Выбор источника упругих колебаний для малоглубинной сейсморазведки
Оглавление
Введение
1. Геологические особенности района исследований
1.1 Основные черты геологического строения ВКМКС
1.2 Стратиграфия и литология
1.3 Тектоника
1.4 Гидрогеология
2. Теоретические основы сейсморазведочных исследований
2.1 Методы и модификации сейсморазведки
2.1.1 Метод отраженных волн
2.1.2 Метод преломленных волн
2.2 Источники упругих колебаний в сейсморазведке малых глубин
3. Аппаратурно-методические решения малоглубинной сейсморазведки в
условиях ВКМКС
3.1 Методика и технология проведения полевых наблюдений МОГТ (2D)
3.2 Регистрирующий комплекс малоглубинной сейсморазведки МОГТ
3.2.1 Сейсмостанция
3.2.2 Сейсмоприемники (геофоны)
3.2.3 Сейсморазведочные кабели (сейсмокосы)
4. Изучение спектрально-энергетических особенностей поля упругих волн,
возбуждаемых импульсными источниками
4.1 Описание и технические характеристики используемых источников
упругих колебаний
4.1.1 Падающий груз
4.1.2 Пороховой импульсный источник упругих колебаний
4.1.3 Механический поверхностный источник "Geostrike AWG 80/120
A. E."
4.2 Сравнение характеристик волнового поля возбуждаемого различными
источниками
4.3 Исследование волновых полей регистрируемых при группировании
источников
5. Техника безопасности и охрана окружающей среды при проведении
сейсмических работ
5.1 Проводимые мероприятия по уменьшению влияния на окружающую
среду
5.1.1 Мероприятия по уменьшению воздействия на почвы и грунты
5.1.2 Мероприятия по охране водных ресурсов
5.1.3 Мероприятия по уменьшению влияния на растительный покров
5.2 Охрана труда и техника безопасности
5.3 Требования безопасности при работе с импульсным пороховым
источником упругих колебаний
Заключение
Список литературы
Введение
В настоящее время на шахтных полях ОАО
"Уралкалий" и ОАО "Сильвинит" используется широкий набор
геофизических методов изучения строения калийной залежи и вмещающих ее
отложений. Усилиями сотрудников Горного института УрО РАН активно применяются
сейсмические методы в модификации ОГТ, как в шахтном, так и наземном вариантах.
Материально-техническая и методическая база сейсмических методов основывается
на современном уровне развития цифровых регистрирующих и обрабатывающих
сейсморазведочных технологий.
Особенностью малоглубинной сейсморазведки
является то, что полезные волны регистрируются на фоне интенсивных волн-помех
(преломленных, поверхностных, прямых, кратных и т.д.). Для того чтобы по
возможности исключить или подавить последние, требуется тщательное планирование
параметров системы наблюдений и характеристик источника возбуждения упругих
колебаний.
Актуальность выбора источника упругих
колебаний для малоглубинной сейсморазведки стоит на первом месте в ряду
вопросов, связанных с проведением полевых изысканий, поскольку в настоящее
время Заказчик предъявляет высокие требования к обработанной информации. А для того,
чтобы предприятие, проводящее полевые работы, "шагало в ногу со
временем", одним из важных моментов является выбор типа источника
возбуждения.
Использование взрывного способа
возбуждения упругих волн в малоглубинной сейсморазведке крайне затруднено, так
как полевые работы часто проводятся в зоне интенсивного техногенного
воздействия на среду, которая характеризуется наличием на поверхности жилых
массивов, промышленных сооружений, зеленых насаждений, развитой сетью
коммуникаций и т.д. Таким образом, наиболее перспективными для применения в
данных условиях являются невзрывные типы источников.
Выбор оптимального источника подразумевает
изучение спектрально-энергетических особенностей поля упругих волн,
возбуждаемых импульсными источники.
В связи с вышесказанным, целью работы является сравнительный
анализ источников упругих колебаний для малоглубинной сейсморазведки. Для этого
требуется изучить принцип действия источников, провести сравнительный анализ их
параметров и выявить достоинства и недостатки конкретных установок.
При написании работы использовались
материалы сейсморазведочных работ, полученных при участии автора во время
прохождения производственной практики в лаборатории активной сейсмоакустики
Горного института УрО РАН.
1.
Геологические особенности района исследований
1.1 Основные
черты геологического строения ВКМКС
Верхнекамское месторождение калийных солей (ВКМКС) находится
в пределах Пермской области на левобережье р. Камы. Месторождение комплексное:
на его базе ведется добыча сильвинитов, карналлита, каменной соли и рассолов.
Геологические запасы месторождения огромны и оцениваются по карналлитовой
породе в 96,4 млрд. т, по сильвинитам - 113,2 млрд. т. Месторождение приурочено
к центральной части Соликамской впадины Предуральского краевого прогиба.
Соляная толща месторождения, имеющая форму линзы площадью около 8,1 тыс. км2,
прослеживается в меридиональном направлении на 205 км, в широтном - до 55 км
(рис. 1.1). Внутри контура соляной толщи расположена многопластовая залежь
калийно-магниевых солей протяженностью 135 км при ширине до 41 км. Площадь
основной части калийной залежи - 3,7 тыс. км2.
1.2
Стратиграфия и литология
Геологический разрез Соликамской впадины
наиболее полно изучен опорной (скв.1-ОП, глубина 2973 м) и нефтепоисковыми
(самая глубокая скв.37-ОГН, Уньвинская площадь, глубина 2912 м) скважинами.
Скважиной 1-ОП и серией нефтепоисковых
скважин вскрыты породы кудымкарской свиты (Vkd) валдайской серии
вендского комплекса, представленные алевролитами неравномерно глинистыми,
ангидритизированными, с обугленными растительными остатками; аргиллитами
слюдистыми, зеленовато-серыми и буро-коричневыми, песчанистыми; песчаниками
косослоистыми, реже массивными, кварцевыми, мелкозернистыми.
малоглубинная сейсморазведка упругая волна
Вскрытая мощность вендского комплекса 342
м. Выше залегают отложения девонской, каменноугольной, пермской, палеогеновой,
неогеновой и четвертичной систем [1]. Отложения девонской системы, в
объеме среднего и верхнего отделов, со стратиграфическим перерывом залегают на
породах вендского комплекса. Разрез системы представлен двумя толщами: нижней -
терригенной и верхней - карбонатной. Терригенная толща включает отложения
эйфельского и живетского ярусов среднего девона, а также франского яруса
верхнего девона.
Средний отдел (D2) в своей нижней части
представлен алевролитами, песчаниками и аргиллитами. Алевролиты и песчаники
пестроокрашенные, кварцевые. Аргиллиты пестроцветные, алевритистые,
неяснослоистые. В верхней части разреза наблюдается переслаивание алевролитов и
аргиллитов с редкими прослоями песчаников. Мощность отдела колеблется от 10 до
75 м.
Рис. 1.1 Структурно-тектоническое
положение Соликамской впадины [1]: 1 - границы Предуральского краевого -
прогиба; 2 - границы седловин и впадин (КС - Колвинская седловина, СолВ -
Соликамская впадина, КЧС - Косьвинско-Чусовская седловина, СылВ - Сылвенская
впадина); 3 - региональные разломы: Красноуфимский (I), Западно-Уральский (П),
Предтиманский (III), Дуринский (ГУ), Боровицкий (V); 4 - площади
распространения соляной толщи (а) и калийной залежи ВКМС (б); 5-линия
геологического разреза.
Верхний отдел (D3) представлен отложениями
франского и фаменского ярусов.
Франский ярус. Нижняя часть разреза
франского яруса в объеме пашийского и низов тиманского горизонтов представлена
терригенной пачкой - D3f (терр.), сложенной алевролитами неравномерно
глинистыми, песчаниками кварцевыми и аргиллитами алевритистыми и
известковистыми. Мощность пачки от 6 до 30 м. Кровля терригенной пачки является
отражающей поверхностью и при сейсморазведочных работах обозначается как
отражающий горизонт III (ОГ III).
Разрезы карбонатной части франского яруса
(D3f) и отложения фаменского
яруса (D3fm), литологические особенности которых
определялись развитием рифовых массивов и разделявших их межрифовых впадин,
группируются в рифовый и межрифовый (впадинный) типы.
Рифовый тип разреза выделяется на рифовых
выступах и одиночных массивах. Его подразделяют на склоновый, гребневый и
платформенно-лагунный подтипы. Смена указанных типов и подтипов разрезов
происходит постепенно.
С приближением к рифовым массивам со
стороны впадин, в склоновом подтипе разреза начинают преобладать
небитуминозные, чистые разности карбонатных пород. Мощности пород возрастают.
По мере приближения к центральным частям массивов исчезают серые и темно-серые
известняки и прослои битуминозных сланцев с кремнями.
Гребневый подтип представлен
светло-серыми, почти белыми известняками, местами доломитизированными,
органогенно-детритовыми, с неясной крупной слоистостью. Известняки и доломиты
местами пропитаны нефтью, в различной степени окисленной, нередко до твердого
битума. Мощности разреза в этом подтипе максимальные.
К платформенно - лагунному подтипу
отнесены разрезы, развитые в центральных частях рифовых выступов и одиночных
рифовых сооружений. Здесь известняки преимущественно светлоокрашенные,
светло-серые, почти белые, органогенно-детритовые, доломитизированные,
переходящие во вторичные доломиты. Иногда наблюдаются тонкие прослои аргиллита
известкового.
Межрифовый (впадинный) тип разреза
представлен известняками, в различной степени окремнелыми, с подчиненными
прослоями битуминозных известняков, сланцев и кремней. Мощности этого типа
разреза для данного стратиграфического подразделения являются минимальными.
Мощность карбонатной части разреза
франского яруса от 95 до 405 м. Мощность отложений фаменекого яруса 70-210 м.
Каменноугольная система представлена
нижним, средним и верхним отделами. Нижний отдел включает турнейский, визейский
и серпуховский ярусы,
Турнейский ярус (C1t) развит не повсеместно.
На девонских рифовых постройках отложения яруса либо отсутствуют, либо
представлены в редуцированных мощностях.
В межрифовом типе в низах разреза породы
турнейского яруса представлены отложениями доманикового типа, сменяющимися на
карбонатно-терригенный тип разреза. Известняки (40%) серые, глинистые,
мелкодетритовые; аргиллиты (60%) темно-серые, почти черные, тонкоплитчатые.
Разрезы склонов рифовых сооружений также
представлены чередованием темноокрашенных известняков и аргиллитов. В низах
разреза преобладают карбонаты (70%). Известняки водорослевые,
доломитизированные, прослоями окремнелые.
Разрезы мелководья (рифовые выступы и
массивы) сложены известняками светло-серыми, детритовыми. Вверх по разрезу
наблюдается переслаивание известняков и аргиллитов. Известняки
органогенно-детритовые, мелкообломочные, с прослоями раковинно-известняковых
песчаников.
Мощность турнейского яруса изменяется от 0
до 270 м.
Визейский ярус (C1v). Нижняя часть разреза
визейского яруса имеет терригенный состав - C1v (терр.). Она сложена
(снизу вверх) аргиллитами темно-серыми, почти черными, чередующимися с
алевролитами глинистыми, в самом основании разреза - с редкими прослоями
известняков; песчаниками светло-серыми, известковистыми, с подчиненными
прослоями аргиллитов и алевролитов глинистых, с углистыми растительными
остатками. Мощность терригенной пачки 10-90 м. Кровля терригенной пачки
является отражающей поверхностью и при сейсморазведочных работах используется
как отражающий горизонт II (ОГ П).
Карбонатная часть разреза нижнего отдела
каменноугольной системы (верхи визейского яруса и нерасчлененный серпуховский
ярус) сложена известняками темно-коричнево-серыми, серыми,
органогенно-детритовыми, доломитизированными, с типичной морской фауной или ее
реликтами; доломитами вторичными серыми, разнозернистыми, с реликтовой
органогенной структурой, с желваками ангидрита и кремня. Суммарная мощность
карбонатной части разреза визейского яруса и серпуховского яруса изменяется от
110 до 530 м.
Средний отдел каменноугольной системы (C2) представлен башкирским
и московским ярусами.
Башкирский ярус (C2b) сложен известняками
органогенно-детритовыми, перекристаллизованными. Породы участками
доломитизиованы и сульфатизированы. Местами известняк глинистый с прослоями
аргиллита. В кровле яруса гравелиты, конгломератобрекчии. По всему ярусу
нефтепроявления от слабых до обильных. Мощность яруса от 15 до 80 м.
Московский ярус (C2m) представлен
неравномерным переслаиванием известняков, аргиллитов, доломитов. Известняки
серые и темно-серые, глинистые, органогенно-обломочные,
детритово-фораминиферовые, наблюдается доломитизация, сульфатизация,
битуминозность по стилолитовым швам. Аргиллиты темно-серые, известковистые,
слюдистые. Доломиты тонкозернистые, глинистые, крепкие, с гнездами ангидрита.
Мощность яруса 195-305 м.
Верхний отдел каменноугольной системы (C3) сложен преимущественно
доломитами с прослоями известняков. Доломиты серые, мелкозернистые
известковистые, кристаллические, прослоями глинистые, битуминозные, участками
кавернозные. Наблюдается слабое окремнение и сульфатизация. Мощность отдела
35-80 м.
Пермская система представлена
нижним, средним и верхним отделами.
Нижнепермские отложения развиты в объеме
ассельско-сакмарского, артинского, кунгурского и уфимского ярусов.
Ассельский+сакмарский ярусы (P1a+s). Нерасчлененные
отложения ярусов сложены известняками серыми, темно-серыми, кристаллическими,
плотными, крепкими, участками окремнелыми, прослоями органогенно-детритовыми
иногда глинистыми, битуминозными. Мощность их изменяется от 180 до 450
м.
