Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 | Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию Калининградский государственный университет В.В. Орлёнок Морская сейсмоакустика учебное пособие Калининград 1997 УДК 534.647 В.В. Орленок Морская сейсмоакустика. Учеб. пособие. Калининград. ун-т. - Калининград, 1997 - 150 с.

Излагаются основы волновой теории и лучевого приближения распространения звука в океане и мелком море. Рассмотрены различные задачи отражения и преломления сейсмических и звуковых волн в реальных геологических средах, имеющие большое прикладное значение. Критически проанализированы сейсмические данные о структуре земной коры под океанами и показана дискуссионность существующих представлений о ее принципиальном отличии от структуры коры континентов.

Теоретически обосновываются дистанционно-акустические методы определения скорости звука и акустического импеданса в морских осадках на ходу судна. Это позволяет получать оперативную информацию о физических свойствах грунтов без остановки судна и отбора проб. Приведены материалы их экспедиционной проверки в Атлантическом океане и модельных исследованиях.

Рассмотрены комплексные петрофизические модели морей и океана, полученные Калининградским университетом за последние 25 лет.

Книга рекомендуется в качестве учебного пособия студентам географических и геологических факультетов и может быть полезна океанологам и геофизикам.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Калининградского Государственного Университета.

Рецензенты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Краснов.

ВВЕДЕНИЕ 3 ГЛАВА I СЕЙСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ИЗУЧЕНИИ ЗЕМНОЙ КОРЫ ОКЕАНОВ 5 з1. Краткий очерк истории исследования 5 з2. Скорость звука в морской воде 10 Распределение скорости звука в океане 13 з3. Условия возбуждения и приема колебаний в океане 15 Физические основы распространения взрывного колебания в воде 16 Спектры взрыва 18 Невзрывные источники возбуждения з4. Методика морских сейсмоакустических исследований Метод ГСЗ Метод сейсмопрофилирования ГЛАВА II ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В МОРЕз1. Упругие свойства горных пород. Закон Гука. з2. Уравнение плоской волны. Анализ решения уравнения з3. Уравнение сферической волны. Анализ решения уравнения з4. Акустическое давление и колебательная скорость плоской волны з5. Акустическое давление и колебательная скорость сферической волны Комплексная форма записи основных соотношений плоской и сферической волны ГЛАВА III ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В МОРЕз1. Отражение звука поверхностью моря з2. Отражение и преломление звука дном моря з3. Отражение звука от дна моря при различных углах падения з4. Отражение звука от дна в мелком море з5. Нормальные волны в мелкой воде з6. Отражение звука от дна глубокого моря з7. Отражение звука от слоя донных осадков в океане ГЛАВА IV ЛУЧЕВАЯ ТЕОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В МОРЕ з1. Условия применимости лучевого приближения з2. Уравнение годографа отраженной волны з3. Уравнение годографа преломленной волны Годограф преломленной волны для многослойной среды Определение граничной скорости з4. Уравнение годографа рефрагированной волны з5. Критическая оценка данных о сейсмической структуре волн коры океанов. Сейсмическая модель перисферы ГЛАВА V ПЕТРОФИЗИКА ДНА ОКЕАНА з1. Уравнение состояния осадочного вещества з2. Петрофизика морских осадков Петрофизика донных осадков Балтийского моря Статистический анализ петрофизических параметров Петрофизика донных осадков Баренцева моря Петрофизика донных осадков шельфа Черного моря Петрофизика донных осадков Фареро-Шетландского желоба Петрофизика донных осадков Фареро-Исландского и Исландско-Гренландского порогов Петрофизика донных осадков Гренландской котловины з3. Петрофизика дна глубоководных котловин Атлантического океана Петрофизика осадочной толщи Атлантического океана по данным бурения Петрофизика верхней осадочной толщи 0Ц10 м Петрофизика верхней 100-метровой толщи осадков Физические свойства осадочного чехла Атлантического океана Петрофизическая модель осадочной толщи Петрофизическая модель акустического фундамента Регрессионный анализ петрофизических характеристик морских осадков ГЛАВА VI ДИСТАНЦИОННО-АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ЛИТОЛОГИИ МОРСКИХ ОСАДКОВ з1. Определение акустического импеданса, скорости звука и литологии по амплитудным коэффициентам отражения з2. Определение скорости звука и акустического импеданса по спектральным коэффициентам отражения Построение спектральной кривой и учет поглощения Экспериментальные вычисления скоростей по сейсмограммам МОВ з3. Определение скорости звука по критическому углу отражения з4. Определение амплитудного коэффициента поглощения продольных волн в океанических осадках ЛИТЕРАТУРА Введение Морская сейсмоакустика является основным методом исследования строения осадочной толщи и кристаллического фундамента земной коры морей и океанов. Пик активности в проведении сейсмоакустических работ в Мировом океане пришелся на 60Ц80-е годы текущего столетия. Именно в этот период был получен массовый материал о сейсмической структуре дна глубоководных котловин, подводных окраин континентов, срединно-океанических хребтов, на основе которого было сделано заключение о существовании особого УокеаническогоФ типа земной коры. Однако получаемые данные не всегда критически оценивались и зачастую без должных оснований интерпретировались в пользу господствовавших представлений об отсутствии под океанами УгранитногоФ слоя и сокращенной в 2Цраза в сравнении с континентальной мощности земной коры. Перед геологической наукой возникла проблема - дать надлежащее объяснение обнаруженному феномену. Обильная литература, множество гипотез и даже 600 глубоководных скважин УГломар ЧеленджерФ не дали окончательного разрешения этой проблемы и поныне. Геологи, географы, океанологи привыкли безоглядно верить геофизикам и всем их построениям. Однако в морской сейсмоакустике, равно как и в магнитометрии и гравиметрии имеются свои проблемы, нерешенные и дискуссионные вопросы, которые не позволяют в целом ряде случаев однозначно интерпретировать результаты измерений (Орленок. 1980, 1995).

