Сейсморазведка_2

Г.А. Лобова
Дисциплина
«Полевая геофизика».
СЕЙСМОРАЗВЕДКА
Продольные и поперечные волны
• Впервые доказано Пуассоном в 1828 году,
твердой однородной изотропной среде
могут независимо распространяться во
времени и пространстве два вида
упругих возмущений - продольная волна Р
и поперечная волна S.
а-Продольная волна (Р- волна сжатия или компрессии) вызвана деформациями
объема за счет поступательного движения частиц среды в направлении распространения
упругих колебаний.
б-Поперечная волна (S-волна сдвига или вращения) вызвана деформациями формы.
Если поперечная волна поляризована в вертикальной плоскости она называется SV - волной,
а если в горизонтальной то SH - волной.
• Продольные волны распространяются со
скоростью Vp определяемой упругими
и плотностными свойствами среды
E (1   )
  2
Vp 

 (1   )(1  2 )

где E-модуль Юнга;
μ –модуль поперечного сжатия (коэффициент
Пуассона)
λ-коэффициент при объемной деформации между
нормальным
напряжением и деформациями сжатия-напряжения;
σ-плотность среды
• Поперечные волны распространяются со
скоростью Vs, определяемой упругими и
плотностными свойствами среды.
•
1

Vs 

 2(1   )

E
Если
поперечная
волна
поляризована
в
вертикальной плоскости она называется SV волной, а если в горизонтальной то SH - волной.
Продольная волна всегда распространяется
быстрее, чем поперечная в той же среде:
2(1   )

