Файл: Левшин А.Л. Поверхностные и каналовые сейсмические волны [монография].pdf

b, нм/СЕН

Os

Z,KM

Рис. 54. Результаты интерпретации наблюдений в параметризации I I Обозначения те же, что на рис. 52.

Рис . 5 5. Дисперсия групповых скоростей высших гармоник волн Л я в а (к = 2,3) для двух моделей коры из показанных на рис. 52.

(динамику объемных волн, последующие вступления, высшие гар­ моники поверхностных волн, физические ограничения па допусти­ мые градиенты скоростей и т. п.).

щихся решениями модельного эксперимента, показывают, что при помощи высших гармоник действительно можно сузить неодно­ значность получаемых решений. В диапазоне периодов 14—20 сек для C 2 L (Т), 8—10 сек для C F T L (Т) различия дисперсионных кривых могут быть уверенно обнаружены при помощи СВАИ.

Определение скоростного разреза верхней мантии Европы. В качестве исходных данных использовались годограф S (в диапа­ зоне расстояний 10—35°) по данным [55, 105, 108] и групповые ско­ рости волн Лява в диапазоне периодов 30 — 90 сек для трассы Тур­

групповой скорости Ч : 0,1 км/сек. Параметризация разреза была выбрана таким образом, чтобы включить все известные разрезы верхней мантии и допустить существование волновода не только непосредственно под границей Мохоровичича, но и на некоторой глубине под ней, а также модели с различными скоростями под ^ волноводом. Отсюда минимальное число слоев в верхней мантии — четыре; варьировались скорости поперечных волн на четырех гра­ ницах (bv b2, b3, fe4) и глубины двух границ Н 2 , Н 3 (табл. 12).

Между границами скорости интерполировались линейно. Стро­ ение коры специально не исследовалось, однако, поскольку оно влияет на годографы и групповые скорости, каждая модель мантии

148

*Это означает, что Ь2 и Ь3 ограничены сверху прямой линией, соединяю­ щей точки Я = О, Ь = 4,8 и H = 315, 6 = 5,2 (рис. 56).

комбинировалась с одной из девяти возможных моделей коры и считалась решением, если расчетные данные хотя бы для одной из моделей коры согласовались с наблюдениями.

В отличие от предыдущего примера, в пределах параметриза­ ции допускались не любые значения скоростей и глубин, а лишь

Отбор разрезов осуществлялся методом «Еж», комбинирующим случайный поиск с полным перебором в окрестности случайно най­ денного решения. За описанием метода «Еж» мы отсылаем к работе [14]. Проведенный перебор около 2000 решений позволил весьма детально исследовать всю область. По дисперсии и годографам был отобран 151 разрез, из них только у семи амплитудная кривая хорошо согласовалась с наблюдениями. Эти семь раз­ резов показаны на рис. 56 вместе с границами параметризации и известными разрезами верхней мантии.

Полученные решения занимают небольшую подобласть в про­ странстве неизвестных параметров: значения трех параметров у

с волноводом в верхней мантии или без него. Эти решения весьма не похожи на классические разрезы Гутенберга, Джеффриса и Леман, которые не удовлетворяют тем или иным эксперименталь­ ным данным.

Для уменьшения существенной, с точки зрения геофизики, не­ однозначности целесообразно расширить диапазон наблюде-

149

г-Н, км

150

ний поверхностных волн в сторону больших периодов и исполь­ зовать помимо основной гармоники высшие, а также волны Рэлея и последующие вступления. На рис. 57 приведены расчетные дис­

третьей гармоник волн Лява. Расчеты проведены для двух качест­ венно отличных моделей из семи найденных решений. Видно, что

различия групповых скоростей в области периодов 30—100 сек.

наблюдения по методике СВАН, можно по данным о длиннопериодных основной и высших гармониках сузить класс возможных реше­ ний.

