In general usage, the term ‘earthquake’ describes a sudden shaking of the ground. Earth scientists, however, typically use the word ‘earthquake’ somewhat differently – to describe the ‘source’ of seismic waves, which is nearly always sudden shear slip on a fault within the Earth (see Figure 1). In this article, we follow the scientific usage of the term, and focus our review on how earthquakes are studied using the motion of the ground remote from the earthquake source itself, that is, by interpreting the same shaking that most people consider to be ‘the earthquake’. The field defined by the use of seismic waves to understand earthquakes is known as earthquake seismology. The nature of the earthquakes makes them intrinsically difficult to study. Different aspects of the earthquake process span a tremendous range in length scales – all the way from the size of individual mineral grains to the size of the largest plates. They span a tremendous range in timescales as well. The smallest micro-earthquakes rupture faults for only a small fractionof a second andthe durationof even the verylargest earthquakes can be measured in hundreds of seconds. Compare this with the length of strain accumulation in the earthquake cycle, which can be measured in decades, centuries, and even millenniums in regions of slow strain rate. The evolution of fault systems spans longer times still, since that can require the action of thousands of earthquakes. At different physical dimensions or temporal scales, different physical mechanisms may become important, or perhaps negligible. Earthquakes occur in geologically, and hence physically, complicated environments. The behavior of earthquakes has been held up as a type example of a complex natural system. The sudden transformation of faults from being locked, or perhaps slipping quasistatically, to slipping unstably at large slip speeds, as is nearly universally observed for earthquakes, also makes them a challenging physical system to understand. Despite these challenges, seismologists have made tremendous progress in understanding many aspects of earthquakes – elucidating their mechanisms based on the radiated seismic wavefield, determining where they occur and the deep structure of faults with great precision, documenting the frequency and the regularity (or irregularity) with which they occur (and recur) over the long-term, gaining insight into the ways in which they interact with one another, and so on. Yet, the obvious goal of short-term prediction of earthquakes, that is specifying the time, location, and size of future significant earthquakes on a timescale shorter than decades, remains elusive. Earthquakes are different in this sense from nearly all other deadly natural hazards such as hurricanes, floods, and tornadoes, and even volcanic eruptions, which to varying degrees are predictable over a timescale of hours to days. The worst earthquakes rank at the very top of known disasters. The deadliest known earthquake killed over half a million people in a matter of minutes.

Если руководство вашей компании до этого осуществляло 3D съемку, потребуется меньше обучения, проводимого  техническим персоналом (обычно геофизиками), которое необходимо до рекомендации 3D съемки. Руководство ознакомится с типами сбора данных, требованиями обработки и интерпретации, которые могут предъявляться к персоналу, работающему на 3D съемке. Могут быть заранее сложившиеся идеи по отношению к окончательным результатам, которые могут быть предоставлены на разных стадиях работ. Важно подчеркнуть, что успех или неудача при предыдущих опытах с 3D съемкой могут  необязательно повторяться в будущих программах. Значительные улучшения могут быть получены при изменении параметров проектирования, сбора данных и обработки. Наоборот, результаты могут быть хуже, чем ожидалось, если были выбраны неудачные параметры проектирования. 

Технология вибрационной сейсморазведки включает в себя ряд процедур, направленных на обеспечение качества излучения сейсмических сигналов вибрационными источниками. К ним относится и правильный выбор рабочего режима вибраторов, и контроль качества их работы. Единых нормативных документов, регламентирующих выполнение этих работ, не существует. Состав их и уровень требований определяет, как правило, заказчик работ, исходя из собственного опыта. 

Упругие волны, используемые при сейсмической разведке, создается преимущественно при помощи взрывов зарядов кон­денсированных взрывчатых веществ. При взрыве возникает мощный кратковременный единичный волновой импульс. Это облег­чает наблюдение за распространением в среде этого импульса и  различных волн, образующихся при его прохождении через гра­ницы и неоднородности среды. Накоплен значительный опыт преимущественного возбуждения заданного типа упругих коле­баний путем управления взрывом, который сохранил свое зна­чение в качестве основного способа возбуждения колебаний в толще пород, несмотря на появление иных способов, основанных на вибрации тяжелой плиты, ударе груза, электрическом разряде и других процессах.

