Введение

1. Сущность сейсморазведки

Сейсмическая разведка (сейсморазведка) является одним из важнейших методов разведочной (полевой) геофизики. Она включает комплекс методов исследований геологического строения земной коры, основанных на изучении особенностей распространения искусственно возбужденных упругих волн. Вызванные взрывом или другим невзрывным источником, упругие волны распространяются во все направления от источника колебаний, проникают в толщу земной коры на большие глубины. В процессе распространения упругие волны претерпевают процессы отражения и преломления. Это приводит к тому, что часть энергии сейсмической волны, с большими потерями, возвращается к поверхности земли, вызывая очень слабые колебания почвы. Эти колебания улавливаются сейсмоприемниками и преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на вход специальной регистрирующей аппаратуры – сейсморазведочной станции. Здесь сигналы усиливаются, фильтруются и записываются на магнитную ленту. Полученные записи принято называть сейсмограммами (рис.1), которые состоят из множества трасс. Чередующиеся максимумы и минимумы образуют оси синфазности.

В процессе цифровой обработки зарегистрированных сейсмических записей получают временные сейсмические разрезы, анализируя которые геофизики - интерпретаторы определяют положение сейсмических границ - отражающих или преломляющих. При последующей обработке временных разрезов можно получить представление о структурных особенностях границ с различающимися свойствами, глубине залегания, угле наклона, кривизне и т.п. В отдельных случаях можно оценить литологию слоев и характер насыщающего флюида.

Сейсмические методы широко используются при решении задач региональной геологии, поисках и разведки различных твердых полезных ископаемых, но особенно широко и эффективно сейсморазведка используется при поисках и разведке месторождений нефти и газа.

Рис. 1. Типичные сейсмограммы метода общей глубинной точки

2. История возникновения сейсморазведки

Часть 1. Физические и геологические основы сейсморазведки

1. Упругие волны в безграничной среде

1.1 Основы теории упругих волн

Основу сейсмических методов разведки составляет явление распространения упругих волн. Внешние силы, воздействующие на горные породы, стремятся изменить их размеры и форму. Им противостоят внутренние силы частиц горных пород, Из-за их наличия тело (горная порода) стремиться возвратиться к своему первоначальному состоянию. Это свойство горных пород сопротивляться изменениям размеров или формы и возвращаться в первоначальное недеформированное состояние принято называть упругостью. А изменения размеров или формы упругого тела, возникающих под действием приложенных внешних сил, называются деформациями, от латинского deformation – искажение. Если рассматривать параллелепипед, выделенный в упругом теле, то можно различить два основных вида деформаций. В одном случае изменяется объем параллелепипеда, в то время как его форма остается неизменной. Такие деформации называются деформациями объема (рис.2.а). В другом случае объем параллелепипеда остается неизменным, но его форма (углы между гранями) изменяется (рис.2.б). Такие деформации называются деформациями сдвига. В теории упругости доказывается, что всякую деформацию в упругой среде можно представить всегда как результат наложения двух происходящих одновременно деформаций – формы и сдвига.

Рис. 2

Возникновение деформаций всегда связано с действием внешних и внутренних сил. Предположим, что к упругому телу приложена внешняя сила F (рис.2.в), её можно разложить на нормальную составляющую, направленную перпендикулярно грани - F и касательную, лежащую в плоскости грани - F. Если упругое деформированное тело мысленно рассечь на две части, то одна будет действовать на другую с некоторыми внутренними силами. Сила, действующая в упругом теле на единицу площади его поперечного сечения, называется напряжением. Напряжения, направленные по нормали или по касательной к действующим внешним силам, называются соответственно – нормальными и касательными ( Р и Р).

Р

Рис. 3. Растяжение бруска

— брусок до приложения силы; --- – брусок после приложения силы

ассмотрим цилиндрический брусок, закрепленный верхним концом к неподвижной опоре (рис. 3). К нижней части бруска приложена растягивающая силаF, вызывающая деформацию объема. Пусть длина бруска l, а диаметр d. Под действием силы Fразмер и форма бруска изменится: он удлиниться на величину , а диаметр уменьшится на величину d (рис. 3).

Введем понятия: относительного продольного удлинения - и относительного поперечного сжатия -. Согласно определению, нормальное напряжение равно

Р=(1.1)

а согласно закона Гука

Р=, (1.2)

где: E – модуль продольного растяжения (модуль Юнга). Характеризует сопротивление горных пород продольному растяжению или сжатию. Единицы измерения: или. Для осадочных пород: (0,039)10(); метаморфических: (316)10().

Между относительным удлинением и поперечным сжатием справедливо соотношение:=, (1.3) где- модуль поперечного сжатия (коэффициент Пуассона). Для осадочных пород: 0,180,5; метаморфических: 0,190,38.

Д

Рис. 4.

Деформация сдвига

еформация сдвига, при которой все слои тела смещаются параллельно некоторой плоскости, не искревляясь и, не изменяясь в размерах (рис. 4). Сдвиг вызывается двумя парами сил - F, приложенным к противоположным граням. Обозначим: - относительный сдвиг;- угол сдвига.

(1.4)

Исходя из равенства (1.4) часто называютотносительным сдвигом.

Согласно закону Гука, относительный сдвиг пропорционален касательному напряжению Р: Р=,(1.5)

где - модуль сдвига (первая упругая константа среды), характеризует сопротивление горных пород изменению формы.

Упругие свойства пород связаны с модулями Ламэ:

• первая упругая константа среды: =, (1.6)

• вторая упругая константа среды: (1.7)

• модуль Юнга E= (1.8)

• коэффициент Пуассона (1.9)

• модуль всестороннего сжатия (1.10)

Закон Гука справедлив, если деформации и напряжения не слишком велики. Поэтому выводы, можно использовать в сейсморазведке лишь для областей расположенных на некотором удалении от источника (места взрыва), где деформации упругие. Вблизи области взрыва возникают колоссальные напряжения и Закон Гука неприменим.