Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
В методах, когда используется искусственное возбуждение, система наблюдений в общем случае определяется тремя координатами источников (X, Y, Z) и тремя координатами приемников (?,?,?).
Часть I. Общие вопросы теории и методики
Простейшей является система с одним источником и одним приемником. На суше такие системы в настоящее время используются весьма редко. Наибольшее применение они находят при работах на акваториях, в первую очередь в варианте совмещенных источников и приемников, устанавливаемых обычно на морях и океанах. Одиночные источники и приемники повсеместно используются в лабораторных исследованиях при моделировании и прозвучивании образцов горных пород на высоких частотах.
В сейсмологии землетрясений при исследованиях в сейсмоактивных районах для регистрации данного события создается, как правило, площадная система расположения станций на поверхности земли. Для решения структурных задач, например в методике обменных волн землетрясений, естественные процессы могут восприниматься системой линейно расположенных приемников. Нередко естественные процессы регистрируются сейсмографами, расположенными во внутренних точках среды — в штольнях, скважинах и др. В техногенной очаговой сейсмологии, в частности при изучении процессов в зонах концентрации напряжений в шахтах, тоннелях, рудниках, датчики обычно располагаются в горных выработках на глубине. Формы их рассредоточения могут быть весьма разнообразны.
Значительно более сложные системы наблюдений используются в методах, в которых применяются искусственные контролируемые источники. Чаще всего источники и приемники располагаются вдоль линий, называемых профилями. На заданной площади могут прокладываться как отдельные профили, либо маршруты, так и система профилей, более или менее равномерно покрывающих изучаемый участок. Такие системы получили название профильно-площадные. Профили называются продольными, если источники и приемники располагаются вдоль заданной линии. В методах преломленных и отраженных волн подобные системы доминируют, и их особенности будут отмечены в соответствующих главах.
Профили могут располагаться не только на поверхности земли, но и во внутренних точках среды, в частности вдоль ствола буровой скважины. Наряду с продольными применяются для наблюдения и непродольные профили, когда источники располагаются с определенной густотой на одной, а приемники — на другой, чаще всего параллельной, линии.
В последнее время развиваются площадные системы наблюдений, когда источники и приемники рассредоточены по некоторой площади, причем генерируемые в каждом очаге колебания воспринимаются либо всей площадной системой сейсмографов (апертурой), либо только некоторой ее частью. Площадные системы целесообразно подразделить на регулярные и нерегулярные. В первой из них источники и приемники размещаются вдоль прямолинейных профилей, тогда как во второй они распределяются в общем случае произвольно по заданной площади.
В наиболее общем случае сейсмографы и очаги генерации волн могут образовывать некоторую пространственную систему. В качестве примера можно указать на системы, применяемые при изучении околоскважинного пространства, когда приемники располагаются во внутренних точках среды, а источники создают некоторую площадную систему на поверхности земли. В некоторых случаях имеет место обратная ситуация — размещение источников на глубине, а приемников — на поверхности земли. Пространственная система будет иметь место также при размещении источников и приемников в горных областях с большими превышениями рельефа.
Отметим еще, что особенности систем наблюдений зависят от вида проводимых работ, в первую очередь от масштаба исследований и размеров охвата интервалов глубин изучаемой среды. Как и в других геофизических методах, в сейсмологии выделяют четыре главных вида исследований: глобальные, региональные, поисковые и детальные. С точки зрения систем наблюдений они различаются прежде всего расстояниями между источниками и приемниками и соответственно густотой расположения очагов и сейсмографов. К глобальным исследованиям в настоящее время относится изучение объектов, залегающих на глубинах 100—200 км и более, т. е. мантии и ядра планеты.
В начальный период развития структурной сейсмологии изучение строения земной коры и верхов мантии также относилось к проблемам глобального характера, поскольку ставилась задача найти общие планетарные черты строения самых верхних частей земного шара. В современной сейсмологии такого рода исследования носят региональный характер с задачей выявления объектов более высоких порядков.
К исследованиям глобального характера относятся также задачи очаговой сейсмологии. Многие из них, в первую очередь выявление планетарных поясов сейсмической активности, в основном 70
Глава 4.Общие вопросы методики сейсмического эксперимента
71
решены. Дальнейшую детализацию в большинстве случаев следует отнести к категории региональных наблюдений.
Систематически проводимые региональные исследования по объектам изучения подразделяются на три основные группы: земная кора и верхняя мантия, верхняя часть консолидированной коры, включая поверхность кристаллического фундамента, осадочный чехол. В первой группе применяются два вида наблюдений. В одном из них используются протяженные профили (геотраверсы), пересекающие различные геологические структуры первого порядка. Протяженность геотраверсов может достигать нескольких тысяч километров. Другой вид представляют собой профильно-площадные съемки крупных провинций, таких как Байкальская рифтовая зона, Днепрово-Донецкая впадина, Рейнский грабен и др. На определенном этапе группа геотраверсов также может образовать профильно-площадную систему. Таким способом в 60-е годы была изучена земная кора США. Подавляющая часть исследований в данной группе проводится по методике глубинного сейсмического зондирования с использованием как преломленных, так и отраженных волн в различных модификациях, отличающихся методикой наблюдений, прежде всего плотностью распределения источников и приемников.
