тем, что в данном диапазоне давлений происходит наиболее быстрое уменьшение пористости. Одновременно отмечается возрастание коэффициента Пуассона, особенно в начальной части кривых. Последнее означает, что давление в меньшей степени влияет на vs, чем на vr В некоторых случаях при росте давления до 1500—2000 МПа отмечается сложное поведение упомянутых трех величин со значительными колебаниями градиентов и образованием локальных
33
Часть I. Общие вопросы теории и методики
V, км/с
500 Л МПа 2
Рис. 2.7. Кривые зависимости vp, vs и о от давления для гранита (J) и гнейса (2).
экстремумов, что возможно связано с влиянием побочных факторов, например, неоднородности и анизотропии.
В осадочных породах в основном изучались скорости v., причем при относительно небольших давлениях. Характерной особенностью по отношению к кристаллическим породам является более быстрое увеличение скорости с повышением давления, что связано прежде всего с существенно большей начальной пористостью. Однако из этого правила имеются исключения, относящиеся, в частности, к галогенным образованиям. Так, например, в каменной соли при изменении давления от 0 до 250 МПа скорость vp возрастает всего лишь на 2—3 % [Епинатьева, 1970].
Представление об изменении скоростей и коэффициента Пуассона при очень высоких давлениях (до 13 500 МПа) можно получить по данным многолетних сейсмологических исследований для коры и мантии. Величина давления рассчитывается по данным распределения плотности, которые определяются независимо от упругих параметров. В качестве контролирующего фактора учитывается известное значение средней плотности Земли, вычисляемой по ускорению силы тяжести. Как и при небольших давлениях, рассмотренных выше, в начальной части до P < 400 МПа градиенты скоростей существенно больше, чем в последующей части кривых. Что касается коэффициента Пуассона, то он также быстро возрастает при Р< 200 МПа, а затем остается приблизительно постоянным на среднем уровне порядка 0,29. Заметим, что приведенные данные для зависимости и,CP) в общих чертах согласуются с опытами по ударному сжатию в лабораторных условиях.
