Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Одной из главных характеристик любого источника является направленность, т. е. распределение интенсивности излучения в среде, окружающей источник, на расстояниях R > А. При этом характеристики направленности рассматриваются для продольных и поперечных волн, так как реализуемые на практике воздействия чаще всего генерируют оба типа возмущений.
Различают симметричные и несимметричные источники. Первые характеризуются равномерным излучением упругой энергии по азимуту (в горизонтальной плоскости), тогда как для вторых это условие не соблюдается. В обоих случаях распределение интенсивности излучения в вертикальной плоскости, зависящее от угла в, отсчитываемого от оси z, может быть как равномерным, так и неравномерным. Типичными примерами симметричного источника являются вертикальный вибратор и взрыв заряда BB в скважине в однородной либо горизонтально-слоистой среде. Несимметричное по азимуту волновое поле генерируется горизонтальным вибратором либо горизонтальным или наклонным ударом.
Источники относятся к типу точечных, если линейные размеры области излучения существенно меньше длины волны (обычно < 0,1 Д).
Рассмотрим теперь в общей форме основные особенности сейсмических источников с позиции принципов их действия, технологии и состава возбуждаемых волн.
Землетрясения. Главные особенности землетрясений будут отмечены во II части. Здесь сделаем только два кратких замечания. Первое из них состоит в том, что при любых землетрясениях, в том числе при большой глубине очага, всегда возбуждаются как продольные, так и поперечные волны различной поляризации. При этом продольные волны от данного землетрясения имеют различную полярность вступлений, что в принципе возможно только в случае модели источника типа сдвига вдоль некоторой поверхности. Вторая особенность заключается в том, что для всех очагов, расположенных в толще земной коры, отмечаются поверхностные волны как Рэлея, так и Лява. Естественные источники, как правило, всегда являются распределенными в пространстве, обычно линейно вытянутыми.
В качестве естественных источников можно рассматривать падение метеоритов, но в земных условиях из-за плотной атмосферы подобные события очень редки (например, падение Тунгусского метеорита, 1908 г.). Однако на планетах без атмосферы, прежде всего на Луне, этот вид источников распространен.
Взрывные источники продольных волн. Среди искусственных взрывные источники доминируют. До середины 50-х годов они фактически были единственными при разнообразных видах сейсмических исследований как на суше, так и на акваториях.
Взрывные источники, используемые на суше, подразделяются на поверхностные и заглубленные. К первым относятся взрывы в шурфах, шнуровые заряды в карьерах, линии детонирующего шнура (ЛДШ) и др. Источники такого типа часто требуют использования больших зарядов BB, так как только небольшая часть энергии идет на образование упругих волн, особенно объемных, в том числе в связи с большим поглощением волн в приповерхностных грунтах. При поверхностных взрывах практически всегда возбуждаются продольные и поверхностные волны. Измерения показали, что в подобных условиях на генерацию продольных волн расходуется 10 % энергии, поперечных — приблизительно 25, поверхностных — 65 %. Вместе с тем, можно считать, что при симметричных
Глава 4,Общие вопросы методики сейсмического эксперимента
а
4
1.0-
/
0.5- /
100
200
/.Ги
Рис. 4.1. Частотные спектры прямой продольной волны при взрывах зарядов BB различного веса U — 5 г; 2 — 15 г; J — 50 г; 4 — 400 г; J — 800 г) на фиксированной глубине 35 м (по данным треста „Краснодарнефтегеофизика"). Амплитуды нормированы по максимуму.
приповерхностных взрывах в субвертикальных направлениях достаточно большая доля энергии идет на образование компрессионных волн, поэтому такие источники используются в модификациях сейсморазведки и ГСЗ, основанных прежде всего на регистрации продольных волн. С целью усиления эффекта компрессионности приповерхностные взрывы стремятся производить в обводненных породах, а также в неглубоких естественных и искусственных водоемах. Об особенностях взрывных приповерхностных источников для возбуждения поперечных волн будет сказано ниже.
В качестве аналога взрывных источников следует указать на устройства, в которых осуществляется быстрое горение газовых смесей, помещенных в камеру, герметично соединенную с излучающей платформой (диносейс).
Сейсмический эффект взрыва значительно возрастает, если заряд BB поместить в скважину на глубину в несколько десятков метров и обеспечить забойку (например, залить скважину водой). По сравнению с поверхностными взрывами заряда того же веса при таком способе возбуждения во много раз возрастает интенсивность продольных колебаний. За счет уменьшения веса заряда и большей консолидированности горных пород на глубине удается одновременно повысить частоты колебаний. На рис. 4.1 приведены экспериментальные спектры прямых продольных волн, полученных для различных зарядов, помещенных в терригенные породы на глубину 35 м. Можно видеть, что по мере увеличения заряда амплитудный спектр а(/) закономерно смещается в сторону низких частот. Отмечается также изменение ширины спектра.