Артинский ярус (P1a) по литологическому
составу подразделяется на две пачки: карбонатную и терригенную. Граница раздела
пачек используется при сейсморазведочных работах как отражающий горизонт Ак
(ОГ Ак);
Карбонатная пачка (P1ar1) представлена
известняками светло - и темно-серыми, участками окремнелыми,
органогенно-обломочными, с обильной фауной. Отмечено участие нижнеартинских
карбонатных пород в формировании рифовых построек, к которым бывают приурочены
проявления нефти. Мощность пачки от 70 м в межрифовом пространстве до 220 м в
пределах рифовых сооружений.
Терригенная пачка распространена не
повсеместно, а лишь в восточной половине Соликамской впадины, где она
представлена урминской свитой (P1ur) и образует так называемый "артинский
терригенный клин". "Клин" сложен флишоидно-моласcовой толщей -
аргиллитами, алевролитами и песчаниками с линзами и прослоями конгломератов,
относительная роль которых постепенно возрастает в восточном направлении, по
мере приближения к складчатому Уралу. Мощность толщи возрастает от 120 м на
западе до 1500 м и более на востоке, в зоне перехода к передовым складкам
Урала.
В западной части Соликамской впадины
урминская свита фациально сменяется на глинистые известняки, мергели и доломиты
дивьинской свиты (P1dv). Мощность дивьинской свиты колеблется от
10 м (на участках развития нижнеартинских рифов) до 120 м в межрифовом
пространстве.
Кровля терригенной пачки артинского яруса
при сейсморазведочных работах используется как отражающий горизонт Ат
(ОГ Ат);
Кунгурский ярус, отложения которого
распространены на всей территории Соликамской впадины, представлен двумя
горизонтами - филипповским и иренским.
Фипипповский горизонт. На восточной окраине
Русской (Восточно-Европейской) платформыи большей части Соликамской впадины
распространен карбонатно-сульфатный тип разреза - карнауховская свита (P1kr). На восточной
окраине Предуральского прогиба карбонаты и сульфаты замещаются обломочными
породами лекской свиты (P1lk). Мощность горизонта 50-160 м.
Иренский горизонт (P1ir) в пределах Соликамской
впадины и прилегающей к ней части Русской платформы включает четыре
одновозрастные свиты - иренскую, березниковскую, поповскую и кошелевскую,
фациально сменяющие друг друга с запада на восток.
Иренская свита (P1ir), развитая в пределах
восточной окраины Русской платформы, делится на семь пачек (снизу вверх);
ледяно-пещерскую (ir1), неволинскую (ir2), шалашнинскую (ir3), елкинскую (ir4), демидковскую (ir5), тюйскую (ir6) и лунежскую (ir7), из которых нечетные сложены
в основном ангидритовой породой, а четные представлены преимущественно
доломитами и доломитизированными известняками, содержащими фауну брахиопод,
пелеципод, фораминифер и др. Участками доломиты и известняки содержат прослои
мергелей и глин. Мощности карбонатных пачек изменяются от 3 до 20 м, а
ангидритовых - от 5 до 140 м. Мощность иренской свиты - от 110 до 385м.
Березниковская свита (P1br), развитая в
центральной части Соликамской впадины, представлена глинисто-ангидритовой и
соляной толщами. Последняя включает калийную залежь Верхнекамского
месторождения. При сейсморазведочных работах кровля глинисто-ангидритовой толщи
используется как отражающий горизонт С (ОГ С). Мощность свиты 150-800 м.
Вдоль восточного борта Предуральского
прогиба распространена поповская свита (P1pp), сложенная мергелями,
глинами, алевролитами с линзами ангидрита и каменной соли. Мощность свиты
30-500 м.
Верхнепермские отложения представлены
уфимским и казанским ярусами [1,2].
Галогенная формация Соликамской впадины
включает отложения карнауховской и березниковской свит и нижнесоликамской
подсвиты (рис.1.2).
Соляная толща общей мощностью до 550 м
подразделяется (снизу вверх) на подстилающую каменную соль (ПдКС - P1br2), калийную залежь (P1br3), состоящую из
сильвинитовой (СЗ) и карналлитовой (КЗ) зон, и покровную каменную соль (ПКС - P1br4).
Соляные породы Верхнекамского
месторождения представлены каменной солью, сильвинитами и карналлитовыми
породами. Каменная соль на месторождении слагает ПдКС и ПКС, разделяет
продуктивные пласты калийной залежи и мергелей ПП (переходной пачки). Ею также
сложены зоны замещения продуктивных пластов. Она представляет собой почти
мономинеральную породу, на 90-98% сложенную галитом (NaCl). В качестве примесей в
ней встречаются ангидрит, силикаты (в основном глинистые минералы), карбонаты
(доломит, кальцит) и др.
Каменная соль обычно обладает четкой
слоистой текстурой, обусловленной чередованием прослоев галита и
глинисто-ангидритового материала. По структурным особенностям галит разделяется
на несколько разновидностей: перистый темно-серый, перистый светло-серый,
зернистый и шпатовый.
Несоляные минералы встречаются в
рассеянном виде внутри прослоев галита и образуют обособленные галопелитовые
прослои (их часто называют глинисто-ангидритовыми прослоями, соленосной глиной
или просто глиной), имеющие, как правило, мощность 0,5-1,0 мм. Эти прослои
сложены в основном ангидритом, карбонатами и глинистым материалом.
Каменная соль зон замещения имеет те же
характеристики, что и обычная каменная соль, но в ней более широко представлен
зернистый галит, чаще всего имеющий желтоватый оттенок. Встречаются и
реликтовые ксеноморфные зерна сильвина. По мере увеличения глубины залегания
(более 400-500 м) каменная соль приобретает массивную или флюидальную текстуру
и гранобластовую структуру.
Сильвинит - биминеральная порода,
сложенная галитом и сильвином (КС1). Содержание последнего в сильвините
колеблется обычно в пределах 20-45%. В качестве примесей присутствуют несоляные
минералы (ангидрит, карбонаты, глинистые минералы и др.), суммарное содержание
которых не превышает нескольких процентов. По текстурно-структурным
особенностям и цвету выделяют красные, полосчатые и пестрые сильвиниты.
Рис. 1.2. Стратиграфический разрез галогенной формации
Соликамской впадины [1]: 1 - глина; 2 - мергель; 3 - каменная соль; 4 -
карноллитовая порода и каменная соль; 5 - сильвинит и каменная соль; 6 -
аргиллит; 7 - доломит; 8 -известняк.
Карналлитовая порода слагает пласты
карналлитовой зоны месторождения. Она состоит из карналлита (KCl∙MgCl2∙6H2O) и галита. В качестве
примесей карналлитовая порода содержит сильвин и несоляные минералы (ангидрит,
карбонаты, глинистые минералы и др.). Окраска этой породы самая разнообразная,
но чаще всего имеет темно-красный, реже желтовато-бурый и еще реже
лимонно-желтый цвет.
Карналлитовая порода нередко имеет
брекчиевидный облик, когда обломки наиболее богатой карналлитовой породы,
имеющие неправильную угловатую форму, перемешаны с такими же обломками каменной
соли. Другая особенность карналлитовых пород - присутствие трещин кливажа,
которые являются реакцией этих пород на тектонические движения, обусловившие
внутрисолевую складчатость.
Подстилающая каменная соль (ПдКС) делится
на три пачки (горизонта), каждая из которых характеризуется определенным
литологическим составом.
Нижняя пачка сложена чередующимися
пластами (слоями) каменной соли и терригенно-хемогенных пород. Последние
представлены глинисто- (мергельно) - ангидрито-доломитовыми, глинисто-
(мергельно) - гипсово-ангидритовыми и доломито-ангидритовыми разностями, а
также алевролитами и песчаниками. Количество пластов (слоев)
терригенно-хемогенных пород колеблется от 1 до 5, а их мощность изменяется от
0,5 до 43 м. По распределению несоляных пород литозона разделена на две пачки:
нижнюю (базальную соль) и верхнюю (ангидрит-соляную). Нижняя пачка мощностью от
19 до 36 м сложена каменной солью; верхняя мощностью от 32,8 до 82,8 м содержит
три пласта несоляных пород, преимущественно мергельно-ангидритовых на западе и терригенных
- на востоке. Общая мощность нижней пачки ПдКС изменяется от 61 до 98,6 м.
Соленасыщение - 61-82%.
Средняя пачка представлена мощной,
относительно однородной каменной солью, в которой встречаются прослои
глинисто-ангидритового материала мощностью от 0,05 до 0,5 м (средняя 0,15-0,2
м). Суммарная мощность этих прослоев 5-10 м.
Общая мощность средней пачки ПдКС от 50 до
440 м.
В основании верхней пачки ПдКС находится
пласт "маркирующая глина" (МГ), залегающий с угловым несогласием на
каменной соли средней пачки. Этот паст является надежным маркирующим горизонтом
соляной толщи месторождения. Средняя мощность пласта МГ составляет 2 м. По
петрографическому облику каменная соль верхней пачки близка к соли нижележащих
горизонтов. В верхней части разреза при приближении к границе с сильвинитовой
зоной прослои зернистого галита приобретают светло-желтую и розовую окраску
(зона розовой соли). По окраске и распределению шпатового и зернистого галита
верхняя пачка разделяется на две примерно равные по мощности пачки - нижнюю
(шпатовую) и верхнюю (розоватую соль).
Мощность верхней пачки ПдКС колеблется от
8 до 66 м, составляя в среднем 25 м.
Общая мощность ПдКС изменяется от 50 м и
менее в зонах выклинивания до 515 м во внутренних частях впадины,
составляя в среднем около 330 м [8].
Уфимский ярус представлен
соликамским и шешминским горизонтами, которые соответствуют одноименным свитам.
Соликамская свита подразделяется на две
толщи - соляно-мергельную (СМТ - P2sl1) и терригенно-карбонатную (ТКТ - P2sl2).
СМТ сложена мергелями, глинами, гипсами,
ангидритами и каменной солью. Ее средняя мощность около 100 м.
ТКТ разделяется на две литозоны: нижнюю -
плитняковую (мергельно-доломито-извеетняковую) и верхнюю -
известняково-терригенную. Плитняковая зона средней мощностью 65-70 м сложена
известняками, доломитами и тонкослоистыми мергелями. Известняково-терригенная
литозона мощностью 52-64 м представлена аргиллитами, алевролитами,
мелкозернистыми песчаниками и известняками. Общая мощность ТКТ колеблется от 90
до 170 м.
Шешминская свита (P2ss) представлена
пестроцветной толщей (ПЦТ). Толща сложена песчаниками и алевролитами бурыми,
зеленовато-серыми и серыми, иногда с маломощными пропластками мергеля и
известняка. Песчаники и алевролиты известковистые, косослоистые, нередко с
медистыми соединениями в виде малахита и азурита (медистые песчаники).
Наблюдается загипсованность в виде линзовидных прослоев, согласных и секущих
прожилков гипса. В пределах ВКМС мощность шешминского горизонта изменяется от 0
до 675 м.
Казанский ярус среднепермского отдела (P2kz). Отложения этого яруса
распространены к западу от месторождения (правый берег р. Камы) и представлены
толщей песчаников и алевролитов с линзами конгломератов, прослоями глин,
известняков и мергелей.
Кайнозойские отложения палеогена и неогена
на площади месторождения развиты фрагментарно.
К палеогеновым отложениям относятся
цветные глины (белые, желтые и др.) и кварцевые песчано-гравийно-галечные
отложения. Мощность этих отложений - до 17,4 м.
Неогеновые (верхнемиоценовые) отложения
обнаружены в переуглублениях ложа древнего русла р. Пракамы. Они представлены
глинами, песками и суглинками с прослоями торфа и лигнита. Возраст отложений
установлен по растительным остаткам и пыльце. Мощность неогеновых отложений -
20-36 м.
Четвертичная система (Q) представлена рыхлыми
образованиями различного происхождения: эоловыми песками (до 3 м),
торфяно-болотными отложениями (до 5 м), аллювиальными песками, глинами,
галечниками (1,5-30 м), озерно-аллювиальными (до 25 м) и перигляциальными (до
10 м) супесями, суглинками и глинами, флювиогляциальными, моренными и другими
образованиями (1,5-10 м). В отдельных случаях (переуглубления палеодолин, зоны
выщелачивания солей и др.) мощность четвертичных отложений достигает 80 м.
1.3 Тектоника
При характеристике тектонического строения
Верхнекамского месторождения солей необходимо учитывать несколько аспектов:
структурно-тектоническое положение Соликамской впадины, структуру соляного
комплекса пород, общую структуру и внутреннюю тектонику соляной толщи, тектонику
надсолевых отложений и проблему большеамплитудных смещений в солях.
Предуральский краевой прогиб представляет
собой крупную синклинальную структуру, переходную от Русской платформы к
складчатому Уралу. Большая часть прогиба, в том числе Соликамская впадина,
характеризуется более глубоким залеганием докунгурских отложений, чем на
платформе и складчатом Урале, а также развитием солей в кунгурских отложениях.
Переход между платформой и прогибом является постепенным, т.к. в ходе
формирования последнего в раннепермскую эпоху происходила его миграция к
западу, с наложением на восточную часть Русской платформы. За границу между
этими тектоническими областями к югу р. Косьвы, южнее Соликамской
впадины, принят крутой (1-5°) уступ поверхности кристаллического фундамента,
сопровождаемый градиентной зоной гравиметрического поля и отождествляемый с
Красноуфимским региональным разломом. В районе Соликамской впадины такого
уступа в кунгурских и артинских отложениях не наблюдается, и западная граница
Предуральского прогиба проводится условно, с учетом увеличения мощности и
фациальной изменчивости нижнепермских отложений. Градиентная зона,
соответствующая Красноуфимскому разлому, располагается здесь на 10-15 км
восточнее, т.е. в пределах западной части прогиба. Восточная граница
Предуральского прогиба (и, соответственно, Соликамской впадины) проводится по
появлению нижнепермских моласс. Этот контур совпадает с восточной
границей сплошного развития позднегерцинских флишоидно-молассовых отложений
большой мощности, контролируемой на многих участках региональными надвигами.
