Скачать презентацию КИНЕМАТИКА ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН В МНОГОСЛОЙНЫХ И ГРАДИЕНТНЫХ СРЕДАХ Скачать презентацию КИНЕМАТИКА ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН В МНОГОСЛОЙНЫХ И ГРАДИЕНТНЫХ СРЕДАХ

Лекция по сейсморазведке-9.pptx

  • Количество слайдов: 28

КИНЕМАТИКА ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН В МНОГОСЛОЙНЫХ И ГРАДИЕНТНЫХ СРЕДАХ КИНЕМАТИКА ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН В МНОГОСЛОЙНЫХ И ГРАДИЕНТНЫХ СРЕДАХ

Головные волны от тонких слоев и слоев ограниченной мощности Формирование головных волн в случае Головные волны от тонких слоев и слоев ограниченной мощности Формирование головных волн в случае тонкого слоя иное, чем в случае полупространства. Волна, скользящая вдоль тонкого слоя, является интерференционной, образованной наложением отраженных (P, PS и кратных внутри слоя) и головной волн. Лучевые схемы продольных и обменных волн при наличии слоя с V 2>V 1

Головные волны от тонких слоев и слоев ограниченной мощности В случае если мощность слоя Головные волны от тонких слоев и слоев ограниченной мощности В случае если мощность слоя h гораздо больше преобладающей длины волны (h>> ), то на небольших расстояниях от источника отдельные простые волны будут распространяться без интерференции. В этом случае преломленная волна от слоя будет не отличаться от ситуации, когда головная волна образуется на границе с полупространством. Если расстояние от источника велико, мала мощность слоя или велика длительность импульса головной волны, то волна, идущая вдоль слоя, будет интерференционной и в этом случае решение для полупространства несправедливо. Интерференция обусловит иное поведение и появится зависимость характеристик волны от мощности слоя. По экспериментальным данным в реальных средах показана возможность регистрации достаточно интенсивных головных волн от слоев ограниченной мощности (h/ =l 3) и очень малая интенсивность головных волн от тонких слоев (h/ =0, 1 0, 25).

Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны Скорость в среде может расти с Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны Скорость в среде может расти с глубиной плавно или скачкообразно, или же оставаться одинаковой для всей среды. Если для описания изменения скорости с глубиной требуется использование разных формул, то такие среды называются градиентнослоистыми. Границы между слоями могут иметь разный порядок: первый порядок подразумевает разрыв самой функции скорости V(z), второй порядок – разрыв первой производной.

Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • а) полупространство, в котором V=V(z); Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • а) полупространство, в котором V=V(z); • б) полупространство с V=V(z), перекрытое однородной или слоистой толщей; • в) слой с градиентом скорости; верхняя граница первого рода;

Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • г) переходный слой; • д) Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • г) переходный слой; • д) среда типа «а» , когда плавное увеличение осредненной скорости с глубиной осложнено мелкими неоднородностями;

Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • Среда типа «а» Годограф рефрагированной Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • Среда типа «а» Годограф рефрагированной волны криволинеен. При скорости V, возрастающей с глубиной, кажущаяся скорость V* увеличивается с x. Годографы многократно рефрагированных волн при x=const имеют большее время и меньшую V*, чем годографы однократных волн. Волны такого типа рассмотрены во многих работах, в частности средой с градиентом скорости являлась толща льда в Антарктиде.

Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • Среды типа «б» и «в» Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • Среды типа «б» и «в» Волны, возникающие в такой среде, называют преломленно-рефрагированными. Основной особенностью распространения преломленнорефрагированных волн является проникновение их лучей вглубь слоя с градиентом скорости. Годограф преломленно-рефрагированной волны начинается в точке, соответствующей выходу на поверхность луча, упавшего на границу под критическим углом. При плоской границе Vн. т. (рефр)*= Vн. т. (головн)*. В начальной точке годографы рефрагированной волны и головной (при V 2=const) совпадают. В случае пластов конечной мощности годограф преломленно-рефрагированной волны будет иметь не только начальную, но и конечную точки. Ее положение будет определяться выходом на поверхность луча, максимальная глубина проникания которого равна мощности слоя с градиентом. Если подошва слоя является и отражающей границей, то эта конечная точка будет одновременно и конечной точкой отраженной волны. За конечной точкой может существовать волна дифракционной природы, скользящая вдоль подошвы слоя и вызывающая волну головного типа в покрывающей среде. В среде типа «б» возможно образование многократно рефрагированных волн двух типов (претерпевших многократные отражения от поверхности слоя с градиентом и от поверхности земли). Волны первого типа имеют общую начальную точку с годографом однократной преломленно-рефрагированной волны. При увеличении х годографы расходятся. При небольшом градиенте скорости, когда увеличение V* с расстоянием мало, кинематика рефрагированных волн мало отличается от кинематики головных волн. Пути лучей внутри среды могут существенно отличаться.

Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны Признаки отличия преломленно-рефрагированной и головной волн: Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны Признаки отличия преломленно-рефрагированной и головной волн: • разное изменение V* с расстоянием и разное поведение графиков t по нагоняющим годографам ( t — разность времен, определенная по нагоняющим годографам одной и той же волны); • наличие кратных волн, образующихся в результате отражения рефрагированной волны от верхней границы слоя с градиентом; • большая интенсивность, чем головных волн; • более слабое затухание с расстоянием, чем головных волн; • более высокочастотный спектр колебаний, чем у головных волн.

Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • Среды типа «г» Математическое решение Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны • Среды типа «г» Математическое решение задачи о распространении волн при наличии переходного слоя было получено для жидких сред и больших расстояний от источника, когда в слое формируется интерференционная волна, вызванная наложением однократных и многократных волн. Решения для предельных случаев достаточно просты. При наличии переходного слоя очень малой и очень большой мощности по сравнению с длиной волны и при больших расстояниях от источника изменение амплитуд с расстоянием в обоих случаях одинаковое и такое же, как для головных волн от резкой границы. Наличие выше границы переходного слоя усиливает головную волну в определенном диапазоне частот. Это усиление тем больше, чем больше градиент скорости, мощность слоя и частота колебаний.

Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны Среды типа «д» Наличие тонкой слоистости Основные типы сред, в которых распространяются рефрагированные волны Среды типа «д» Наличие тонкой слоистости в среде с малым градиентом осредненной величины пластовой скорости оказывает существенное влияние на формирование волн на большом удалении от источника. Возникает большое число отраженных волн, подходящих к первым вступлениям и искажающим динамические характеристики первой рефрагированной волны. С изменением частоты интерференционные эффекты изменяются. При более низких частотах может регистрироваться одна волна, а при более высоких — несколько волн и отмечаться смены первых волн. С понижением частоты запись упрощается. Годограф первой волны практически совпадает с расчетным годографом рефрагированной волны. Имеются основания считать, что подобная волновая картина наблюдается в ГСЗ при изучении земной коры (за исключением поверхности фундамента и Мохоровичича, которые являются сильным границами).

Влияние ступени в рельефе преломляющей границы на особенности волновой картины Разломы являются причиной искажения Влияние ступени в рельефе преломляющей границы на особенности волновой картины Разломы являются причиной искажения форм годографов и динамических характеристик преломленных волн. К зонам разломов может быть приурочено появление дифрагированных и отраженных волн. Жирные линии — годографы преломленных волн, тонкие — годографы дифрагированно-головных, отраженно-головных и отраженных волн, пунктир — годографы дифрагированных волн. Прямые и встречные годографы на рис. а и б смещены относительно друга по вертикали, а — полупространство с постоянной скоростью распространения волн, б — полупространство, в котором скорость растет с глубиной, в — слой с повышенной скоростью распространения колебаний. Рассмотрим особенности волновой картины на продольном профиле, полагая, что ступень вертикальна и имеет амплитуду h, преломляющая граница по обе стороны ступени горизонтальна, глубина залегания поднятого крыла h. Будем считать, что расстояние от источника волн до проекции ступени на поверхность d превышает критическое, что h/d <<1 и что волнами, преломляющимися на боковой грани ступени (R 1 R 2), можно пренебречь.