Г л а в а 6

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОЛНЫ-ПОМЕХИ

ВСЕЙСМОРАЗВЕДКЕ

Вто время как в сейсмологии поверхностные волны широко ис­ пользуются для получения данных о среде и источнике, в сейс­ мической разведке они обычно играют роль помех, затрудняю­

иногда используются для уточнения скоростных параметров пер­ вых десяти-двадцати метров разреза [48, 49]. При сейсморазведочных работах методом отраженных волн источником колебаний обыч­ но являются взрывы ВВ в укупоренных скважинах на глубинах до 40—50м, реже 80—100м. Как показали многочисленные поле­ вые наблюдения, при этом возбуждается поле низкоскоростных, относительно низкочастотных волн-помех рэлеевского типа, зна­ чительно превышающих по уровню отраженные сигналы (как про­ дольные, регистрируемые вертикальными z-приборами, так и об­ менные типа PS, регистрируемые горизонтальными х(^-прибора­ ми). Еще более значителен относительный уровень таких помех, если колебания возбуждаются поверхностными взрывами, ударами или вибрационными устройствами.

При сейсморазведке методом отраженных поперечных волн (этот метод успешно развивается в последние годы [27, 75]) коле-

151

бания возбуждаются ударами или чаще — направленными взры­ вами в мелких скважинах с камуфлетом. Такие источники возбуж­ дают интенсивное поле низкоскоростных, низкочастотных волн Лява, маскирующих на записях у (ср)-приборов отраженные волны от глубоких горизонтов.

Для ослабления помех и выделения отражений применяются разнообразные аппаратурные и методические приемы: углубление источника, фильтрация, группирование приборов и источников, специальные системы наблюдений и др. Однако во многих случаях эти приемы не обеспечивают полного подавления помех или суще­ ственно удорожают работу. Для разработки более эффективных, приемов необходимо детально изучить физическую природу и свой­ ства поля помех, частотный состав, характер дисперсии фазовой и групповой скорости, влияние строения среды, условий возбуж­ дения, параметров источника.

В этой главе будут показаны возможности описанных выше мето­ дов расчета и анализа поверхностных волн при решении подоб­ ных задач в типичных для сейсморазведки условиях.

§ 1. Расчетные волновые ноля помех

Модели среды и источника. Верхняя часть разреза — зона; малых и пониженных скоростей, в которой возбуждаются и рас­ пространяются поверхностные волны-помехи,— сложена обычно рыхлыми песчапо-глинистыми отложениями. Скорости попереч­ ных волн в этой зоне редко превосходят 500 м/сек; в первых 1—2 м,. содержащих большой процент органических материалов, отмечают­ ся сверхмалые скорости поперечных волн (меньше 100—150 м/сек). Нижней границей этой зоны часто является кровля коренных (уплотненных терригенных или скальных) пород, в которых ско­ рости поперечных волн превышают 1000—1500 м/сек.

Скорости продольных волн в пределах зоны в зависимости от гидрогеологических условий могут существенно различаться. В неводонасыщенной части рыхлой толщи они обычно не превышают 1000 м/сек, в полностью водонасыщенных рыхлых породах ниже уровня грунтовых вод достигают 1600—2000 м/сек, в уплотнен­ ных коренных и скальных породах превышают 2500 м/сек. Мощ­ ность зоны пониженных скоростей, положение уровня грунтовых вод и другие характеристики широко варьируют даже в пределах одного района.

Поэтому для детального количественного исследования выб­ раны две относительно простые модели среды с качественно отлич­ ными свойствами. Эти модели показаны на рис. 58. До глубины 40 м скоростной разрез одинаков и соответствует толще песчаноглинистых отложений с монотонным нарастанием скорости с глу­ биной. В самой верхней части имеется тонкий (1 м) слой со сверх­ малыми скоростями продольных и поперечных волн. На глуби­ не 40 ж в модели УВ скачком увеличиваются скорость продольных

152