VII.3. Спектрально - сейсморазведочное профилирование (ССП)
Многослойная среда осадочного чехла по акустическим свойствам представляет собой совокупность слоев - резонаторов. Основу спектрально - сейсморазведочного профилирования составляет тот факт, что информация о толщинах (мощностях) этих слоев, о наличии в них разного рода неоднородностей и о характере границ между ними содержится в спектре отклика этого массива на ударное воздействие.
Вместе с тем, при разработке метода ССП казался весьма сложным следующий вопрос. Если в точке исследования присутствует множество породных слоев (а так оно обычно и бывает), то при ударном воздействии на поверхность земной толщи возникнет множество гармонических составляющих. Вопрос в том, как, в какой очередности расположить выявленные по спектру отклика породные слои различных толщин. Задача разрешилась сама собой при первом же измерении на слоистом массиве. Это проиллюстрировано на рис.VII.1.
На рис. VII.1. показан мысленно сконструированный объект, представляющий собой совокупность из трех свободно лежащих одна на другой плоскопараллельных бесконечно протяженных структур, материал которых одинаков, и характеризуется значением Vsh=2500 м/с, что близко к значению скорости сдвиговых колебаний в осадочных породах.
Рис. VII.1
Граница между слоями h2 и h3 (проведена жирной линией) отличается от двух других тем, что между этими слоями - смазка. Слой h3 лежит на безграничном массиве из того же материала.
При нанесении удара по поверхности такой структуры собственные упругие колебания возникнут во всех трех слоях h1, h2 и h3, а также в составных структурах (h1+h2), (h1+h2+h3) и (h2+h3) на частотах, соответствующих всем этим мощностям.
Наша задача - научиться по спектральному изображению сейсмосигнала получать информацию о строении изучаемого массива.
Обилие возникающих в многослойных средах собственных колебательных процессов, казалось бы, должно было бы эту задачу усложнить. Однако оказалось, что, несмотря на то, что все эти собственные колебания действительно возникают, сейсмоприемник, установленный на поверхности массива, воспримет собственные колебания лишь тех структур, которых он касается. А именно, h1, h12 и h123. Собственных колебательных процессов слоев - резонаторов, не касающихся сейсмоприемника, зафиксировано не будет. То есть оказалось, что канализация вдоль слоев-резонаторов идет без просачивания собственных упругих волн в соседствующие с ними структуры.
Это упрощает решение задачи и позволяет получать разрез многослойной среды непосредственно по спектрограмме сейсмосигнала, которая в данном случае будет иметь вид, подобный приведенной на рис.VII.2.
Рис. VII.2
Спектрограмма синтезирована с учетом приведенного выше описания трехслойной среды, и имеет две оси абсцисс: слева направо - ось частот f, а справа налево - ось мощностей h, соотносящихся между собой в соответствии с величиной скорости Vсдв. Ось ординат проградуирована в значениях Q (см. параграф VI.8). Каждая из структур характеризуется своим значением Q. Наибольшее значение имеет Q, соответствующая структуре h12, что является следствием наличия смазки между слоями h2 и h3. Кроме того, видно, что экстремум, соответствующий структуре h1, несколько больше, чем h123. Так может быть потому, например, что по нижней границе прижим, определяемый собственным весом, больше, чем по границе верхней.
На практике, в природе, таких резких, отчетливых, плоскопараллельных границ не бывает. Наличие в земной толще разного рода включений, выклинивания, нарушения разрывного типа - все это приводит к тому, что для повышения информативности спектрально - акустических измерений необходимо выполнять не одно измерение, а вести как бы профиль, повторяя измерения через определенный шаг. При этом совокупность спектрограмм образует рисунок, содержащий информацию об исследуемом массиве.
Такое исследование называется спектрально - сейсморазведочным профилированием (ССП). Рисунок же, который получается при этом, называется ССП-разрезом.
Для примера, рассмотрим результат профилирования, осуществленного под Выборгом, в городе Советск. Полученный при этом ССП-разрез изображен на рис.VII.3.
Рис. VII.3
Измерения производились в Выборгском р-не Ленинградской обл., где мощность осадочного чехла не превышает 50м, а в ряде случаев, кристаллический фундамент (гранит) выходит на поверхность. Максимальная глубинность обследования была ограничена 100 метрами. Профилирование осуществлялось с шагом (расстоянием между точками измерения) 1м.
На рис. VII.3,а ССП-разрез дан в неискаженном виде, когда вертикальный и горизонтальный масштабы одинаковы. Как правило, для того, чтобы рассмотреть детали разреза, приходится разрез искажать, как это сделано на рис VII.3,б, где отношение масштабов 1:3.
На участке профиля 0 - 7 м глубина залегания гранита составляет примерно 25 м, а на участке 19 - 28 м - примерно 30 - 35 м. Участок профиля 8 - 18 м очень интересен, так как представляет собой классическое тектоническое разрывное нарушение.
Левое, поднятое крыло нарушения на участке 9 - 12 м ограничено субвертикальной поверхностью сместителя, а участок 13 - 18 м, отделяющий сместитель от правого крыла, не содержит четко выраженных поверхностей, поскольку представляет собой зону дробления.
Здесь очень важно отметить, что выявление отдельных геологических объектов на ССП-разрезах осуществляется путем наблюдения рисунка, образованного совокупностью множества отдельных спектральных изображений сейсмосигналов, и наличие или отсутствия границы на отдельно взятом единичном изображении практически не несет информации.
Отметим, что в таком явном и наглядном виде тектонические нарушения, не выходящие на поверхность, нельзя увидеть никаким другим геофизическим методом. Как показало применение метода ССП, зоны тектонических нарушений имеют большое количество самых неожиданных свойств, что будет рассмотрено в главе VIII.