Волновая картина при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде Обозначим скорость в преломляющей Волновая картина при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде Обозначим скорость в преломляющей среде VH, а в покрывающей — V 1. Если источник находится над поднятым крылом ступени, то головная волна 1 на профиле будет наблюдаться вплоть до конечной точки, расположенной на расстоянии d+h*tgi от источника. После ступени скольжение лучей преломленной волны вдоль опущенной части границы невозможно, поскольку лучи, проходящие у нижнего ребра ступени, погружаются внутрь среды. Поэтому участок профиля за конечной точкой А волны от поднятого крыла находится в зоне тени преломленных волн. В пределах этой зоны головные волны в покрывающей среде могут возникать только за счет энергии дифрагированных волн, образующихся на нижней и верхней кромках ступени.

Волновая картина при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде Интенсивность дифрагированной волны, связанной Волновая картина при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде Интенсивность дифрагированной волны, связанной с верхним ребром R 1, максимальна и равна половине интенсивности головной волны 1 в направлении луча R 1 A. Так как при удалении от луча R 1 A вглубь зоны тени дифрагированная волна быстро затухает, то дифрагированному лучу, падающему из R 1 на опущенное крыло под критическим углом, будет соответствовать малая по сравнению с головной волной 1 интенсивность колебаний. В связи с этим головная волна, обусловленная падением дифрагированной волны из R 1 на опущенное крыло, должна быть незначительна по интенсивности по сравнению с головной волной от поднятого крыла. Дифрагированная волна, возникающая на ребре R 2, распространяется вблизи границы зоны тени — луча Ol. R 2 B, поэтому интенсивность колебаний нельзя считать незначительной, по крайней мере, до расстояний, где глубина залегания точки B по отношению к опущенному крылу порядка длины волны. Вплоть до этих расстояний не будет пренебрежимо малой и интенсивность головной волны 3, возбуждающейся за счет скольжения лучей дифрагированной волны вдоль опущенной части границы.

Волновая картина при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде Между конечной точкой годографа Волновая картина при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде Между конечной точкой годографа головной волны 1 от поднятого крыла и начальной точкой дифрагированно-головной волны 3 от опущенного крыла существует разрыв по расстоянию x = htgi. На участке разрыва в первых вступлениях должна наблюдаться дифрагированная волна 2 от верхней кромки ступени. Ее годограф касается годографа головной волны 1 от поднятого крыла в его конечной точке и пересекает годограф дифрагированно-головной волны 3 от опущенного крыла. Отражение волны от плоскости разлома в преломляющей среде приведет к образованию головной волны 4, распространяющейся к источнику.

Волновая картина при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде При расположении источника над Волновая картина при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде При расположении источника над опущенным крылом головная волна 1' в неискаженном виде может прослеживаться до расстояния d 1 + h*tgi от источника. Далее располагается зона тени, в пределах которой волны наблюдаются только благодаря дифракции. За конечной точкой волна 1' сменится дифрагированной волной, образовавшейся на верхнем ребре ступени (2' на рис. а). Дифракция приведет, кроме того, к образованию волны, скользящей вдоль поднятого крыла и соответствующей головной волне. Ее годограф будет продолжением годографа волны 1. Но поскольку скользящий от ребра R 1 луч далеко отстоит от границы тени, эта головная волна малоинтенсивна по сравнению с волной 2', в связи с чем на рис. а ее годограф не показан. При удалении от разлома в первых вступлениях появится волна 3', дифрагированная на нижнем ребре R 2 ступени. Ее кажущаяся скорость постепенно убывает, асимптотически стремясь к величине VH. Затухание этой волны должно быть аномально малым по сравнению с затуханием головных волн, так как по мере удаления от ребра ее лучи все больше приближаются к границе тени — лучу 02 R 2 C. Интенсивность волны 3' непосредственно над ступенью должна быть мала, поскольку соответствующие лучи проходят в глубине зоны тени. Наряду с преломленными и дифрагированными может существовать и отраженно-головная волна от плоскости разлома. Ее годограф (4' на рис. а) прямолинеен. Кажущаяся скорость вдоль него отрицательна.

