Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 3. Классы и типы упругих волн
Глава 3. КЛАССЫ И ТИПЫ УПРУГИХ ВОЛН, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Как уже отмечалось в гл. 1, объемные сейсмические волны подразделяются на три типа: продольные, поперечные и обменные. Последние могут возникать только при наклонном падении волн P либо SV на границу раздела.
Поверхностные волны, наблюдаемые на свободной поверхности земли, являются с физических позиций производными от объемных волн. В сейсмологии используются два основных типа поверхностных волн, различающихся по ориентации плоскости поляризации: волны Рэлея, поляризованные в вертикальной плоскости, и волны Лява с поляризацией в горизонтальной плоскости. Отметим, что для сложных моделей сред, отличающихся от горизонтально-слоистых, а также для анизотропных сред с произвольной ориентацией осей анизотропии плоскости поляризации волн Рэлея и Лява могут быть иными.
Главная информация о структуре геологических объектов получается на основе объемных волн. Преимущественно это вторичные волны, возникающие на глубинных границах за счет явлений отражения, преломления и дифракции. В частном случае это могут быть прямые (проходящие) и рефрагированные волны, распространяющиеся в определенном объеме.
Вторичные волны подразделяются на отдельные классы, различающиеся как по физической природе их возникновения, так и по лучевой структуре. Основными являются следующие классы объемных волн: отраженные, преломленные, дифрагированные. В каждом из этих классов могут существовать продольные, поперечные и обменные волны. Что касается поверхностных волн, то для них трудно или даже невозможно осуществить подразделение на типы и классы.
3.1. ПРЯМЫЕ И ПРОХОДЯЩИЕ ВОЛНЫ
Если между источником и приемником не предполагается целевых геологических объектов, то зондирующая волна в подобной ситуации называется прямой. Основная задача в данном случае состоит в измерении скоростей распространения продольной либо поперечной волны, а также динамических параметров, включая поглощение. При использовании поперечных волн путем изменения направленности в области источника и приемника можно получать сведения о наличии скоростной анизотропии. Если при заданном положении источника наблюдение вести на различных от него расстояниях, то регистрация прямых волн дает возможность измерить коэффициенты поглощения волн, а также детально изучить параметры анизотропии. В соответствии с принципом взаимности аналогичную информацию можно обеспечить при закрепленном приемнике и разнесенных источниках.
Наблюдения на прямых волнах проводятся как во внутренних точках среды (скважины, шахты, рудники), так и на поверхности земли, когда можно предположить, что в пределах базы наблюдений среду можно считать однородной. Прямые волны широко используются при лабораторных исследованиях на высоких частотах, в первую очередь, для прозвучивания образцов горных пород.
Проходящие волны отличаются от прямых тем, что между источником и приемником существует либо предполагается геологический объект, изучение которого представляет собой целевую задачу наблюдений. В качестве объекта могут выступать границы раздела, замкнутые или полузамкнутые тела и другие виды неоднородностей. Наблюдения на проходящих волнах могут производиться при распределенных в пространстве источниках либо приемниках, а также тех и других одновременно. Отметим, что при исследованиях на проходящих волнах в тех или иных областях пространства будут наблюдаться прямые волны. Это дает возможность получать сведения об анизотропии, поглощении и других физических параметрах.
В среде с гладкими границами раздела и достаточно выраженным перепадом упругих параметров могут существовать как монотипные, так и обменные проходящие волны. Первые из них возникают при любых углах падения волны на границу. Частный случай нормального падения плоской волны на границу раздела был рассмотрен в гл. 1. При нормальном падении плоской волны как продольной, так и поперечной, поляризация и тип проходящей волны остаются такими же, как у падающей. Формулы (1.28) и (1.31) можно записать по-другому:
т = ттщ*)> (ЗЛ)
где п может принимать значения nF и ns.
43
Часть I. Общие вопросы теории и методики
Рис. 3.1. Модули коэффициентов прохождения монотипных (а) и обменных (б — при п < 1, в — при п > 1) волн:
1,2 — для монотипных волн: 1 — п< \ , 2 — п> V, 3 — результаты счета по приближенным формулам (3.3) для всех типов волн при п < 1.
44
В гл. 2 было показано, что для большинства горных пород плотность р увеличивается по мере возрастания скорости. Отсюда следует, что если п < 1, то г < 1, и наоборот, при п > 1 г > 1. Тогда в соответствии с (3.1) при и < 1 BW < 1, а в случае п > 1 5(0) > 1. Подобным же образом будут вести себя амплитуды смещений.
Отметим, что в большинстве случаев как в осадочном чехле, так и в литосфере превалируют границы, на которых перепады скоростей vF и vs не превышают 10 %. В соответствии с рис. 2.4 перепады в плотностях не будут превышать 2 %. Тогда, согласно формуле 3.1, величины коэффициентов прохождения будут отличаться от единицы не более чем на 5 %, т. е. практически могут считаться неизменными: B^ » 1.