Соликамская впадина представляет собой
меридионально вытянутую структуру протяженностью около 240 км и шириной до
70-75 км. С севера она ограничена Колвинской седловиной, которая выделяется по
выходам артинских и более древних отложений среди кунгурских. Ограничивающая
впадину на юге Косьвинско-Чусовская седловина отличается повышенным уровнем
залегания кунгурских и артинских отложений.
Подсоляная толща представлена породами артинского
яруса, филипповского горизонта и глинисто-ангидритовой толщей кунгурского
яруса.
Терригенные отложения артинского яруса (урминской свиты)
образуют пологую синклинальную структуру с отчетливо выраженными западным и
восточным бортами - собственно Соликамскую впадину. Субмеридионально
ориентированный шарнир этой депрессии полого погружается с севера на юг от
отметки 540 до 860 м.
Залегание пород осложнено пятью региональными разломами:
Красноуфимским, Западно-Уральским - субмеридиональными; Предтиманским -
северо-западного простирания, Дуринским и Боровицким - субширотными.
В пределах развития соляных пород Соликамская впадина имеет
трехъярусное строение, а на крыльях, где соляных отложений нет - одноярусное.
Здесь артинско-кунгурские отложения залегают согласно. Нижний структурный ярус
сложен верхами артинского яруса, карнауховской свитой и
глинисто-карбонатно-ангидритовой толщей березниковской свиты, которые выстилают
ложе впадины и залегают согласно ему, средний приурочен к соляной толще
березниковской свиты и характеризуется дисгармоничным строением, связанным с
проявлением соляной тектоники, и, наконец, верхний образован надсоляными
отложениями, залегающими согласно поверхности рельефа соляной толщи [1].
Соляная толща - это крупное сложное геологическое тело,
нижняя поверхность которого залегает в форме пологой синклинали с углами
падения до 1-2 є и реже больше, а верхняя имеет сложноскладчатыое залегание,
образованное сочетанием положительных и отрицательных соляных структур. Внутри
соляной залежи, особенно в калиеносной толще, пласты смяты в сложную систему
разнопорядковых и морфологически разнообразных соляных складок. Они в
совокупности формируют складчатый комплекс, описываемый в литературе как
внутренняя тектоника соляных толщ.
Территория распространения соляной толщи делится на три части
Дуринским и Боровицким погибами, которые приурочены к региональным разломам.
Общая мощность толщи составляет 300-600 м [1].
Надсоляную толщу можно поделить на четыре части:
соляно-мергельная (СМТ) и терригенно-карбонатная (ТКТ) толщи, слагающие
соликамский горизонт, пестроцветная толща (ПЦТ), относимая к шешминскому
горизонту и четвертичные отложения. В структурном плане общая пликативная
структура надсоляной толщи соответствует структуре кровли солевой толщи. Детали
складчатой тектоники этой толщи практически не изучены. Слабо изученным является и вопрос о наличии и характере
разрывных нарушений. Общая мощность толщи колеблется от 180 до 500 м [8].
1.4
Гидрогеология
ВКМКС находится в пределах Предуральского артезианского
бассейна, основными областями питания которого в Прикамье являются Уфимское
плато, Тиманская гряда и частично передовые складки Урала, а зонами разгрузки -
р. Кама и ее крупные притоки. Соляная толща, являясь водоупором, разделяет
подземные воды на два гидрогеологических этажа - надсолевой и подсолевой. В
соответствии с этим на месторождении выделяют надсолевые и подсолевые воды.
Сама соляная толща содержит большое количество рассолов -
внутрисолевые воды. Вся надсоляная толща пород, за исключением незначительных
участков, полностью насыщена водой, поэтому особое внимание уделяется
водозащитной толще (ВЗТ), которой для ВКМКС является пачка пород от кровли
верхнего отрабатываемого пласта до поверхности соляного зеркала (водоносный
горизонт четвертичных отложений, шешминский водоносный горизонт,
верхнесоликамский, нижнесоликамский), в наибольшей степени подвергающейся
влиянию горных работ.
Нижний (подсолевой) гидрогеологический этаж соликамской
впадины включает в себя 6 водоносных комплексов:
нижнепермско-верхнекаменноугольный карбонатный, московский,
башкирско-верхневизейский, средне-нижневизейский терригенный,
турнейско-верхнедевонский карбонатный и верхне-среднедевонский терригенный.
При проходке горных выработок в соляной толще наблюдаются
истечения рассолов, которые чаще всего происходят в виде капельного выделения
из галопелитовых прослоев и увлажнения. Все рассолы относятся к хлоридному
типу, характеризуясь соленостью до 328 г/кг и большим содержанием хлористого
кальция. Связи между внутрисоляными рассолами и водами надсолевого комплекса не
установлено [1,2].
2.
Теоретические основы сейсморазведочных исследований
2.1 Методы и
модификации сейсморазведки
Сейсмическая разведка к настоящему времени достигла весьма
высокого уровня совершенства. В сейсмической разведке появились различные
направления и модификации, которые получили название методов. На практике
широко используется лишь несколько методов. Для классификации этих методов в
сейсморазведке в настоящее время принято использовать двенадцать различных
признаков.
Таблица 1
Классификация методов сейсморазведки [3]
|
Классификационные признаки
|
Методы и модификации сейсморазведки
|
|
Область применения
|
Глубинные сейсмические зондирования земной коры
Региональные сейсмические исследования Структурная Нефтегазовая Рудная
Угольная Инженерная Промысловая (скважинная) Шахтная
|
|
Физико-географические условия проведения работ
|
Сухопутная Морская Речная (озерная) Десантная
|
|
Степень детальности исследования
|
Рекогносцировочная Поисковая Детальная
|
|
Пространственно-временная ориентировка исследований
|
Одномерная (метод центрального луча) - ID
Двумерная (профильная) - 2D Трехмерная (пространственная) - 3D Трехмерная
повторяющаяся во времени - 4D
|
|
Выделяемые целевые волны
|
Отраженные Преломленные (головные) Проходящие
|
|
Классификационные признаки
|
Методы и модификации сейсморазведки
|
|
Тип используемых упругих волн
|
Продольные Поперечные Обменные Поверхностные
|
|
Средства возбуждения сейсмических волн
|
Естественные сотрясения Взрывы воздушные Взрывы
на поверхности Взрывы в скважинах Взрывы в траншеях Взрывы линий
детонирующего шнура Удары Импульсные невзрывные источники Вибрационные
источники Электроискровые источники
|
|
Регистрируемая составляющая колебаний в среде
|
Вертикальная составляющая Z (на суше) - 1С
Всестороннее давление Р (на море) - 1С Горизонтальная составляющая X или У -
1С Двухкомпонентные наблюдения (Zu X Zu У и т.д.) - 2С Трехкомпонентные
наблюдения (X, y,Z) - ЗС Четырехкомпонентные наблюдения (на море) (X,y,Z,P) -
4C Многокомпонентные (азимутальные) наблюдения
|
|
Система наблюдений
|
Продольное профилирование Непродольное
профилирование Вертикальное профилирование Сейсмозондирование Широкий профиль
Слаломлайн Площадные наблюдения Многократные перекрытия
|
|
Вид группирования сейсмоприемников (или
источников)
|
Одиночные сейсмоприемники Продольные группы
Поперечные группы Площадные группы
|
|
Характер разделения волн по различным признакам
при регистрации, обработке и интерпретации
|
Регулируемый направленный прием (РНП)
Суммирование по общей глубинной (средней) точке (ОП) Поляризационный прием
Фокусирование волн при излучении и/или при приеме Дифракционное
преобразование Корреляционное выделение волн
|
Сейсмические исследования могут применяться в различных
областях геологии.
На этапе изучения глубинного строения земной коры всегда
выполняются в том или ином объеме глубинные сейсмические зондирования (ГСЗ)
[3,4].
При решении определённых задач в рудной, угольной и шахтной
геологии важную роль сыграла сейсмическая разведка. Применение сейсмической
разведки при поисках и разведке твердых полезных ископаемых послужило основой
для создания специфического направления в сейсморазведке - рудной
сейсморазведки. Большой вклад в формирование рудной сейсморазведки внес
Всесоюзный институт разведочной геофизики (ВИРГ, г. Ленинград), в частности
многолетний руководитель отдела рудной сейсморазведки Караев К. А.
В становлении и внедрении рудной сейсморазведки на Урале
(1960 - 1975 годы) большая заслуга принадлежит доценту кафедры геофизики
Свердловского горного института им.В. В. Вахрушева Шмакову В. Н.
Заслуга в развитии малоглубинных сейсмических методов
исследований в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей принадлежит
ученым Горного института Уральского отделения РАН И.А. Санфирову и А.А.
Маловичко.
При решении задач инженерной геологии, гидрогеологии и
инженерно-строительных изысканий важную роль сыграла сейсмическая разведка.
Инженерная сейсморазведка появилась благодаря специфике полевых работ и
применяемых приемов обработки получаемой информации. Этот вид сейсмических
работ по числу используемых сейсморазведочных станций стоит на втором месте
после нефтегазовой сейсморазведки. В создание отечественной инженерной
сейсморазведки скальных грунтов большой вклад внесли Никитин В.Н. и Савич А.И.
(институт "Гидропроект", г. Москва). Становление в СССР инженерной
сейсморазведки нескальных грунтов (1968 - 1980 годы) тесно связано с именем
Бондарева В.И. (Свердловский горный института им.В. В. Вахрушева, г.
Свердловск).
Однако основная сфера использования сейсмической разведки -
поиски месторождений нефти и газа. Именно в этой области применения
сейсмическая разведка является наиболее эффективным геофизическим методом
[3,4].
Существенное различие в проведении сейсмических работ на суше
и на море обусловило формирование двух основных видов сейсмической разведки -
сухопутной (наземной) и морской.
Характер выполнения сейсмических работ по отдельным
изолированным профилям или по совокупности одновременно изучаемых линий
определяет соответственно двумерный (2D) или трехмерный (3D) вид сейсмических
исследований. В последние годы начали выполнять значительные по объемам
периодически повторяющиеся во времени сейсморазведочные работы 3D на площадях
исследований с целью осуществления контроля за ходом разработки нефтегазовых
залежей. Такие наблюдения получили название технологии 4D. Если при этом еще
используют наблюдения различных компонент смещения волнового поля (X, У, Z) и
волн давления (при наблюдениях на морском дне), то такие технологии называют
технологиями 4D/4C.
Для использования в разведочных целях сейсмических волн того
или иного частотного диапазона приходится применять определенные источники этих
волн. Так, при сейсмических исследованиях в нефтегазовой геологии требуется
применение достаточно мощных источников продольных упругих волн. Чаще всего при
работах на нефть и газ этими источниками являются взрывы зарядов специального
взрывчатого вещества (ВВ) либо мощные вибрационные источники. При морских
работах, как правило, применяют импульсные невзрывные источники, использующие
энергию выхлопа в воду сильно сжатого воздуха [3,4].
Среди вышеназванных классификационных признаков вида
сейсмической разведки основным является кинематический тип используемых целевых
волн. В соответствии с этим признаком в сейсморазведке выделяют три основных
метода исследований: метод отраженных волн (MOB), метод преломленных (головных)
волн (МПВ) и метод проходящих волн, реализуемый с использованием скважин или
других горных выработок. В свою очередь, в каждом из этих методов могут
использоваться различные типы волн по характеру поляризации, различные способы
возбуждения и приема колебаний и т.п.
2.1.1 Метод
отраженных волн
Метод отраженных волн (MOB) - наиболее эффективный и развитый
метод сейсморазведки, применяемый в наибольших объемах при поисках и детальной
разведке месторождений нефти, газа и ряда других полезных ископаемых на суше и
на море. Предложен в США Р. Фессенденом в 1917 году и Ж. Карчером в 1919 году
и, независимо от них, - в СССР в 1923 году В.С. Воюцким и в Великобритании Дж.
Ивенсом и У. Уитни - в 1922-м. MOB применяется [3]:
для определения глубины и формы залегания границ раздела
геологических напластований;
выявления структурных и неструктурных ловушек полезных
ископаемых, особенно нефти и природного газа;
при благоприятных обстоятельствах для получения данных о
литологии, фациальном составе пород, условии их образования, характере флюидов,
насыщающих поровое пространство горных пород, и др.
Упругие волны возбуждают с помощью проведения взрывов в
неглубоких скважинах или действием специальных невзрывных источников на
поверхности земли. На поверхности земли регистрируются отраженные волны от
достаточно протяженных геологических границ, на которых заметно меняется
волновое сопротивление (акустическая жесткость) соседних толщ.
Таким границам обычно соответствуют литологические и тектонические
поверхности разделов геологических сред. После регистрации упругих волн изучают
их кинематические (времена прихода, скорости распространения и т.п.) и
динамические (амплитуды, частоты и др.) характеристики. Отраженные волны всегда
регистрируются на фоне помех глубинного и поверхностного происхождения. Поэтому
для их выделения применяют специальные приемы возбуждения, записи и обработки,
использующие различия в кинематических и динамических характеристиках
отраженных волн и волн-помех. Полевые наблюдения выполняют по специальным
системам наблюдений. В настоящее время основными являются системы многократных
перекрытий, обеспечивающие получение значительной избыточной информации, что
предопределяет необходимость в дальнейшем проводить обработку по самым
высокоэффективным технологиям. В сейсморазведке MOB применяют преимущественно
48-кратные перекрытия с расстоянием между каналами от 25 до 100 м. Запись
колебаний производится, главным образом, сейсморазведочными станциями с числом
каналов 96 и более. Обработка данных MOB практически полностью автоматизирована
и выполняется в крупных вычислительных центрах на мощных ЭВМ. В процессе
обработки используют такие преобразования полевых записей, которые существенно
улучшают отношение сигнал/помеха. Для воссоздания реального пространственного
положения отражающих границ выполняют специальные преобразования волнового
поля, позволяющие перейти от координат точек прихода волн на поверхности
наблюдений к координатам глубинных точек отражения. Окончательные результаты
обработки представляют в виде сейсмических изображений среды временных и
глубинных динамических разрезов. Пример такого разреза показан на рис.2.1.
