Соотношение различных типов сейсмических волн

Владея изложенными выше понятиями о сейсмических волнах и условиях их возникновения, рассмотрим соотношение различных типов волн на простейшем примере: геологическая среда разделена одной плоской горизонтальной границей на однородные области с различным волновым сопротивлением (чтобы могли образоваться отраженные волны) и с различными значениями скоростей распространения сейсмических волн, такими, что скорость в верхней области VВ меньше, чем в нижней VН (чтобы могли возникнуть преломленные волны). Пусть в точке О на земной поверхности находится источник сейсмических колебаний (пункт взрыва), а на остальной части профиля (вдоль оси абсцисс) расставлены сейсмические приемники (теоретически бесконечно близко друг к другу — континуально), рис. 1.4.

После взрыва в верхней среде из точки взрыва во все стороны будут распространяться сейсмические лучи (волны). Один из лучей будет «бежать» вдоль земной поверхности со скоростью VВ и будет приходить в сейсмоприемники в моменты времени, пропорциональные расстоянию сейсмоприемников от пункта взрыва О (при этом, очевидно, коэффициент пропорциональности равен VВ). Годограф этой волны, называемый в сейсморазведке прямой волной, будет представлять собой прямую линию (рис. 1.4).

Другие лучи будут последовательно достигать границы в точках А, В, С, D, E, …, и, отражаясь в них от границы, приходить в сейсмоприемники соответственно в точки О, ВСП, ССП, … Время прихода этой отраженной волны в сейсмоприемники величина нелинейная (см. ниже) и ее годограф будет криволинейным (рис. 1.4).

Далее, сейсмические лучи, падая на границу раздела сред, будут отражаться с постепенно возрастающим углом. Пусть в точке С угол отражения станет равным критическому углу i, соответствующему соотношению VВ/VН = sin i. Тогда в точке С возникает преломленная волна, луч которой далее будет двигаться вдоль границы равномерно, как и прямая волна, но со скоростью VН>VВ (рис. 1.4). При этом первая информация о преломленной волне будет зафиксирована сейсмоприемником в точке С и время ее прихода будет равно времени прихода в этой же точке отраженной волны. Но далее по профилю уже в сейсмоприемнике D и в следующих преломленная волна будет приходить раньше отраженной, так как скорость ее распространения VН больше, чем скорость распространения отраженной волны VВ. Более того, начиная с некоторой точки (после точки DСП), преломленная волна будет регистрироваться раньше и отраженной и прямой волны.

Образованная описанным образом преломленная волна в сейсморазведке называется головной. Граница, на которой она возникает, называется преломляющей границей. Но в геологической среде помимо преломляющих границ, могут существовать маломощные пласты с большей скоростью, чем во вмещающей среде. Такие пласты также могут создавать преломленные волны, но с существенно меньшей интенсивностью. Нередко трудно узнать, преломленная волна скользит вдоль преломляющей границы или вдоль пласта небольшой мощности. В этой ситуации скорость скользящей преломленной волны называют граничной скоростью и обозначают VГ.

Заметим еще, что не все отражающие границы являются преломляющими и наоборот (у них разные условия образования). Прямые продольные волны, распространяющиеся вдоль земной поверхности, в сейсморазведке, как правило, не находят практического интереса.

Анализируя соотношение годографов, приведенных на рис. 1.4, четко видим, что от сейсмоприемника ССП и далее до точки DСП годографы отраженных и преломленных волн близко расположены друг к другу и практически выделить на этом участке профиля отраженные волны затруднительно. Зато они очень хорошо прослеживаются на начальном участке профиля от пункта взрыва О до сейсмоприемника ССП. В том случае, когда скорость сейсмических волн изменяется с глубиной градиентно, возникают криволинейные лучи: волны, обладающие криволинейными сейсмическими лучами, называют рефрагированными.

И последнее. Помимо рассмотренных в общем полезных типов сейсмических волн сейсмоприемниками регистрируются и волны-помехи, не имеющие отношения к структуре сейсмогеологической среды. Это — поверхностная волна, распространяющаяся вдоль поверхности почв с небольшой скоростью; микросейсмы, вызванные различными техногенными причинами и такими природными явлениями, как ветер, дождь, морской прибой и др.; звуковые волны, возникающие при взрыве; нерегулярные волны, связанные с рассеянием упругой энергии из-за мелких неоднородностей в геологической среде и .т.п Волны же, отраженные и преломленные, отчетливо прослеживающиеся в среде на больших расстояниях называются опорными (маркирующими), а соответствующие границы — опорными сейсмическими горизонтами.