4.1. Физико-геологічні основи сейсморозвідки

Теорія розповсюдження сейсмічних хвиль базується на теорії пружності, оскільки геологічні середовища у першому набли­женні можна вважати пружними. Абсолютно пружним тілом називається таке яке після припинення дії прикладених до нього сил відновлює свою первинну форму і об'єм. Зміна форми, об'єму і розмірів тіл під дією сил називається деформацією. У подовжніх хвилях частинки середовища коливаються уздовж на­пряму розповсюдження хвилі, і відбувається деформація об'єму, у поперечній хвилі частинки коливаються в площині, перпендикулярній розповсюдженню, що викликає деформацію. Існують також поверхневі хвилі, в яких частинки середовища рухаються по еліптичних орбітах у поверхні Землі. У сейсморозвідці іноді застосовуються поверхневі хвилі Лява і Релєя.

Закони розповсюдження пружних хвиль базуються на принци­пах геометричної сейсміки або геометричної оптики. Якщо у деякій точці простору провести вибух, то виникає пружна хвиля швидкість розповсюдження якої залежить від фізичних властивостей середовища. При проходженні хвилі частинки породи починають коливатися. Поверхня, обмежуюча область, де частинки коливаються під впливом пружної хвилі і необурену поверхню куди хвиля ще не прийшла, називається фронтом хвилі. Лінії, перпендикулярні фрон­ту називаються сейсмічним промінням. Згідно принципу Гюйгенса, кожну точку фронту хвилі можна розглядати як самостійне елементарне джерело коливань. Це значить, що по фронту хвилі в деякий момент можна визначити положення його в будь-який інший момент, якщо побудувати огинаючу елементарних Сферичних фронтів з центрами, розташованими на заданому. Принцип Ферма формулюється таким чином: хвиля розповсюджується між двома крапками по такому шляху, який вимагає якнайменшого часу для його проходження. Слідством цього принципу є прямолінійність розповсюдження проміння в середовищі з постійною швидкістю розповсюдження хвиль.

Від пункту вибуху у всі сторони розповсюджуються пружні хвилі. Уздовж поверхні землі (окрім поверхневих хвиль) розповсюдження пряма хвиля з швидкістю, рівної швидкості розповсюдження нулі у верхньому шарі. Ця ж хвиля йде углиб середовища. На межі шарів з різними швидкостями пружних хвиль сейсмі­чне проміння міняє свій прямолінійний напрям. При цьому утворюються відбиті і заломлені хвилі. Відображення сейсмічних хвиль відбувається на межах шарів з різними хвильовими опором (акустичними жорсткостями). Закон віддзеркалення свідчить: кут падіння рівний куту віддзеркалення.

Для сейсморозвідки особливий інтерес представляє явище повного внутрішнього віддзеркалення. При деякому куті падіння, званому кутом повного внутрішнього відбитку, кут заломлення стає рівним 90° і уздовж межі розділу піде ковзаюча заломлена хвиля. Саме вона створює нові хвилі, звані головними, які вивчаються в сейсмічному методі заломлених хвиль. Якщо швидкість розповсюдження пружної хвилі у приломляючому шарі зростає з глибиною поступово, то критичний кут мінятиметься. При цьому проміння, падаюче під меншим кутом, проникатиме глибше в другий шар. Такі хвилі називаються рефрагованими.

Хвилі можуть бути як подовжніми, так і поперечними. У деяких фізико-геологічних умовах на межах розділу може мінятися фізична природа хвилі. Наприклад, подовжня падаюча хвиля може створити поперечну заломлену хвилю і подовжню (або поперечну) відображену хвилю. Подібні хвилі називаються обмінними. Крі­м того, можуть існувати багато разів відображені і багато­кратно відображений заломлені хвилі.

Таким чином, сейсморозвідка може базуватися на дослідження наступних сейсмічних хвиль: а) падаючих (прямих), б) поверхневих, в) відображених, г) заломлених проходячи, д) заломлених ковзаючи, е) заломлених головних, же) реградованих, з) обмінних. Все це корисні хвилі. Хвилі, перешкоджаючі дослідженню корисних хвиль, нази­ваються перешкодами, що заважають. До них відносяться мікро­сейсми, звукові, багато разів відображені і відображені-преламані хвилі.