|
Благоприятны для применения МПВ горизонтально-слоистые среды
с небольшим числом слоев, характеризующихся большой дифференциацией по
скоростям. Скорость в слое, представляющем интерес для разведки, должна быть
больше, чем во всех вышележащих (толстых) слоях, а преломленная волна,
соответствующая этому слою, должна прослеживаться преимущественно в первых
вступлениях, где выделение волн и определение их параметров осуществляется с
большей точностью. Для применения МПВ следует предварительно изучить среду по
распределению скорости в покрывающей толще, так как зависимость v (Н) в МПВ
определяется с малой точностью.
Усовершенствованная модификация МПВ - корреляционный метод
преломленных волн (КМПВ) - был предложен в СССР в конце 30-х годов группой
геофизиков под руководством академика Г. А. Гамбурцева. Этот метод основан на
прослеживании головных волн не только в области первых, но и в области
последующих вступлений на основе фазовой корреляции. Наблюдения в КМПВ проводят
начиная от пункта взрыва до удалений порядка 10-кратной глубины залегания
изучаемой преломляющей границы. При исследовании малых глубин используют
частоты 30-100 Гц. Глубины до 2 - 4 км изучают на частотах 30 - 60 Гц. Большие
глубины (более 5 км) изучают на частотах до 10 - 20 Гц. В последнем случае
данную модификацию сейсморазведки называют глубинным сейсмическим зондированием
на преломленных волнах - ГСЗ-МПВ. Глубинное сейсмическое зондирование находит
широкое применение при исследовании глубинной структуры земной коры и верхней
мантии на морях и океанах.
Глубинное сейсмическое зондирование на море проводится обычно
методом передвижных возбудителей сейсмических волн и неподвижных регистрирующих
станций. Многоканальные наблюдения при этом заменяются возбуждениями в
различных точках профиля, а неподвижный пункт возбуждения заменяется
неподвижной одноканальной регистрирующей станцией. На корабле, принимающем
сейсмические волны, используются 1-2 гидрофона, которые дают запись практически
в одной точке. Гидрофоны погружают на глубину 50-70 м и специальными мерами
отвязывают их от поверхности воды.
Наиболее типичные особенности технологии морских работ
МПВ-ГСЗ следующие:
1. При отработке профиля имеют место многоразовые циркуляции
(повторные заходы) судна с источником при одной и той же расстановке донных регистраторов
(ДР). Наличие циркуляции приводит к повторной регистрации записей при
одинаковом положении источника. Эти записи должны быть исключены. Их устранение
осуществляется путем идентификации всех трасс с соответствующими пунктами
возбуждения по журналам сменных рапортов операторов и данным навигации.
2. За время отработки расстановки происходит расхождение
времени между часами ДР и опорного спутникового времени (уход часов ДР). Учет
ухода часов требует ввода соответствующих временных поправок во все трассы
каждого зондирования на основе результатов поверки ДР перед постановкой и после
его подъема.
3. Отработка профиля или его части может проходить в разных
направлениях движения источника: совпадающем с направлением профиля или противоположном
ему. Для приведения данных в соответствие с географической ориентацией профиля
требуется дополнительная сортировка трасс.
4. Изменение скорости движения судна с источником приводит к
неравномерному шагу между трассами. Это создает погрешности при вводе
кинематических поправок в процессе построения динамического разреза, что
требует их дополнительного анализа и учета.[11]
До не столь давнего времени бурение позволяло получать пробы
пород только из верхних 500 м твердой коры океанов под осадками. Знания о более
глубоких слоях коры основаны главным образом на результатах зондирования
методом преломленных волн и сопоставлении определенных при этом сейсмических
скоростей с данными лабораторных измерений в образцах предполагаемых аналогов
пород изучаемых разрезов. Было установлено, во-первых, что океаническая земная
кора значительно тоньше, чем континентальная, а во-вторых, что она состоит из
нескольких, четко различающихся слоев, исключительно однородных в пределах
всего Мирового океана. Из этих данных к середине 60-х гг. была выведена
удивительно ясная картина океанической коры. Усовершенствование приборов и
способов интерпретации данных позволило в дальнейшем получать с помощью метода
преломленных волн гораздо более детальную информацию об океанической земной
коре. В результате выяснилось, что она совсем не такая однородная, как думали
раньше. Метод преломленных волн стал в итоге одним из важнейших в морской
геофизике. В самом начале работ методом преломленных волн, когда о строении и
происхождении океанических впадин знали еще очень мало, одним из самых важных
вопросов, требовавших ответа, был состав слоя 2 (рис. 7). Исследования методом
отраженных волн в сочетании с отбором проб поршневыми трубками показали, что
слой 1 состоит из осадков. Но измеренные сейсмические скорости слоя 2 можно
было отнести как к вулканическим породам базальтового состава, так и к сильно
консолидированным осадкам. Если бы слой 2 состоял из древних консолидированных
осадков, то подтвердилась бы гипотеза перманентности и древности океанических
впадин. Если же там залегают вулканические породы, перекрытые относительно
молодыми неконсолидированными осадками, то океаны должны быть молодыми.
