Astronet > Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory. Chast' 1

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory

10.1.3. Osnovy geometricheskoi seismiki.

Kinematicheskie zakony rasprostraneniya uprugih voln baziruyutsya na principah geometricheskoi seismiki ili geometricheskoi optiki.

Esli v nekotoroi tochke prostranstva proizvesti vzryv (udar), to voznikaet uprugaya volna, skorost' rasprostraneniya kotoroi zavisit ot uprugih svoistv sredy. Pri prohozhdenii volny chasticy porody nachinayut kolebat'sya. Poverhnost', otdelyayushaya oblast', gde chasticy koleblyutsya pod vozdeistviem uprugoi volny, i nevozmushennuyu oblast', kuda volna eshe ne prishla, nazyvaetsya frontom volny. Linii, perpendikulyarnye frontu, nazyvayutsya seismicheskimi luchami. Vdol' luchei perenositsya energiya uprugoi volny. Vblizi istochnika front uprugih voln sfericheskii, a vdaleke - prakticheski ploskii.

Kazhduyu monohromaticheskuyu volnu odnoi chastoty mozhno oharakterizovat' cherez dlinu volny ( $\lambda$ ), period ( $T$ ) ili chastotu kolebaniya ( $f = 1 / T$ ), kotorye svyazany s fazovoi skorost'yu ( $V$ ) sootnosheniem $\lambda = TV = V / f$ . V seismorazvedke ispol'zuyutsya uprugie volny chastotoi 2 - 120 Gc, chto pri skorostyah v porodah ot 1 do 7 km/s daet dliny voln 3500 - 9 m sootvetstvenno.

V uprugom impul'se nablyudaetsya superpoziciya (slozhenie) monohromaticheskih voln, kazhdaya iz kotoryh obladaet fazovoi skorost'yu ( $V_{n}$ ), amplitudoi ( $A_{n}$ ), krugovoi chastotoi ( $\omega_{n }= 2\pi f_{n})$ , t.e. $A_{n} sin(\omega_{n}t + \varphi _{n}$ ), gde $t$ - vremya. Pri postoyanstve fazovyh skorostei v impul'se ego skorost', nazyvaemaya gruppovoi ( $U$ ), sovpadaet s fazovoi. Pri nalichii dispersii (izmenenii fazovyh skorostei s chastotoi) forma impul'sa menyaetsya v hode ego rasprostraneniya. Pri etom $U \gt V$ , esli $V$ vozrastaet s rostom $f$ , i $U \lt V$ , esli $V$ umen'shaetsya s rostom $f$ .

Zakony rasprostraneniya uprugih voln v gornyh porodah mogut byt' polucheny iz osnovnyh principov geometricheskoi optiki - principov Gyuigensa - Ferma. Soglasno principu Gyuigensa, kazhduyu tochku fronta volny mozhno rassmatrivat' kak samostoyatel'nyi elementarnyi istochnik kolebanii. Eto znachit, chto po polozheniyu fronta volny v nekotoryi moment mozhno opredelit' polozhenie ego v lyuboi drugoi moment, esli postroit' ogibayushuyu elementarnyh sfericheskih frontov s centrami, raspolozhennymi na zadannom. Princip Ferma formuliruetsya sleduyushim obrazom: volna rasprostranyaetsya mezhdu dvumya tochkami po takomu puti, kotoryi trebuet naimen'shego vremeni dlya ee rasprostraneniya. Sledstviem etogo principa yavlyaetsya pryamolineinost' rasprostraneniya voln v izotropnoi srede, kogda skorost' postoyanna vo vseh napravleniyah.

Vazhnyi princip geometricheskoi seismiki - princip superpozicii, soglasno kotoromu pri nalozhenii (interferencii) neskol'kih uprugih voln ih rasprostranenie mozhno izuchat' po otdel'nosti dlya kazhdoi volny, prenebregaya vliyaniem voln drug na druga.

Osnovnym zakonom geometricheskoi seismiki yavlyaetsya zakon prelomleniya - otrazheniya, kotoryi vklyuchaet sleduyushie polozheniya (sm. ris. 4.1): 1) padayushie, otrazhennye i prelomlennye luchi lezhat v odnoi ploskosti, sovpadayushei s ploskost'yu, normal'noi k granice razdela sred s raznymi skorostyami uprugih voln; 2) ugol padeniya volny $\alpha_{1}$ , otschityvaemyi ot perpendikulyara k granice, i ee skorost' v srede $V_{1}$ svyazany s uglom prelomleniya $\beta_{2}$ i skorost'yu $V_{2}$ sootnosheniem $\sin\alpha_{1 }/ \sin\beta_{2} = V_{1 }/ V_{2}$ ; 3) etim zhe sootnosheniem svyazany ugly padeniya ( $\alpha_{1}$ ) i otrazheniya ( $\gamma_{1}$ ): \ $sin \alpha_{1 }/ \sin \gamma_{1} = V_{\alpha }/ V_{\gamma }$ . Dlya voln odnogo tipa, naprimer prodol'nyh, $V_{\alpha }= V_{\gamma }$ , chto privodit k zakonu ravenstva uglov padeniya i otrazheniya.

