Методы сейсморазведки

Сейсмическое  поле служит входной информацией  для второй  системы - сейсморегистрирующего канала - инструмента исследований, который включает технику, методику и технологию полевых  работ. На выходе сейсморегистрирующего канала получают  сейсмические записи - сейсмограммы, служащие входной информацией для  третьей подсистемы - сейсмообрабатывающего канала. Сейсмообрабатывающий канал - совокупность средств и методов преобразования и  анализа зарегистрированной волновой картины для получения  четкого изображения объекта, сопровождаемого количественными  характеристиками его геометрических и петрофизических свойств и их  геологической интерпретацией. Эти материалы образуют сейсмогеологическую модель объекта исследований и являются результатом работы  (выходным сигналом) всего сейсморазведочного канала. Его  функционирование экономически оправдано при условии, что стоимость  полученнной геологической информации превосходит расходы на проведение сейсморазведки.

Теория сейсмогеологического канала основана на анализе  связей между физическими свойствами геологической  среды и  характеристиками возникающего в ней поля упругих колебаний. Анализ строится на решении так называемых прямых задач - расчетах  волновых полей для заданных сейсмических моделей.

Теория сейсморегистрирующего  канала рассматривает сочетание  методики и техники полевых наблюдений, позволяющих получить достаточно полную информацию об исследуемых волновых полях. В теории сейсмообрабатывающего канала синтез обрабатывающих процедур сочетается с анализом их эффективности при геологической интерпретации получаемых результатов. Эта теория строится на обратных задачах определении строения сейсмических моделей по наблюдаемым волновым полям.

 Технические  средства сейсморазведки включают:

1. источники  сейсмических волн 

2. средства  регистрации сбора данных 

3. обрабатывающие  установки.

Источник  сейсмических колебаний это ограниченная область внезапного выделения энергии, приводящего к возникновению  напряженного состояния окружающей среды. В настоящее время для  проведения сейсморазведочных работ  применяют разнообразные источники сейсмических и акустических волн, имеющих различные энергетические и частотные характеристики. Выбор источника определяется условиями ведения работ (суша, море, город), характером решаемых геологических задач исследование глубинного строения земной коры, нефтяная, рудная, инженерная сейсморазведка и наличием конкретного фона сейсмических помех.

Одним из способов возбуждения колебаний в горных породах является взрыв. Для этих целей обычно бурят сейсмические взрывные скважины глубиной до 60м, куда закладывают заряд взрывчатого вещества. Взрывной пункт оборудуется системой синхронизации возбуждения, предназначенной для синхронного запуска сейсмостанции, производства взрыва и отметки момента взрыва возбуждения колебаний. Взрыв относительно дешевый и высокоэффективный источник сейсмических колебаний. Основные недостатки его невозможность повторного точного воспроизводства импульса источника, а также сохранения точных временных интервалов между повторными взрывными импульсами, например, при движении разведочных судов на море. Кроме того, требуется специальное разрешение на хранение, транспортировку взрывчатых веществ и производство взрывов.

В определенной мере свободны от указанных недостатков  и имеют другие конкретные преимущества невзрывные источники колебаний. При проведении сейсморазведочных работ на суше нашли широкое применение вибрационные источники, создающие в породах с помощью специальной металлической плиты импульсы давления частотой от 10 до 80 Гц. Благодаря тому, что вибрационный источник смонтирован на машине, он оперативен, удобен в обращении и позволяет получать точно известный и воспроизводимый сигнал. Обычно этот источник используется в городах, т.к. он не создает повреждений в окружающей среде.

 При морских  исследованиях используют импульсные  источники возбуждения. К ним относят воздушные и водяные пушки, которые выбрасывают в море под большим давлением воздушный пузырь или струю воды.

 

4.Применение сейсмических  методов.

 

4.1. Глубинные исследования земной коры

С их помощью  изучают внутреннюю структуру земной коры и прилегающую часть верхней мантии до глубин порядка 100 км. Глубинные исследования решают следующие задачи:

- разграничение  областей коры с существенно  различным  

внутренним строением, разделенных глубинными разломами;

- изучение  взаимосвязи структур низов земной коры, 

кристаллического фундамента и осадочного покрова;

- выявление  закономерностей размещения рудоперспективных  и 

нефтегазоперспективных  площадей в связи с региональной 

структурой земной коры;

- исследование  строения подкоровой части верхней мантии и ее 

связи со структурами земной коры.

