Н И И Г А

УЧЕНЫЕ 3АПИСКИ

1969                                                               Региональная геология                                                        Вып. 16

УДК 550.834.001.5:624~131.1

Г.П. АВЕТИСОВ

ПОВЫШЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ СЕЙСМИЧЕСКОГО МЕТОДА ПРИ РЕШЕНИИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ 3АДАЧ

Аннотация

При производстве сейсмических работ методом первых вступлений волн во вторых вступлениях была обнаружена волна t₂.

Исследование показало, что это релеевская волна типа P₁P₂P₁. Прослеживание ее позволяет получать данные об упругих свойствах пород.

Илл. 6, Библ.7 назв.

Определение мощности рыхлых отложений, перекрывающих кристаллический фундамент, относится к наиболее типичным задачам, решаемым при помощи сейсмического метода преломленных волн.

Одна из таких работ проведена нами в условиях, когда рыхлые отложения со скоростью продольных волн 0,7-1,5 км/сек имели мощность 0-5 м и перекрывали мощный базальтовый массив со скоростями 3-5 км/сек. Для наблюдений использовались сейсмоприемники СПМ-I6 и станция СС-24П.

Регистрация волн велась на фильтрациях 30-90 и 65-0. Длина расстановки варьировала от 27,5 до 297,5 м. Пункты взрыва производились по краям расстановок и на удалениях 20-30 м от крайних приборов. Регистрировались X-Y-Z -компоненты смещения почвы. Осуществлялся контроль чувствительности каналов. Смеситель, АРУ и ЭРУ не включались.

Полученные сейсмограммы имеют относительно простую структуру. В первых вступлениях регистрируются прямая волна Р и продольная головная волна Р₁Р₂Р₁ (t₁). Последующая часть записи волны t₁ имеет явно выраженный интерференционный характер. Почти повсеместно в последующей части записи может быть выделена интенсивная волна t₂ (рис. 1).

Наибольшие амплитуды      прослеживаемых волн приходятся на второй и третий максимумы, которые в несколько раз превышают амплитуду первого максимума. Преобладающая видимая частота волны t₁ приблизительно 80-90 гц. Волна t₂ имеет несколько меньшую частоту. Кажущаяся скорость волны t₂  колеблется от 1,6 км/сек  до 3 км/сек. Волны резко различаются по интенсивности и затуханию. Волна t₂ имеет значительно большую интенсивность и прослеживается на больших расстояниях (рис. 2).

Полученные при полевых наблюдениях кинематические и динамические параметры волны t₂ позволяют с достаточной достоверностью решить вопрос о ее природе. Годографы волны t₂ при наличии и отсутствии рыхлых отложений (рис. 3) позволяют установить, что она не может быть отнесена к классу отраженных волн и прямых волн в слое рыхлых отложений, так как регистрируется значительно раньше указанных волн. Кроме того, предположение о природе волны t₂ как волны типа PS и РР противоречит факту регистрации этой волны в местах выхода базальтов на поверхность.

Указание на природу волны t₂ получим, если сравним на6люденные разности прихода волн t₂ и t₁ в функции расстояния от взрыва с рассчитанными разностями времен вступления волн P₁S₂P₁ и P₁R₂P₁ по отношению к волне P₁Р₂P₁. Как видно из рис. 4, экспериментальные данные показывают хорошее согласие для случая отождествления волны t₂ с обменной волной типа P₁R₂P₁.

Дополнительно на участке выхода базальтов исследовалась поляризация волны t₂ путем регистрации в точке наблюдений трех компонент смещения. На рис. 5 представлены экспериментальные сейсмограммы. На основании большого числа наблюдений можно утверждать, что мы имеем дело с волной, поляризованной в плоскости XOZ. Такая поляризация характерна для релеевской волны. Подтверждение законности отнесения волны t₂ к типу P₁R₂P₁ можно получить, рассматривая ее динамические характеристики.

Для амплитуд продольной, поперечной и релеевской волн в случае идеально-упругой среды и коэффициента Пуассона s =0,25 известно (Косминская, 1956):

Из этих формул видно, что максимальную амплитуду имеет релеевская волна, а минимальную - поперечная волна. Если учтем поглощение в среде, то соотношение Аs и Ар будет еще менее выгодно для Аs, потому что, как показывают расчеты (Дерягин, 1931), для большинства твердых кристаллических пород имеют место следующие соотношения коэффициентов поглощения

a_P/a_R = 0,255                    a_P/a_S = 0,257

т.е. в такой среде затухание поперечной волны пойдет приблизительно в четыре раза быстрее, чем продольной волны.

При s > 0,25 интенсивность поперечной волны растет, но становится больше интенсивности продольной волны только при  s = 0,364, что соответствует Vs/Vр = 0,464 (Огурцов и Бурова, 1958), где Vs и Vр - скорости поперечной и продольной волны. Такое значение Vs/Vр до сих пор нигде не встречено (Молотова, Васильев, 1960). Известно также, что на расстояниях, превышающих длину волны, интенсивность обменной волны в лучшем случае может быть равна интенсивности чисто продольной волны (Горбатова, 1957). Следовательно, если бы волна t₂была волной типа P₁S₂P₁ интенсивность ее была бы меньше интенсивности волны P₁Р₂P₁ (t₁).

Таким образом, можно констатировать, что в условиях, близких к описанным, сейсмические наблюдения позволяют выделять и прослеживать волну P₁R₂P_1. Использование этой волны позволяет уточнить данные, получаемые при обработке годографов продольных преломленных волн, и обеспечить дополнительную и в некоторых случаях существенную информацию об упругих свойствах кристаллического основания. Пример такого рода представлен на рис. 6. где даны результаты определения глубин и коэффициента Пуассона на одном участке.

Использование волны P₁R₂P₁ представляет особый интерес, прежде всего, из-за принципиальной возможности получения информации об упругих константах горных пород, перекрытых наносами малой мощности. Кроме того, наблюдения этой волны позволяют осуществить независимые определения глубин, что повышает точность и достоверность сейсмических разрезов.

Результаты проведенного исследования обосновывают рекомендацию по использованию волны P₁R₂P₁ во всех случаях решения задач инженерной геологии сейсмическими методами.

Л и т е р а т у р а

Берзон И. С., Ратникова Л. И., Рац-Хизгия М. И. Сейсмические обменные отраженные волны. М., 1965.

Васильев Ю. И. Изучение обменных преломленных волн при сейсмической разведке. Изв. АН СССР, сер. геофиз. № 3, 1957.

Горбатова В. П. Об интенсивностях некоторых типов обменных головных волн. Вопр. динамической теории распространения сейсмических волн, 2-е изд. ЛГУ, 1959.

Дерягин Б. В. Затухание сейсмических и акустических волн и его зависимость от частоты. Журнал геофизики № 3-4. 1931.

Косминская И. П. Амплитудные кривые и годографы фаз сейсмических волн на свободной границе полупространства. Изв. АН СССР, сер. геофиз. № 1. 1956.

Молотова Л. В., Васильев Ю. И. О величине отношения скоростей продольных и поперечных волн в горных породах. Изв. АН СССР, сер. геофиз. № 8. 1960.

Огурцов К. И., Бурова А. В. Об интенсивностях прямых продольных и поперечных волн, распространяющихся на границе полупространства. Изв. АН СССР, сер. геофиз. № 2, 1958.

Поступила

4/VII 1968