Геологическое строение дна Мирового океана по сейсмическим данным (стр. 7 из 9)

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.