Данные АК представляют прямое измерение скорости, с которой сейсмические волны распространяются в разрезе в зависимости от глубины. Сейсмические данные, с другой стороны, обеспечивают непрямое измерение скорости. Основываясь на этих двух типах информации, сейсморазведчик получает большое количество различных типов скоростей, таких как интервальная, кажущаяся, средняя, среднеквадратичная, мгновенная, фазовая, групповая, по ОГТ, суммирования и миграции. Однако, наиболее достоверная скорость, получается по сейсмическим данным. Это та, которая дает лучшую сумму. Если предположить, что разрез является сложным, скорость суммирования относится к скорости ОГТ, которая, в свою очередь, относится к среднеквадратичной скорости (ур. 3.4), из которой выводятся средняя и интервальная скорости. Интервальная скорость – это средняя скорость в интервале между двумя отражающими поверхностями.

Преобразование Фурье является фундаментальной составляющей анализа сейсмических данных и применяется почти на всех стадиях обработки. Данный временной ряд, такой как сейсмическая трасса, может быть полностью, однозначным образом описана в виде суммы ряда синусоид, каждая из которых характеризуется своей амплитудой, частотой и задержкой по фазе (относительным выравниванием). Этот процесс выполняется путем прямого преобразования Фурье. И наоборот, сейсмическая трасса может быть синтезирована при данных частотных составляющих. Этот процесс выполняется путем обратного преобразования Фурье. Краткое математическое исследование преобразования Фурье приводится в Приложении А. Алгоритмы обработки сейсмических данных часто могут быть описаны или реализованы в частотной области проще, чем во временной. В разделе 1.2 вводится одномерное (1-D) преобразование Фурье и рассматриваются некоторые свойства временного ряда во временной и в частотной областях. Многие методики обработки (одно- или многоканальной) включают операнд (сейсмическую трассу) и оператор (фильтр). Простое применение анализа Фурье состоит в разработке нуль-фазовых частотных фильтров, обычно в форме полосовой фильтрации. В результате 1.3 исследуются 40 выборок ОПВ, записанных в разных частях мира с различными типами источников и регистрирующей аппаратуры (Yilmaz и Cumro, 1983). Введены различные типы сейсмической энергии: отраженные волны, когерентные помехи, такие как кратные волны, боковые волны, поверхностные волны, случайные помехи окружающей среды. В разделе 1.4 приводится основная последовательность обработки данных и примеры полевых данных. В обработке данных имеются три основные стадии, каждая из которых направлена на улучшение сейсмической разрешающей способности, под которой подразумевается способность разделять два отражения, расположенные близко друг к другу.

1. Деконволюция выполняется по оси времен с целью повышения временной разрешающей способности путем сжатия основного импульса приблизительно до единичного и подавления реверберационных волн.

2. Суммирование сжимает размер выноса, тем самым, уменьшая объем сейсмических данных до плоскости сейсмического разреза с нулевым выносом и повышая отношение сигнал/помеха.

3. Миграция обычно выполняется на суммированном разрезе (который предполагается разрезом с нулевым выносом) с целью повышения разрешающей способности в горизонтальном направлении путем рассеивания (collapsing) преломленных волн и перемещения отражений от наклонных поверхностей в их истинные положения.

Вторичные процессы реализуются на определенных стадиях с целью улучшения рабочих характеристик деконволюции, суммирования и миграции. Когда когерентные помехи устраняются, например, с помощью пространственной фильтрации, можно улучшить деконволюцию и скоростной анализ. Коррекция остаточной статики также улучшает скоростной анализ и, следовательно, качество суммированного разреза.

В решении задач по строительству материально-технической базы коммунизма большую роль играют поиски и разведка полезных ископаемых. Одним из ведущих поисковых методов является сейсморазведка. Геологическая результативность сейсморазведки зависит от степени изученности скоростпой характеристики разреза. Без знания скоростей распрострапепия упругих волн невозможна пи геометрическая, пи дипамическая интерпретация сейсморазведочных данных, давно как и их геологическое истолкование. Сведения о скоростях используются при анализе экспериментальных сейсмограмм, построении сейсмических границ и установлении их геологической приуроченности. На предварительном знании скоростпого разреза базируются построение и использование сиптетических (теоретических) сейсмограмм. Кроме того, данные о скоростях в реальных средах можно использовать при решении мпогих специальных геологических и геофизических задач. К числу таких задач относятся изучение состава глубинпых слоев земной коры, картирование зон выклинивания и фациального замещения слоев, изучение современного регионального тектопического плапа и особенностей тектогенеза, поиски локальных подпятий, выявлепие зон трещиноватости и повышенной пористости отложений, прямые поиски пефтяпых и газовых месторождений и др. Возможность использования сведений о скоростях при решении упомянутых задач вытекает из известных зависимостей скорости от геологических факторов и связи скорости с другими физическими свойствами. В настоящей книге обобщены способы определения скорости в сейсморазведке. Особое внимание уделено способам, осповапным па интерпретации сейсмозаписсй, наблюдаемых на земной поверхности с помощью метода отраженных волн. Автор выражает глубокую благодарность профессору Л. А. Рябинкииу за ценные советы и критические замечания, которые были учтены при подготовке рукописи к изданию.

Необходимость написания монографии “Морская сейсморазведка" определяется как возрастающим интересом к запасам Мирового океана и особенно шельфа морей, так и прогрессом в области технических средств, методики и технологии работ, а также способов обработки и интерпретации сейсмических материалов. В последнее время издано очень мало литературы на русском языке по сейсморазведочным работам, в частности монография, посвященная морской сейсморазведке методом преломленных волн, вышла в 1984 г. Сейсморазведку можно определить как самостоятельную научную дисциплину: геофизический метод изучения акустических свойств среды с помошью распространения упругих волн для прогнозирования ее геологического строения и месторождений полезных ископаемых. Объект ее исследования - геологическая среда; в качестве метода используется распространение упругих волн, а предметом изучения являются акустические свойства геологической среды. Результатом сейсмических работ должны быть детальные сведения об акустических свойствах изучаемого геологического разреза. В свою очередь, акустические свойства связаны с составом и условиями осадконакопления отложений и образования пород, что является основой для геологической интерпретации сейсмических результатов - прогнозирования геологического строения изучаемой территории и месторождений полезных ископаемых (нефти, газа, угля, руды и т.п.) и проведения инженерно-гидрогеологических изысканий. В основе проведения сейсмических работ (полевых наблюдений, обработки получаемых материалов и интерпретации результатов) лежит физическое представление о волновой картине, возникающей в некоторой акустической среде при возбуждении в ней упругих волн. Хотя геологическая среда, как правило, очень сложная - неоднородная и анизотропная, се можно с различной степенью приближения представить в виде упрощенных акустических моделей, волновую картину в которых можно описать простыми физическими законами.

Проблема учета неоднородностей верхней части разреза (ВЧР) при обработке сейсморазведочных данных общеизвестна и является частью общей задачи определения параметров среды по характеристикам отраженных сигналов в условиях переменных по горизонтали скоростей распространения упругих колебаний. Теоретическими и экспериментальными исследованиями показано, что качество, надежность и достоверность результирующих временных и глубинных разрезов в значительной степени определяются тем, насколько правильно и обоснованно были рассчитаны введенные в исходные записи временные поправки за верхнюю часть разреза и поверхностный рельеф. В первую очередь это относится к районам со сложными приповерхностными условиями, характеризующимися наличием многолетнемерзлых пород, чередующихся с зонами растепления, конусов выноса, сыпучих песков и других неблагоприятных факторов. Поскольку данные о ВЧР при разведке глубоких границ не имеют обычно самостоятельной разведочной ценности, изучению поверхностных отложений при сейсморазведочных работах уделяется, как правило, неоправданно мало внимания. Развитие способов автоматического определения и коррекции статических поправок при обработке сейсмических данных привело к существенному сокращению, а нередко исключению специальных работ по изучению ВЧР. Так как возможности выявления и учета поверхностных неоднородностей по материалам основной съемки вследствие возникающих неоднозначностей имеют принципиальные ограничения, результатом экономии на проведении исследований ВЧР во многих районах являются недопустимые ошибки в определении глубины отражающих границ, скоростных характеристик слоев, искажения динамических параметров, иногда и невозможность выделения отраженных сигналов. Определение и коррекция статических поправок были и остаются одними из основных процедур обработки сейсмических материалов в методе отраженных волн. Многообразие типов строения ВЧР привело к разработке большого количества модификаций способов изучения распределения скоростей в поверхностных отложениях, необходимого для определения первичных поправок до уровня приведения.