Сейсмические исследования методом преломленных волн приобрели в этой связи
первостепенное значение.
В основу метода преломленных волн положены законы преломления
звуковых волн на границе слоев разной плотности. Преломленные волны продолжают
поступать от непрерывной границы к приемнику до тех пор, пока вся их энергия не
будет израсходована (рис. 8). На любом фиксированном расстоянии от точки взрыва
первым приходит к приемнику сигнал, относящийся к волне, прошедшей через среду
с наибольшей сейсмической скоростью. Последующие сигналы представляют волны,
прошедшие через слои со все убывающими скоростями. Чтобы распознать слои земной
коры по поведению преломленных волн, нужно принимать поступающие сигналы в
нескольких точках на разном удалении от точки взрыва. Работы с преломленными
волнами на ранних стадиях морских сейсмических исследований проводились либо с
двух, либо с одного судна.
Рис.13 Схема работы с радиобуем. 1. После погружения радиобуя
в воду 1) поднимается антенна 2) опускаются гидрофоны 3) включаются батареи.
[4]
В двухсудовом варианте одно (приемное) судно стоит на месте,
а другое удаляется от него, производя взрывы через определенные промежутки
времени. Мощность источника по мере удаления увеличиваются. В большинстве таких
экспериментов максимальное удаление судов достигало 100 км. Волны, поступающие
от самых глубоких слоев, регистрируются первыми, так как они движутся с
наибольшей скоростью. Ввиду дороговизны и сложности двухсудового метода был
разработан односудовой вариант с использованием для регистрации автономных
радиобуев. К радиобую подвешивается один заменяемый гидрофон, опущенный на
глубину от 20 до 40 м от поверхности воды. Радиобуй, энергопитание которого
обеспечивается батареей, действующей за счет реакции с морской водой, передает
на судно принятые гидрофоном сигналы. Судно, удаляясь от буя, производит
«выстрелы» айрганом. В начале работ буй размещают от судна на расстоянии,
достаточном для приема прямых и преломленных волн, идущих под большими углами.
Радиобуй, таким образом, действует как принимающее судно в двухсудовом
варианте. Полученные данные позволяют рассчитать распределение сейсмических
скоростей по глубине в толще осадков, скорости преломленных волн и их
градиенты. В конце 60-х и начале 70-х гг. в сейсмическую методику было внесено
два существенных усовершенствования, позволившие уточнить наши представления об
океанической земной коре: айрганы, производящие не одиночные, а многократные
возбуждения, и донные сейсмографы. Донные сейсмографы разных типов служат для
приема сейсмических сигналов, посылаемых с надводного судна. Они опускаются на
дно путем свободного падения. Всплытие обеспечивается с помощью либо реле
времени, либо акустического размыкателя. Для регистрации сейсмических сигналов
внутрь корпуса сейсмографа помещают приемное устройство и магнитофон.
Важнейшими преимуществами донных сейсмографов являются строгая фиксация точки
приема и прием в условиях тишины. В результате зондирования методом
преломленных волн к началу 60-х гг. были выявлены основные черты строения
океанической земной коры. Установлено, что кора над мантией состоит из трех
основных слоев, характеризующихся следующими средними величинами сейсмических
скоростей:
Слой 1 (осадочный), мощность обычно менее 500 м
Слой 2 5,07 + 0,63 км/с, мощность 1,17 + 0,75 км
Слой 3 6,69 + 0,26 км/с, мощность 4,86 + 1,42 км
Мантия 8,13 + 0,24 км/с
Слой 3 отделен от мантии разделом Мохоровичича, расположенным
в океанах на глубине всего 6-7 км от дна, тогда как на континентах глубина
раздела Мохоровичича около 40 км. Для суждения о составе пород разных слоев
коры сейсмические скорости, определенные методом преломленных волн, были
сопоставлены с данными измерения скоростей звука в образцах керна
глубоководного бурения, в образцах, драгированных с подводных обнажений, и в
породах офиолитовой серии.[3] [2]
Рис. 14 Пути
прохождения волн через слои при расстоянии между источником и приемником
звуковых сигналов 30 км. [3]
Глава.5 Аппаратура, применяемая при исследованиях на море
Выполнение морских сейсморазведочных работ требует применения
специализированных морских судов, способных достаточно комфортно обеспечивать
размещение всей необходимой аппаратуры и оборудования и устойчивое буксирование
приемных кос.
