леция по сейсмике. лекции по сейсморазведке2 (1). Введение сущность сейсморазведки Сейсмическая разведка (сейсморазведка)

• Название: Введение сущность сейсморазведки Сейсмическая разведка (сейсморазведка)
• Анкор: леция по сейсмике
• Дата: 13.02.2023
• Размер: 3.3 Mb.
• Имя файла: лекции по сейсморазведке2 (1).doc
• Тип: Документы; #933954
• страница: 5 из 5

3.2. Преломленные и отраженные волны в слоистых средах

I. Головные волны могут образовываться, когда на границе двух слоев выполняется условие: V . В среде с плоскопараллельными границами это условие может быть удовлетворено только в том случае, если скорость V в n-ом слое превышает скорости V во всех вышележащих слоях. Из закона преломления следует:

, (3.1)

где i углы, составляемые фронтом падающей волны в первом, втором и т.д. слоях с границей раздела.

Если в любом промежуточном k-ом слое (k ) имеется соотношение V , то из закона преломления вытекает, что на поверхности n-го слоя не может возникнуть преломленная волна, так как для её возникновения необходимо выполнения условия

Sini (3.2)

В рассматриваемом случае не может образоваться преломленная волна .

Отсюда следует: преломленная волна образуется только при условии, что скорость в каждом последующем слое больше, чем в предыдущем, т.к. наличие низкоскоростного подстилающего пласта исключает возможность образования скользящей волны, а значит и головной. Это явление называется эффектом экранирования.

Исключение составляет, когда мощность экранирующего пласта мала по сравнению с длиной волны (h ) или граница криволинейная.

II. При наблюдении вдали от источника отраженные волны начинают приобретать черты, присущие преломленным волнам, т.к. в толще некоторый m-ный слой имеет скорость V значительно больше, чем в любом другом слое разреза, и угол преломления в этом слое будет увеличиваться (V V V ). В результате волна большую часть пути проходит в слое m (рис.3.6). Такие волны называются подэкранными отраженными волнами (ПЭО). Интенсивность ПЭО по сравнению с головными волнами может быть соизмеримой, но во многих случаях подэкранные отраженные волны оказываются более интенсивными, чем головные.


OSx




V


V



V



Рис. 3.6. Схема формирования подэкранных отраженных волн
4. Криволинейные границы

Реальные геологические границы не всегда строго горизонтальны и, как правило, наибольший интерес представляют геологические объекты с переменным радиусом кривизны, шероховатые границы и зоны разрывной тектоники. Рассмотрим ход лучей отраженных волн для различных типов границ.

4.1. Отраженные волны от криволинейных границ
1. При отражении от выпуклой границы, расхождение лучей возрастает по сравнению с плоской границей раздела двух сред (рис. 4.1.а; 4.1.б).

О О

расхождение

расхождение лучей

лучей






О а О б
Рис. 4.1. Ход лучей отраженных волн: (а) – для горизонтальной границы; (б) – для выпуклой границы
2. При вогнутой границе наблюдается уменьшение расхождения лучей по сравнению с плоской границей, причем лучи могут оказаться параллельными или сходящимися. Это означает, что расхождение либо отсутствует, либо приобретает отрицательную величину (рис. 4.2.а; 4.2.б).

О O

точка

фокусировки

расхождение

лучей


а б
Рис. 4.2. Схема распространения отраженных волн для вогнутой границы:

(а) – уменьшение расхождения; (б) – фокусировка лучей
По мере движения волны от вогнутой поверхности поперечное сечение лучевой трубки сокращается и возрастает плотность потока энергии, т.е. интенсивность волны. При этом может произойти пересечение соседних лучей и, следовательно, в этой точке среды образуется сложное интерференционное колебание. Геометрическое место точек пересечения соседних лучей называется каустикой, которая представляет собой некоторую поверхность. Иногда,в зависимости от формы отражающей границы и вида фронта падающей волны, каустика может трансформироваться в линию или точку фокусировки.
4.2. Дифракция волны
Дифракцией называется явление огибания волной препятствия. Если на пути падающей волны встречается геологический объект с существенно различающимися упругими свойствами, то позади него не образуется правильной геометрической тени, а наблюдается дифрагированная волна огибающая препятствие. Дифрагируют все типы упругих волн, как монотипные, так и обменные.

Изохроны дифрагированных волн могут быть построены на основании принцыпа Гюйгенса. При этом следует рассматривать каждую точку геологического объекта в момент, когда ее достигает падающая волна в качестве элементарного источника колебаний. Огибающая, к фронтам всех элементарных волн, определяет положение фронта дифрагированной волны.

В сейсморазведке наибольший интерес представляют дифрагированные волны, при падении прямой, преломленной или отраженной волны на поверхность излома или разрыва пластов. Рассмотрим случай образования дифрагированной волны при падении плоской продольной волны - Р на ограниченный по простиранию слой (рис. 4.3). Когда её фронт достигает крайней точки А, окружающая её малая область становится центром дифракции, на котором образуются дифрагированные волны PDP и PDS. Распространяясь во все стороны, эти две волны образуют цилиндрические фронты. В окрестностях линии АЕ изохроны падающей и дифрагированной волны соприкасаются. Внутри угла ЕАВ за преградой АВ не будет существовать падающей волны Р, это так называемая зона геометрической тени.

