Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 4,Общие вопросы методики сейсмического эксперимента
57
Глава 4. НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТОДИКИ СЕЙСМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Принцип, на котором основаны все сейсмические исследования, достаточно прост. Он состоит в том, что в среду посылается некоторый сигнал, как правило, достаточно короткий, а в точке приема фиксируется реакция среды на этот сигнал в виде функции времени а(0. Отклик среды на импульс называется сейсмограммой. Поскольку периоды сейсмических колебаний относительно невелики по сравнению с длительностью а (О, то на сейсмограмме на фоне сложных неупорядоченных колебаний отмечаются регулярные объемные и поверхностные волны. Первые из них фиксируются в виде относительно коротких импульсов и несут основную информацию о глубинном строении геологической среды. Измерение времен прихода импульсов, в том числе первых вступлений, регистрируемых на сейсмограмме, а также анализ амплитуд и формы сейсмических импульсов дают возможность количественно оценить глубины и формы сейсмических границ, скорости распространения волн в среде, наличие дифрагирующих объектов, параметры поглощения и др.
Характер колебаний, регистрируемых на сейсмограммах, и выделение отдельных классов и типов волн зависят от конструкции источника, включая характеристики его направленности, а также от параметров среды. Решающее значение имеют также частотные характеристики регистрирующих устройств, чувствительность аппаратуры и ее помехозащищенность.
В настоящей главе даются лишь общие сведения о способах возбуждения и регистрации как сейсмических, так и геоакустических (высокочастотных) сигналов.
4.1. ИСТОЧНИКИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН
Сейсмические источники подразделяются на естественные и искусственные. К первым относятся прежде всего землетрясения. Сведения о землетрясениях будут приведены во II части. Ниже указываются только некоторые особенности естественных источников как генераторов сейсмической энергии независимо от их геологической природы.
Сейсмические исследования охватывают очень широкий диапазон глубин и размеров объектов — от всей планеты до приповерхностных тел размером в десятки метров. Поэтому источники колебаний должны обладать различной интенсивностью. Осуществляемые на практике источники (не принимая во внимание источники, применяемые в геоакустике) различаются не менее, чем на 10 порядков. Так, например, если вести сравнение по весу зарядов взрывчатого вещества, то для решения планетарных задач требуется применять устройство с тротиловым эквивалентом порядка 50—100 кт, а при регистрации отражений от границ, залегающих на глубинах 200—300 м, чаще всего достаточно взорвать в скважине 25—50 г взрывчатого вещества (BB).
Искусственные импульсные источники оцениваются весом реального либо приведенного заряда BB1 а вибрационные — максимальным давлением, действующим на грунт. Мощность ударно-механических источников характеризуют также весом падающего груза и скоростью его движения в точке удара.
Целесообразно подразделять источники также по степени их контролируемости. Характер контролируемости источников определяется прежде всего тремя показателями — координатами очага, абсолютным либо относительным временем начала процесса, интенсивностью воздействия. К числу важных показателей следует отнести и механизм-очага, определяющий в заданных грунтовых условиях волновой состав возбуждаемых колебаний. По первым трем показателям все источники можно подразделить на три группы. В первую группу входят неконтролируемые по всем показателям воздействия. В основном это землетрясения с отсутствием поверхностных дислокаций и искусственные источники, информация о которых почему-либо отсутствует. Ко второй группе отнесем частично контролируемые источники, когда известны только один либо два из трех возможных показателей. Чаще всего известно положение очага в пространстве или только его проекция на поверхность земли. В эту группу могут входить как естественные, так и искусственные источники.
К полностью контролируемым источникам по указанным выше показателям относятся только искусственные воздействия. Они подразделяются на две подгруппы — пассивно контролируемые и активно контролируемые. К пассивно контролируемым относятся такие источники, которые применяются для других целей и используются в сейсмическом эксперименте только попутно. Как правило, это промышленные взрывы, в частности, в карьерах, с фиксируемым моментом воздействия. Активно контролируемые источники предназначены специально для сейсмического эксперимента. Для них всегда точно известно начало генерации волн. Положение очага в пространстве и интенсивность
Часть I. Общие вопросы теории и методики
источника не только заранее известны, но и планируются в соответствии с задачами сейсмических исследований.
При заданной интенсивности воздействия амплитуды генерируемых волн в горных породах существенно зависят от упругих параметров в области очага. Согласно формулам (1.20) и (1.22), при заданном единичном воздействии типа направленной силы либо центра давления в безграничной среде амплитуды смещений обратно пропорциональны величинам скоростей vp и vs, а также плотности р. В связи с этим амплитуды смещений при заданной интенсивности воздействия в жестких породах существенно меньше, чем в менее консолидированных. Однако такая закономерность имеет место только при условии относительно небольшой разницы в коэффициентах поглощения. Экспериментально установлено, что в породах с большими скоростями vp и vs при прочих равных условиях спектр колебаний обогащается высокочастотными компонентами. Этот факт только частично можно объяснить с позиций линейной теории упругости. Отметим, что волновой состав возбуждаемых колебаний в сильной степени зависит от характера неоднородности разреза. Наблюдаемые при этом эффекты будут отмечены ниже для различных типов источников. Что касается воздействий, производимых в толщах воды, то в этом случае источники отличаются большей стабильностью и простотой, поскольку в воде могут генерироваться и распространяться только продольные волны.