Волновая картина при увеличении скорости распространения колебаний в преломляющем полупространстве с глубиной Пусть амплитуда Волновая картина при увеличении скорости распространения колебаний в преломляющем полупространстве с глубиной Пусть амплитуда ступени h меньше максимальной глубины проницания луча zmax, который в отсутствие ступени возвратился бы к поверхности на расстоянии 2 d. При наличии рефракции дифрагированные волны не играют большой роли в формировании волновой картины первых вступлений, как в случае постоянных скоростей.

Волновая картина при увеличении скорости распространения колебаний в преломляющем полупространстве с глубиной При расположении Волновая картина при увеличении скорости распространения колебаний в преломляющем полупространстве с глубиной При расположении источника над поднятым крылом после конечной точки годографа рефрагированной волны 1 будет наблюдаться дифрагированная волна 2, образовавшаяся на верхней кромке ступени. При этом кажущаяся скорость уменьшится. Затем, в первые вступления выйдет рефрагированная волна 3, преломившаяся на опущенном крыле. При расположении источника над опущенным крылом ступени после конечной точки рефрагированной волны 1' будут прослеживаться дифрагированные волны от верхнего и нижнего ребер, а затем рефрагированная волна 3', преломившаяся на приподнятом крыле. Между годографами 3' и 1', соответствующими приподнятому и опущенному крыльям ступени, образуется участок разрыва. В остальном волновая картина для источника, расположенного над опущенным крылом ступени, принципиально не отличается от той, которая наблюдалась бы при постоянных скоростях в среде.

Особенности волновой картины в случае слоя Если слой характеризуется постоянной скоростью распространения колебаний, то Особенности волновой картины в случае слоя Если слой характеризуется постоянной скоростью распространения колебаний, то волновая картина кинематически во многом аналогична вышеописанной для полупространства (рис. в). Основные отличия состоят в следующем. При расположении источника над поднятым крылом ступени луч OR 2, образующий границу тени, проходит под большим углом к горизонтали, чем в случае полупространства (так как V 3 < V 2), поэтому головная волна, обусловленная дифракцией на ребре R 2 будет затухать быстрее, в связи с чем интенсивность головной волны, возникающей за счет дифракции на ребре R 1 может не быть пренебрежимо малой.

Особенности волновой картины в случае слоя При расположении источника над поднятым крылом наименьшее время Особенности волновой картины в случае слоя При расположении источника над поднятым крылом наименьшее время прихода дифрагированно-головной волны от опущенного крыла соответствует ее образованию за счет критических лучей дифрагированной волны, распространяющихся от точки R 1 до опущенного крыла ступени, в то время как в случае полупространства минимальным было время, соответствующее лучу OR 2, проходящему внутри преломляющей среды непосредственно от источника к нижнему ребру ступени. При расположении источника над опущенным крылом ступени годографы преломленно-дифрагированной волны, распространяющейся над поднятым крылом ступени за счет дифракции на ребре R 1, и головной волны от опущенного крыла будут представлять собой единую непрерывную прямую линию.

Вопросы • Каков механизм образования головных волн от тонких слоев? • Какие волны будут Вопросы • Каков механизм образования головных волн от тонких слоев? • Какие волны будут наблюдаться при наличии ступени и при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде? • Какие волны будут наблюдаться при наличии ступени и при увеличении скорости распространения колебаний в преломляющем полупространстве с глубиной? • Как будут выглядеть годографы наблюдаемых волн при наличии ступени и при постоянной скорости распространения колебаний в преломляющей среде? • Как будут выглядеть годографы наблюдаемых волн при наличии ступени и при увеличении скорости распространения колебаний в преломляющем полупространстве с глубиной?

СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЙ МПВ Преломленные волны вблизи пункта возбуждения не образуются. В начальной точке годографа СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЙ МПВ Преломленные волны вблизи пункта возбуждения не образуются. В начальной точке годографа преломленной волны лучи отраженной под критическим углом волны, и первый луч головной волны совпадают между собой.