Рис. 2.1. Временной разрез по одному из профилей в Северном
море, отображающий строение окраинных склонов коралловых рифов [3]
Важной принципиальной особенностью MOB является тот факт, что
запись отраженных волн производится на сравнительно небольших удалениях от
источников упругих волн, благодаря чему лучевые пучки отраженных волн всегда
оказываются довольно узкими: диаметр их сечения редко превышает 2-3 км. Это
обстоятельство, в совокупности с возможностью выделения отдельных импульсов
отражений обеспечивает высокую детальность, разрешенность и точность изучения
геологической среды, что и определяет ведущую роль MOB среди других методов
сейсморазведки. Разрешающая способность сейсморазведки MOB по горизонтали
оценивается минимальными горизонтальными размерами неоднородностей, порождающих
регулярные отраженные волны. В обычных условиях разрешающая способность по
горизонтали соизмерима с радиусом первой зоны Френеля и на глубинах от 1,5 до 3
км составляет, как правило, 0,3 - 0,5 км [4].
Разрешающая способность по вертикали определяется толщиной
отдельного пласта, от кровли и подошвы которого отраженные волны на записях
наблюдаются раздельно, что в частотном диапазоне 20 - 100 Гц составляет обычно
15 - 25 м. При использовании некоторых специальных видов обработки возможно
выделение пластов минимальной мощностью 8-10 м. Одним из вариантов реализации
MOB является методика общей глубинной точки (МОГТ), предложенная в США в 1950
г. Мейном. Её основой являются: сложные системы многократных перекрытий,
сортировка исходных ее сейсмограмм в сейсмограммы ОГТ по принципу
принадлежности их к общей средней точке (середина расстояния "источник -
приемник"), расчет и ввод статических и кинематических поправок,
последующее суммирование трасс сейсмограмм ОГТ в одну суммотрассу для каждой
общей средней точки. Полученная совокупность суммотрасс для общих средних точек
представляет главный результат МОГТ - временной разрез.
Достоинства МОГТ заключаются в том, что в процессе получения
временных разрезов существенно ослаблены как регулярные (кратные и обменные),
так и нерегулярные волны-помехи [3,4]. Еще одной важной модификацией MOB
является методика регулируемого направленного приема (МРНП), предложенная в США
Ф. Рибером (1934 г.) и независимо от него Л.А. Рябинкиным (СССР, 1937 г.). Под
руководством Л.А. Рябинкина методика была разработана в деталях и широко
использовалась в СССР в 1950 - 1975 годах. Геосейсмический разрез по одному из
профилей, построенный по данным МРНП, показан на рис.2.2 Методика основана на
разновременном суммировании исходных сейсмических записей отраженных волн, их
частотной фильтрации с целью разделения интерференционных волн на составляющие
плоские волны, отборе полезной информации в результате анализа природы этих
волн и построении по ней изображений вторичных источников волн - элементов
отражающих границ. Для суммирования по МРНП полевые сейсмограммы разбиваются на
короткие участки (базы суммирования), содержащие 8-12 трасс.
Рис. 2.2 Глубинный геосейсмический разрез, полученный методом
регулируемого направленного приема, по одному из профилей в Актюбинском
Приуралье: 1 - отражающие границы; 2 - разведочные скважины [3]
Последовательно изменяя с небольшим шагом величину временных
задержек, обеспечивают синфазное слежение всех зарегистрированных в пределах
базы суммирования регулярных волн. В результате многократного разновременного
суммирования получают суммоленты РНП, на которых регулярные волны, приходящие к
поверхности наблюдений по различным направлениям, характеризуются повышенной
энергией и разделены по значениям их временных сдвигов или по углам прихода их
к линии наблюдения. Обработка по МРНП в настоящее время полностью
автоматизирована и выполняется на ЭВМ. Формирование итоговых сейсмических
изображений геологических сред (временных и глубинных динамических разрезов)
осуществляется путем накопления отражающих и дифрагирующих элементов.
Суммирование на малых базах позволяет считать волны
регулярными, а их фронты - плоскими. Трассы суммируются с последовательно
изменяющимися по линейному закону временными задержками. Амплитуды суммарных
сигналов максимальны при синфазном сложении колебаний.
2.1.2 Метод
преломленных волн
В методе преломленных волн (МПВ) обычно регистрируются и
анализируются головные, рефрагированные и преломленно-рефрагированные волны,
траектории лучей и годографы которых показаны рис. 2.3.
Рис. 2.3 Типичные лучевые схемы и годографы головных (а),
рефрагированных (б) и преломленно-рефрагированных (в) волн [3]
Достоинства МПВ:
большой диапазон доступных для исследования глубин от первых
метров до 10 - 15 и более километров;
возможность определения граничной скорости в слоях;
малая зависимость от помех со стороны кратно отраженных и
поверхностных волн.
Недостатки МПВ:
меньшая детальность расчленения разреза по вертикали;
низкую точность изучения малоамплитудных структурных поднятий
по сравнению с MOB.
Усовершенствованная модификация МПВ - корреляционный метод
преломленных волн (КМПВ) - был предложен в СССР в конце 30-х годов группой
геофизиков под руководством академика Г.А. Гамбурцева. Этот метод основан на
прослеживании головных волн не только в области первых, но и в области
последующих вступлений на основе фазовой корреляции. Наблюдения в КМПВ
проводят, начиная от пункта взрыва до удалений порядка 10-кратной глубины
залегания изучаемой преломляющей границы. При исследовании малых глубин
используют частоты 30 - 100 Гц. Глубины до 2 - 4 км изучают на частотах 30-60
Гц. Большие глубины (более 5 км) изучают на частотах до 10 - 20 Гц. В последнем
случае данную модификацию сейсморазведки называют глубинным сейсмическим
зондированием на преломленных волнах - ГСЗ-КМПВ.
МПВ - метод общей глубинной площадки (ОГП МПВ) - это еще одна
современная модификация, разработанная для ведения региональных и
поисково-региональных работ на нефть и газ в Западной Сибири. Этот метод был
предложен выпускником Свердловского горного института В.К. Монастыревым в
начале 70-х годов. Он основан на многократном профилировании при фланговых
системах наблюдений с выносом и суммировании по общей (средней) глубинной площадке.
Способ позволяет одновременно по единой системе наблюдений более уверенно
изучать несколько преломляющих геологических границ в разрезе. Получаемые в
методе данные об интегральных параметрах преломляющих границ (их рельеф и
граничные скорости) в связи с многократным суммированием полезной информации
отличаются повышенной достоверностью и максимально свободны от погрешностей,
связанных с влиянием рефракции сейсмических лучей [3,4].
Интерпретация данных МПВ позволяет определить глубину
залегания и форму преломляющих границ, скорости в покрывающей среде, граничные
скорости, коэффициенты поглощения в преломляющих слоях, выделить и трассировать
по площади разрывные нарушения, контакты, зоны разломов. Пример приведён на
рис. 2.4.
Рис. 2.4 Сейсмический разрез через Днепрово-Донецкую впадину
по данным метода преломленных волн [3]: 1 - поверхность кристаллического
фундамента; 2 - преломляющие границы в чехле консолидированной коре; 3 -
разломы; 4 - численные значения граничной скорости
МПВ применяют при региональных исследованиях, разведке на
нефть и газ, уголь, твердые полезные ископаемые, грунтовые воды, при
инженерно-геологических изысканиях. До последнего времени МПВ являлся и
основным геофизическим методом проведения инженерно-строительных изысканий, при
разведке грунтовых вод. При инженерно-строительных изысканиях МПВ является
одним из эффективных способов изучения упругих и деформационных характеристик
грунтов на больших по площади исследований строительных объектах [4].
При разведке на нефть и газ МПВ используют для изучения
поверхности кристаллического фундамента, определения общей мощности осадочной
толщи, выявления и трассирования по площади тектонических нарушений,
определения статических поправок.
Особую значимость МПВ приобретает при решении задачи
повышения точности расчёта начальной (априорной) статики. На полевых
сейсмограммах МОВ (МОГТ) в первых вступлениях обычно регистрируются головные,
рефрагированные и преломлено-рефрагированные волны, которые с успехом могут
применяться для изучения скоростей в ЗМС. Вдали от источника они по своим
кинетическим параметрам близки к головным преломленным волнам от границ,
разделяющих малоскоростные породы ВЧР от высокоскоростных подстилающих пород.
Поэтому в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом большое внимание
уделяется использованию их для изучения ВЧР и расчёта статических поправок. [5]
2.1.3 Метод
проходящих волн (скважинная сейсморазведка)
Метод проходящих волн, или скважинная сейсморазведка,
объединяет группу методов, в которых прием или возбуждение волн (или и то и
другое) осуществляется в глубоких скважинах. При этом наряду с прямыми
проходящими волнами часто используются отраженные и преломленные волны с путями
прохождения, укороченными со стороны приемников или источников. Первым из
применяемых методов скважинной сейсморазведки был сейсмокаротаж (США, 1926 г.),
не потерявший значения и до настоящего времени [3,4].
Позднее в СССР была разработана аппаратура и технология
проведения вертикального сейсмического профилирования - ВСП (СССР, Е.И.
Гальперин, 1965 т.), методика обращенных годографов - МОГ (СССР, В.А.
Теплицкий, 1973 г.) и сейсмического торпедирования скважин (Россия, В.А.
Силаев, 1992 г.).
Сейсмокаротаж - это способ наблюдений в скважинах, предназначенный
для определения средних скоростей в среде путем измерения времени
распространения сейсмических волн, возбуждаемых у устья скважины или на
некотором расстоянии от него, до скважинного приемника, погружаемого на разные
глубины. Такой сейсмокаротаж называют интегральным, поскольку при одиночном
скважинном сейсмоприемнике он позволяет определять лишь общее время пробега
волн и скорости, усредненные (интегральные) для значительных по мощности толщ
пород, пройденных скважиной.
Дифференциальный сейсмокаротаж позволяет определять
интервальные и пластовые скорости в разрезе, пройденном скважиной, с помощью
зонда из двух (или более) скважинных сейсмоприемников, закрепленных на
постоянной базе, путем измерения разности времен пробега волны между
сейсмоприемниками. Приближение источника упругих волн к сейсмоприемникам,
реализуемое при использовании ультразвука (акустический каротаж), позволяет
существенно повысить точность определения пластовых скоростей и разрешающую
способность метода [3].
Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) - это
эффективный метод изучения волновых полей и процесса распространения
сейсмических волн во внутренних точках геологических сред. В отличие от
большинства геофизических скважинных методов, изучающих разрез только в
ближайшей окрестности ствола скважины, ВСП позволяет исследовать
околоскважинное и межскважинное пространство.
Основой для анализа волнового поля по материалам ВСП являются
сводные сейсмограммы по стволу скважины для каждого пункта взрыва (рис.2.5). По
своей сути - это интегральный сейсмокаротаж, выполняемый многоканальным зондом
со специальными прижимными устройствами, обеспечивающими плотный контакт
сейсмоприемников со стенками скважины. Это позволяет избавиться от влияния
сильных помех и прослеживать волны в последующих вступлениях записи.
Рис. 2.5 Сейсмограмма ВСП по одной из скважин Сургутского
района в Западной Сибири [3]: а - сейсмограмма наземных наблюдений вблизи
скважины на базе 690 м; б - сводная сейсмограмма по стволу скважины на глубину
до 2100 м
На приводимых ниже сейсмограммах можно выделить основные типы
волн, характерные для данного удаления "источник - приемник": прямые
падающие, однократно отраженные, отраженные многократные и частично кратные,
поперечные, обменные, преломленные. По этим же данным можно осуществить
привязку основных отраженных (целевых) волн к границам отражения и, тем самым,
к геологическим границам (рис.2.6).
Глубинную привязку отраженных волн осуществляют путем
использования точки пересечения линии времен вступлений падающей волны и оси
синфазности волны отраженной, имеющей противоположную по знаку кажущуюся
скорость. Изучение с помощью вертикального сейсмического профилирования
околоскважинного пространства возможно на значительных расстояниях от скважины
и для очень широкого круга геологических условий и задач. Возможно изучение
разреза не только в интервале глубин, вскрытых скважиной, но и глубже забоя.
При этом прием колебаний осуществляется трех - шестиприборными зондами.
Расстояние между приборами составляет 10 - 40 м. Каждый скважинный прибор
содержит несколько сейсмографов, смонтированных в герметичных контейнерах. Для
передачи сигналов от скважинных приборов к сейсморазведочной станции
используются бронированные трех - семижильные кабели. Существуют скважинные
зонды, предназначенные для регистрации не только вертикальной составляющей
волнового поля, но и других компонент поля. Наблюдения на вертикальном профиле
проводят, используя 2-3 пункта возбуждения сейсмических волн. Один из них располагают
как можно ближе к устью скважины (50 - 150 м), а другие удаляют на те
расстояния, для которых хотят изучить волновое поле.
Рис. 2.6. Пример использования данных ВСП для стратиграфической
привязки отражающих границ и выделения кратных отраженных волн на одной из
скважин глубиной 3200 м в Средней Азии[3]: а - сводная сейсмограмма ВСП; б -
предполагаемый ход лучей однократных (сплошные линия) и кратных (пунктирные
линии) отраженных волн
Выделяют две основные модификации ВСП: скалярную и векторную
(поляризационную модификацию ПМ ВСП) [3].
По технике записи: однокомпонентную модификацию ВСП
(регистрируется только вертикальная компонента поля) и трехкомпонентную ПМ ВСП.
Сводные сейсмограммы ВСП преобразуют во временные разрезы
путем введения кинематических и статических поправок. Трансформированная во
временной разрез сводная сейсмограмма ВСП при одинаковой линии приведения
сопоставима с временным разрезом MOB или МОГТ.
