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

боты проводились в Саратовском Заволжье, на продольном профиле длиной около 2 км. Данные о скоростном разрезе исследуемой пло­ щади были получены из микросейсмокаротажа с регистрацией про­ дольных и поперечных волн на поверхности, наблюдений в серии мелких скважин, ультразвукового каротажа параметрических сква­ жин.

Несмотря на детальность проводившихся измерений, скорости поперечных волн в верхних 40 м разреза — наиболее изменчивой его части — определяются с погрешностью порядка 50—100 м/сек. Такая низкая точность объясняется неуверенной регистрацией прямой поперечной волны при взрывах на малых глубинах.

В пределах изучаемого участка верхняя часть разреза сложе­ на кайнозойскими песчано-глинистыми отложениями. Границей зоны малых скоростей является уровень грунтовых вод, находя­ щийся на глубине около 40 м. Скорости продольных и попереч­ ных волн возрастают с глубиной; на глубине около 60 ж отмечает­ ся скачкообразное увеличение скорости. Два варианта распреде­ ления скоростей а, Ь, согласующиеся с данными каротажных измерений, показаны на рис. 65.

Проведенные ранее работы методом отраженных волн на этом уча­ стке показали, что выделению отраженных волн от палеозойских горизонтов с временами прихода от 0,6 до 1,5 сек после взрыва ме­

людения. Наблюдения проводились со станцией ПМЗ-64 на широ-

160

кополосной фильтрации 0—130 гц; применялись горизонтальные и вертикальные приборы СПМ-16, «Светлячок», С-210. Максималь­ ные удаления от источника достигали 1,7 км; взрывы производи­ лись в скважинах на глубинах от 5 до 80 ж; величины зарядов из ­ менялись от 0,4 до 15 кг.

Наблюдаемая волновая картина. На сейсмограммах z и ж при­ боров в последующей части записи регистрируются низкочастот­

что вблизи пункта взрыва эти волны заполняют интервал времени до 1 сек, а на удалениях ~ 1,5 км — до 3,5 сек и на некоторых ин­ тервалах расстояний существенно затрудняют регистрацию отра­ жений (рис. 66).

В цуге волн-помех можно выделить несколько групп, отличаю­ щихся по своим фазовым и групповым скоростям, однако в силу интерференции границы между группами часто условны.

Нумерация групп дана в порядке убывания их групповых ско­ ростей; фазовые скорости, как правило, также убывают с ростом номера, за исключением группы I I I , у которой отмечается инвер­ сия фазовой скорости. Траектории движения частиц вне явных зон интерференции близки к эллиптическим; направление вра­ щения у групп I — I I I — прямое (т. е. от источника в верхней части эллипса), у группы IV — возвратное. Соотношение полуосей эллипса к меняется от группы к группе.

Группа I наиболее интенсивна при взрывах в пределах ЗМС, она исчезает при погружении заряда на 5—10 м ниже границы зоны (рис. 67, 68, а). Группа IV обладает заметной интенсивностью только при взрывах на глубинах меньше 10—20 м; в ней практиче­ ски отсутствуют колебания с периодами меньше 0,1 сек; группы I I и I I I присутствуют на записи при взрывах во всем диапазоне глу­ бин от 10 до 70 м (рис. 67); наблюдается значительное ослабление группы I I при взрывах на глубинах около 50—55 м (рис. 68, б).

162

на рис. 70. На ней уверенно выделяются те же четыре группы, но диапазон периодов каждой группы значительно шире, чем по визу­ альным определениям. Ход кривой групповой скорости по диаграм­ мам СВАН определен более точно, чем при ручной обработке.

Интерпретация наблюдений. Группа I . Рассмотрим, может ли наблюдаемая волновая картина быть объяснена в рамках изложен­ ной в части I теории поверхностных волн. По имеющимся данным скважинных наблюдений, максимальные скорости поперечных волн в верхних 200 ж разреза не превышают 800м/сек. Из табл. 13 сле­ дует, что фазовые скорости групп I I , IJI и IV лежат в пределах возможного диапазона скоростей V^R (Т) ДЛЯ данного разреза, т. е. они всюду меньше 800 м/сек, а группа I имеет более высокие фазо­ вые скорости. В то же время из данных торпедирования известно, что она связана с верхней частью среды и быстро затухает по мере углубления источника под уровень грунтовых вод. Следовательно, нельзя связывать эту волну с более глубокими частями разреза (z ^> 200 —- 300 м), где скорости поперечных волн достигают зна­ чений 1000м/сек и более. Поэтому она должна быть отнесена к клас­ су «просачивающихся» (leaking) волн [70, 100, 113, 126, 145], ко­ торые в отличие от «нормальных» рэлеевских волн связаны не с дискретным, а с непрерывным спектром собственных значений диф­ ференциальных операторов (1.14), (1.15) (см. формулы (1.28)). Известно, что такие волны затухают быстрее нормальных рэлеев­ ских волн, теряя часть энергии на излучение в глубь среды. Раз­ деление на нормальные и просачивающиеся волны во многом услов-. но: включив в модель среды более глубокие слои с большими ско­ ростями поперечных волн, можно в рамках нашей вычислитель­ ной схемы рассчитать все интерференционные волны с фазовыми скоростями, меньшими новой скорости b (Z + 0 ) . Однако с вычис­ лительной точки зрения такой путь расчета волн, связанных с верх­ ними частями разреза, вряд ли эффективен. Методы расчета про-

164

сачиваюгцихся волн в непрерывных средах, аналогичные описан­ ным выше для нормальных волн, только начинают разрабатывать­ ся. Поэтому мы ограничимся ниже физической трактовкой природы этой волновой группы, не подкрепляя ее расчетом. Как уже отме­ чалось, в верхней части разреза имеется только одна сильная гра­ ница скоростей — уровень грунтовых вод. Автором в работе |47] было показано, что на этой резкой и гладкой границе существуют идеальные условия отражения продольных волн; при этом не об­ разуется сколько-нибудь интенсивных обменных волн. Конструк­ тивная интерференция запредельных отраженных продольных волн и приводит к образованию волновой группы I . Фазовые ско-

Рис. 69. Наблюденные и теоретические данные о дисперсии поверхностных волн

1 — расчет для модели А; г — расчет для модели В; з — наблюденные данные. Цифры, у кривых — значения h

165>

С,/і/сен

Рис. 70. Наблюденная сейсмограмма поверхностных волн (г = 1340 м) и диаграмма СВАН

рости результирующей интерференционной группы должны быть заключены между скоростями продольных волн выше и ниже уров­ ня грунтовых вод, что и наблюдается в эксперименте. При погруже­ нии источника под границу лучевое возбуждение запредельных отражений невозможно, и энергия волны должна экспоненциально убывать с углублением источника (рис. 68, а).

Группы II—IV. Для количественного объяснения свойств групп I I — I V были проведены расчеты рэлеевских волн для двух моделей среды А и В, показанных на рис. 65. Эти модели несколько отличаются от модели УВ — в них имеются дополнительные гра­ ницы на глубинах 5 и 60 л*. Сравнение расчетных и наблюденных данных о дисперсии (рис. 69), поляризации и изменении амплитуд с погружением заряда позволяет сделать следующие заключения о природе волновых групп I I — I V .

166