SEJSMIKA
1.Rodzaje fal generowanych podczas pomiarów sejsmicznych.
2.Co to jest sejsmika?
Sejsmika bada skorupę ziemsk metodami polegaj cymi na sztucznym wzbudzaniu lub
wykorzystywaniu powstałych naturalnie w wyniku trzęsienia Ziemi fal sejsmicznych i ich
rejestracji za pomoc sejsmografów. Metoda ta wykorzystywana jest w geofizyce poszukiwawczej
do badania budowy Ziemi oraz poszukiwania złóż węglowodorów.
3.Fale sprężyste. Fale sejsmiczne.
Fala to zaburzenie, które się rozprzestrzenia w ośrodku lub przestrzeni. Fala nie przesuwa w istotny
sposób punktów ośrodka - to co się przemieszcza w fali to nie materia, ale energia. Fale sprężyste to
fale mechaniczne rozchodz ce się w ośrodkach sprężystych.
4.Rodzaje fal sejsmicznych.
Fale objętościowe  rozchodz ce się w całej przestrzeni ośrodka, promieniście od punktu
wzbudzenia, wewn trz Ziemi:
- Fale P (podłużne).
- Fale S (poprzeczne).
Fale powierzchniowe  rozchodz ce się po powierzchni Ziemi, wzdłuż granicy między dwoma
ośrodkami, a w szczególności wzdłuż powierzchni Ziemi, s najbardziej katastrofalne w skutkach:
- Fale Rayleigha R.
- Fale Love a Q.
5.Podstawowe własności fal sejsmicznych.
Całe badania sejsmiczne opieraj się na kilku podstawowych własnościach takich jak:
- prędkość rozchodzenia się sprężystej fali podłużnej V
P
- prędkość rozchodzenia się sprężystej fali poprzecznej V
S
- prędkość rozchodzenia się fal przemiennych
- gęstość
- moduły sprężystości (moduł Younga, współczynnik Poissona, moduł ścinania, moduł ściśliwości,
moduł sztywności, stała Lamego i inne).
6.Prędkości fal.
Prędkość fal sprężystych jest podstawowym parametrem wykorzystywanym w sejsmice.
Przy założeniu odkształceń sprężystych prędkość fal sejsmicznych jest określona przez dwa
parametry: moduły sprężystości i gęstość.
W cieczach i gazach moduł ścinania ź = 0, st d fale S się nie rozchodz .
V /V  jest jednoznacznie określony przez współczynnik Poissona v.
P S
Dla większości skał krystalicznych � H" 0,25 st d:
V /V = pierwiastek z 3 = 1,73, a z tego: V = 1,73 * V
P S P S
Wniosek: V > V  ZAWSZE!
P S
7.Prędkości fal sejsmicznych w skałach.
Z uwagi na różny skład chemiczno - mineralogiczny, teksturę, strukturę, głębokość zalegania,
gęstość, porowatość, rodzaj medium porowego i procentowego nasycenia przestrzeni porowej -
skały maj różne moduły sprężystości i różn gęstość, a co za tym idzie maj różn prędkość
rozchodzenia się fal sejsmicznych.
Fala S nie przechodzi przez przestrzeń porow i prędkość V zależy jedynie od własności szkieletu
S
skalnego.
Znaj c V i V możliwe jest wykrycie różnic w nasyceniu przestrzeni porowej, w szczególności do
P S
wskazania warstw nasyconych gazem.
8.Prawo Snelliusa.
Prawo odbicia: k t odbicia = k t padania.
Promień padaj cy, normalna do powierzchni i promień odbity leż w jednej płaszczyz
nie,
nazywanej płaszczyzn padania.
Prawo załamania fal, zwane zwyczajowo prawem Snelliusa - sinus k ta padania do sinusa k ta
odbicia jest wielkości stał , równ współczynnikowi załamania w ośrodku drugim względem
pierwszego lub równa jest stosunkowi prędkości rozchodzenia się fali w danych ośrodkach.
Promień padaj cy, promień załamany i
normalna do granicy ośrodków znajduj się w
tej samej płaszczyz
nie.
9.Całkowite wewnętrzne odbicie.
Gdy V > V to istnieje taki k t padania, zwany k tem krytycznym ąC
, że k t załamania ł = 90�.
2 1
10.y
ródła fal sprężystych.
W sejsmice l dowej:
- y
ródła eksplozywne: ładunki wybuchowe - sejsmika poszukiwawcza.
- Młot i metalowa płyta  sejsmika inżynierska.
- Metoda Vibroseis (wibratory)  sejsmika poszukiwawcza.
W sejsmice morskiej:
- Działa powietrzne (airgun)
- Boomery
- Sparkery
11.Sejsmika refleksyjna.