В методе обращенных годографов (МОГ), в отличие от метода
ВСП, наблюдения в глубоких скважинах осуществляются при разновременной работе
большого количества пунктов взрывов, расположенных по отношению к исследуемой
скважине по линиям профилей или по площади. Создание теоретических основ и
производственной технологии МОГ в СССР осуществлялось под руководством
Теплицкого В.А. Значительно улучшающиеся условия регистрации упругих волн за
счет расположения сейсмоприемников в скважине позволяют применять МОГ для
изучения рельефа отражающих границ и детального строения разреза при решении
наиболее трудных поисковых и разведочных задач. Длина годографа МОГ обычно
составляет 1.5-2 км. Расстояние между пунктами взрыва выбирают в диапазоне от
25 до 200 м. Обработку материалов МОГ осуществляют путем составления сводных
сейсмограмм и последующего их преобразования во временные и глубинные разрезы.
Новым направлением в области скважинной сейсморазведки явился
метод глубинного сейсмоторпедирования (ГСТ). Это метод скважинных сейсмических
исследований с применением глубинных источников колебаний и комбинированных
систем наблюдений, разработанный В.А. Силаевым (Россия) в 1979 г. [6]. В методе
ГСТ в качестве источника колебаний используются взрывы торпед небольшого веса в
глубоких скважинах большого диаметра. При этих взрывах на больших глубинах
(обычно глубже 400-800 м) внутри твердых пород формируются особые излучатели,
генерирующие различные типы волн и по эффективности сравнимые со взрывами
зарядов ВВ в мелких скважинах. При правильном выборе величины заряда, типа
торпеды и местоположения глубинных зарядов взрывы в стволе скважины происходят
без ее необратимого разрушения. Это позволяет перемещать источник в глубокой
скважине при фиксированном положении сейсмоприемников на наземных профилях.
Метод ГСТ дает возможность значительно повысить оперативность и информативность
сейсморазведочных работ с применением глубоких скважин.
Скважинные сейсмические методы применяют для решения наиболее
сложных задач при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений. Они
эффективны при изучении подсолевых отложений, рифов и неструктурных ловушек.
Скважинные методы применяют при изучении глубоко залегающих
границ, границ, когда из-за влияния интенсивных многократных волн, высокого
уровня приповерхностных помех или сложного глубинного геологического строения
разреза результаты наземной сейсморазведки недостаточно надежны [3].
2.2 Источники
упругих колебаний в сейсморазведке малых глубин
Один из наиболее важных моментов в методике проведения
полевых работ - выбор типа источника возбуждения упругих волн. Острота проблемы
источника в малоглубинной сейсморазведке зависит от диапазона исследований. Для
глубин до 100 - 150 м известны различные типы источников упругих колебаний. Их
можно разделить на две группы: поверхностные и заглублённые. Первая группа
включает кувалду, падающий груз, ружейные заряды, сейсморужьё. Во второй
выделяются взрывные (детонатор, малые заряды, газовая камера) и невзрывные
(электроискровой - спаркер, buffalo gun) типы источников упругих колебаний. Для
интервала 150 - 500 м требуется существенно большая интенсивность единичного
воздействия [7].
Сопоставление различных типов источников однозначно указывает
на преимущество практики взрывов малыми зарядами в скважинах (рис.2.7). Однако
необходимо учитывать экономические и экологические последствия такого способа
возбуждения упругих колебаний, исключающего возможность его применения в
пределах градопромышленных агломераций [8].
Для сейсмогеологических условий на изучаемых объектах
возможно использование невзрывных источников малой мощности в режиме
накапливания: виброимпульсных; импульсных типа падающего груза и пружинных.
Энергия единичного воздействия подобных устройств меньше или равна 1 кДж, и они
обеспечивают возбуждение высокочастотных упругих колебаний с преобладающей частотой
в сотни герц на окончательных временных разрезах [9].
Основываясь на совокупности требований, предъявляемых к
процессу производства сейсморазведочных работ в пределах градопромышленных
агломераций, можно сформулировать обобщённое техническое задание к измерительно
- обрабатывающему сейсморазведочному комплексу: малоглубинная мобильная
сейсморазведка высокого разрешения с экологически чистым (невзрывным)
источником [8].
До того как примерно в 1954 г. начали использовать падающий
груз, при проведении сейсмических исследований единственным источником энергии
были взрывчатые вещества. В настоящее время взрывные источники не являются
доминирующими т.к., несмотря на все преимущества их по частоте и разрешенности
сейсмической записи, они имеют много недостатков. Это, прежде всего, высокая
стоимость; время и расходы, связанные с бурением скважин, производством
взрывных и ликвидационных работ, опасность повреждения окружающих строений,
скважин и т.д. Альтернативными способами возбуждения упругих колебаний выступают
невзрывные, не требующие применения конденсированных взрывчатых веществ [9].
Рис. 2.7. Сопоставление типов источников [8]: а - ружейный
заряд в направляющей трубе, б - 125 г динамита на глубине 2 м, в - детонатор на
глубине 2 м, г - падающий груз (по данным Meekes J,
Schiffers B, 1990)
По сравнению со взрывной, невзрывная сейсморазведка имеет как
ряд достоинств - экономических, методических, экологических и т.д., так и ряд
недостатков: волны возбуждаются, в основном, путем приложения нагрузок
непосредственно к поверхности земли что приводит к:
) смещению спектров регистрируемых волн в сторону низких
частот вследствие сильного фильтрующего действия среды;
) относительно высокому уровню поверхностных волн;
) небольшому отношению сигнал/помеха на исходных
сейсмограммах.
Для уменьшения подобных эффектов источник должен
воспроизводить как можно более высокочастотные сигналы, а регистрирующая
аппаратура иметь хорошую чувствительность. В настоящее время создано множество
разнообразных невзрывных источников сейсмической энергии для работы на суше и
на море, ориентированных, в основном, на традиционную сейсморазведку с большими
глубинами исследований. Обычно поверхностные источники обладают меньшей
мощностью, чем взрывные, но возможно накапливание большого числа слабых
воздействий для получения желаемого результата. Источник должен быть
механизированным, мобильным, обладать достаточной
"скорострельностью", т.е. производить воздействия с временной
задержкой не более 10-15 с, иметь минимум собственных шумов при максимальной
интенсивности воздействия.
Оказалось, что на практике сделать такой
"идеализированный" источник довольно сложно. Известны различные типы
источников [9,10], отличающиеся друг от друга характером возбуждаемых колебаний,
видом энергии, преобразуемой механическое воздействие на поверхность земли
принципом действия, конструкцией и др. Общим для них является то, что
развиваемая ими нагрузка прикладывается непосредственно к поверхности земли.
Рабочим излучающим элементом источника является жесткая металлическая плита или
боек, который, взаимодействуя с грунтом, выводит его из положения равновесия,
возбуждая упругие волны в среде. При этом при вертикальных нагрузках источники
называются излучателями продольных волн, а при горизонтальных - поперечных.
Первым источником, нашедшим широкое применение, был тампер,
или падающий груз. Прямоугольная стальная плита массой около 3000 кг
сбрасывалась с высоты порядка 3 м. Момент удара фиксировался чувствительным
элементом на плите. Обычно груз сбрасывали несколько раз и результаты 50 или
более ударов объединяли в одну полевую запись. Промежуток времени между
высвобождением груза и ударом его о землю недостаточно постоянен, чтобы можно
было использовать несколько ударных установок [10].
Для малоглубинной сейсморазведки, где важны высокочастотные
колебания, применение таких источников большой массы нецелесообразно. Источники
с малой массой излучателя, способные генерировать нужные частоты, при единичном
воздействии ограничивают глубину исследований. Применение накопления сигналов
от некоторого числа ударов легкими бойками позволило увеличить глубинность.
Условие идентичности повторных ударов достигнуто за счет использования прочной
плиты-подложки, устанавливаемой на грунт и исключающей необратимые деформации
грунта в процессе повторения ударов.
По типу излучателя, определяющего характер передаваемых
грунту нагрузок, источники подразделяются на импульсные и вибрационные. Первые
передают грунту кратковременные, вторые - длительные во времени нагрузки.
Импульсные источники характеризуются наибольшим разнообразием конструкций, что
обусловлено их относительной простотой, возможностью использования различных
энергоносителей и сравнительно низкими стоимостью и эксплуатационными расходами
[9].
2.2.1
Импульсные источники упругих колебаний
Импульсные наземные невзрывные источники используют различные
виды энергии, преобразуемой в излучателе для реализации воздействия на грунт:
механические (удар свободно падающего груза, дополнительно разгоняемого, например,
сжатой пружиной), газодинамические (с использованием энергии расширяющихся
газов), электродинамические и электромеханические (с использованием энергии
разряда батареи конденсаторов или с преобразованием электрической энергии в
механическую с помощью специального двигателя) и гидравлические (использование
энергии движущейся под давлением жидкости) [9].
В импульсном источнике ударная система состоит из трех
компонент, непосредственно участвующих в передаче упругих волн в геологическую
среду: боек, плита-подложка, масса присоединенного грунта. В процессе удара
среде передается энергия бойка, которая расходуется на деформацию пород и
возбуждение упругих колебаний. Подбором энергии удара и площади рабочей
поверхности плиты добиваются наиболее приемлемых характеристик волнового поля
генерируемого в среде.
Удельные нагрузки, развиваемые импульсными поверхностными
источниками, значительны и, как правило, превышают динамический предел
упругости пород. Уменьшение доли общей энергии удара, теряющейся в процессе
неупругих деформаций, возможно за счет увеличения площади рабочей поверхности
плиты и, следовательно, увеличения объема присоединенного грунта. Но это ведет
к смещению спектра в область низких частот.
Результаты расчетов [12] показывают, что при изучении ВЧР, в
соответствии с требуемым частотным диапазоном (f>100 Гц) и при рыхлом
состоянии поверхностного слоя (V = 300 - 400 м/с), размер рабочей поверхности
источника с энергией удара 300-500 Дж должен быть 15-20 см.
При возбуждении упругих волн в местах с достаточно твердым
техногенным покрытием (асфальт, бетон), вследствие высокой прочности
присоединенного материала, можно производить удары без применения
плиты-подложки. Ничтожно малая величина рабочей поверхности кувалды позволяет
излучать упругие колебания в широком спектре частот и дает основания считать
подобный источник точечным. Поскольку рабочая поверхность кувалды по отношению
к размерам площади наблюдений стремится к нулю, то при расчетах характеристик
направленности можно воспользоваться теоретическими выкладками для источника
типа сосредоточенной силы [9,11].
Источник типа сосредоточенной силы, приложенной к свободной
поверхности, генерирует продольные, поперечные, а также поверхностные волны.
Продольная волна распространяется со скоростью VP и имеет наибольшую
интенсивность по вертикали в направлении действия силы. По мере отхода от
вертикали интенсивность продольной волны уменьшается по закону косинуса и
становится равной нулю в направлении поверхности наблюдений.
2.2.2
Вибрационные источники упругих колебаний
В настоящее время разработано большое число вибраторов
различного вида: механические, электрические, пневматические и гидравлические.
Они имеют следующие преимущества:
возможность получения высоких нагрузок (до 150 кН и более) и
перемещений (до 500 мм);
широкий диапазон частот колебаний (от 1 до 250 Гц);
высокое быстродействие системы;
высокая стабильность силы и частоты;
самое высокое отношение развиваемой силы к массе вариатора;
самый низкий показатель металлоемкости конструкции [9].
3. Аппаратурно-методические
решения малоглубинной сейсморазведки в условиях ВКМКС
3.1 Методика
и технология проведения полевых наблюдений МОГТ (2D)
Регистрирующая составляющая системы наблюдений состоит из
следующих компонентов:
Минимальное удаление ПВ от ПП - Хmin;
Максимальное удаление ПВ от ПП - Хmax;
Расстояние между ПВ - ΔXПВ;
Расстояние между ПП - ΔXПВ.
При выборе данных параметров, в основном, опираются на
следующие общие положения.
. Максимальное удаление ПВ от ПП сравнимо или меньше глубины
нижней целевой границы.
. Минимальное удаление ПВ от ПП не превышает глубины верхней
целевой границы.
. Шаг между ПП больше радиуса корреляции случайных шумов, но
меньше 1/2 длины волны (l). При этом следует учитывать предельные размеры
поисковых объектов r=dф/2, где dф - диаметр первой зоны
Френеля. Для получения идентифицируемых отражений необходимы как минимум четыре
точки ОГТ в пределах dф. Если определена база наблюдений L, то
расстояние между каналами Dx=L/N-1, где N - число каналов сейсмостанции
[13].
. Шаг между ПВ Dl обычно выбирается
кратным Dx
и определяется кратностью наблюдений n (Dl =NDx/2n) [14].
Тип системы наблюдений определяется ориентацией линии ПВ
относительно линии ПП. При продольном профилировании МОГТ линия ПВ совпадает с
линией ПП, а при непродольном варианте - линия ПВ вынесена на некоторое
расстояние относительно линии ПП. При непродольном профилировании
результативность подавления помех возрастает [13].
Неоспоримым достоинством интерференционных систем регистрации
(типа МОГТ) является их избирательная направленность, позволяющая выделять
полезные сигналы на фоне помех. В этой связи возможен более строгий выбор
параметров пространственных систем регистрации на основе положений частотной
теории интерференционного приема [15]. Успешное применение аппарата расчета
селективных систем регистрации возможно только при наличии информации о
кинематических и динамических характеристиках сигнальной составляющей волнового
поля и помех. Получение подобной информации возможно при полевых тестированиях
структуры волновых полей в условиях конкретных объектов исследований для
заданных аппаратурных и технических компонент системы регистрации (источник
возбуждения, сейсмоприемники, сейсмостанция).
На основании вышеописанных принципов и всестороннего
тестирования регистрируемого на территории ВКМКС волнового поля (линейное
сейсмическое зондирование) в ГИ УрО РАН спроектированы оптимальные параметры
систем наблюдений малоглубинной сейсморазвдки МОГТ [8]:- 8 м;- от 320 до 504 м;
ΔXПВ - 8 м;
ΔXПП. - 8 м;
При n = 64 обеспечивается достаточная усредненная кратность
наблюдений N = 32.
Системы наблюдений с данными параметрами обеспечивают
уверенную регистрацию отраженных волн в целевом интервале в частотном диапазоне
до 120 Гц, что соответствует требованиям высокоразрешающей сейсморазведки.
Кроме того, с целью повышения интенсивности отраженных волн
на этапе полевой регистрации осуществляется подавление поверхностных волн
посредством применения группирования как сейсмоприемников, так и источников
колебаний. Параметры группирования рассчитаны исходя из граничных условий
регистрации наиболее интенсивных поверхностных волн в малоглубинной
сейсморазведке [19]:
Кmin=200м/с, VКmax=500м/с и fmin=25Гц,
fmax=40Гц,
где VКmin и VКmax минимальная и
максимальная кажущиеся скорости, а fmin и fmax нижняя и
верхняя грана частотного диапазона поверхностных волн.
Достаточное подавление волн-помех в указанных границах
скоростей и частот производится группированием со следующими параметрами:= 5 -
количество приемников (источников) в группе;
Δx = 4 м. - шаг элементов
группы;гр. = 16 м. - база группирования.
Тип системы наблюдений - 64 - канальная переменная
ассиметричная (рис.3.1). В начале профиля - фланговая, раскрывающаяся до
ассиметричной (40к - 24к). Затем производится одновременная коммутация 16-ти
каналов, и так до конца профиля.
2.2.3
Размотка кабеля и установка геофонов
Размотка геофизического кабеля и установка групп геофонов
(далее канал) осуществляется вручную. Для этого растягиваются вдоль профиля
сейсмокосы (далее коса) в количестве, необходимом для одновременного
подключения не менее 128-ти каналов. Группы геофонов подключаются к канальным
разъемом с шагом 8 метров, при этом происходит перекрытие баз соседних групп на
половину длины группы. Это допустимое перекрытие с позиций эффективного
подавления поверхностных волн-помех и сохранения индивидуальности
регистрируемого каждым каналом сигнала.
К концевым разъемам кос подключаются полевые модули сбора
сейсморазведочных данных "IS2416 SEISMO DAS" (далее модуль) в
соответствии с последовательностью расстановки каналов. Каждый модуль имеет
уникальный интерфейсный номер, что позволяет определять положение
регистрируемых им каналов по профилю. Все модули соединяются между собой
информационными кабелями, по которым осуществляется связь с управляющим
компьютером (далее станция) и передача цифровых данных. Станция может
находиться в любом звене цепочки передачи данных.
После установки каналов и подключения кос к модулям
осуществляется проверка работоспособности каналов на предмет обрывов и загрязнения
контактов канальных разъемов. Для этого производится регистрация
микросейсмического шума без использования источников упругих колебаний (далее
источник). Неработающие каналы имеют характерный вид записи, на основании
которого и определяется обрыв в линии. При необходимости неработающие каналы
заменяются.
2.2.4
Производство полевых наблюдений
Подготовка скважины производится незадолго перед
инициализацией упругого воздействия. Во время записи сейсмограмм ручной
бензобур отключается. Бурение возобновляется во время заряжания импульсных
источников специальными патронами, переноса кос и групп геофонов, т.е. когда не
производится запись сейсмограмм. Подобная технологическая необходимость ведет к
взаимному увеличению времени проведения каждого вида работ (существуют
технологические ожидания завершения определенных операций в цепочке проведения
сейсморазведочных работ на профиле).
С целью ускорения производства работ на профиле одновременно
работают две бригады возбуждения упругих колебаний. В состав каждой входит один
оператор источника и один помощник. Общее руководство и контроль осуществляет
руководитель отстрела. Бурение производится тремя буровыми бригадами. В состав
каждой входят 2 человека (машинист и помощник машиниста буровой установки).
Общая организация и контроль за буровыми работами возлагается на инженера по
бурению. Подобное соотношение одновременно используемых импульсных источников и
бензобуров оптимально с позиции минимизации времени отработки профиля [19].
Применение ударного источника упругих колебаний не изменяет
общей технологии производства сейсморазведочных работ. Отличие заключается
только в способе генерации упругих колебаний, накапливании перед записью 6-ти
воздействий и отсутствии операции бурения скважин. С целью увеличения энергии воздействий
и ускорения работы на профиле одновременно используются два ударных источника.
Каждый обслуживается бригадой из трех человек: оператор механизированного
молота; помощник оператора; водитель мотоблока, перевозящего источник между ПВ.
Во время регистрации двигатель мотоблока глушится.
Регистрация сейсмограмм производится до необходимости
переноса регистрирующих каналов согласно алгоритму коммутации каналов в
применяемой системе наблюдений. Система наблюдений подразумевает коммутацию
одновременно 16-ти каналов, что соответствует одному модулю. Подключение
перенесенного дальше модуля к регистрирующей телеметрической линии заканчивает
подготовку системы наблюдений к продолжению отработки профиля. Процесс
отработки профиля и коммутации каналов циклически повторяется до конца
профильной линии. Перенос, подключение и проверку каналов на профиле
осуществляет сейсмическая бригада в составе рабочих и техников. В обязанности
бригады входит также проверка целостности линии передачи данных, подключение и
контроль работоспособности полевых регистрирующих модулей, поиск и устранение
неработающих каналов. Работа сейсмической бригады происходит в пешем порядке с
ручной смоткой и размоткой кос и групп геофонов. Во время регистрации
существует режим "тишина на профиле", т.е. движение людей,
переносящих оборудование, останавливается. Контроль за процессом отстрела
производится с помощью средств связи (рации).
После завершения отработки профиля (косы) происходит полная
смотка кос, сбор каналов и модулей. Полная смотка производится так же и по
окончанию рабочего дня, вне зависимости от незаконченности отработки профиля.
Контроль записи производится геофизиком-оператором на каждой
физической точке по монитору. Кроме постоянного контроля технического состояния
оборудования и аппаратуры, будут воспроизводиться каждая 16 сейсмограмма. На
сейсмограммах необходимо добиваться четких первых вступлений для обеспечения
точности расчета статических поправок. На временах регистрации первых
вступлений не должно быть импульсных помех.
Рис. 3.1 Система наблюдений на обобщенной плоскости [19]
3.2
Регистрирующий комплекс малоглубинной сейсморазведки МОГТ
.2.1
Сейсмостанция
Сбор сейсморазведочных данных осуществляется разработанным
для регистрации высокочастотных сигналов сейсмоакустическим регистратором
"IS-128” (рис.3.2). Данный регистратор представляет собой телеметрическую
систему сбора информации, построенную на полевых удаленных модулях сбора
сейсморазведочных данных "IM 2416 SESMO DAS”. Модули сертифицированы
(сертификат соответствия № ССГП 01.1.1-154) и соответствуют требованиям
технических условий ИМ24.16.001ТУ и стандарта СТО ЕАГО 023-02-2005 [16].
Значения основных параметров и характеристик модуля сбора
сейсморазведочных данных представлены в табл.2.
Таблица 2
Параметры и характеристики модуля сбора сейсморазведочных
данных
|
Наименование параметра, характеристики
|
Действительное значение параметра
|
|
1. Число каналов
|
16
|
|
2. Частотный диапазона канала, Гц
|
от 0 до 5000
|
|
3. Период дискретизации, мс
|
от 0,03 до 4
|
|
4. Разрядность АЦП, бит
|
24
|
|
5. Динамический диапазон (при частоте
дискретизации 30 кГц), дБ
|
128
|
|
6. Мгновенный динамический диапазон (при
частоте дискретизации 30 кГц и усилении 0 дБ), дБ
|
110
|
|
7. Входное сопротивление канала, Ом
|
970
|
|
8. Пределы установки входного сопротивления
пользователем, мОм
|
от 0,001 до 10
|
|
9. Коэффициент ослабления синфазного сигнала,
дБ, не менее
|
100
|
|
10. Среднее квадратичное значение уровня
собственных шумов канала, мкВ при частоте дискретизации 30 кГц: усиление 0 дБ
при усилении 36 дБ
|
11 1,3
|
|
11. Коэффициент взаимного влияния между
каналами, дБ, не более
|
минус 100
|
|
12. Коэффициент нелинейных искажений канала, %,
не более
|
0,05
|
|
13. Интегральная нелинейность АЦП, %, не более
|
0,001
|
|
14. Габариты модуля без разъемов (длина,
ширина, высота), мм
|
171 х 121 х 55
|
|
15. Масса модуля, кг, не более
|
1,5
|
Рис. 3.2. Сейсмоакустический регистратор “IS-128”
Управление полевыми модулями, синхронизация регистрации с
источниками упругих колебаний и промежуточная запись сейсморазведочных данных
на жесткий магнитный носитель производится персональным компьютером (ноутбук)
через интерфейсный модуль "IS48.03”. В регистраторе предусмотрена внешняя
и внутренняя синхронизации по выделенной линии или работающему каналу.
3.2.2
Сейсмоприемники (геофоны)
Рис. 3.3. Схемы крепления сейсмодатчиков [18]
В настоящее время существует большой выбор сейсмоприемников.
Они характеризуются достаточно широкой полосой пропускания до 2000 Гц.
Значительное влияние на характеристики сейсмоприемников оказывает качество
крепления к поверхности наблюдений. В силу того, что линии наблюдений зачастую
пролегают на асфальтированных и щебенистых дорогах обычного заглубления
сейсмодатчиков используются различные виды креплений (рис. 3.3).
Применяются серийные геофоны "GS-20DX", собранные в
группы по 5 штук в условиях промышленного производства. Для подключения к
токопроводящему кабелю используются серийные разъемы РПТ-21. Все геофоны и
разъемы сертифицированы.
Технические характеристики геофонов представлены в табл.3.
Таблица 3
Технические характеристики геофонов
|
Характеристика
|
Действительное Значение
|
|
1. Собственная частота, Гц
|
10±5%
|
|
2. Верхний предел частоты пропускания, Гц
|
>250
|
|
3. Сопротивление катушки, Ом
|
395±5%
|
|
4. Гармоническое искажение на частоте 12 Гц
|
<0.2%
|
|
5. Чувствительность, В/м/с
|
27,6
|
19,7±5%
|
|
7. Степень затухания в открытой цепи
|
0,3
|
|
8. Степень затухания с шунтом 1 кОм
|
0,7±5%
|
|
9. Постоянная затухания
|
549,4
|
|
10. Масса подвижной части, г
|
11
|
|
11. Рабочий диапазон температур,°С
|
-45…+80
|
3.2.3
Сейсморазведочные кабели (сейсмокосы)
Применение телеметрической системы сбора данных позволяет
использовать маложильные, облегченные сейсморазведочные кабели, так как
регистрация производится отдельными полевыми модулями непосредственно на
профиле. Для передачи сигналов от групп геофонов к полевому модулю применяются
серийные сейсмокосы КСТГА-16/8кан/РК-21.
Передача управляющих команд и цифровых сейсморазведочных
данных между полевыми модулями и управляющим компьютером осуществляется по
информационному кабелю КПСПМ-2. Все кабели сертифицированы и соответствуют
требованиям сейсморазведочных работ [19].
4. Изучение
спектрально-энергетических особенностей поля упругих волн, возбуждаемых
импульсными источниками
4.1 Описание
и технические характеристики используемых источников упругих колебаний
В целях малоглубинной сейсморазведки высокого разрешения на
ВКМКС лабораторией активной сейсмоакустики Горного института УрО РАН
применяется три вида источников сейсмических колебаний. В процессе
производственной практики автор участвовал в полевых испытаниях всех
источников.
4.1.1
Падающий груз
Первый и самый старый источник - конструкция типа
"трипод”, использующая принцип падающего груза (рис. 4.1). Применяется в
лаборатории с 1988 года.
Рис. 4.1. Невзрывной источник упругих колебаний - падающий
груз (“трипод”)
Источник выполнен по фрикционно-канатной схеме в виде копра
высотой 3 м, на верхушке которой закреплен ролик. Через ролик пропущен канат, к
одному концу которого привязан груз, выполняющий роль бойка, другой конец
каната остается свободным. Подъем груза осуществляется вручную. Удар происходит
по плите-подложке, устанавливаемой в грунте. Эффективное число возбуждений 6-8
на одной точке. Масса груза 40 кг, энергия удара около 1,5 кДж, интервал между
ударами 6-8 с, диапазон возбуждаемых колебаний 30-200 Гц. Вся конструкция
полностью разборная позволяет производить возбуждения практически в любых
доступных условиях.
Главное преимущество данного источника - простота конструкции
и, как следствие, ее надежность. Это пока единственный источник,
удовлетворяющий большинству предъявляемых требований.
Преимущества:
1. не оказывает отрицательных воздействий на окружающую
среду;
. не требует специальных технических знаний;
. легок в обслуживании;
. в процессе эксплуатации не требуются электроэнергия или
взрывчатые вещества;
. возможно использование в городских агломерациях;
. надёжный в эксплуатации.
Недостатки:
. относительно большой вес;
. требуется расчистка профиля;
. работа источника основана на человеческой силе;
. при транспортировке, даже в сложенном состоянии, занимает
много места;
. существуют сложности при использовании в заболоченных
местах.
4.1.2
Пороховой импульсный источник упругих колебаний
Импульсный источник упругих колебаний предназначен для целей
малоглубинной сейсморазведки высокого разрешения. Для возбуждения колебаний в
устройстве используется энергия пороховых газов, выделяющихся при сгорании
заряда дымного или бездымного охотничьего пороха в замкнутом объеме,
образуемого между патронником устройства и дном скважины, пробуренной в грунте.
Выпускается серийно и прошел сертификацию, согласно которой соответствует и
удовлетворяет требованиям ГОСТа по прочности и безопасности.
Этот импульсный источник упругих колебаний, в ходе опытных
испытаний получил производственное название "Укол" (рис.4.2). Он
выполнен из металлической трубки длиной 1,4 м и 33 мм в диаметре с крепкой ручкой,
закрепленной чуть ниже верхнего конца трубки, нижний конец имеет внутреннюю
резьбу, позволяющую навинчивать взрывную камеру для патрона. Камера для патрона
представляет собой стальной цилиндр длиной 70 мм в который помещают ружейный
патрон двенадцатого калибра. Камера навинчивается на трубку. Тонкий стальной
стержень, служащий бойком, вставляется в основную трубку. Один его конец
заострен, им ударяют по капсюлю патрона.
