Презентация - Физические и геологические основы сейсморазведки

Тема 2. Физические и геологические основы сейсморазведки Сейсмические волны в безграничной среде

Общие понятия Однородное безграничное пространство - это наиболее простая модель среды, облегчающая рассмотрение основных исходных положений теории распространения сейсмических волн. Для практических целей эта модель среды мало пригодна, поскольку в реальной среде всегда присутствуют сейсмические границы. Сейсмические волны, распространяющиеся в горных породах, представляют собой колебания, возбуждаемые взрывами и невзрывными источниками. Как физические тела горные породы будем рассматривать в виде непрерывной совокупности отдельных частичек - сплошные среды с макроструктурой. В таком случае процессы, происходящие в горных породах, можно описывать законами классической механики.

Напряжения и деформации

Упругие деформации.

Компоненты вектора смещений в точке Q в скалярной форме (разложение Тейлора) Если смещения очень малые, то можно пренебречь членами, представляющими производные выше первого порядка, и произведениями производных.

Рисунок поясняющий смысл 9 входящих в разложение частных производных

Выводы по анализу рисунка

5. деформация определяется как относительное изменение размеров или формы тела; 6. величины ди/дх и дv/ду являются относительными увеличениями длины в направлениях осей х и у, и их называют нормальными деформациями; 7. сумма дv/дх + ди/ду представляет собой величину, на которую уменьшается прямой угол в плоскости ху, когда к телу приложены напряжения, т. е. она является мерой изменения формы тела. 8. Величина 1/2(дv/дх + ди/ду) обозначаемая символом eху и называется сдвиговой деформацией. 9. Разность дv/дх - ди/ду, которая определяет вращение тела около оси не характеризует изменений размеров или формы и, следовательно, не является деформацией.

Нормальные и сдвиговые деформации

Упругие напряжения

Компоненты напряжений

Закон Гука

Упругие константы (модули)

Модулем Юнга Е называется коэффициент, который характеризует сопротивление горной породы растяжению или сжатию, например, Е = рхх/ехх, где рхх - нормальное напряжение, возникающее при растяжении (сжатии); ехх - относительное растяжение (сжатие) по оси х, вызванное этим напряжением. Коэффициент Пуассона равен отношению относительного сжатия к относительному растяжению, например, σ = еyy/exx где ехх - относительное растяжение по оси х; еуу - относительное сжатие по оси у. Модуль сдвига μ характеризует сопротивление горной породы изменению формы при деформации, например, μ = рxy/еху, где рху - касательное напряжение, направленное вдоль оси у; еху угол сдвига грани параллелепипеда относительно оси х. Модуль Юнга Е для осадочных пород составляет (0,03 - 9) 10-10 н/м2, для кристаллических пород - (3 - 16)1010 н/м2; коэффициент Пуассона σ для осадочных пород равен 0,18 - 0,50, для кристаллических пород 0,19 - 0,38; модуль сдвига μ составляет примерно половину модуля Юнга.

Упругие волны в изотропных средах

Волновое уравнение

Продольные и поперечные волны

Продольная волна

Поперечная волна

Характер деформаций упругой среды при распространении сейсмической волны: а - продольной Р; б - поперечной S

Особенности распространения сейсмических волн

Сферические продольные волны

Идеальный излучатель продольных волн - пульсирующая сфера

Изображение продольной волны: Волновой процесс изображают в пространстве или во времени с помощью графиков профиля волны (а) или записи волны (б)

Геометрическое расхождение фронта волны

Профиль волны – up(r) показывает для фиксированного момента времени (t = const) зависимость величины смещения частиц среды от их расстояния до источника

Запись волны (трасса) up(t) показывает для фиксированной точки (r = const) , зависимость величины ее смещения от времени

Плоские волны

Основные принципы (постулаты) теории распространения сейсмических волн

Принцип Гюйгенса-Френеля

Принцип Гюйгенса используется для определения положения фронта волн в разные моменты времени.

Зоны Френеля - плоские волны

Принцип Ферма

Геометрическая сейсмика

Тема 2. Физические и геологические основы сейсморазведки Сейсмические волны в неоднородных средах

Общие понятия

Отражение и преломление (прохождение) плоских волн на плоской границе раздела двух сред.

Закон Снеллиуса

Закон кажущихся скоростей (закон Бенндорфа)

Уравнения Кнотта – Цепприца

Технологии AVO

Нормальное падение плоской волны на плоскую границу раздела двух сред

Нормальное падение – это частный случай

Преломленные (головные) волны

Пространственное изображение фронта головной волны с источником в точке А

Поверхностные сейсмические волны

Зависимость компонент смещения и траектории колебаний частиц от глубины и распространение волны в объеме цилиндрического слоя

Полевая сейсмограмма 1 - поверхностные волн релеевского типа 2 – отраженные волны

Сейсмические волны в средах с несколькими границами Упругий слой на полупространстве а – однократные и многократные волны; б – отраженно – преломленные волны

Многослойная среда - толстые слои

Многослойная среда, тонкие слои.

Общие сведения о скоростях распространения упругих волн

Влияние условий залегания горных пород

Модели геологических сред

Сейсмические границы

Интегральные характеристики сейсмических сред

Пример вычисления средней скорости

Сейсмогеологические условия