Ris. 4.1.. Osnovnye tipy prodol'nyh voln: a - 1 - pryamaya, 2 - otrazhennaya, 3 - prelomlennaya prohodyashaya, 4 - prelomlennaya skol'zyashaya, 5 - prelomlennaya golovnaya; b i v - refragirovannye volny, obrazuyushiesya vo vtorom sloe i v srede s vozrastayushimi s glubinoi skorostyami uprugih voln

V seismorazvedke k zakonam geometricheskoi optiki dobavlyayutsya zakony otrazheniya i prelomleniya obmennyh voln: lyubaya padayushaya volna - prodol'naya ( $R$ ) ili poperechnaya ( $S$ ) - porozhdaet na granice dve otrazhennye ( $P_{1}$ i $S_{1}$ ) i dve prelomlennye ( $R_{2}$ i $S_{2}$ ) volny, svyazannye zakonom Snelliusa:

$\frac{\sin \alpha_{p1} }{{V}_{p1} } = \frac{\sin \gamma_{p1} }{V_{p1}} = \frac{\sin \gamma_{s1} }{{V}_{s1} } = \frac{\sin \beta_{p2} }{{V}_{p2} } = \frac{\sin\beta_{s2}}{V_{s1}}.$

(4.3)

V teorii seismorazvedki pokazano, chto pri padenii R-volny na granicu po normali ( $\alpha= 0$ ) ne obrazuyutsya $S$ -volny, a vsya energiya perehodit v otrazhennuyu i prelomlennuyu $R$ -volny. Poetomu v seismorazvedke chashe ispol'zuyutsya volny $R$ , rasprostranyayushiesya po lucham, blizkim k normal'nym.

10.1.4. Tipy seismicheskih voln.

Ot punkta vozbuzhdeniya vo vse storony rasprostranyayutsya uprugie volny. Vdol' zemnoi poverhnosti idut poverhnostnye volny, a v glub' sloya rasprostranyayutsya pryamye ili padayushie (prodol'naya i poperechnaya) volny. Na granicah razdela sred s raznymi skorostyami uprugih voln za schet energii padayushei volny voznikayut otrazhennye i prelomlennye volny. Pri etom mogut obrazovat'sya otrazhennye i prelomlennye volny kak togo zhe tipa, chto i padayushaya (monotipnye, odnotipnye volny), tak i drugogo tipa (obmennye volny).

Poskol'ku prodol'nye volny obladayut bol'shimi skorostyami, chem poperechnye (i poetomu k punktam registracii prihodyat pervymi), a pri vozbuzhdenii uprugih voln vzryvami i mnogimi nevzryvnymi istochnikami voznikayut v osnovnom prodol'nye volny, to v seismorazvedke oni ispol'zuyutsya chashe. V dal'neishem rech' budet idti v osnovnom o prodol'nyh volnah, hotya vse rassmotrennye zakonomernosti mogut byt' spravedlivy i dlya poperechnyh voln.

Otrazhenie monotipnyh prodol'nyh seismicheskih voln proishodit na granicah sloev s raznymi volnovymi soprotivleniyami (akusticheskimi zhestkostyami \sigmaV), t.e. uslovie obrazovaniya otrazhennoi volny opredelyaetsya neravenstvom $\sigma_{1}V_{1} \neq\sigma_{2}V_{2}$ , gde $V_{1}, V_{2}, \sigma_{1}, \sigma_{2}$ - skorosti rasprostraneniya voln i plotnosti porod v pervom i vtorom sloyah, a ugol padeniya raven uglu otrazheniya (ris. 4.1).

Iz prelomlennyh voln dlya seismorazvedki osobyi interes predstavlyayut volny, padayushie pod uglom $\alpha = i$ , nazyvaemym kriticheskim ili uglom polnogo vnutrennego otrazheniya, kogda ugol prelomleniya stanovitsya ravnym 90 $^\circ$ . V etom sluchae vdol' granicy razdela poidet skol'zyashaya prelomlennaya volna. Imenno ona, soglasno principu Gyuigensa, sozdaet novye volny, nazyvaemye golovnymi, kotorye izuchayutsya v seismicheskom metode prelomlennyh voln. Priroda golovnyh voln rassmotrena v (10.3). Pri $\beta= 90^\circ, \sin\beta = 1$ i formula dlya opredeleniya kriticheskogo ugla padeniya poluchit vid $\sin i = V_{1 }/ V_{2}$ . Tak kak $\sin i \lt 1$ , to usloviem obrazovaniya skol'zyashei, a znachit, i golovnoi prelomlennoi volny yavlyaetsya $V_{2 }\gt V_{1}$ .