Рис. 4.2. Импульсный пороховой источник упругих колебаний -
Укол
Характеристики возбуждаемого сигнала в основном зависят от
типа используемых патронов. Для работы используются только специально
снаряженные холостые патроны в прозрачной пластиковой гильзе 12 калибра с
зарядом более 5 грамм бездымного пороха. Патроны серийного производства,
сертифицированы и удовлетворяют требованиям по прочности и безопасности. Отказы
патронов в процессе работы достигают 5%. Импульсный источник упругих колебаний
обеспечивает генерацию волнового поля широкого частотного диапазона с
интенсивностью, достаточной для регистрации отраженных волн в интервале глубин
до 500-700 метров. Обслуживание одного источника производится бригадой из 2
человек. Зарядка источника составляет 3-5 мин, в это время входит поднос
патронов, отвинчивание боевой части, зарядка патрона, завинчивание боевой
части, погружение и установка источника в скважине. Инициализация воздействия
со всеми готовностями и согласованностью с оператором - 3 минуты. Для ускорения
работ используется два импульсных источника.
Скважины для импульсного источника воздействий бурятся ручным
мотобуром (типа BT-121) и имеют глубину от 500 мм до 1200 мм при диаметре 65
мм. Малые размеры скважины обеспечивают ее самоликвидацию (затягивание) без
нарушения почвенного слоя.
Одна скважина бурится в зависимости от грунта около 1-3
минут. Перерывы в работе 15 минут на каждый час (устают руки и уши от шума
двигателя). Во время записи информации вынужденная остановка в работе с
выключением двигателя.
Преимущества:
1.
мобилен,
имеет небольшой вес;
2.
наименьшие
затраты человеческих сил;
3.
требует
минимальную расчистку профиля;
4.
занимает
мало места при транспортировке;
5.
может
использоваться практически в любой местности;
6.
требует
меньше времени при отработке ПВ;
7.
практически
не наносит вреда окружающей среде.
Недостатки:
1.
появляется
более интенсивная звуковая волна (невсегда);
2.
существует
вероятность отказа некачественных патронов;
3. запрещена эксплуатация в городских
агломерациях и вблизи газопроводов;
. требует смазки и прочистки в ходе
отработки профиля.
4.1.3
Механический поверхностный источник "Geostrike AWG 80/120 A. E."
Выпускается серийно и используется в производстве
малоглубинных сейсморазведочных работ известными геофизическими фирмами за
рубежом.
Представляет собой ускоряющийся под действием рабочего
эластичного жгута молот, удары которого производятся по плите-подложке на
земной поверхности. Вес подвижного молота 45 кг при высокой скорости удара
обеспечивает генерацию высокочастотного волнового поля с амплитудой колебаний,
достаточной для регистрации отраженных волн в интервале глубин до 500 метров.
Для усиления сигналов используется до 2 источников на профиле, а также
накапливание 6 воздействий на каждом пикете. После каждого воздействия
необходимо привести источник в рабочую готовность. На 6 воздействий на каждом
пикете затрачивается примерно 5 минут. Источник является неразрушающим, что
позволяет его использовать на дорогах с асфальтовым покрытием. Общий вес
источника 154 кг, перемещается источник с помощью тележки, буксируемой
мотоблоком. Обслуживание одного источника производится бригадой из 3 человек
(1-управление мотоблоком, 1-оператор самого молота, 1-помощник). Источник
транспортируется в сложенном виде (узлы агрегата отдельно), поэтому в начале
рабочего дня непосредственно на профиле необходимо его смонтировать в рабочее
положение - это примерно 30 минут. То же самое в конце рабочего дня на разборку
источника затрачивается 30 минут.
Преимущества:
. не оказывает отрицательных воздействий
на окружающую среду;
2. возможно использование в городских агломерациях;
. наименьшие затраты человеческих сил;
. транспортировка по отрабатываемому профилю осуществляется
на трейлере, который буксируется мотоблоком.
Недостатки:
1. требует специальных технических знаний;
. сложное обслуживание;
. питание осуществляется от аккумуляторной батареи;
. существуют технические проблемы при эксплуатации;
. относительно большой вес;
. возможна отработка только тех профилей, которые расположены
вдоль дорог или на поле.
Рис. 4.3. Невзрывной источник упругих колебаний - GeoStrike
4.2 Сравнение
характеристик волнового поля возбуждаемого различными источниками
Непосредственно при участии автора и сотрудниками лаборатории
активной сейсмоакустики Горного института УрО РАН отработан профиль разными
невзрывными источниками возбуждения упругих колебаний.
С целью более четкого анализа полученных волновых полей
применялась цифровая обработка исходных сейсмозаписей. Она включала регулировку
амплитудного уровня, выравнивание спектрального состава, подавление низко - и
высокочастотных помех.
На рис.4.4 представлены сейсмограммы источников упругих
колебаний: А - падающий груз, Б - GeoStrike, В - импульсный пороховой источник.
Из всех сейсмограмм наиболее выраженная от импульсного порохового источника
(рис.4.4 в) На сейсмограмме отчётливо проявляются все классы волн:
преломленные, отражённые, звуковые и поверхностные.
С целью сравнительной оценки свойств волнового поля от
импульсного источника "Укол" на данном профиле выполнено
сейсмозондирование. При зондировании выполнялось так же возбуждение стандартным
источником упругих колебаний типа "падающий груз". Процесс
возбуждения проходил в накопительном режиме. В случае использования источника "Укол",
сейсмостанция переводилась оператором в режим ожидания следующего запуска, что
объясняется необходимостью перезарядки источника. Для импульсного ударного
источника пауза между ударами составляла около 2 секунд, и сейсмостанция
работала в автоматическом режиме. Процесс возбуждения упругих волн источником
"Укол" выполнялся разное количество раз для каждого типа рабочего
материала (пороха).
На рис.4.5 представлены сейсмограммы общего пункта
возбуждения (ОПВ) для источников типа "падающий груз" (вверху), и для
импульсного источника "Укол" (в середине и внизу). Все они получены
на одном пункте возбуждения, с одной и той же расстановкой сейсмоприемников, и
с применением перечисленных процедур цифровой обработки.
В представленных волновых картинах наблюдаются как общие
черты, так и различия. К общим относятся следующие:
. Хорошо выраженные первые вступления (рис.4.5., синий цвет).
Первые вступления прослеживаются на всех удалениях практически на всех
сейсмограммах, в том числе и для источника "Укол". Следовательно,
сейсмической энергии, передаваемой источником "Укол" в грунт, вполне
достаточно для изучения рассматриваемого интервала глубин (0 - 500 м).
. Наличие поверхностных волн (рис.4.5., красный цвет).
. Зависимость амплитуды записи от удаления.
Различие записей для источников типа "падающий
груз" и "Укол" проявляется в следующем.
Структура волнового поля
1. На записях источника "Укол" отмечается годограф
звуковой волны (рис.4.5., зеленый цвет), чего не наблюдается на записях
источника "падающий груз". Звуковая волна является помехой, однако
существуют средства для ее подавления, и поэтому ее наличие не является
серьезным недостатком источника "Укол".
. Годографы высокоскоростных отраженных волн на записях
источника "Укол" более выражены, чем для источника "падающий груз",
(рис.4.5., фиолетовый цвет). Последний факт очень важен, поскольку именно
отраженные волны являются целевыми, и используются для интерпретации и
геологических построений.
. Цуг поверхностных волн-помех для источника "Укол"
более узкий, чем для "падающего груза" и меньше их негативное влияние
на отраженные волны.
Амплитудный и частотный состав
Судя по рисунку 4.6., наибольшая интенсивность записи
соответствует источнику "Укол" с использованием дымного пороха.
Следующими по интенсивности являются источник "падающий груз" и
источник "Укол" с использованием бездымного пороха, амплитуда записи
для которых в среднем меньше амплитуды записи для дымного пороха в 1.5-2 раза.
Частотный состав сейсмограмм представлен на рис.4.7
Основная часть спектра источника "падающий груз" сосредоточена в
интервале 10-70 Гц. Спектр источника "Укол" в обоих случаях
сосредоточен в интервале 10-120 Гц. Таким образом, спектр источника
"Укол" примерно в 1.8 раза шире спектра источника "падающий груз",
что позволяет повысить разрешающую способность исследований, и поэтому является
значительным преимуществом.
Таким образом, судя по структуре волновой картины,
представленной на сейсмограммах для обоих типов источников, можно утверждать об
их качественном подобии в пределах всего диапазона задействованных удалений, и
наличии ряда преимуществ у импульсного источника "Укол".
По результатам точечных зондирований сделан вывод, что
источник вполне может быть использован для использования в реальных условиях,
для выполнения профильных работ.
Профильные работы выполнены с числом накоплений на каждом ПВ
= 2, заряды содержали бездымный порох.
Профиль с источником "Укол" отработан в крест
профилю, отработанному ранее с источником "падающий груз", поэтому
есть возможность сопоставить материалы для двух различных источников.
На рис.4.8 представлены участки временных разрезов (слева) и
их спектры (справа) вблизи точки пересечения профилей. На разрезе для источника
"Укол" уверенно прослеживается ряд отражающих горизонтов,
соответствующих определенным геологическим границам. Горизонты прослеживаются в
том же временном интервале, что и на разрезе для источника "падающий
груз", имеют выдержанный характер по латерали, что говорит о достоверности
полученных результатов.
Ширина спектров временных разрезов составляет 20-100 Гц для
источника "падающий груз" и 20-120 Гц для источника "Укол".
Таким образом, спектр окончательных временных разрезов для источника
"Укол" шире, что увеличивает разрешающую способность при его
использовании.
По результатам сравнительного анализа можно сделать вывод:
. Структура волновой картины, регистрируемой при
использовании импульсного источника "Укол", ее частотный состав и
ширина спектра близки к аналогичным параметрам, получаемым при использовании
стандартного источника "падающий груз".
. Амплитуда сейсмических колебаний, возбуждаемых при
использовании импульсного источника "Укол", обеспечивает их
устойчивую регистрацию в интервале удалений, используемых при проведении
малоглубинных сейсморазведочных исследований.
Таким образом, использование импульсного порохового источника
Укол для проведения работ по методикам малоглубинной сейсморазведки высокого
разрешения представляется наиболее оптимальным, особенно в условиях леса и
сложно пересеченной местности.
4.3
Исследование волновых полей регистрируемых при группировании источников
С целью повышения качества конечных результатов
сейсморазведки, при непосредственном участии автора, поставлен эксперимент по
группированию источников.
Группирование источников возбуждения производится с теми же
параметрами, что и при группировании геофонов. В этом случае расстояние между
источниками (пунктами возбуждения) равно 4 метрам. Для повышения
технологичности полевых наблюдений, каждое воздействие источников с шагом 4
метра по профилю записывается в отдельную сейсмограмму. В дальнейшем, при
цифровой обработке, производится суммирование информации пяти полевых
сейсмограмм, относящихся к одной группе источников. Т.е. одна суммированная
сейсмограмма содержит сигналы, генерируемые пятью источниками на базе 16
метров. При этом аналогично группам геофонов происходит перекрытие базы
группирования на половину длины группы.
Полученный полевой материал обработан по абсолютно
идентичному графу цифровой обработки. Обработка сейсморазведочных данных
проведена по средствам обрабатывающих пакетов "Экспресс-ОГТ" и
"SPS-PC", а также по программам, разработанным в ГИ УрО РАН.
Результаты цифровой обработки сейсмического профилирования МОГТ - суммарные
временные разрезы приведены на рис.4.9.
На обоих временных разрезах отчётливо выделяются целевые
отражающие горизонты (ОГ). В целевом интервале временного разреза без
применения группирования (рис.4.9 а) оси синфазности имеют достаточно
выдержанный характер по латерали. Наблюдается общее падение всех ОГ от краёв к
центру профиля ПК 2400. Ниже времени 150 мс наблюдается относительное снижение
интенсивности колебаний. Суммарная волновая картина профиля с применением
группирования (рис.4.9 б) менее стабильна. Наблюдается аналогичное падение ОГ
от краёв профиля к его к его центральной части ПК 2400. Несмотря на общее
сходство волновых картин, имеется ряд отличий. На временной сумме с
группированием поведение осей синфазности характеризуется большей изменчивостью
по оси времён. В конечной части профиля с применением группирования от ПК 2650
наблюдается нарушение прослеживаемости отражающих горизонтов в целевом
интервале, а также их относительное затухание. Стоит отметить, что для данного
профиля в интервале глубже 150 мс, наблюдается повышение энергии отражений и их
хорошая коррелируемость.
На рис.4.10 отражены амплитудные характеристики (среднее
арифметическое) временных разрезов. Наблюдается общее повышение амплитуд в
нижнем интервале временного разреза, а также можно отметить затухание амплитуд
на участке профиля от ПК 2600 до ПК 2900. Отмеченные различия амплитудных
характеристик временного разреза, с применением группирования источников и без
него, вероятнее всего, обусловлены различным воздействием процедур цифровой
обработки.
На рис.4.11 приведены спектрограммы временных разрезов. На
спектре временного разреза без группирования ширина частотного диапазона
находится в пределах 25 - 90 Гц. Видимая несущая частота колеблется от 50 до 70
Гц, при чём конечная часть профиля с ПК 2650 характеризуется более высокими
преобладающими частотами. В отличие от рис.4.11. а, спектр волнового поля с
применением группирования, характеризуется более широким частотным диапазоном
от 20 до 100 Гц. Несущие частоты остаются на том же уровне значений, а конечная
часть профиля представляется более размытой спектральной картиной.
На рис.4.12 отражен график распределения частоты максимум
спектра вдоль профиля. На графике А - без группирования, среднее значение
максимума частот - 66 Гц. На графике Б - группа из 5 источников, среднее
значение максимума частот - 64 Гц. По латерали графики ведут себя относительно
единообразно.
