МОРСКАЯ ГЕОФИЗИКА Смирнов Олег Евгеньевич НМСУ Горный

МОРСКАЯ ГЕОФИЗИКА Смирнов Олег Евгеньевич НМСУ «Горный» , ФГУП «ВНИИОкеангеология» smirnov. olegevg@gmail. com 1

ПЛАН НА СЕМЕСТР - 17 лекций (каждую неделю в 4509) 8 лабораторных (через неделю в компьют. классе) В конце семестра – экзамен. Для допуска к экзамену необходимо: - сдать все лабораторные работы; - исправно посещать лекции (за пропущенные лекции придется отвечать на вопросы). 2

ПРИМЕРНЫЙ ПЛАН ЗАНЯТИЙ Сейсморазведка, сейсмоакустика, эхолот – 4 лекции Гравиразведка – 2 лекции Магниторазведка – 2 лекции Электроразведка – 2 лекции Термометрия – 1 лекция Геологическое опробование – 2 лекции Бурение – 1 лекция Каротаж – 2 лекции Допуск экзамену – 1 лекция 3

Сейсмические методы исследования в море Лекция 1 4

1. Упругие волны

Введение • • Сейморазведка - геофизический метод исследования земной коры, поисков и разведки полезных ископаемых, основанный на изучении характера распространения упругих волн. Источники возбуждения упругих волн: - взрывы, - невзрывные источники (вибраторы, кувалда, естественные шумы), - землетрясения. Горные породы обладают различными скоростями распространения упругих волн и плотностями: это вызывает формирование на границах слоев и отдельных тел отраженных, преломленных и обменных волн. Сейсморазведка основана на изучении: - кинематики волн – времени пробега волны от источника до приемника; - динамики волн – интенсивности, формы, частоты, длительности колебаний. Методика и техника сейсморазведки предназначены для возбуждения упругих колебаний, улавливания колебаний упругой волны, преобразования упругой волны в энергетические импульсы, их усиления и фиксации на сейсмограммах. Обработка сейсмограмм – выделение различных типов волн, определение времени их прихода. Количественная интерпретация – расчет скорости распространения упругих волн и их изменения в разрезе и объеме; оценка глубины сейсмических границ, их падения и простирания; построение сейсмогеологического разреза (с использованием геологических данных).

Физикогеологические основы сейсморазведки А) S Б) S • Упругие модули. Геологические среды в первом приближении можно считать упругими. Абсолютно-упругое тело – это тело, которое после прекращения действия приложенной силы восстанавливает первоначальные форму и объем. Деформация – изменение формы, объема, размеров тела под действием сил. Основные деформации – растяжения и сдвига. А) Если к концу закрепленного тела приложить растягивающую силу F 1. По закону Гука относительная деформация будет обратно пропорциональна F/S - напряжению: где: l - длина тела, Dl - изменение длины, S – площадь поперечного сечения, E - модуль Юнга.

Физико-геологические основы сейсморазведки А) 2. Коэффициент Пуассона δ выражает отношение поперечной деформации к продольной, где: r – ширина тела до деформации; Δr – изменение ширины тела в результате деформации. Б) Если к поверхности закрепленного тела приложить касательное напряжение T, то Модуль сдвига G – коэффициент пропорциональности между приложенным к телу касательным напряжением T и углом сдвига Θ. А) S Б) S Имеется связь между этими тремя модулями:

Сейсмическая волна Колебания (волны) Параметры волны: длина волны (λ), амплитуда волны (А), скорость распространения (V), частота колебаний (f). V=f∙ λ Почему «упругая» волна? А – источник колебаний, Б – область разрушения, В – область остаточных деформаций, Г – область упругих колебаний. Сейсмическая волна – это колебания частиц горных пород, при которых энергия колебаний передается от одних частиц к другим.

Сейсмическая волна Продольные и поперечные волны

Сейсмическая волна Продольные и поперечные волны Скорости продольных волн Vp и скорости поперечных волн Vs выражаются через упругие модули и, соответственно, зависят только от состава и состояния вещества: Vp всегда больше Vs. Величина Vs/Vp изменяется у различных типов горных пород от 0. 3 до 0. 6. Для плотных пород Vs/Vp=0. 5 -0. 6 Продольные и поперечные волны распространяются от источника к приемнику через весь объем породы – объемные волны.