Сейсмические исследовательские суда должны удовлетворять
следующему ряду требований:
- удобное размещение комплекса сейсморазведочной
аппаратуры и оборудования;
- достаточно комфортное размещение 12-25 членов
исследовательской команды;
- обеспечивать относительно низкую сейсмоакустическую
шумность буксировки сейсмических кос в рабочем диапазоне скоростей 7-12 км/ч.
- иметь специальное радионавигационное оборудование
для уверенного ведения судна по запроектированной системе сейсмических
профилей;
- обладать достаточной автономностью плавания (30 - 60
суток).
Рис.15 Судно, оборудованное для
морских исследований. На большой лебедке, укрепленной на кормовой палубе,
намотана сейсмическая коса длиной 3—4 км; остальная часть палубы занята
компрессорами, подающими сжатый воздух в пневмопушки. Закрытая часть на уровне
этой палубы содержит мастерские, лаборатории и камбуз; на уровне верхней палубы
находятся кают-компании и каюты для персонала экспедиции. Имеются разнообразные
антенны для спутников и радионавигации, связи с берегом и радиобуями и т. д.
Судно может оставаться в море примерно в течение месяца.[4]
5.1 Источники упругих колебаний
Основным типом источников сейсмических колебаний при морских
работах в настоящее время являются пневматические излучатели, которые чаще
всего называют воздушными пушками (airgun). Пневматический излучатель (рис.16)
представляет собой металлический цилиндр с основной (1) и вспомогательной (2)
камерами, подвижным поршнем с двумя рабочими поверхностями и штоками (3),
системой боковых отверстий в стенках цилиндра для выхлопа сжатого воздуха в
воду (4), воздушным краном с соленоидальным приводом (5) и соединительных
коммуникаций. В основную камеру (1) воздух высокого давления попадает,
последовательно проходя вспомогательную камеру (2) и отверстие в штоке поршня.
После достижения рабочего давления подается импульс в соленоидальный привод,
который быстро открывает доступ воздуха высокого давления в подпоршневое
пространство верхней части излучателя, в результате чего весь поршень начинает
двигаться вверх, тем самым открывая доступ воздуха, имеющегося в основной
камере, в воду. В результате быстрого выхлопа (выхода) в воду воздуха высокого
давления производится эффект рабочего давления (до 130 - 150 бар), источник
готов к работе. По команде из сейсмостанции поступает электрический сигнал для
возбуждения упругих волн.
Рис.16 Принципиальная схема воздушной пушки в поперечном
разрезе: 1- основная камера; 2 - вспомогательная камера; 3 - шток с двумя
поршнями; 4 - отверстия для выхлопа газа; 5 -соленоидальный клапан[2]
Продолжающееся поступление из схемы питания сжатого воздуха
вызывает повторное заполнение источника системы воздухом. Через некоторое время
- в зависимости от объема камер и производительности компрессоров высокого
давления - источник может быть готов к производству следующего выхлопа.
Практически время повторной готовности составляет 6 - 10 с. Интенсивность
сейсмического воздействия и форма возбуждаемого сигнала такого источника
зависят как от типа конструкции источника и глубины его погружения, так и,
главным образом, от объема рабочей камеры. Реальные источники имеют объемы от
0,2 до 33 л. Выхлоп воздуха высокого давления производит первичный сейсмический
импульс. Взрыв и подобное высвобождение воздуха длятся 1-4 мс, а весь интервал
разгрузки занимает 25-40 мс. К сожалению, сформировавшийся в момент выхлопа
воздуха в воду воздушный пузырь через некоторое время схлопывается, тем самым
вызывая второй сейсмический импульс. Это в свою очередь порождает
дополнительны, сейсмические волны, которые сильно осложняют анализируемое
волновое поле. Поэтому для таких источников очень важно чтобы второй импульс
был как можно менее интенсивным в сравнении с первым. Среди комплекса мер,
которые обычно применяются для исключения влияний повторных ударов
схлопывающихся воздушных пузырей, наибольшим распространением пользуется группирование
источников различной емкости и выбор оптимальной глубины и буксирования. Этими
мерами обычно удается создать условия, при которых повторные сейсмические
эффекты ослабляются весьма значительно.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|