В ГСЗ (глубинном сейсмическом зондировании) регистрируют преломленные и закритически отраженные волны по системам непрерывного и пунктирного профилирования или точечных зондирований. Дистанции наблюдений составляют от 50-100 до 300-500 км и более. Для возбуждения колебаний используют мощные взрывные источники с массой зарядов, достигающей 2-3 тонн. В ГСЗ выполняют низкочастотную регистрацию в диапазоне 3-15 Гц,  меняя высокочувствительную аппаратуру различной канальности.

По наблюдениям  ГСЗ строят наиболее устойчивые преломляющие границы в земной коре и определяют соответствующие граничные скорости. Прослеживают поверхность кристаллического фундамента (V = 6 км/с), границу Конрада - условную внутрикоровую границу (V = 7 к,и/с), границу Мохоровичича (Мохо) - подошву земной коры (V= 8 км/с).

Последняя на континентах располагается на глубинах 30-75 км,  максимально погружаясь под  наиболее высокими горными хребтами.  Удается наблюдать также менее устойчивые внутрикоровые границы и  спорадические границы в верхней мантии. Океаническая земная кора имеет мощность до 10 км и в целом является более высокоскоростной. Геологическая природа глубинных сейсмических границ в земной коре и верхней мантии пока достоверно не известна.

В ГСЗ, как  правило, не удается выполнять непрерывную  фазовую корреляцию волн на большие  расстояния. Поэтому реализуют  групповую корреляцию, при которой волны отождествляют по совокупности их кинематических и динамических особенностей. Средняя  погрешность построения границы Мохо оценивается величиной около 1-2 км.

На рис. 3 изображен сейсмический разрез земной коры по 

широтному профилю  ГСЗ в Сибири протяженностью 1500 км.

 

4.2. Поисковые работы

Задача поисковых  работ - обнаружение и оконтуривапие геологических объектов, благоприятных для нахождения целевых полезных ископаемых. При поисках нефтегазовых месторождений такими объектами могут быть антиклинальные складки и купола, зоны выклинивания пластов и их смещения вследствие разрывных нарушений, рифовые и баровые постройки, русловые и дельтовые отложения и др. площади, перспективные для поисков, устанавливают на основании существующих исследований, которыми выявлены области флексур и перегибов перспективных отложений, их регионального выклинивания и фациального замещения, зоны рифогенеза и т. п. Временный разрез МОГТ на рис. 4 служит примером того, как на волновой картине поискового профиля проявляется нефтегазоперспективное рифогенное тело. Облекающие его отложения хорошо  трассируются наклонными осями синфазности в диапазоне времен 0,6-0,7 с на интервале профиля х≈1,5-3,0 км. При последующем бурении скважина 6, в отличие от скважин 5 и 7, дала промышленный приток нефти.

Поисковую сейсморазведку обычно проводят по  квазипрямоугольной сети, образуемой основными и связующими профилями. Плотность сети профилей определяется размерами целевых объектов. Для их  надежного обнаружения необходимо, чтобы в любом случае потенциальный объект был пересечен хотя бы двумя основными профилями.  Поэтому интервал между ними не должен превышать 1/3 от размеров по  простиранию минимальных искомых объектов. Расстояния между  связующими профилями делают в 2-3 раза больше. Такая площадная сеть обеспечивает при корреляции полезных волн их систематическую  привязку по замкнутым контурам.

По материалам оперативной обработки сейсмических записей - еще до завершения полевых  работ - проектная сеть поисковых  профилей может быть скорректирована  или дополнена новыми линиями  наблюдений. Такое гибкое управление поисками повышает их  результативность и ускоряет решение поставленной геологической задачи. По окончании полной обработки полевых материалов решается вопрос о целесообразности перехода к детализации перспективных объектов, выявленных на опоискованной площади.