Выбор выноса и шага между каналами Наблюдение головных волн возможно только на определенном удалении Выбор выноса и шага между каналами Наблюдение головных волн возможно только на определенном удалении от ПВ. При X>Xн образуются головные волны. Таким образом, для достраивания годографа в мертвой зоне, выбирают вынос. Для упрощенного случая получают В качестве примера: V 1=350 м/с, V 2=600 м/с, h=5 м – вынос будет равен 19 м; V 1=700 м/с, V 2=2000 м/с, h=40 м – вынос будет равен 115 м.

Выбор выноса и шага между каналами Шаг между каналами выбирается таким образом, чтобы где Выбор выноса и шага между каналами Шаг между каналами выбирается таким образом, чтобы где Tвид – это видимый период, а V*кажущаяся скорость целевой волны. Шаг выбирают исходя из соображений о том, чтобы на будущей сейсмограмме волна была сдвинута не более чем на ¼ длины волны или ½ фазы. Иначе мы не обеспечиваем необходимой детальности наблюдений по профилю. Таким образом, шаг меняется от 2 -3 м (в ВЧР) и более. Длину приемной расстановки выбирают так, чтобы надежно установить форму годографа. Она может быть от десятков метров до 3 -6 км.

Изображение системы наблюдений МПВ на обобщенной плоскости Применение МПВ ограничено кривизной границ, разломами, латеральными Изображение системы наблюдений МПВ на обобщенной плоскости Применение МПВ ограничено кривизной границ, разломами, латеральными неоднородностями. Линия приемников – это горизонтальная линия. Под углом 45° к ней идет линия источников. Черной жирной чертой показана расстановка. Например, для источника в точке 0 – наблюдение ведется на расстановке, которую получают как проекцию линии источников на линию приемников. Пункты расположения источников: -14, 0, 23, 46 и 60 м.

Системы наблюдений МПВ В условиях разведки, когда регистрируются интенсивные преломленные волны, которые хорошо различаются Системы наблюдений МПВ В условиях разведки, когда регистрируются интенсивные преломленные волны, которые хорошо различаются по форме записи и кажущейся скорости, можно применять более простые неполные системы наблюдения. Такие условия обычно бывают при прослеживании волн, преломленных на поверхности кристаллического фундамента каменной соли. В этом случае можно считать, что нижняя среда представляет собой однородное полупространство. При использовании нагоняющих годографов длина участка, на котором они прослеживаются совместно с нагоняемыми, должна быть достаточной для надежного определения формы годографа. Обычно перекрытие составляет 2030% длины взрывного интервала.

Практический пример Сводные сейсмограммы со встречных ПВ 0 и ПВ 76 практически симметрично подобные, Практический пример Сводные сейсмограммы со встречных ПВ 0 и ПВ 76 практически симметрично подобные, что позволяет считать разрез на этом участке горизонтально слоистым и интерпретировать годографы преломленных волн по характерным точкам излома. Годографы первых вступлений имеют 2 хорошо заметные точки излома: на расстоянии 16 м от ПВ ( t 1=57 мс) и на расстоянии 60 м от ПВ (t 2=80 мс). В интервале наблюдений 0 -16 м в первых вступлениях регистрируется прямая волна со скоростью 270 м/с. Такая низкая скорость может быть характерна лишь для рыхлых и сухих насыпных грунтов. Их мощность составляет 6 -7 м. Ниже, согласно годографам первых вступлений, скорость продольных волн скачком возрастает до 1700 м/с, что по всей вероятности соответствует водонасыщенным пескам четвертичного возраста. По второй точке излома годографа первых вступлений (x=60 м) средняя скорость в покрывающей толще определяется равной 750 м/с, а граничная скорость в подстилающей толще оценивается примерно равной 4500 м/с. В данном разрезе такая скорость может соответствовать лишь хорошо сохранившимся известнякам. Их глубина по точке излома годографа оценивается в 24 - 27 м.

Вопросы • Какова система наблюдений по методу преломленных волн? • Как выбирается вынос? • Вопросы • Какова система наблюдений по методу преломленных волн? • Как выбирается вынос? • Как выбирается шаг между пунктами приема? • Что такое обобщенная плоскость?