Sejsmika refleksyjna pozwala na uzyskanie obrazu struktur geologicznych dzięki analizie odbić
(refleksów) sztucznie wywołanej fali sejsmicznej od granic warstw geologicznych.
Pomiar polega na emisji fali sejsmicznej przez z
ródło sejsmiczne w punkcie wzbudzenia a
następnie rejestracji sygnałów przez czujniki drgań umieszczone na powierzchni ziemi w punktach
odbioru.
12.Badania sejsmiczne i ich podział.
Badania sejsmiczne dzielimy ze względu na:
miejsce:
- morskie
- l dowe
sposób pozyskania informacji:
- 2D
- 3D
- 4D
- wielowymiarowe
rejestrację składowych fal sejsmicznych:
- 1C  fala P
- 3C  podłużna i dwie składowe
- 3C  poprzeczne (SV i SH)
13.Prędkość w sejsmice.
- warstwowa  wielkość dla fali sprężystej, warstwa z założenia jednorodna;
- średnia  skala czasu przemnożona przez głębokość;
- średnia kwadratowa  potrzebna do konkretnego etapu przetwarzania.
Prędkość fali zależy od:
- składu chemiczno-mineralnego;
- wieku geologicznego;
- głębokości zalegania;
- ciśnienia;
- gęstości (wzrost gęstości = wzrost V);
- porowatości (wzrost porowatości = spadek V);
- rodzaju medium porowego i % nasycenia przestrzeni porowej (wzrost Sg = spadek V).
14.Fizyka w sejsmice.
- Prawo Hooke'a  liniowa zależność małych odkształceń sprężystych od naprężeń:
- Zasada Huygensa  każda cz stka drgaj ca jest z
ródłem drgań dla nowych cz stek elementarnych.
- Zasada Fermata  fala rozchodzi się po takiej drodze, żeby czoło było najkrótsze.
- Zasada superpozycji- jeżeli w ośrodku rozchodzi się kilka fal, to każda z nich rozchodzi się
niezależnie od pozostałych i zgodnie ze swoimi zasadami.
- Prawo Snelliusa  prawo odbicia i załamania. ąp
=ąo
; sinąp 1
/V =sinąo 1.
/V
15.Współczynnik odbicia.
Współczynnik odbicia to stosunek amplitudy fali odbitej do amplitudy fali padaj cej.
R = A / A = (V  V ) / (V + V )
12 2 2 1 2 1
Określa jaka część energii padaj cej na granicę ulegnie odbiciu.
16.Rozstawy w sejsmice.
Rodzaje rozstawów:
- skrajne  punkt strzałowy znajduje się z lewej lub prawej strony rozstawu;
- środkowy  punkt strzałowy umieszczony jest w środku rozstawu geofonów;
- skrajne odsunięte  punkt strzałowy odsunięty jest od pierwszego geofonu.
17.Hodograf w falach refleksyjnych.
Hodograf to krzywa opisuj ca zależność czasu (t) przyjścia fali od z
ródła (PS) do odbiornik (PO) w
funkcji poziomej odległości z
ródła od odbiornika. Hodograf fali refleksyjnej jest zawsze hiperbol .
18.Fale podłużne (P).
S to fale kompresyjne, ruch równoległy do kierunku propagacji fali sejsmicznej, odbiorniki
rejestruj pionowy ruch drgań, prędkość zależy od gęstości objętościowej, modułu odkształcenia
objętościowego oraz modułu sprężystości poprzecznej (Kirchoffa); silny sygnał, z
ródło może być w
wodzie; nie jest spolaryzowana; na V ma wpływ litologia i wypełnienie porów (nawet niewielka
ilość gazów w porach drastycznie obniża prędkość).
19.Fale poprzeczne (S).
S to fale prostopadłe do kierunku rozchodzenia się, poziomy ruch cz steczek gruntu zależy od
gęstości objętościowej, modułu sztywności; prędkość nie zależy od wypełnienia porów.
20.Zasada Fermata.
Pomiędzy dwoma punktami ośrodka fala rozchodzi się po takiej drodze, by czas propagacji był
najkrótszy.
21.Zasada superpozycji.
Jeżeli w ośrodku rozchodzi się kilka fal to każda z nich rozchodzi się niezależnie od pozostałych
według praw rz dz cych rozchodzeniem się danej fali.
22.Zasada Huygensa.
Każdy punkt ośrodka, do którego dotarło czoło fali jest z
ródłem nowej fali kulistej.
23.Prawo Hook'a.
Odkształcenie jest wprost proporcjonalne do wywołuj cej go siły.
24.Współczynnik załamania.