Esli skorost' rasprostraneniya uprugoi volny v srede vozrastaet s glubinoi, to luchi prohodyashih voln iskrivlyayutsya i vozvrashayutsya na poverhnost'. Takie volny nazyvayutsya refragirovannymi. Na ris. 4.1, b pokazana refragirovannaya volna, obrazuyushayasya v sloistoi tolshe, perekrytoi odnorodnym sloem. Podobnuyu formu luchei refragirovannyh voln mozhno ob'yasnit' sleduyushim obrazom (ris. 4.1, v). Esli sredu s nepreryvno vozrastayushei s glubinoi skorost'yu razbit' na otdel'nye prosloi s $V_{1 }\lt V_{2 }\lt V_{3 }\lt \ldots \lt V_{n}$ , to na granicah mezhdu nimi dolzhny obrazovat'sya prelomlennye volny. Ugly prelomleniya v dannom razreze soglasno zakonu otrazheniya - prelomleniya budut vozrastat' po mere uglubleniya ( $\beta_{1, 2 }\lt \beta_{2, 3 }\lt \ldots \lt \beta_{n-1,n}$ ) do teh por, poka $\beta_{n-1,n} = 90^\circ$ v tochke maksimal'nogo proniknoveniya ili povorota lucha. Dalee volna vyidet na poverhnost' nablyudenii. Rassmotrennymi osobennostyami ob'yasnyaetsya tot fakt, chto volny, vhodyashie v podobnuyu sredu pod men'shim uglom padeniya, pronikayut glubzhe.

Pri rasprostranenii seismicheskih voln v sredah slozhnogo stroeniya (daiki, ustupy, sbrosy i t.p.) v zone teni dlya prohodyashih voln mogut voznikat' difragirovannye volny.

Na granice vozduh - zemnaya poverhnost' obrazuyutsya poverhnostnye volny Releya i Lyava, kotorye bystro zatuhayut s glubinoi.

Krome perechislennyh poleznyh dlya glubinnyh issledovanii voln na zapisyah nablyudayutsya razlichnye volny-pomehi (polno- i nepolnokratnye otrazhenno-prelomlennye, zvukovye, mikroseismy i t.p.).

Kazhdaya iz rassmotrennyh poleznyh voln mozhet byt' zaregistrirovana samostoyatel'no, i poetomu ih nazyvayut individual'nymi, odnokratnymi. Odnako ochen' chasto nablyudaetsya ih slozhenie. Obilie seismicheskih voln (sotni), neobhodimost' vydeleniya i raspoznavaniya prirody odnoi ili desyatka poleznyh voln sredi soten drugih, igrayushih rol' voln-pomeh, predstavlyayut ochen' slozhnuyu tehnicheskuyu, metodicheskuyu i interpretacionnuyu problemu v seismorazvedke.

10.1.5. Seismicheskie sredy i granicy.

Real'nye geologicheskie sredy ochen' slozhny s tochki zreniya skorostnogo razreza i osobennostei rasprostraneniya v nih monotipnyh uprugih voln. Uproshennymi fiziko-geologicheskimi modelyami (FGM) seismicheskih sred yavlyayutsya sleduyushie.

V odnorodnoi izotropnoi srede skorost' rasprostraneniya uprugoi volny v kazhdoi tochke neizmenna po velichine i napravleniyu. V odnorodnoi anizotropnoi srede skorost' rasprostraneniya uprugih voln po raznym napravleniyam razlichna. V odnorodnosloistyh sredah skorost' ostaetsya postoyannoi lish' v kazhdom sloe i skachkom menyaetsya na ih granicah. V gradientnyh sredah skorost' rasprostraneniya voln yavlyaetsya nepreryvnoi funkciei koordinat. Chashe vsego nablyudaetsya uvelichenie skorosti s glubinoi (sredy s vertikal'nym gradientom skorosti). V dvuxmernoneodnorodnyh sredah skorost' menyaetsya i v vertikal'nom, i v gorizontal'nom napravleniyah, a v trehmernyh - po trem napravleniyam.

Takim obrazom, v seismorazvedke chashe vsego ispol'zuyutsya modeli sloistyh sred, sostoyashih iz sloev, v kazhdom iz kotoryh skorost' ili postoyanna, ili menyaetsya nepreryvno, a na granicah sloev - menyaetsya skachkom.

Dlya obrazovaniya teh ili inyh voln bol'shuyu rol' igrayut forma i kachestvo seismicheskih granic mezhdu sloyami. Na rezkih granicah skorosti i akusticheskie zhestkosti menyayutsya bolee, chem na 25 %, na nerezkih otlichiya men'she. S geometricheskoi tochki zreniya seismicheskie granicy byvayut gladkimi, na kotoryh nerovnosti po razmeram znachitel'no men'she dliny uprugoi volny, i sherohovatymi - s nerovnostyami, sravnimymi s dlinoi volny.

Nazad| Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe: Voshod Zemli: video Udarnyi krater Manikuagan: vid iz kosmosa Zemlya i Luna: vid s drugoi storony Snezhnaya burya 1938 goda v Verhnem Michigane Polet nad nochnoi Zemlei – II Apollon-17: serp Zemli Samyi bol'shoi kamen' v nashei Solnechnoi sisteme Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mneniya chitatelei [5]

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce