Малоглубинная сейсморазведка

методических приемов определяется решаемой геологической задачей применительно к конкретным сейсмогеологическим условиям, точностью измерения изучаемых параметров ВЧР, обеспечением оперативности и экономической эффективности. Многообразие сейсмогеологических моделей ВЧР приводит к необходимости применения широкого набора традиционных и нетрадиционных методических приемов. Сочета­ние малоканальное™ сейсмостанции с мобильностью источника возбуж­дения создает по сравнению с традиционной сейсморазведкой существен­но более гибкие возможности в выборе и осуществлении систем наблюде­ний на подавление регулярных волн-помех, выделение целевых волн и, и конечном итоге, на решение поставленной геологической задачи.

Особенностью геологических задач является их разнообразие, обусловленное, с одной стороны, высокими разведочными параметрами сейсморазведки по сравнению с другими методами и, с другой, широтой круга потребителей информации о верхней части разреза. По мере увеличения глубины исследования геологические задачи усложняются, а число потребителей уменьшается. Можно выделить четыре основных диапазона глубин, которым свойственны свои методико-технологические приемы изу­чения и свой круг решаемых геологических задач.

Первый диапазон охватывает интервал глубин от 0 до 10—30 м. Необходимость его изучения возникает при массовом строительстве, мелиорации, неглубоком геологическом картировании, археологии и др. Второй диапазон составляет от 10-30 до 50-100 м. В этом диапазоне исследова­нии проводятся с целью поисков строительных материалов, неглубоко залегающих подземных вод, при строительстве сложных инженерных сооружений и т.п. Третий диапазон составляет 150-200 м. Исследования проводятся с целью поисков россыпных месторождений, подземных вод, бурых углей, строительства уникальных инженерных сооружений и т.д. Четвертый диапазон составляет от 150—200 до 500 м. Исследования проводятся с целью поисков и изучения рудных тел и месторождений, поисков бурых углей, глубокозалегающих подземных вод и решения частных структурных задач.

Технологически наименее сложно изучение первого диапазона глубин. При решении геологических задач, связанных с этим диапазоном, как пра­вило, используется метод преломленных волн с возбуждением упругих колебаний одиночными ударами кувалды или падающего груза. Однако в условиях интенсивных микросейсм его изучение сопряжено с определен­ными трудностями.

Изучение второго диапазона глубин технологически значительно труд­нее первого. В частности, повсеместно требуется применение достаточно мощных источников возбуждения, а когда уровень микросейсм высок, возможности использования одиночных ударов сильно сокращаются. В основном применяется метод преломленных волн и в исключительно благоприятных сейсмогеологических условиях — метод отраженных волн.

Третий диапазон глубин ВЧР необходимо отнести к числу предельных для применения метода преломленных волн (МПВ) с поверхностными невзрывными источниками. Это обусловлено резким снижением эффективности возбуждения преломленных волн. Сложный и неоднородный состав пород приповерхностной части разреза оказывает избирательное воздействие на возбуждаемые и принимаемые колебания, в результате которого высокоразрешенные сейсмические сигналы от глубокозалегаю­щих преломляющих границ сильно ослабляются, и их выделение среди помех становится неуверенным.

Взрывы небольших зарядов ВВ, помещенных в специально подготов­ленные скважины, позволяют получить достаточно разрешенные полез­ные сигналы. Это подтверждено практикой работ. Однако сложность управления эффектом взрывного источника в реальных условиях, а так­же соображения экономического и экологического характера и безопас­ности стали причиной, по которой не нашел широкого применения метод отраженных волн (MOB) при изучении третьего и четвертого интервалов глубин.

Положительные результаты опробования цифровых накопительных сейсмостанций с невзрывными источниками в различных районах, а также опыт отечественных и зарубежных исследований с аналоговой аппарату­рой позволяют определить основные геологические задачи сейсморазвед­ки малых глубин.

Системы наблюдений.

Рассмотрим физику, геометрию и технику измерений в условиях, когда уровень возбуждаемого сигнала ненамного превышает уровень микросейсм. На рисунке в плоскости годографа зондирования показаны области

Обобщенная сейсмограмма зондирования.

1-3 – области отсутствия полезной информации, обусловленные соответственно конечной скоростью распространения сейсмических волн, высоким уровнем волн-помех и низким уровнем регулярного сигнала,

4-область где может быть получен полезный сигнал, Т-целевая волна, L -интервал наилучшего прослеживания целевой волны.