Współczynnik załamania to stosunek amplitudy fali załamanej do amplitudy fali padaj cej.
Z = A / A = 2V / (V + V )
12 2 1 2 1
Określa jaka część energii padaj cej na granicę przejdzie w gł b ośrodka.
25.Impedancja akustyczna.
Impedancja akustyczna  opór stawiany przez ośrodek propagacji fali. Jest ona iloczynem gęstości
ośrodka oraz prędkości propagacji o wzorze Z = � * V
Impedancja akustyczna - miara oporu, jaki stawia ośrodek rozchodz cej się fali.
26.Fala refrakcyjna  warunki powstawania.
Fala refrakcyjna powstaje jeśli fala przechodzi z ośrodka o mniejszej prędkości do ośrodka o
większej prędkości (V 1 2
krytycznym) k t załamania osi gnie wartość 90 stopni. Wówczas fala załamania ślizga się po
granicy sejsmicznej z prędkości graniczn V =V .
g 2
27.Od czego zależ anomalie powierzchniowe PS i dlaczego wpływaj na zailenie skał oraz
oporność wody złożowej.
Gdy medium w skale stanowi ropa, a nie solanka to anomalia jest złagodzona. Antracyt przez
utlenianie i redukcję jakie wywołuje daje anomalię  w dół . Piryt w piaskowcach daje bardzo
mocn anomalię ku  - . Ryolit też daje anomalię do  -
Zastosowanie profilowania akustycznego:
- ocena litologii,
- wyznaczanie prędkości fali P w skałach,
- wyznaczanie porowatości ogólnej,
- wyznaczanie dynamicznych modułów sprężystości.
28.W jaki sposób fala sprężysta traci swoj energię?
Fala sprężysta traci swoj energię w miarę oddalania się od z
ródła, wskutek nieidealnej sprężystości
ośrodka oraz występowania zgęstnień.
29.Od czego zależy tłumienie w sejsmice.
Tłumienie spowodowane jest nieidealn sprężystości ośrodka skalnego (np. występowaniem
zgęstnień gruntu). Tłumienie ma zwi zek z utrat energii-zauważalna jest utrata energii wraz z
odległości . Niskie częstotliwości s tłumione.
 = v / f
Gdzie:
  długość fali
v  prędkość
f  częstotliwość.
Tłumienie fal sejsmicznych:
1. Geometryczne rozszerzanie się frontu falowego (geometrical spreading).
2. Tłumienie wewnętrzne (intristic attenuation) - straty energii w wyniku tarcia wewnętrznego
ośrodka.
3. Straty przechodzenia (transmission losses) - redukcja amplitudy fali w wyniku strat energii na
granicach ośrodków (załamania i odbicie).
30.Fale powierzchniowe.
S to fale sprężyste rozchodz ce się wzdłuż granicy między dwoma ośrodkami, a w szczególności
wzdłuż powierzchni Ziemi. Charakteryzuj się one znacznie większ energi niż fale przestrzenne
(amplituda maleje liniowo z odległości od z
ródła). Fale powierzchniowe s wynikiem nakładania
się dwóch rodzajów fal: Rayleigha i Love'a.
31.Jakie badania s najlepsze do rozpoznania litologii, a jakie do korelacji wyznaczonych warstw.
Litologia: profilowanie PS, profilowania neutronowe, profilowania akustyczne
Korelacja: (?)
32.Rozdzielczości pionowa i pozioma w sejsmice.
Rozdzielczość jest to szczegółowość z jak odwzorowywany jest badany ośrodek. Wyróżniamy
rozdzielczość pionow i poziom .
33.Fale dyfrakcyjne.
Nagłe zmiany promienia krzywizny granicy odbijaj cej powoduj powstawanie fal dyfrakcyjnych.
S one szczególnie intensywne, gdy krzywizna ma promień porównywalny z długości fali
sejsmicznej. Fale dyfrakcyjne w niektórych przypadkach zwi zanych z nieci głości granicy
refleksyjnej mog docierać do geofonu jako pierwsze, lecz ogólnie nie jest łatwo rozpoznać je na
sejsmogramach. W przypadku badań refleksyjnych, w przeciwieństwie do badań refrakcyjnych, dla
których interesuj nas pierwsze wejścia fali, długi czas rejestracji częściej umożliwia identyfikację
fal dyfrakcyjnych.
34.Rozstawy geofonów stosowane w sejsmice 2D.
W sejsmice dwuwymiarowej (2D) dane zbierane s wzdłuż linii prostej na której leż wszystkie punkty
wzbudzenia i wszystkie punkty pomiarowe. Przy przetwarzaniu danych przyjmuje się, że promienie fal
odbitych docieraj cych do geofonów leż w płaszczyz
nie pionowej przechodz cej przez linię pomiarow .
