3. Сейсморазведка и сейсмология

3.1 Элементы теории упругости Свойство сопротивляемости изменениям размеров или формы и возврата к первоначальному состоянию при прекращении воз- действия внешних сил называется упругостью. F S F Напряжение – сила приложенная к единице площади: P F/S Нормальное напряжениеСдвиговое напряжение Напряжение и деформация

Деформация – изменение формы и (или) размеров тела под дей- ствием напряжений Деформация Напряжение Область упругих деформа- ций Область плас- тических дефор- маций Точка разрушения Предел текучести В области упругих деформаций действует закон Гука: Напряжение пропорционально деформации: P=KD

3.1.2 Модули упругости Каждый из модулей упругости представляет собой отношение какого-либо вида напряжения к возникаю- щей в результате его действия деформации.

Модуль Юнга и коэффициент Пуассона PP l l + l Модуль Юнга E = Продольное напряжение P Продольная деформация l/l Коэффициент Пуассона = Поперечная деформация Продольная деформация

Объемный модуль упругости P P P K= Объемное напряжение P Объемная деформация V/V

Модуль сдвига P Напряжение сдвига P Деформация сдвига tg

Модуль продольной деформации l l+ l = Продольное напряжение P Продольная (одноосная) деформация l/l =K+4/3

3.2 Сейсмические волны Источник волн (взрыв, землетрясение и т.д….) Область разрушения и пластических деформаций Область упругих деформаций

3.2.1 Объемные волны Направление распространения волны Волны сжатия (продольные, P-волны) Волны сдвига (поперечные, S-волны) Длина волны

Скорость распространения волны: v= Соответствующий модуль упругости Плотность вещества ( ) 1/2 Для продольной волны (одноосная деформация): Для поперечной волны (деформация сдвига): v p 1.7 v s

3.2.2 Поверхностные волны Волна Релея Волна Лява интенсивность

3.2.3 Фронты и лучи Луч Волновой фронт смещение расстояние, x время, t смещение T v= T – скорость распространения волны f=1/T – частота волны t=const x=const

3.3 Скорость сейсмических волн

3.3.1 Общая характеристика скорости Увеличение плотности упаковки атомов в кристаллах Увеличение атомной массы элементы минералы породы

Средние значения скорости продольных волн в некоторых породах

Как измерить скорость? Источник Приемник l V= l/t Акустический зонд

3.3.2 Влияние текстуры, заполнителя и давления А. Анизотропия скорости: =V макс /V мин В. Рост скорости с водонасыщением Б. Влияние пористости VpVp n Г. Рост скорости с давлением

3.3.3 Влияние минерального состава

3.3.4 Скоростная модель Земли A – кора, B – подкоровая мантия, С-астеносфера, D – нижняя мантия, E – внешнее ядро, G – внутреннее ядро

3.3.5 Затухание сейсмических волн r E – первоначальная энергия источника E/( r 2 ) –энергия на единицу площади сейсмического фронта E~1/r 2 Амплитуда колебаний: A~E 1/2 ~1/r Геометрическое расхождение энергии: Поглощение энергии за счет тепловых потерь выражается коэффициентом поглощения Это-доля энергии, потерянная при прохождении волной единицы длины зависит от частоты (длины волны), чем больше длина волны (меньше частота), тем меньше A=A 0 e - x

3.4 Лучи в слоистых средах Принципы геометрической сейсмики Принцип Ферма: Время распространения луча – минимально Принцип Гюйгенса: Каждую точку фронта волны можно рассматри- вать как новый источник колебаний Принцип суперпозиции: действие каждого сейсмического источника – - независимо. Принцип взаимности: взаимная замена источника и приемника не из- меняет времени распространения упругой волны

3.4.2 Нормально падающий луч v 1, v 2, Падающий луч, A 0 Отражённый луч, A 1 Z= v – акустическая жёсткость Проходящий луч, A 2 Z1Z1 Z2Z2 R=A 1 /A 0 – коэффициент отражения T=A 2 /A 0 – коэффициент прохождения

3.4.3 Луч, падающий под углом P1P1 P 11 P1S1P1S1 P 12 P1S2P1S2 V1V1 V 2 >V 1

P1P1 P 11 P 12 V1V1 V 2 >V 1 или Закон Снеллиуса:

3.4.4 Преломление под критическим углом кр V1V1 V 2 >V 1 кр Преломленная (головная волна) Волновой фронт в нижнем слое V2V2

3.4.5 Дифракция t=t 0 t=t 0 + t Фронт дифрагированной волны

3.5 Годографы сейсмических волн v1v1 tx/v 1 v2v2 x/v 2 +t 0 Прямая волна Отраженная волна Преломленная волна x z кр

3.6 Возбуждение сейсмических волн Частота (Гц) Землетрясения Взрывы в карьерах Вибросейс Морские источники Эхолоты Падающий груз Взрывы в скважинах

3.6.1 Вибросейс Замечание о взаимной корреляции Сдвиг вправоСдвиг влево Взаимная корреляция двух одинаковых записей

Взаимная корреляция с целью выделения сигнала известной формы Запись колебаний Эталонный сигнал Функция взаимной корреляции S1S1 S2S2 S3S3 Положение сигналов на записи

Функция взаимной корреляции трассы и сигнала вибросейса

3.7 Регистрация сейсмических волн Сейсмо- приемники Усилители Фильтры Мульти- плексор Усили- тель АЦП Формат- тер Компью- тер

Принцип действия сейсмоприемника горизонтальный вертикальный масло Гаситель колебаний

Электромагнитный сейсмоприемник