Учебное пособие знакомит читателей с основами теории распространения сейсмических волн в океане, отражения и преломления их на границах раздела в твердой коре. Рассмотрены принципы интерпретации отраженных, преломленных и рефрагированных волн. Дан критический анализ сейсмической информации, на основании которой был выделен особый УокеаническийФ тип земной коры. Это позволяет начинающему исследователю творчески подходить к осмыслению геофизической информации и тем более к различным гипотезам, построенным на этой информации.

Приведены материалы натурных измерений петрофизической структуры морских осадков. Выявлены основные закономерности изменения различных физических характеристик осадочной толщи и их связь с литологией. Найденные зависимости позволили разработать методы дистанционно-акустической классификации донных отложений на ходу судна без его остановки для отбора проб грунта в реальном масштабе времени. Решение этой задачи имеет большое значение для изучения распространения подводного звука, картирования донных отложений, проведения инженерно-технических работ, для подводного флота.

Используемый в учебном пособии математический аппарат вполне доступен для понимания студентами геологических и географических факультетов, овладевших основами математического анализа, который, как правило, входит в обязательные дисциплины университетских программ.

Глава I Сейсмические методы в изучении земной коры океанов з1. Краткий очерк истории исследования Сейсмические методы вот уже более полувека являются главным и основным источником информации о глубинном строении земной коры морей и океанов.

Круг задач, которые стояли перед геофизиками в течение этого периода, постоянно менялся. Первые работы были направлены на изучение континентальных платформенных и осадочных структур в их океаническом продолжении. В дальнейшем, после установления существенной разницы в строении земной коры океанов и материков, сейсмические работы были направлены на установление различных типов океанической коры и выяснение связей между ее глубинной структурой и формой рельефа дна.

Первые сейсмические исследования были начаты в середине 30х годов под руководством Мориса Юинга (США) и ограничивались вначале мелководными участками атлантического шельфа и материкового склона к востоку от побережья Северной Америки.

В 1938 году аналогичные эксперименты под руководством Е.

Булларда (Англия) были поставлены по другую сторону океана в проливе Ла-Манш. Работы были организованы Отделением геодезии и геофизики Кембриджского университета. В обоих случаях использовалась обычная наземная техника сейсмической разведки с той лишь разницей, что сейсмографы предварительно герметизировались, а затем укладывались на дно. Полученные результаты позволили проследить строение и рельеф коренных пород, прикрытых чехлом более молодых осадочных отложений. Одновременно эти работы показали принципиальную возможность проведения сейсмических исследований в глубоководных участках дна океана, что в значительной степени заинтересовало многих геологов.

Начавшаяся в 1939 году Вторая мировая война прервала дальнейшее развитие морских сейсмических работ.

Начиная с 1946 года, сейсмические исследования морского дна были возобновлены. За рубежом измерения мощности осадочной толщи и строения земной коры вплоть до 1960 года производились, главным образом, двумя группами исследователей - университета в Вудс-Холле и Скриппсовского института (США) - с одной стороны, и учеными факультета геодезии и картографии Кембриджского университета (Англия) - с другой. Настоящий прогресс в этих работах начался после того, как нефтяными компаниями США были обнаружены колоссальные месторождения нефти и газа под шельфом Мексиканского залива в штате Техас. После этого правительства многих стран, главным образом, Атлантического побережья, провели большие ассигнования, направленные на развитие сейсмических исследований вблизи национальных берегов. Однако следует отметить, что еще к 1950 году геологическое строение дна океана практически не было известно.