Скорости в горных породах

Основные положения геометрической оптики • Распространение упругих волн в горных породах базируется на принципах геометрической оптики. • Волна движется с определенной сейсмической скоростью V. • Фронт волны – поверхность, ограничивающая области, где среда деформирована под воздействием упругой волны и область, куда волна еще не дошла. Вблизи от источника фронт близок по форме к сфере. На удалении его можно считать плоским. • Сейсмический луч – линия, перпендикулярная фронту. Луч Фронт волны

Принципы Гюйгенса и Ферма. • • • Закономерности распространения упругих волн в горных породах устанавливаются из принципов геометрической оптики – Гюйгенса и Ферма. Принцип Гюйгенса: каждую точку фронта волны можно рассматривать как самостоятельный источник колебаний. Т. е. по фронту волны в некоторый момент можно построить его положение в любой другой моменткак огибающую элементарных сферических фронтов с центрами на исходном фронте. Принцип Ферма: волна распространяется между двумя точками по такому пути, который требует наименьшего времени для его прохождения. Отсюда следует прямолинейность распространения лучей в изотропной среде с постоянной скоростью.

Принцип суперпозиции, принцип взаимности • Принцип суперпозиции: при интерференции (наложении) нескольких упругих волн, их распространение можно изучать независимо для каждой волны. • Принцип взаимности: если поменять местами источник и приемник, то время прихода сигнала, форма лучей и характер колебаний частиц геологической среды не изменятся.

Принципы распространения сейсмических волн Фронт волны 1 – тыл волны, 2 – зона сжатия, 3 – зона растяжения, 4 – фронт волны. λ = VT длина волны f = 1/T частота

Принципы распространения сейсмических волн Процессы, влияющие на амплитуду: - геометрическое расхождение; - затухание в среде. Два основных эффекта на границах геологических сред: Отражение Условие отражения: ρ1 V 1≠ρ2 V 2 Закон отражений (угол пад. = углу отраж. ): Преломление Условие преломления: V 1

Волны, используемые в сейсморазведке • • P 1 - прямая (падающая волна). При попадании продольной волны на границу, она будет отражаться и преломляться, создавая 4 типа вторичных волн: Верхняя среда P 11 - продольная отраженная волна P 1 S 1 - поперечная отраженная волна. Нижняя среда P 12 - продольная проходящая волна P 1 S 2 - поперечная проходящая волна Волны, не меняющие свой тип на границе – монотипные (P 11 , P 12 ). Волны, меняющие свой тип на границе – обменные (P 1 S 1 , P 1 S 2).

Принципы распространения сейсмических преломленные волны волн Явление рефракции Головные 1 – фронт падающей волны, 2 – фронт проходящей волны, 3 – фронт головной преломленной волны, 4 – скользящая волна. Годографы Годограф – это график зависимости времени пробега сейсмических волн от расстояния между их источником и приёмником.

2. Аппаратура для сейсморазведки

Аппаратура для сейсморазведки Аппаратурой в сейсморазведке является совокупность ИСТОЧНИКОВ и ПРИЁМНИКОВ упругих колебаний под управлением сейсмостанции. Источники Источниками в сейсморазведке могут служить: - Взрывчатое вещество - Сейсмические вибраторы - Кувалда При морских сейсмических работах обычно используются ПНЕВМОИСТОЧНИКИ

Аппаратура для сейсморазведки Источники

From http: //www. ldeo. columbia. edu/res/fac/oma/sss/tuning. html Подбор параметров группы пневмоисточников • Суммирование сигнала от нескольких пневмоисточников позволяет получить более выраженный сигнал, похожий на единичный импульс!

Аппаратура для сейсморазведки Приёмники Сейсмографы • а) При смещении поверхности Земли влево – рама сместится влево – грузик в силу инерции останется на месте – индикатор покажет смещение. • б) При смещении поверхности Земли в вертикальном измерении – рама сместится вверх - индикатор на грузике покажет вертикальное смещение.

Аппаратура для сейсморазведки Приёмники Электромагнитный сейсмоприемник

Аппаратура для сейсморазведки Приёмники Геофон

Аппаратура для сейсморазведки Приёмники Сейсмографы и геофоны • Сейсмограф используется в глобальной сейсмологии и предназначен для измерения очень слабых сигналов. Сейсмограф может зафиксировать движение человека в километре от прибора. • Геофоны – используются в сейсморазведке – компактнее, но менее чувствительны. • Сейсмограф и геофон – сейсмоприемники. • Для получения полной информации о движении волны используются 3 приемника (иногда компонуются в один прибор). Обеспечивается измерение вертикальной и двух горизонтальных компонент смещений поверхности Земли.

Аппаратура для сейсморазведки Приёмники В море для регистрации сейсмических волн применяются гидрофоны.

Аппаратура для сейсморазведки Приёмники Индукционные сейсмоприёмники применяют на суше, а также устанавливают на морское дно (донные регистраторы). Обычно при морских работах в качестве приёмников используются ГИДРОФОНЫ Пьезоэлектрический эффект при изменении давления

ВИДЕОРОЛИКИ 30