МПВ является основным методом при проектировании инженерных сооружений и разведке грунтовых вод. При инженерно-геологических изысканиях МПВ в комплексе с сейсмоакустическими методами широко применяют для изучения упругих и деформационных свойств разреза.

На базе МПВ создана методика глубинного сейсмического зондирования (ГС3). Объекты исследования МПВ и ГСЗ частично перекрываются; общей является верхняя часть кристаллического фундамента. Однако МПВ обеспечивает большую детальность и точность исследования этой части разреза, чем ГСЗ.

При решении многих методических и геологических задач целесообразно комплексировать МПВ с МОВ, сейсмическими исследованиями в скважинах, акустическим каротажем (АК) и другими геофизическими методами. Так, комплексирование МПВ с АК и ВСП позволяет однозначно определять природу регистрируемых волн, осуществлять их привязку к разрезу, повышать точность интерпретации.

МПВ дает наиболее надежную информацию о глубине фундамента и поэтому может являться основой для интерпретации данных других методов разведочной геофизики.

Теоретическая часть

Общий обзор методов обработки данных МПВ

Ввод поправок в данные МПВ

Данные метода преломленных волн необходимо скорректировать за изменения рельефа и за зону малых скоростей таким же образом, как и в методе отраженных волн. Методы коррекции в основном те же самые, только сейсмоприемники зачастую расположены слишком далеко от пункта взрыва, чтобы регистрировать волну, преломленную в подошве ЗМС, и поэтому вдоль большей части профиля данные о ЗМС могут отсутствовать. Специально для получения информации о преломлении в подошве ЗМС можно провести дополнительные взрывы.

Рис. 1. Редуцированный временной разрез МПВ. [С разрешения «Петти-Рей джеофизикал»] а — обычный разрез МПВ; б — разрез, редуцированный при скорости 5469 м/с с целью подчеркнуть оси синфазности высокоскоростных волн (вверху) и редуцированный при скорости 2735 м/с (внизу). Вычитание x/VR облегчает разделение осей синфазности и упрощает корреляцию волн.

Если имеется полная система профилей МПВ от нулевого удаления до очень больших расстояний, перезапись данных с различными характеристиками фильтров и с автоматической регулировкой усиления (АРУ) позволяет прокоррелировать между собой оси синфазности отраженных и преломленных волн, давая таким образом дополнительную информацию для интерпретации волн обоих типов. Часто наиболее сильные отраженные волны не соответствуют наиболее сильным преломленным волнам.

Другим полезным способом представления данных МПВ является изображение результатов в виде редуцированных разрезов МПВ (рис. 1), когда времена вступлений сдвигают на величину x/Vr, где х — удаление приемника, Vr— величина, близкая к граничной скорости. Если Vr было бы в точности равно граничной скорости, то остаточные времена равнялись бы временам запаздывания и рельеф на редуцированном разрезе МПВ соответствовал бы рельефу преломляющей границы (хотя и смещен относительно последнего по горизонтали). Однако, даже если Vr только приблизительно равно граничной скорости, использование редуцированных разрезов значительно улучшает прослеживаемость осей преломленных волн, особенно в последующих вступлениях.

Методы временного запаздывания

а) Времена запаздывания. Понятие времени запаздывания, введенное Гарднером, широко используется в стандартной интерпретации данных МПВ главным образом благодаря тому, что многочисленные алгоритмы, основанные на использовании времен запаздывания, дают довольно точные результаты. Если принять, что времена вступления преломленной волны уже исправлены за рельеф и ЗМС, то время запаздывания, относящееся к траектории SMNG на рис. 2, представляет собой наблюдаемое время вступления преломленной волны в точку G (tg) минус время, затраченное волной на прохождение пути от точки Р до точки Q (проекция траектории на преломляющую границу) со скоростью V2. Обозначив время запаздывания буквой d, запишем

(1)

где dS и dg называют временами запаздывания впункте взрыва и в пункте приема соответственно, поскольку они связаны с участками траектории, идущими вниз от источника и вверх к приемнику.

Приближенное значение d найдем, приняв, что наклон границы достаточно мал и отрезок PQ приблизительно равен удалению сейсмоприемника х. В этом случае

(2)

При наклоне границы менее 10° это соотношение дает удовлетворительную точность результатов для решения большинства задач. Если подставить значение tg, то становится ясно, что d равно t0 только в случае горизонтальной границы.

Рис. 2. Иллюстрация к понятию времени запаздывания.

В литературе описано много способов интерпретации, использующих время запаздывания. Например, такие способы предложены Гарднером, Бартелмсом, Таррантом, Виробеком, Барри. Рассмотрим только три последних. Методы, описанные Виробеком и Таррантом, подходят для одиночных годографов, метод Барри дает наилучшие результаты в случае встречных годографов.

б) Метод Барри. Схема, описанная Барри, подобно многим, основанным на временах запаздывания, требует разложения полного времени запаздывания d на составляющие члены dS и dg. На рис. 3 изображен приемник R, который регистрирует колебания от источников A и В. Луч BN отражается под критическим углом; следовательно, Q — первый приемник, который зарегистрирует головную волну, порожденную источником В. Пусть dам — время запаздывания в пункте взрыва A, dnq и dPR — времена запаздывания в пунктах приема Q и R, a daq и dar — полные времена запаздывания для траекторий AMNQ и AMPR

Тогда

Время запаздывания в пункте взрыва В dBN, в случае если наклон границы мал, приблизительно равно времени запаздывания в пункте приема Q dNQ. Следовательно,

.

Времена запаздывания в пунктах приема теперь можно записать в следующем виде:

(3)

Таким образом, время запаздывания в пункте приема R можно получить, если имеются данные для двух пунктов взрыва

Рис. 3. Определение времен запаздывания в пункте взрыва и пункте приема.

с одной стороны от приемной расстановки и можно найти точку Q. Если принять, что вблизи N граница горизонтальна и находится на глубине hN, можно записать

(4)

(5)

Принимаем, что время запаздывания dbn равно половине t0 в точке В; это позволяет рассчитать приближенное значение BQ и определить таким образом времена запаздывания для всех сейсмоприемников вправо от Q, которые зарегистрировали колебания, возбужденные в точках А и В.