Обоснование сейсмических методов разведки

В типичной для сейсморазведки ситуации изучаемая среда занимает полупро- странство, свободной границей которого является земная поверхность. Возбуждаемые на этой поверхности или вблизи нее волны в процессе своего распространения охваты- вают одну область за другой, проникая во все точки изучаемой среды. Когда распро- страняющаяся от источника волна встречает на своем пути первую границу, на которой

скачкообразно изменяются упругие свойства среды, образуются отраженные или отра- женные и преломленные (головные) и проходящие волны. Отраженные и преломлен- ные волны возвращаются к земной поверхности, проходящие—беспрепятственно идут вниз до тех пор, пока на их пути не встретится вторая граница. На этой границе снова образуются отраженные и при определенных условиях преломленные волны, начи- нающие свой путь к земной поверхности. Описанный процесс повторяется на каждой границе внутри изучаемой толщи, в результате чего к земной поверхности приходят все новые и новые волны: отраженные, обменные, преломленные, а при соответствующих условиях и дифрагированные.

Рис.1.12 Общая схема проведения сейсморазведочных работ.

Отраженные от каждой границы волны проходят путь от источника до точки от- ражения и от этой точки к земной поверхности, т.е. дважды пробегают толщу, заключенную между земной поверхностью и отражающей границей (рис.1.12). Каждому лучу падающей на границу волны соответствуют свой луч отраженной волны и своя длина этого пути. Если отраженные от одной и той же границы волны принимать на различных расстояниях от источника, то время

прихода этих волн будет, очевидно, зависеть от положения границы в толще пород,

скорости в этих породах и расстояния между источником и приемником.

График зависимости времени прихода отраженной волны от расстояния источ- ник — приемник называют годографом отраженной волны для соответствующей от- ражающей границы. Годограф можно построить, экспериментально изучая времена прихода отраженных волн на различных расстояниях от источника. Если отражающая граница локально плоская, то годограф отраженной волны приобретает простой вид и по нему легко определить скорость волн в покрывающей границу толще и положение границы в разрезе. В частности, при x=0, t(x)=t0(x) можно в каждой точке земной по- верхности, где возбуждались колебания, найти эхо глубину — расстояние между соот- ветствующей точкой земной поверхности и отражающей границей по нормали к грани- це:

h =t0 ×v

(1.22)

где h — эхо глубина; v— скорость в толще, покрывающей границу. Зная h в различных точках земной поверхности, можно найти и положение отражающей грани- цы. Для этого достаточно найти геометрическое место точек, соответствующих посто- янному значению эхо глубины. Очевидно, что геометрическим местом точек отражения

является сфера с радиусом R = h. Поверхность, огибающая систему таких сфер, дает положение отражающей границы.

Годограф волны, отраженной от кровли пласта или пачки слоев, содержит ин- формацию о скорости в толще, залегающей выше кровли. Годограф волны, отраженной от подошвы пласта или пачки слоев, содержит информацию о той же толще и дополни- тельно о скорости в пласте или пачке слоев. Совместное исследование соседних пар годографов может, следовательно, дать сведения о скорости в пласте или пачке слоев. На этом и основывается изучение распределения скорости по глубине и в плане.

Рис. 1.13 Траектории лучей отражен-

ных и преломленных волн.

О — источник; А — приемник

Преломленные волны, проходящие часть своего пути вдоль преломляющей гра- ницы со скоростью волн в подстилаю- щих эту границу породах, восполняют

этот недостаток отраженных волн (см. рис.1.13). Принимая преломленные волны на земной поверхности и измеряя время их прихода в зависимости от расстояния от ис- точника до приемника, можно получить годограф преломленных волн. Как видно из рис.1.13, годограф преломленных волн несет информацию только о скорости волн в породах под преломляющей границей. Если в изучаемой толще имеются границы, на которых скорость волн скачкообразно возрастает, превышая каждое из предшествую- щих значений, то на таких границах будут образовываться преломленные волны, несу- щие информацию о скоростях в породах, подстилающих соответствующую прелом- ляющую границу.

Отраженные и преломленные волны при их совместном использовании в ряде случаев значительно расширяют возможности сейсморазведки. Однако различия в ки- нематических и динамических характеристиках этих волн привели к тому, что методы, основанные на их использовании, с самого начала своего существования развивались раздельно. Использование отраженных волн лежит в основе метода отраженных волн (MOB), головных преломленных — в основе метода преломленных волн (МПВ).