формирования помех различного типа и полезных волн. Штри­ховкой в различных направлениях выделены области, где полезная ин­формация либо не может быть получена (область 1,обусловленная конеч­ными скоростями сейсмических волн), либо получение се связано со зна­чительными техническими трудностями (области 2 и 3 распространения поверхностных волн и неблагоприятного отношения сигнал/помеха). Таким образом, выделяется область 4, где может быть получен полезный сигнал, представленный целевой волной Т. Условия получения целевой волны в различных ее участках различны. Это обусловливается, с одной стороны, затуханием регулярного сигнала при увеличении расстояния пункт возбуждения - пункт приема и, с другой — взаимодействием целевой волны с другими волнами, например, преломленными, кратны­ми и другими, которые могут присутствовать в области 4.

В настоящее время сейсморазведка располагает арсеналом средств, достаточным для прослеживания целевой волны во всей области 4. Одна­ко с точки зрения конечного результата — определения сейсмогеологической границы с заданной точностью — интервал прослеживания волны по оси х может быть меньше, чем в области 4 в целом, но не менее не­которой его части /.. При этом местоположение этой части внутри всего интервала уже безразлично и будет определяться как объективными (на­личием технических средств), так и субъективными факторами (опыт­ность оператора). Как бы то ни было, но допустим, что зондирование сде­лано, при этом в интервале L целевая волна прослежена достаточно четко и это позволяет определить сейсмогеологическую границу и решить по­ставленную задачу. Наряду с этим выводом немедленно возникает дру­гой: все работы, проведенные за пределами интервала L , бесполезны. Можно привести веские аргументы для доказательства того, что работы вне интервала L были необходимы, но этим их бесполезность не отри­цается.

В традиционной сейсморазведке при использовании сильных источни­ков область 3 отодвигается в сторону больших значений t и х, при этом область 4 существенно увеличивается. Это приводит к повышению эффективности работ. В некоторых системах наблюдений для повышения эффективности начальный интервал в районе х = 0 вообще не измеря­ется. В традиционной сейсморазведке зондирование является высоко­эффективным способом разведки и положено в основу всех систем на­блюдений.

Механический перенос систем наблюдений традиционной сейсмораз­ведки в сейсморазведку малых глубин приводит к резкому уменьшению эффективности работ, поскольку значительная часть работы, затраченной на измерения, оказывается бесполезной.

Выход из создавшейся ситуации заключается в следующем. Предста­вим, что на профиле наблюдений имеется два зондирования на некото­ром расстоянии друг от друга. Целевая волна от изучаемого горизонта на обоих зондированиях фиксируется соответственно в интервалах L и L . При этом L_l и L перекрываются по оси х. Иными словами, существует такое расстояние пункт возбуждения — пункт приема х, на котором в обоих случаях фиксируется целевая волна. Можно предпо­ложить, что на участке профиля, расположенном между первым и вторым зондированиями, целевую волну можно проследить некоторым числом зондирований, причем каждое из них может быть представлено одним измерением с расстоянием пункт возбуждения — пункт приема, рав­ным x_Q .

Совокупность таких зондирований будет представлять собой, по суще­ству, профилирование на фиксированных расстояниях между пунктами возбуждения и приема, называемое в дальнейшем профилированием на постоянных базах. Таким образом, система наблюдений в сейсмораз­ведке малых глубин в общем виде является сочетанием зондирований, которым обеспечивается получение информации о волновом поле и сред­них скоростях разреза, с профилированием, которым обеспечивается про­слеживание целевых волн в интервале между зондированиями.

Сравнение этих двух компонент системы показывает следующее. Если зондирование проведено в интервале х₁ *₂ и при этом целевая волна получена на интервале L < х_} — х₂ , то это означает, что изучаемая сейсмогеологическая граница прослежена в пределах интервала от L (МПВ) до 0,5 /, (MOB). Профилирование на постоянной базе, проведенное в интервале профиля х₁ - х_г , обеспечивает прослеживание сейсмогеологической границы в таком же интервале х х. Таким образом, по ин­тервалу прослеживания сейсмогеологической границы сейсмическое зон­дирование менее эффективно но сравнению с профилированием.

Шаг наблюдений при заданной геометрии сейсмогеологической грани­цы, как известно, определяется двумя факторами — принципом подобия и изменчивостью поверхностных условий вблизи пунктов возбуждения и приема. Принцип подобия вытекает из необходимости корреляции сосед­них сейсмических трасс и по этой причине ограничивает временной сдвиг между трассами пределами до половины видимого периода коррелируе­мой волны.

В сейсмозондировании временные сдвиги между соседними сейсми­ческими трассами обусловлены характером годографов наблюдаемых волн и присутствуют, даже когда исследуемая сейсмогеологическая грани­ца параллельна поверхности наблюдений. Это приводит' к тому, что шаг между точками наблюдений оказывается, как правило, меньшим, чем это­го требует масштаб съемки. При профилировании временные сдвиги обусловлены только изменением сейсмогеологической границы и могут опре­деляться масштабом съемки.