Большая часть содержащегося в книге материала появилась в виде записей лекций для магистерского курса вначале по нефтяной сейсморазведке в Оксфордском университете и затем по разведочной геофизике в Имперском колледже Лондонского университета. Основной контингент слушателей этих курсов составляют вчерашние студенты-геологи, физики, математики, инженеры, геофизики или других естественно-научных специальностей, которые работают в различных компаниях, занимающихся разведкой углеводородного или минерального сырья. Математическая подготовка слушателей всегда была неоднородной. По этой причине в данной книге математическое содержание сведено к минимуму. Тем не менее предполагается, что читатель знаком с основными принципами дифференциального и интегрального исчислений, рядами Фурье и основами матричной алгебры, включая понятия собственных значений, собственных векторов и диагонализации. Мы вполне отдаем себе отчет в том, что некоторые из рассматриваемых здесь вопросов освещены также и в других прекрасных книгах, причем нередко на значительно более строгом уровне. Взяться за написание этой книги нас побудила уверенность в том, что практические советы и указания всегда в дефиците. Предполагается, что читатель имеет доступ к вычислительной системе (и соответствующему математическому обеспечению), и вопрос состоит в том, как с максимальной пользой ее эксплуатировать. Глава 1 кратко знакомит читателя с вычислительной техникой, обычно используемой при промышленной обработке сейсмических данных. В гл. 2 приводятся теоретические основы для гл. 3, посвященной более практическим вопросам. Здесь можно заметить почти полное отсутствие символов интегралов по сравнению с обозначениями сумм. Поскольку на практике все вычисления выполняются на цифровых вычислительных машинах, основное внимание уделено дискретному преобразованию Фурье. В гл. 3 и 4 описываются решения задач, которые в любом сейсмическом центре по обработке данных приходится ежедневно решать множество раз. Мы признательны компаниям Merlin Profilers Ltd и Ensign Geophysics Ltd, предоставившим нам свои вычислительные системы, программы и средства машинной графики, а также компаниям ARCO я Merlin Profilers Lid, давшим разрешение на публикацию материалов, использованных в этих главах. В гл. 5 мы попытались представить на возможно более простом уровне теорию геофизических обратных задач. Вычислительные системы на базе малых и универсальных ЭВМ обычно имеют в составе библиотеки подпрограмм все необходимые модули для выполнения любых описанных в этой главе процедур. Исключение могут составлять лишь некоторые алгоритмы томографии. Многие студенты и коллеги помогали нам в работе над книгой либо непосредственно, либо оказывая косвенное влияние. Всем им мы весьма благодарны. Однако особенную признательность хотелось бы выразить А. Горски за его большую помощь в обсуждении двумерных спектральных методов (гл. 2 и 3); С. Смиту за его вклад в разд. 3.6; Г. Паркесу за участие в подготовке гл. 4; М. Ористег-лио, Ш. Стейнсби, М. Ловриджу и А. Мейсону за некоторые идеи, включенные в гл. 5; П. Беннету и Э. Райту за чтение корректуры и полезные замечания; компании Ensign Geophysics Ltd, разрешившей Дж. Мейкину завершить работу над рукописью, и членам наших семей, которые мирились с нервозной обстановкой, вызываемой литературными амбициями авторов.