Vs
1  2
Vp
 2 поскольку   0
Слабое сцепление частиц вещества в
жидких и газообразных средах не
обеспечивает передачу сдвиговых
деформаций поперечные волны не
распространяются (Vs=0).
• Малый уровень сейсмических деформаций
обеспечивает
их
практически
полную
обратимость в реальных средах, что
позволяет описывать волновые процессы в
них линейными уравнениями.
• Линейность волновых уравнений означает,
что при распространении сейсмических
колебаний
соблюдается
принцип
суперпозиции - независимое наложение
(интерференция)
волн,
вызванных
различными источниками.
• РАСПРОСТРАНЕНИЕ УПРУГОЙ ВОЛНЫ ОТ ТОЧЕЧНОГО
ИСТОЧНИКА
Распространение сферической продольной волны в однородной
среде:
• а – сферический слой; б – характер смещения частиц среды в
слое
Вследствие взаимного сближения или удаления колеблющихся частиц внутри
сферического слоя образуются концентрические зоны сжатия и растяжения,
чередующиеся друг с другом. В данном примере таких зон здесь четыре, причем
у фронта волны распространяется зона сжатия, а у тыла волны - зона растяжения.
Изображение продольной волны:
а – профиль волны; б – запись волны
а
б
Профиль волны – up(r)
показывает
для
фиксированного
момента
времени
(t
=
const)
зависимость
величины
смещения частиц среды от их
расстояния до источника.
Расстояние между соседними
одноименными
экстремумами
профиля
(максимумами
или
минимумами)
называют
видимой (преобладающей)
длиной волны λв.
Изображение продольной волны:
а – профиль волны; • Запись волны up(t)- показывает
б – запись волны
для фиксированной точки (r =
а
б
const) , зависимость величины
ее смещения от времени.
• Это - развертка во времени
колебаний
одной
частицы
среды.
• Интервал
времени
между
соседними
одноименными
фазами
колебаний
(максимумами
или
минимумами)
называют
видимым
(преобладающим)
периодом волны (Tв).
• Обратная величина fв = 1/Tв - это
видимая
(преобладающая)
частота колебаний.
• Как и для профиля волны, характерные
точки ее записи (экстремумы, нули)
называют фазами волны. Момент tФ
начала колебаний в точке наблюдения
является временем вступления (фронта)
волны, а момент
• tТ - временем прекращения (тыла)
колебаний. Интервал времени δtp = tТ - tФ
есть длительность колебаний.
ПОНЯТИЕ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ
Связь между сферической и плоской волнами
r
На больших удалениях от любого
сферического источника (r →∞) кривизна
фронта волны становится незначительной,
и его поверхность практически
вырождается в плоскость.
В такой плоской волне амплитуда
колебаний не изменяется с расстоянием,
поскольку геометрическое расхождение
несущественно.
ФАЗОВАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ ВОЛН
СПОСОБЫ
ИЗОБРАЖЕНИЯ
СЕЙСМИЧЕСКИХ
КОЛЕБАНИЙ
а) способ отклонений
б) способ переменной
ширины
в) способ переменной
плотности
г) сочетание двух
способов (а и б)
Вид осей
синфазности
при записи
способом
переменной
ширины
ИЗОХРОНЫ
Изохроны в трехмерном пространстве (а) и сферической волны
в двумерной однородной среде при точечном источнике (б)
СХЕМА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОТРАЖЕННЫХ И
ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН
Схема образования головных преломленных волн
преломленная головная
отраженная
прямая
преломленная скользящая
преломленная проходящая
V2  V1
-условие образования скользящей преломленной волны
КИНЕМАТИКА СЕЙСМИЧЕСКИХ
ВОЛН
• Поле времен - это функция, описывающая
зависимость
времени
распространения
сейсмической волны того или иного типа от
координат источников и приемников, при
условии знания функции, характеризующей
распределение упругих свойств в среде.
• Эту
функцию принято
также
называть
уравнением поля времен.
• Расположение
сейсмоприемников
на
некоторой заданной линии или поверхности
позволяет получать временные функции,
характеризующие сечения полей времен.
• Эти функции принято называть линейными и
поверхностными годографами.
• Линейные годографы подразделяются на
продольные, если источник находится на той
же линии наблюдения, что и приемники, и
непродольные, если источник сейсмических
колебаний находится вне этой линии
наблюдения (или ее прямолинейного
продолжения).
• Линейные продольные годографы представляют
собой зависимость времени прихода волны (или ее
фазы) от расстояния до источника.
• Линейные непродольные годографы выражаются
либо в виде функции расстояния "источник приемник", либо в виде функции координат точек
приема.
• Среди линейных годографов особую роль играют
вертикальные сейсмические годографы.
Зависимость времен регистрации сейсмических волн от
глубины
принято
называть
вертикальным
сейсмическим годографом.
Продольные вертикальные годографы
получаются в случае, если источник
находится вблизи устья скважины.
Если же источник располагается на
достаточно больших расстояниях от устья
скважины (в сравнении с общей глубиной
исследования), то получают непродольные
вертикальные годографы.
• Поверхностные
годографы представляют
собой
зависимость
времени прихода волны
или ее какой-либо фазы от
координат
точек
поверхности наблюдений.
• Чаще всего поверхностные
годографы изображают в
виде карт изохрон линий равных времен
прихода конкретной волны
на плоскость приема.
• В методе отраженных волн линейные
продольные годографы подразделяются на
годографы:
• общей точки взрыва - ОТВ,
• общей точки приема - ОТП,
• общей средней (глубинной) точки - ОСТ
(ОГТ).
Годографы сейсмических волн в двухслойной среде.
x* = -2h0 sinφ;
z* = -2h0 cosφ.
1
t x  
V1
x 2  4h0 x sin   4h 2
Годографы кратных волн
Сравнительный вид годографов
монотипных и обменных волн.
Годограф дифрагированной
волны
Годографы головных волн
Годографы головных волн для
границ криволинейной формы
Поверхностные сейсмические волны
• Существование свободной сейсмической
границы L0- поверхности полупространства,
контактирующего с воздушной средой,
обуславливает появление еще одного, особого,
класса волн - поверхностных сейсмических
волн.
• Упругие волны, возбуждаемые сейсмическим
источником, находящимся на поверхности
однородного упругого изотропного
полупространства с упругими модулями λ, μ, ρ,
впервые изучены Лэмбом.
• Из полученных им результатов вытекает, что в
такой среде, наряду с уже известными нам
объемными продольными и поперечными
волнами, распространяющимися соответственно
со скоростями VP и VS , появляется новый
важный тип сейсмической волны поверхностная волна Релея.
• Это волна названа в честь английского физика
Релея, впервые теоретически предсказавшего ее
существование.
Волна Релея возникает у свободной границы упругого полупространства,
когда к ней приложена сила, действующая в вертикальной плоскости.
Волна Релея вызывает одновременно деформацию объема и сдвига, и её
интенсивность экспоненциально убывает с удалением от поверхности, так что
она существует только в слое толщиной приблизительно равной длине
волны.
Волна Релея распространяется вдоль свободной поверхности
полупространства со скоростью VR = 0.9 VS.
Полевая сейсмограмма от
поверхностного источника
1 - поверхностные волн
релеевского типа
2 – отраженные волны
В сейсморазведке поверхностные волны
релеевского типа играют обычно роль помех.
При проведении сейсмических работ на поперечных SH волнах
в слоистом (неоднородном по вертикали)
полупространстве возбуждаются поперечные поверхностные волны,
которые принято называть волнами Лява.
В волнах Лява смещение частиц почвы происходит
в горизонтальной плоскости перпендикулярно к
направлению движения волн.