С точки зрения влияния поверхностных неоднородностей, профили­рование на постоянной базе "проигрывает" в - JT раз сейсмозондирова­нию, поскольку в первом случае перемещаются оба пункта (пункты возбуждения и приема), во втором только пункты приема. В неблагопри­ятных условиях это может привести к необходимости уменьшения шага между точками наблюдений.

Рассмотренные факторы связаны с производительностью работ при выполнении зондирований и профилирования и оцениваются в среднем» как 1:10 и более. Таким образом, увеличение объемов профилирования относительно объемов зондирования может привести к существенному увеличению производительности работ и снижению общих затрат.

Наряду с высокой производительностью, профилирование на постоян­ной базе имеет ряд других существенных методических преимуществ: реализуется возможность прослеживания целевых отраженных волн в оптимальном временном окне - в сравнительно небольших интервалах, свободных от интенсивных регулярных помех; обеспечивается прослежи­вание целевых преломленных волн вблизи точек их выхода, в условиях наибольшей их интенсивности и наименьшего влияния рефракции; просто­та и оперативность интерпретации первичных материалов, которые пред­ставляют собой аналог временного разреза.

Однако при профилировании на постоянной базе следует учитывать фактор риска, так как предположения, лежащие в основе профилирова­ния на постоянной базе, в условиях слабой динамической выраженности целевой волны и связанной с этим неустойчивостью интервалов ее выде­ления могут не оправдаться.

Риск существенно увеличивается при неустойчивых параметрах целевых волн и устойчивых параметрах регулярных волн-помех. В том слу­чае появляется возможность ложного их отождествления. Существует несколько путей снижения риска — это сгущение сети зондирований, проведение дополнительных зондирований с ограниченными интервалами прослеживания полезных волн и увеличение числа баз при профилирова­нии. В первом случае элементный состав системы наблюдений не меня­ется, просто распределение зондирований оказывается более рациональ­ным, так как учитывает результаты работ профилирования. Во втором случае в составе системы наблюдений появляется новый элемент — зон­дирования с ограниченными интервалами прослеживания, состоящими из трех-шести наблюдений. В дальнейшем они называются "точечными". Такие зондирования позволяют детализировать участки профиля, где возникают сомнения в правильности корреляции волн.

Увеличение числа различных баз при профилировании позволяет уве­личить надежность корреляции полезных волн и в определенных условиях получить информацию о скорости их распространения. Здесь следует упо­мянуть о следующем обстоятельстве. Результаты профилирования отно­сятся (точка записи) к центру базы. Если баз несколько, то измерения

по разным базам, относящиеся к одной точке наблюдения, представляют собой зондирование ОГТ. Вследствие этого, зондирования ОГТ могут служить как средством уточнения ситуации, полученной профилирова­нием с равными базами, так и самостоятельным обоснованием для выбора при профилировании размеров баз и их числа.

Таким образом, системы наблюдений для сейсморазведки малых глубин достаточно простые для решения простых задач в благоприятных условиях, по мере их усложнения приобретают черты, свойственные тра­диционной сейсморазведке.

С внедрением в практику работ слабых невзрывных источников резко снизились затраты на возбуждение, что привело к возможности примене­ния обращенных систем наблюдений с общими пунктами приема. При этом применение обращенных систем стало целесообразным в условиях, когда трудоемкость работ по приему сейсмических сигналов превышает трудоемкость по их возбуждению. Такие особенности появляются в рай­онах, где требуется применение больших групп сейсмоприемников либо допускается возможность использования простейших источников воз­буждения, например кувалды. Системы с общими пунктами возбуждения эффективны при работе с более мощными, механическими источниками и небольшими группами сейсмоприемников.

К расположению профилей, длине годографа и шагу наблюдений предъявляются общеизвестные требования. Профили по воз­можности располагаются в условиях спокойного рельефа и вкрест прости­рания пород. Длина годографа в зависимости от решаемых задач может изменяться в очень широких пределах (от 10 до 1500 м). Она подбирается такой, чтобы полезные волны прослеживались на достаточно больших ин­тервалах без наложения регулярных помех.

Технические параметры портативных сейсмостанций с накоплением позволяют широко пользоваться принципом взаимности и во избежание влияния локальных, постоянно действующих источников микросейсм (например рек, работающих механизмов и др.) взаимозаменять местопо­ложение пунктов приема и возбуждения. При скрытых, постоянно дей­ствующих помехах (погружные насосы, подземные коммуникации и т.п.) целесообразно производить предварительное районирование территории по изучению микросейсм для выбора оптимальных условий размещения пунктов приема.