Дополнительно для каждого временного разреза посчитано
распределение вдоль профиля частоты спектрального центроида (рис.4.13),
характеризующего сосредоточение основной энергии в спектре [20]. На графике А -
без группирования, наблюдается частотный диапазон от 75 до 135 Гц. На графике Б
- группа из 5 источников, наблюдается частотный диапазон от 80 до 125 Гц.
Следует отметить, что средние значения величины спектральных центроидов для
обоих разрезов примерно равны, что свидетельствует об относительно одинаковом
распределении энергии колебаний для обеих волновых картин.
На рис.4.14 отражено отношение сигнал-шум. На графике А - без
группирования, среднее значение сигнал-шум - 5.9 На графике Б - группа из 5
источников, среднее значение сигнал-шум - 5.1 Поведение этого параметра
примерно одинаково для обоих случаев. Наблюдается некоторое увеличение
отношения в районе ПК 2520 для волновой картины без группирования.
Отмеченные особенности характеристик волновых полей без
группирования и с группированием на базе 5 точек, позволяют сделать вывод, что
группирование для импульсного источника упругих колебаний - Укол, на базе 5
источников не дает преимущества в качестве конечного материала, но и не
понижает частотный диапазон конечных временных разрезов. Это может быть связано
с последовательностью процедур графа цифровой обработки.
Расчет всех спектральных характеристик начальных сейсмограмм
и конечных временных разрезов выполнены по программам, разработанным в
лаборатории активной сейсмоакустики ГИ УрО РАН - "Spectr" и "Quality".
5. Техника
безопасности и охрана окружающей среды при проведении сейсмических работ
5.1
Проводимые мероприятия по уменьшению влияния на окружающую среду
5.1.1
Мероприятия по уменьшению воздействия на почвы и грунты
1. Снижение площади используемых земельных угодий были
обеспечены путем предотвращения бесконтрольного использования территории для
проезда транспорта (подготовка профилей и проезд спецтехники будет
осуществляться в одну колею).
. Ограничение до 4 метров ширины отрабатываемых профилей при
проведении разведочных работ в целях максимального сокращения порчи земельных
угодий.
. Проведение охранно-профилактических мероприятий на
склоновых участках территории (ограничение корчевки деревьев и планировки
грунта).
. Склад ГСМ в специальных бочках и цистернах, площадка для
ремонта техники находились в полевом лагере, организованном в населенном
пункте.
. После проведения работ земельные участки приводились в
состояние пригодное для их использования по целевому назначению и сдаются по
акту собственникам земли.
5.1.2
Мероприятия по охране водных ресурсов
При отработке профилей в водоохранных зонах рек соблюдались
природоохранные требования: не производить корчевку пней максимально использовать
просеки, дороги и незалесенные участки Работникам полевых партий не разрешалось
устраивать вблизи стоянки транспортных средств, заправку топливом, мойку и
ремонт автомобилей и других машин и механизмов. Пересечение рек техникой
осуществлять по мостам или существующим бродам, кроме исключительных случаев.
Запрещалось устраивать завалы и заграждения на реках.
5.1.3
Мероприятия по уменьшению влияния на растительный покров
1. В лесопосадках, зеленой зоне населенных пунктов рубка леса
запрещена.
. При проходке профилей древесина разделывалась, и
использовалось в соответствии с условиями, указанными в лесорубочном билете,
высота оставляемых иней не превышала 10 см.
. С целью сохранения лесных ресурсов, сейсмические профили
прокладывались с максимальным использованием лесоустроительных просек и дорог.
. При прохождении сейсмических профилей и обнаружении редких
видов растений были приняты меры по их сохранению.
. При подготовке трасс профилей зимой снег очищался не до
самой земли, а оставлялся защитный слой до 10-15 см, что предотвращает
вымерзание растительности.
Мероприятия по охране животного мира
. Сохранялись в неприкосновенности обнаруженные места
обитания зверей и гнездования птиц.
. Запрещалось выжигание растительности, хранить и применять
ядохимикаты, других опасных материалы для объектов животного мира и среды их
обитания.
5.2 Охрана
труда и техника безопасности
Организация и производство всех видов основных и
вспомогательных работ производились в соответствии с требованием правил, норм и
инструкций, внесенных в перечень обязательной документации (ЕСУОТ МНП) для
сейсморазведочной партии, а также указаний, распоряжений и предписаний
вышестоящих и контролирующих организаций. В соответствии с ЕСУОТ МНП полная
ответственность состояние охраны труда, техники безопасности, пожарной
безопасности и промышленной санитарии возлагается на начальника партии.
Допуск к работе лиц осуществлялся только при условии
соблюдения всех требований по приему на работу, наличия соответствующих
допусков и прав на руководство, либо на производство работ. Для всех работников
обязательным является соблюдение "Правил внутреннего трудового
распорядка", а также особых условий поведения на базах и полевых лагерях
при работе в малонаселенных и отдаленных районах.
При работах на открытом воздухе запрещается работать при
температуре - 35°С и ветре, силой не менее 3-х баллов и - 40°С без ветра. При
температуре воздуха - 27°-29°С и ветре, силой не менее 3-х баллов и - 30°-35°С
без ветра, работающим предоставлялись 10 минутные перерывы для обогрева на
каждый час работы.
Все отряды и бригады обеспечивались космоснимками и схемами
местности. Доставка продовольствия, материалов, спецодежды для обеспечения
нормальной работы отряда осуществлялась наземным транспортом.
Для выездных лагерей планировался резерв продовольствия, из
расчета количества работников и дней, который пополнялся по мере расходования.
Водоснабжение осуществлялось из ближайших населенных пунктов или проточных
источников. Для жилья работникам партии в населенном пункте, в котором
организовывалась подбаза, предоставлялись арендуемые жилые помещения, где
предусматриваются меры пожарной безопасности и личной гигиены. Все работники
партии обязаны строго соблюдать правила личной гигиены и промсанитарии,
поддерживать чистоту и порядок на территории подбазы и в помещениях. Питание
работников партии будет осуществляться в столовых населенных пунктов. Вода для
работающих на профиле будет доставляться в термосах, часть работников
использует приготовленный чай.
Доставка работников от базы (подбаз) партии на профиль работ
осуществлялась на автомобилях, вездеходах, спецтехнике, оборудованных для
перевозки людей. На каждой транспортной единице назначались старшие, которые
наравне с водителями несли ответственность соблюдением пассажирами правил
безопасности.
Пешеходные маршруты при производстве топогеофизических работ
и подготовке профилей выполнялись не менее чем двумя работниками. Рабочее
время, дни и часы отдыха регламентировались "Графиком режима труда и
отдыха работников партии", утвержденным администрацией согласованным с
профсоюзным комитетом. Все работники партии за нарушение правил охраны труда и
техники безопасности, (графика режима труда и отдыха на базе и подбазах
партии), несут предусмотренную законом ответственность. Перед началом работ
начальник партии обязан:
а) ознакомить под роспись всех ИТР и работников с проектом
работ;
б) составить, согласовать с отделом ОТ и ТБ, принять на
оперативном совещании и утвердить план организационно-технических и
номенклатурных мероприятий по охране труда;
в) составить акт готовности партии к полевым работам и
утвердить его.
Полевые работы, проводимые вблизи ЛЭП, газа - и
нефтепроводов, водоводов и линий связи, согласовывались с владельцами
коммуникаций и для исключения их возможного повреждения должны строго
соблюдаться безопасные расстояния, т.е. работы можно производить только за
пределами охранных территорий.
5.3
Требования безопасности при работе с импульсным пороховым источником упругих
колебаний
Для работы допускается использовать только специально
снаряженные холостые патроны в прозрачной пластиковой гильзе 12 калибра с
зарядом дымного или бездымного пороха.
Патронник устройства имеет переход внутреннего диаметра в
виде прямоугольной ступеньки с диаметра 20,3 мм (гильза) до диаметра 14,5 мм (выходное
отверстие). Такая конструкция обеспечивает при выстреле давление форсирования,
необходимое для полноценного сгорания холостого заряда бездымного пороха.
Категорически запрещается пользоваться охотничьими патронами,
содержащими снаряд или пулю, а также любыми патронами неизвестного
происхождения [17].
Во время работы с импульсным источником упругих колебаний
оператор и его помощник должны пользоваться средствами защиты зрения -
защитными очками или масками.
Конструкция устройства полностью исключает возможность
прорыва пороховых газов через механизм источника, но выброс частиц грунта,
грязи, воды возможен вдоль стенок скважины и из-под защитного диска.
В зоне работы в радиусе 10 метров от скважины не допускается
присутствие посторонних людей.
Не допускается направлять устройство в сторону людей,
находящихся на расстоянии менее 10 метров.
Следует иметь в виду, что пороховые газы и частицы
пыжей-обтюраторов отражаются в стороны перекрестьем корзинки и при выстреле вне
скважины могут попасть в самого оператора.
При любых манипуляциях с заряженным устройством обязательно
пользуйтесь предохранителем. Устанавливайте источник в скважину также на
предохранителе, чтобы исключить возможность непреднамеренного срабатывания при
случайном ударе в дно скважины. Удаляйте предохранитель только непосредственно
перед выстрелом.
При срабатывании устройства оператор одной рукой должен
удерживать крестовину за рукоятку и одной ногой стоять на защитном диске. Не
наклоняйтесь над устройством, погруженным в скважину. Во время выстрела
пороховые газы стремятся вытолкнуть источник из скважины. При недостаточно
прочном его удержании вы можете получить травму.
Перед заряжанием устройства убедитесь, что боек после сборки
головки или предыдущего выстрела вернулся в исходное положение и не выступает
из отверстия в ресивере [17].
Заключение
Актуальность выбора источника возбуждения
упругих колебаний для малоглубинной сейсморазведки является одним из главных
вопросов при планировании и проведении полевых исследований. Представленная работа
посвящена сравнительному анализу источников невзрывного типа, применяющихся в
настоящее время при исследованиях строения и состояния разреза Верхнекамского
месторождения калийных и магниевых солей лабораторией активной сейсмоакустики
ГИ УрО РАН.
В результате выполненных исследований можно сделать ряд
основных выводов:
. Наиболее оптимальным источником, при проведении изысканий в
условиях промышленных агломераций и там где разрешено бурение скважин более 1
м, является импульсный источник типа "Укол".
. Структура волновой картины, регистрируемой при
использовании импульсного источника "Укол", ее частотный состав и
ширина спектра близки к аналогичным параметрам, получаемым при использовании
стандартного источника "падающий груз", и даже превосходят их.
. Амплитуда сейсмических колебаний, возбуждаемых при
использовании импульсного источника "Укол", обеспечивает их
устойчивую регистрацию в интервале удалений, используемых при проведении
малоглубинных сейсморазведочных исследований.
. Устранение ручного труда за счет использования энергии
пороховых газов позволяет повысить идентичность условий возбуждения упругих
колебаний.
. Особенности характеристик волновых полей без группирования
и с группированием на базе 5 источников показывают, что группирование не даёт
преимущества качества конечного материала, но и не понижает частотный диапазон
суммарных временных разрезов.
Список
литературы
1. Кудряшов
А.И. Верхнекамское месторождение солей. Пермь: ГИ УрО РАН. 2001.
2. Копнин
В.И. Верхнекамское месторождение калийных, калийно-магниевых и каменных солей и
природных рассолов // Изв. ВУЗов. Горный журнал. Уральское горное обозрение.
1995. №6. С.10-43.
. Бондарев
В.И. Основы сейсморазведки: Учебное пособие для вузов. Екатеринбург:
издательствоУГГА, 2003.332с
. Гурвич
И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1980.
. Спасский
Б.А. Учет верхней части разреза в сейсморазведке. - Иркутск: Изд - во Иркут.
ун-та, 1990.
. Силаев
В.А. Сейсмическое торпедирование глубоких скважин при детальном изучении
нефтеперспективных объектов. М., 1983. - (Региональная, разведочная и
промысловая геофизика., Обзор / ВНИИ экон. минер. Сырья и геол. - развед. работ
ВИЭМС).
. Палагин
В.В., Попов А.Я., Дик П.И. Сейсморазведка малых глубин. - М.: Недра, 1989.
. Санфиров
И.А. Рудничные задачи сейсморазведки МОГТ. - Екатеринбург: УрО РАН, 1996.
. Шнеерсон
М.Б., Майоров В.В. Наземная сейсморазведка с невзрывными источниками колебаний.
- М.: Недра, 1980.
. Шерифф
Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка: В 2-х т. Т.1. Пер. с англ. - М.: Мир, 1987, 448
с.
. Никитин
В.Н. Основы инженерной сейсмики. - М., Изд-во МГУ, 1981.
. Санфиров
И.А., Фатькин К.Б. Сравнительный анализ различных типов невзрывных источников
для малоглубинной сейсморазведки. // Геология и полезные ископаемые Западного Урала:
Материалы региональной конференции/ Перм. ун-т. - Пермь, 1997.
. Савелов
Р.П. Вопросы теории и практики применения сейсморазведки МОГТ. - Иркутск:
Изд-во Иркут. ун-та, 1986.
. Мешбей
В.И. Методика многократных перекрытий в сейсморазведке. М.: Недра, 1985.
. Гольцман
Ф.М. Основы теории интерференционного приема сейсмических волн. М.: Недра,
1972.
. Малоглубинная
портативная сейсмостанция IS-128. Руководство пользователя. - Interseis, Рига,
2001997
. Импульсный
источник упругих колебаний. Руководство пользователя. // Пермь, ГИ УрО РАН,
2008.
. Ярославцев
А.Г., Санфиров И.А. Применение методик многократных перекрытий при решении
инженерно-геологических задач. // 300 лет горно-геологической службе России:
Тезисы докладов международной геофизической конференции. Санкт-Петербург, 2000.
. Сейсмогеомеханических
исследований юго-восточной части шахтного поля БПКРУ-1. Отчет о НИР. Пермь, ГИ
УрО РАН, 1999. Фонды ГИ УрО РАН.
. Бат
М. Спектральный анализ в геофизике. Пер. с англ. М.: Недра, 1980.