Физически основи на типовете вълни на сеизмично изследване, отражение и пречупване, тип криви на времето за пътуване
Има два вида деформация - еластична (когато тялото се възстановява след отстраняване на силите) и нееластична (пластилин). Еластичните деформации под формата на сеизмични вълни се разпространяват от сеизмичния източник във всички посоки. Те могат да се считат еластични навсякъде, с изключение на зоната в близост до източника, където деформациите надвишават силата на скалите. Скоростта на разпределение на вълните се определя от еластичността и плътността на скалите. Има две групи вълни: обемна (разпределени в целия обем) и повърхностни (улавяне само на слоя близо до свободната повърхност) (сеизмичен удар 1, страница 20, фиг. 6).
Телесни вълни, 2 вида: - компресионни вълни или надлъжни (P), при които едноосните деформации на опън или компресия са ориентирани по посока на разпространението; - срязващи вълни или напречни (S), създаващи чисти деформации на срязване, перпендикулярни на посоката на тяхното разпространение. Разпределение на сеизмичните вълни въз основа на принципа на Хюйгенс-Ферма. Принцип на Хюйгенс- всяка точка на вълновото поле може да се приеме като точков източник на трептене - центърът на вторичните вълни. Обвивката на тези вторични вълни показва позицията на фронта на вълната (камъче във вода). Този принцип дава възможност да се определи положението на фронтовете на вълните в среда с произволно разпределение на скоростта V (x, y, z) по всяко време, ако е дадено положението на фронта Q0 в момента t0. Аналитичният израз на принципа на Хюйгенс е диференциалното уравнение на Хамилтън. 1/V 2 (x, y, z) = (δt/δx) 2 + (δt/δy) 2 + (δt/δz) 2. Това е уравнението на времевото поле. Функция t (x, y, z), удовлетворяваща дадено уравнение за частични диференциали в област с дадена граница и начални условия, се нарича функция на полето във времето. При фиксирано време t = const, той определя изохрона на предадената вълна или положението на повърхността на вълната в пространството. Принципът на Ферма - твърди, че действителният път на разпространение на вълна от една точка до друга е такъв, за който отнема минимално време в сравнение с всеки друг възможен път между тези точки. Това показва, че в хомогенна среда времето за движение на вълната ще бъде минимално, ако се разпространява по лъч, свързващ две точки в права линия. Важно в геометричната сеизмична е принцип на реципрочност, според която времето за разпространение на вълните от една точка в друга няма да се промени, ако източникът и приемникът са обърнати. Този принцип е основен при свързването ходографи (това е зависимостта от времето на пристигане на вълната от разстоянието на нейния път) в реципрочни точки (за по-подробно описание на ходографи вижте методологията за сеизмично проучване).
Еластичните вълни, разпространяващи се в среда, се изпитват на границите отражение и пречупване). Законът на отражението и пречупването за изотропните среди:
- падащите, отразените и пречупените лъчи лежат в една и съща равнина;
- ъгълът на падане α, отраженията γ и пречупванията β са свързани със съотношението на Snell: sinαp/Vp1 = sinαs/Vs1 = sinγp/Vp1 = sinγs/Vs1 = sinβp/Vp2 = sinβs/Vs2.
Когато плоска вълна падне върху границата между две среди, се образуват 4 вторични равнинни вълни от различен тип - надлъжни и напречни. Нека наречем вторични вълни, равни на първоначалните (падащи) вълни и преобразувани вторични вълни, които се различават от падащите (PS и SP), монотипни. Общата енергия на отразените и пречупените вълни е равна на енергията на падащата вълна. Продукт на плътността на скалите от скоростта на разпространението на еластични вълни в тях наречен характеристичен импеданс или акустична твърдост. Количеството енергия, предадено на отразените и пречупените вълни, се определя от разликата в акустичната коравина ρV на скалите от двете страни на границата. Коефициент на отражение Съотношението на амплитудите на вълните, отразени от границата на равнината, в амплитудата на падащата вълна: χref (PP) = app/ap = (ρ1V1-ρ2V2)/(ρ1V1 + ρ2V2). Индекс на пречупване Съотношението на амплитудите на вълните, преминаващи през границата, към амплитудата на падащата вълна, която ги е възбудила: χref (РР) = ars/ap = 2ρ1V1/(ρ1V1 + ρ2V2). Коефициентите на отражение и пречупване са свързани чрез съотношението: χref + χref = 1.
Когато ъгълът на падане стане равен на критичния (ipp), глава вълна (критично пречупен) (страница 28, фигура 9). Ъгълът се нарича критичен общо вътрешно отражение: sin ipp = V1/V2. Ако V2> V1, тогава има главна вълна. Преминаването на главната вълна по границата между слоевете създава смущение в горния слой, разпространявайки се със скоростта V2. По този начин, главната вълна се разпространява със скорост V2, надвишаваща скоростта на сеизмичните вълни V1 за този слой. Поради вълната на главата, сеизмичната енергия след пречупване в подлежащия слой се връща на дневната повърхност. С малка разлика във импедансите на вълната се образува вълна с малка амплитуда и границата е слаба.
Пречупени вълни: в градиентна среда, поради непрекъсната промяна на скоростите, лъчът претърпява непрекъснато пречупване и вълната се разпространява по извита траектория. При положителен градиент δV/δz> 0 кривата има издутина надолу и вълната достига дневната повърхност (стр. 29, фиг. 29, сеизмична 1). максималната точка на потапяне е точката на въртене. Вълна с извита траектория е пречупена вълна.