Sytuacja taka zachodzi gdy granica jest pozioma lub profil pomiarowy jest równoległy do kierunku upadu
granicy.
35.Technika pomiarów.
A. Ci głe profilowanie sejsmiczne:
Zalety:
- prosty schemat pomiarowy'
- minimalna liczba punktów wzbudzenia w stosunku do długości profilu'
- stosunkowo niski koszt rozpoznania'
Wady:
- jednokrotne pokrycie granicy punktami odbicia i w efekcie duża możliwość popełnienia błędu
interpretacyjnego
- Fragmenty granicy leż ce pod punktami wzbudzenia nie s objęte interpretacj
B. Metoda jednakowego odstępu:
Zalety:
- stała odległość z
ródło  detektor sprawia, że hodografy fal refleksyjnych nie wykazuj krzywizny
kinematycznej
- mało skomplikowana obróbka danych wymagaj ca tylko poprawek na strefę małych prędkości i poprawek
na zróżnicowanie poziomów punktów wzbudzenia i geofonów.
Wady:
- impulsy fal refrakcyjnych, powierzchniowych i powietrznych mog na sejsmogramie wygl dać jak impulsy
fal odbitych
- interpretacja jest niepoprawna przy większych lokalnych zmianach nachylenia granicy
C. Metoda pokryć wielokrotnych (wspólnego punktu głębokościowego  CDP):
Polega na wykonaniu serii pomiarów dla ustalonego okna przestrzennego przesuwaj c cały zestaw o krok
równy odstępowi geofonów wzdłuż wytyczonego profilu. W ten sposób ten sam punkt na granicy odbijaj cej
jest badany kilkukrotnie. Podstawowym zadaniem przy metodzie CDP jest odpowiednia obróbka danych
polegaj ca na sumowaniu sygnałów fal odbitych w różnych wzbudzeniach od tego samego punktu na
granicy. Zapisy tych fal tworz tzw. kolekcję tras sejsmicznych. Przedstawiaj one zapisy fal odbitych od
tego samego punktu przy różnych odległościach z
ródło  geofon więc doskonale nadaj się do wyznaczenia
poprawek na krzywiznę kinematyczn . Po uwzględnieniu tych poprawek można zsumować poszczególne
trasy uzyskuj c wyraz
nie wzmocnione sygnały refleksyjne.
36.Sejsmika trójwymiarowa (3-D).
Trójwymiarowa sejsmika bada pewn objętość ośrodka. Podstawowym celem jest zwiększenie
rozdzielczości wyznaczania budowy geologicznej. Sejsmika 3-D wymaga takiego zbierania
danych pomiarowych, aby rejestrowane wejścia fal nie były ograniczone do promieni falowych
leż cych w jednej płaszczyz
nie pionowej lecz zestawione razem reprezentowały promienie odbite
od pewnego obszaru granicy. W sejsmice 3-D stosuje się metodę rozstawów skrzyżowanych w
której punkty wzbudzenia i detektory rozstawiane s wzdłuż krzyżuj cych się linii tworz cych sieć
punktów rejestracji. W sejsmice trójwymiarowej można również stosować metodę wspólnego
punktu głębokościowego. Kolekcję CDP tworz trasy sejsmiczne promieni falowych odbitych w
tym samym punkcie, jednak nie leż cych wył cznie w jednej płaszczyz
nie. Pokrycia dla tego
punktu s liczniejsze niż w sejsmice 2-D. Wynikiem pomiarów w sejsmice 3-D jest zbiór danych
reprezentuj cych odbicia pochodz ce od powierzchni wszystkich badanych granic odbijaj cych.
37.Odbicia wielokrotne
Falami odbitymi wielokrotnie nazywamy takie fale które nie docieraj do geofonów bezpośrednio
od konkretnej granicy refleksyjnej lecz ulegaj wtórnym odbiciom od wyżejległych warstw
różni cych się twardości akustyczn . Droga jak przebywaj te fale jest oczywiście
dłuższa niż fal odbitych jednokrotnie.
38.Metoda refrakcyjna.
Metoda refrakcyjna polega na rejestrowaniu pierwszych wejść fal bezpośrednich oraz załamanych
na granicy warstw. W oparciu o pierwsze wst pienia tworzony jest hodograf, a następnie po
inwersji otrzymuje się dwuwymiarowe rozkłady zmian prędkości fal podłużnych.
39.Zastosowanie metod sejsmicznych.
Metody sejsmiczne znajduj szereg zastosowań w badaniach geoinżynieryjnych, pod zabudowę,
rozpoznanie geologii oraz do szacowania parametrów gruntów i skał.