Шаг между сейсмоприемниками не должен превышать половины дли­ны целевых волн и в зависимости от типа регистрируемых волн и глубинности исследований может изменяться от 1 до 50 м при зондированиях и от 5 до 500 м при профилировании. Наиболее широко применяется шаг 5—10 м. Для работ со слабыми невзрывными источниками по сравнению с традиционной сейсморазведкой характерно применение несколько мень­шего шага между сейсмоприемниками, что обусловлено более высоким' частотным диапазоном регистрируемых волн и большей изменчивостью поверхностных сейсмогеологических условий. В ряде случаев профилиро­вание целесообразно проводить с различным шагом перемещения постоянных баз с последующим его уменьшением в пределах обнаруженных

аномалий.

При благоприятных сейсмогеологических условиях с целью повыше­ния производительности отработки зондирований с сейсмостанциями, имеющими два канала и более, может быть применен способ "составных годографов", в некоторых чертах сходный со способом, применяемым при отработке зондирований ОГТ. В этом случае используются общие пункты приема, а источник возбуждения перемещается по профилю с шагом, кратным расстановке сейсмоприемников. Сводная сейсмограмма формируется в функции расстояний пункт приема — пункт возбуждения. Способ обеспечивает повышение производительности с трехканальными сейсмостанциями более чем в 2 раза по сравнению с наблюдениями с об­щим пунктом возбуждения.

В условиях негоризонтального залегания сейсмических границ, а так­же при изменчивом строении ВЧР могут быть использованы системы с получением прямых и встречных годографов при общих пунктах возбуж­дения или общих пунктах приема.

В районах со сложными сейсмогеологическими условиями, когда необходимо картирование нескольких сейсмических границ, эффективно применение систем с большим количеством постоянных баз. Такие системы характеризуются малой производительностью отработки профиля, но позволяют увеличить объем физических наблюдений за одну приборо-смену, в результате чего становится возможным имитировать систему наблюдений с общими пунктами возбуждения или приема. При работе с трехканальными сейсмостанциями могут быть применены систе­мы одновременной отработки зондирований, с получением одной ветви годографа и профилирования на двух постоянных базах. В этом случае сейсмоприемник одного из каналов устанавливается в одной из точек профиля и остается неподвижным, а два других, совместно с источни­ком, перемещаются по профилю, удаляясь либо приближаясь к нему. Шаг размещения зондирований по профилю в этом случае равен или боль­ше принятой длины годографа.

В целом, малоканальные сейсмостанции обеспечивают наибольшую гибкость в выборе разнообразных систем наблюдений. Наряду с продоль­ным профилированием, в практике работ могут широко применяться сис­темы непродольного профилирования либо комплексирование продоль­ного и непродольного.

В заключение приведем некоторые замечания о системах наблюдений. Исходя из самых общих позиций метода отраженных волн, можно посту­лировать, что существует некоторый оптимальный угол отражения а, когда отраженная волна наблюдается наилучшим образом и при этом 0 < а < 90°. Действительно, когда расстояние пункт возбуждения — пункт приема велико по сравнению с глубиной залегания отражающей границы и угол 1а приближается к 180°, отраженная волна интерферирует с пря­мой и практически не выделяется. При увеличении глубины залегания границы, когда угол а приближается к нулю, интенсивность отраженной волны падает за счет увеличения расстояния между пунктом возбуждения и отражающей границей, что также затрудняет ее выделение. Возможности уменьшения угла а путем уменьшения расстояния пункт возбуждения - пункт приема при небольшой глубине отражающей границы ограничены присутствием регулярных помех вблизи пункта возбуждения. Оптималь­ный угол зависит, очевидно, от многих причин, включая как свойства са­мой отражающей границы, так и общую мозаику поля регулярных помех. Для последующих построений достаточно допущения, что оптимальный угол существует. Отсюда следует, что при определенном расстоянии L между пунктом возбуждения и пунктом приема, некоторая область гео­логического разреза, расположенная на глубине h , изучается лучше дру­гих. При горизонтальном залегании границ центр этой области будет ле­жать на перпендикуляре, опущенном из середины отрезка L, на глубине h = //2 sin а. Для простоты построений примем а = 45°.

Перед построением приведенных схем было сделано несколько допу­щений, в частности, что угол а равен 45°. Легко видеть, что изменение этого угла изменит только вертикальный масштаб. Можно допустить, что границы, залегающие на разных глубинах, по разным причинам имеют разные углы а. Это приведет к определенным трансформациям в распо­ложении центров областей на разрезе, но не изменит существа дела.

В традиционной сейсморазведке существуют более сложные системы наблюдений, когда применяется большее число пунктов возбуждения, например ОГТ, которые по своей сути направлены на устранение недостат­ка, связанного с неравномерностью изучения геологического разреза.

Представляется, что если систему наблюдений рассматривать только с позиции получения некоторого объема информации о геологическом разрезе, то невыгодны как


29-04-2015, 01:06