Метод преломлённых волн

Метод преломлённых волн (МПВ, seismic refraction, refraction shooting technique) — метод сейсморазведки, использующий упругие волны, сформированные движением фронта скользящей волны вдоль преломляющей границы — кровли высокоскоростного слоя. Второй по значимости метод сейсморазведки.

Преломлённая волна на сейсмограмме

Годограф преломлённой волны

Теория

Скользящая волна формируется падением сейсмической волны на преломляющую границу под критическим углом, который в оптике называется углом полного внутреннего отражения. Значение критического угла вычисляется при помощи закона Снеллиуса.

$sin(i)={\frac {V_{1}}{V_{2}}}$

где i - критический угол, V₁ — скорость сейсмической волны над границей, V₂ — скорость сейсмической волны под границей.

Годограф преломлённой волны имеет форму прямой, с начальной точкой, с координатами:

$l_{b}=2h_{1}tan(i)$ $t_{b}={\frac {2h_{1}}{{V_{1}}{cos(i)}}}$

где i - критический угол, h₁ — мощность слоя над границей, l_b — удаление (расстояние между источником и приёмником) начальной точки,t_b — время вступления преломлённой волны в начальную точку

Использование

Метод преломлённых волн применяется в разведочной геофизике при картировании уровня грунтовых вод, поверхности кристаллического фундамента древних платформ и границы Мохоровичича («М»), кровли скальных грунтов под толщей дисперсных, выявления зон разуплотнения.

Модификации

Традиционно в МПВ используются преломлённые волны, первыми пришедшие на сейсмоприёмник, то есть «в первых вступлениях». В корреляционном методе преломлённых волн (КМПВ), созданном Гамбурцевым, также используются и последующие вступления, участки сейсмограмм, где преломлённые волны наблюдаются не первыми.

История метода

Метод впервые был запатентован Людгером Минтропом в 1919 году ( патент Германии №371963, «Метод определения геологических структур») . Фактически документ был выдан спустя 7 лет, в 1926-м году. Некоторое время преломлённые волны назывались «минтроповскими». Позже, во второй половине XX века, они вместо термина «минтроповские» стали употреблять термин «головные волны». Однако сам Минтроп в патенте не привёл теорию образования преломлённых волн, что было сделано в 1926 году советским геофизиком Александром Игнатьевичем Заборовским в статье «К теории кривых времён пробега».

Недостатки

Согласно уравнениям Цёппритца, амплитуда скользящей волны, движение которой согласно принципу Гюйгенса-Френеля порождает преломлённые волны, должна быть равна нулю, что делает её существование теоретически невозможным.

Скорости, определённые по данным МПВ, могут содержать относительные погрешности до 50 %.