Кроме дифрагированных волн от плоскости АВ образуются отраженные волны PP и PS.



Рис.4.3. Дифракция волны от слоя
Особенности дифрагированных волн:

1. 
   наибольшая интенсивность волн наблюдается в окрестностях линии соприкосновения фронтов падающей, отраженной и дифрагированной волны;
   
2. 
   по мере удаления от этой линии интенсивность диф-ной волны быстро убывает;
   
3. 
   видимая частота дифрагированной волны немного меньше, чем падающей.
   

Дифрагированные волны имеют большое разведочное значение. Их используют для выявления тектонических нарушений, при локализации мест выклинивания отдельных горизонтов, для определения сложной конфигурации геологических структур и т.д. Для решения перечисленных задач используется метод дифрагированных волн (МДВ). Но при проведении сейсмраразведочных работ основанных на отраженных волнах (МОВ, МОГТ) дифрагированные волны являются помехами.
4.3. Особенности отраженных волн от шероховатых границ
Шероховатыми (незеркальными) границами в сейсморазведке называют геометрически неровные поверхности раздела, вдоль которых быстро и часто меняется волновое сопротивление. Причинами незеркальности границ являются: гофрировка пластов, фациальная изменчивость пород, стратиграфические несогласия и т.п. Поле отраженной волны от незеркальной границы имеет очень сложный характер из-за наложения дифрагированных волн, образовавшихся на различных участках границы.

Простейший пример незеркальной шероховатой границы – это поверхность раздела, имеющая в вертикальном сечении вид синусоиды, длина периода которой приблизительно равна длине волны l (рис. 4.4.а). Отражение от синусоидальной границы плоской отраженной продольной волны впервые изучил Релей.

Если, через α обозначить угол падения плоской падающей волны, а через α₀ - угол отражения зеркальной отраженной волны, то угол α_n соответствует направлению распространения незеркально- отраженным (побочным или суммарно-дифрагированным) волнам. Величина угла α_n определяется из уравнения Брега-Вульфа:

Sin = Sin , n=0, 1, 2, …. (4.1)


Рис. 4.4. Образование отраженных волн шероховатой границы

а – геометрическая шероховатость; б – физическая шероховатость

При n=0 , = , что соответствует зеркально отраженной продольной волне. Различным значениям целых чисел nсоответствуют незеркально- отраженным (побочным) волнам. Образование побочных волн сходно с образованием дифрагированных световых волн.

Как показывают эксперименты, побочные отраженные волны возникают, когда периодичность границы ограничена всего четырьмя – пятью периодами. Следует также отметить, что аналогичный результат может быть в случае, когда на границе имеются отдельные точки дифракции (рис. 4.4.б). Эти точки связаны с изменением физических свойств соприкасающихся сред, приводящих к изменению коэффициента отражения. В последнем случае говорят о физически шероховатых границах в отличие от геометрически шероховатых.

Из формулы (4.1) видно, что побочные отраженные волны могут наблюдаться только при , в ином случае угол становится мнимым. С уменьшением отношения возрастает число побочных волн, т.к. происходит расщепление первоначальной импульсной волны на составляющие, отражаемые под различными углами.

4.4. Рефрагированные волны
Ели мощности пластов в многослойном разрезе по сравнению с длиной волны очень малы, то можно говорить о непрерывном увеличении скорости с глубиной. Такие среды называются градиентными. В градиентных средах происходит искривление (рефракция) сейсмических лучей. Поэтому волны, распространяющиеся в градиентных средах, получили называние рефрагированных.

Наиболее важен для сейсморазведки случай, когда в среде скорость увеличивается с глубиной и лучи, вследствие этого, искривляются вогнутостью в сторону линии наблюдений. Тогда, рефрагированные волны, достигнув определенной глубины, распространяется в обратном направлении к линии наблюдений (рис. 4.5), где она регистрируется вместе с полезными отраженными и преломленными волнами. В сейсморазведке методом преломленных волн разработаны специальные методические приемы обнаружения рефрагированных волн.



Рис. 4.5. Ход лучей рефрагированных волн

4.5.Структура волнового поля
Совокупность колебаний, возникающих в геологической среде после воздействия источника, образует векторное волновое поле S(x,y,z,t), свойства и особенности которого определяются типом источника (взрывной или невзрывной), и распределением упругих свойств пород. Наблюдаемое на поверхности поле можно рассматривать, как результат сложения полей отдельных сейсмических волн, механизмы образования и пути распространения которых рассматривались нами ранее.

Первичное поле источника определяется его типом и свойствами среды вблизи области возбуждения. Наибольшее распространение получили взрывы в неглубоких взрывных скважинах. При этом преимущественно возбуждаются продольные волны. Однако в результате неоднородности среды , вблизи источника могут возникнуть поперечные и поверхностные волны. Более сложное волновое поле характерно для невзрывных источников колебаний. Они могут возбуждать как продольные, так и поперечные волны. Однако эти источники всегда возбуждают интенсивные поверхностные волны.

Вторичное поле источника. При распространении сейсмических волн вдали от источника в реальных геологических средах с большим числом границ всегда образуется множество вторичных волн.