Введение в сейсморазведку

геологической среды, поисков и разведки нефти и газа, а также других полезных ископаемых, основанный на изучении распространения упругих волн, возбужденных искусственно с помощью тех или иных источников: взрывов, ударов и др. Горные породы отличаются по упругим свойствам, поэтому обладают различными скоростями распростра­нения упругих волн. Это приводит к тому, что на границах слоев, где скоро­сти меняются, могут образоваться различные волны, регистрируя которые на земной поверхности, можно получить информацию о скоростном разрезе, а по нему судить о геологическом строении.

пункта их возбуждения до сейсмоприемников) или их динамики (амплитуда, фаза, частоты).
По решаемым задачам различают глубинную, структурную, нефтега­зовую, рудную, инженерную сейсморазведку.
По месту проведения сейсморазведка подразделяется на наземную (по­левую), акваториальную (морскую), скважинную и подземную.
По частотам колебаний используемых упругих волн можно выделить высокочастотную (частоты свыше 100 гц), среднечастотную (частоты в несколько десятков герц) и низкочастотную (частоты менее 10 гц) сейсмораз­ведку. Чем выше частота упругих волн, тем больше их затухание и меньше глубинность разведки.
Сейсморазведка - очень важный и во многих случаях самый точный (хотя и самый дорогой и трудоемкий) метод геофизической разведки, приме­ня­ющийся для решения различных геологических задач с глубинностью от нескольких метров (изучение физико-механических свойств пород) до неско­ль­ких десятков и даже сотен километров (изучение земной коры и верхней мантии). Однако главное назначение сейсморазведки - поиск и разведка нефти и газа.

так как геологические среды в первом приближении можно считать упругими.
Абсолютно упругим телом называется такое, которое после прекращения действия приложенных к нему сил восстанавливает свою первоначальную форму и объем. Тела и среды, в которых развиваются необратимые деформации, называются пластичными, неупругими. Изменение формы, объема и размеров под действием напряжения называется деформацией. Напряжения (силы, действующие на единицу площади), как и деформации, могут быть:
растягивающими или стягивающими,
сдвиговыми
всесторонне сжимающими.

сейсмики или геометрической оптики.
Если в некоторой точке пространства произвести взрыв (удар), то возни­кает упругая волна, скорость распространения которой зависит от упругих свойств среды. При прохождении волны частицы породы начинают колебаться. Поверхность, отделяющая область, где частицы колеблются под воздействием упругой волны, и невозмущенную область, куда волна еще не пришла, называется фронтом волны. Линии, перпендикулярные фронту, назы­­ваются сейсмическими лучами. Вдоль лучей переносится энергия упругой волны. Вблизи источника фронт упругих волн сферический, а вдалеке - практически плоский.ической оптики.

(интерференции) нескольких упругих волн их распространение можно изучать по отдельности для каждой волны, пренебрегая влиянием волн друг на друга.

Основным законом геометрической сейсмики является закон прелом­ления - отражения, который включает следующие положения

падающие, отраженные и преломленные лучи лежат в одной плос­кос­ти, совпадающей с плоскостью, нормальной к границе раздела сред с разными скоростями упругих волн;

угол падения волны d1, отсчиты­ваемый от перпендикуляра к границе, и ее скорость в среде V1 связаны с углом преломления 2 и скоростью V2 соотношением sin1/sin2 = V1/V2;

этим же соотношением связаны углы падения (d1) и отражения (d1): sin1/sin1 = V/V;. Для волн одного типа, например продольных, V = V, что приводит к закону равенства углов падения и отражения.

– пре­ломленная проходящая, 4 – прело­м­ленная скользящая, 5 – прелом­лен­ная головная. Рефрагированные волны, образую­щиеся во втором слое и в среде с возрастающими с глубиной скоро­стями упругих волн
В сейсморазведке к законам геометрической оптики добавляются законы отражения и преломления обменных волн: любая падающая волна - продольная (P) или поперечная (P) - порождает на границе две отраженные (P1 и S1) и две преломленные (P2 и S2) волны, связанные законом Снеллиуса:

Вдоль земной поверхности идут поверхностные волны, а в глубь слоя рас­пространяются прямые или падающие (продольная и поперечная) волны. На границах раздела сред с разными скоростями упругих волн за счет энер­гии падающей волны возникают отраженные и преломленные волны. При этом могут образоваться отраженные и преломленные волны как того же типа, что и падающая (монотипные, однотипные волны), так и другого типа (обменные волны). Поскольку продольные волны обладают большими скоро­стями, чем поперечные (и поэтому к пунктам регистрации приходят первы­ми), а при возбуждении упругих волн взрывами и многими невзрывными источниками возникают в основном продольные волны, то в сейсморазведке они используются чаще. В дальнейшем речь будет идти в основном о продольных волнах, хотя все рассмотренные закономерности могут быть справедливы и для поперечных волн.

и особенностей распространения в них монотипных упругих волн. Упрощенными физико-геологическими моделями (ФГМ) сейсмических сред являются следующие.

В однородной изотропной среде скорость распространения упругой волны в каждой точке неизменна по величине и направлению. В анизотропной среде скорость распространения упругих волн по разным направлениям различна. В однороднослоистых средах скорость остается постоянной лишь в каждом слое и скачком меняется на их границах. В градиентных средах скорость распространения волн является непрерывной функцией координат. Чаще всего наблюдается увеличение скорости с глубиной (среды с вертикальным градиентом скорости).
Таким образом, в сейсморазведке чаще всего используются модели слоистых сред, в каждом из которых скорость или постоянна, или меняется непрерывно, а на границах слоев - меняется скачком.

продольных (VP) и поперечных (VS) волн. и их поглощения ( bP, bS ), которые определяются упругими модулями ( E,δ,μ c, K c ) и плотностью ( σ).

Скорости распространения упругих волн являются диагностическим признаком горной породы. Методы их определения делятся на лабораторные (измерения на образцах), скважинные (сейсмические и акустические наблюдения в скважинах), полевые (расчет скорости в результате интерпретации данных сейсморазведки).

Скорости распространения волн определяются составом, строением и состоянием горных пород, которые, в свою очередь, зависят от грануло­метри­ческого и минерального состава твердых частиц, глубины залегания, возраста пород, степени метаморфизма, плотности, пористости, трещинова­тости, водонасыщенности.