Основной объем сейсмических исследований в Мировом океане был проведен советскими, американскими и английскими учеными.

При этом наиболее подробному изучению подверглись подводные окраины материков и прилегающие к ним участки глубоководных котловин, отдельные участки рифтовых хребтов, глубоководные желоба и все наиболее значительные структуры океанического дна. Работы проводились в основном методом преломленных волн (МПВ).

Огромное количество измерений методом отраженных волн (МОВ) было выполнено американскими нефтяными компаниями в Мексиканском заливе и в окрестностях острова Тринидад.

В период проведения международного геофизического года (МГГ) Ламонтская геофизическая обсерватория Колумбийского университета и океанографический институт в Вудс-Холле (США) развернули широкую программу морских сейсмических исследований в южной части Атлантического океана, в Карибском море и возле южного побережья Африки. В Индийском и Тихом океанах сейсмические работы велись в основном американскими и советскими кораблями. В 1963 году под руководством К. Эмери в США была начата пятилетняя программа комплексного геолого-геофизического исследования структуры Атлантической подводной окраины материка Северной Америки.

После принятия в 1963 году в Беркли предложенной В.В. Белоусовым программы, предусматривающей комплексное изучение глубинного строения Земли в океанах и на суше и получившей название УПроект верхней мантииФ, многие страны выразили свое согласие принять участие в ее реализации. В рамках выполнения этой программы большую роль в изучении строения дна Северо-Западной Атлантики сыграли исследования Бедфордского океанографического института и института океанографии Дальхаузского университета Канады. Их первые же работы, проведенные совместно с американскими геофизиками, увенчались большими успехами и, в частности, открытием погребенного под осадками Срединно-Лабрадорского хребта. Большой объем сейсмических наблюдений МПВ был выполнен во время кругосветного плавания английского океанографического судна УЧелленджерФ в 1950-1953 гг. За время этого рейса было отстреляно много профилей МПВ, позволяющих по единой методике изучить строение земной коры в пределах различных морфологических структур дна Мирового океана.

Большая часть сейсмических исследований, проведенных Францией, Испанией, Голландией, Норвегией и Швецией осуществлялась в непосредственной близости от своих национальных берегов, что было обусловлено решением различных экономических задач и, в частности, поиском и разведкой нефтегазоносных структур в шельфовой зоне Атлантического бассейна. Значительную роль для развития этих работ сыграло открытие в конце пятидесятых годов газовых, а затем и нефтяных месторождений в Северном море.

Сейсмические измерения здесь были начаты в 1959 году. Интересно отметить, что уже в 1964 году в Северном море работало 46 сейсмических отрядов, снаряженных нефтяными кампаниями Швеции, Голландии, ФРГ и других стран. Детальные исследования, направленные на поиски перспективных структур, проводились преимущественно методом отраженных волн.

В Советском Союзе первые морские сейсмические работы были проведены в 1941 году на Каспийском море, в районе Апшеронского полуострова. Организаторами этих работ были Н. И. Шапировский и С. Ф. Шушаков. Регистрация упругих колебаний производилась обычными сухопутными сейсмографами, предварительно герметизированными. Сейсмографы со шлюпки укладывались на дно, сейсмическая станция располагалась на катере. Применявшаяся аппаратура позволяла проводить работы на глубинах не более 20-30 м. С целью совершенствования методики и аппаратуры морской сейсморазведки в 1949 г. была организована научно-исследовательская морская геофизическая экспедиция (НИМГЭ), которая совместно с Московским институтом геофизики (ВНИИГеофизика) в 1952 г. создали и опробовали новый пьезокристаллический сейсмоприемник, позволяющий вести прием колебаний в воде. Позднее были созданы пьезосейсмические косы, с помощью которых можно было выполнять наблюдения методом отраженных волн по ходу судна.

С 1958 г. морская сейсморазведка в СССР становится важнейшим методом исследования геологии дна акваторий. Еще раньше в 1954 г. институт Океанологии провел первые советские сейсмические работы в Тихом океане.

В период МГГ большой объем работ ГСЗ был выполнен институтом ВНИИ Геофизика в дальневосточных морях, в Индийском и Тихом океанах. В Арктическом бассейне эти работы проводились в основном институтом Геологии Арктики (НИИГА).

Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |    Книги по разным темам