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 tколеблется 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

aP/aR = 0,255                    aP/aS = 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 P1R2P1. 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 

Вернуться на главную страничку