 

4.3. Угольная и рудная  сейсморазведка

Угольная  сейсморазведка участвует в поисковых  и разведочных работах с целью  изучения продуктивных толщ, обнаружения  и отслеживания угольных пластов, прогнозирования  зон их  выклинивания, изменения  мощностей и разрывных нарушений. Последнее особенно важно для обеспечения нормальной работы угледобывающих комплексов. Выявление и трассирование малоамплитудных (до 5 м) разрывных нарушений на угольных месторождениях является очень важной и весьма трудной задачей детальных сейсмических съемок, проводимых на дневной поверхности. Эти работы комплексируют с наблюдениями в скважинах и шахтах. Наряду с традиционными методами сейсморазведки, здесь используют волноводные явления,  возникающие в угольных пластах благодаря их низкоскоростным свойствам, по сравнению с вмещающими породами. В местах резких изменений геометрии угольного пласта - его разрыва, изгиба или утончения - происходит повышенное излучение в окружающую среду упругой  энергии, переносимой вдоль пласта волноводными (каналовыми)  колебаниями. Этот эффект используют в шахтной сейсморазведке для  прогнозирования условий залегания угольных пластов.

Временной разрез МОГТ, изображенный на рис. 5, получен на одном из угольных месторождений Приморья. На разрезе показан интервал угленосных отложений, установленный по результатам  бурения серии скважин вдоль сейсмического профиля. Несмотря на  высокую плотность бурения, без данных сейсморазведки трудно изучить поведение угольных горизонтов и, главное, - выявить их разрывные нарушения, которые плохо фиксируются по скважинным данным, но хорошо видны на временном разрезе.

 

Рудная сейсморазведка первоначально занималась главным образом картированием коренных пород под наносами и определением мощности последних, для чего применяли МПВ (метод преломленных волн). Такое положение объясняется тем, что рудовмещающие изверженные и метаморфическиекие породы имеют сложное гетерогенное строение, при котором прежде сравнительно редко удавалось прослеживать устойчивые  сейсмические границы во внутренних частях кристаллических массивов. Теперь, когда методика многократных наблюдений МОВ (Метод отраженных волн) достигла  существенных успехов, все большее значение приобретают сейсмические  исследования, направленные на изучение геолого-структурной обстановки в рудоперспективных районах. Для исследования рудоконтролирующей тектоники и оконтуривания крупных рудовмещающих структур проводят детальные работы МОГТ высокой кратности, достигая 

глубины исследований 2-3 км и более. Сейсморазведочные работы выполнялись при поисках хромитовых руд в Кемпирсайском интрузивном массиве гипербазитов (Мугоджары). Оруденение локализуется в дунитовых серпентинитах, преимущественно - в узлах пересечения разрывных нарушении различной ориентировки. На рис. 6 приведен временной разрез МОГТ, где четко прослеживаются пологие горизонты А", приуроченные к  подошве зон серпентинизации на глубине около 2 км, и наклонные  отражения Р от контрастных зон разломов, расположенных как выше, так и ниже этого уровня.

Рис. 7 показывает временной разрез, построенный по детальным наблюдениям МОВ, которые были выполнены в Якутии при поисках алмазоносных кимберлитовых трубок. Профиль выполнен в области многолетнемерзлых пород по методике высокочастотного ОНП с двухметровым шагом каналов. Колебания возбуждались взрывами  детонаторов в пятиметровых скважинах. Прием осуществлялся одиночными 100-герцовыми сейсмоприемниками. Полученный разрез освещает  строение верхней части разреза до глубины 150 м на видимых частотах около 200 Гц.  Профиль проходит над кимберлитовой трубкой диаметром 60 м, которая прорывает слоистую структуру карбонатного цоколя и перекрыта терригенными отложениями 30-метровой мощности. На разрезе хорошо виден эрозионный характер кровли трубки и достаточно четко выявляются сопровождающие ее крутопадающие разрывные нарушения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Бондаренко В.М., Демура Г.В., Савенко Е.И. Общий курс разведочной геофизики – М.:Норма, 1998.
2. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка – М.:Недра, 1980.
3. Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка, том 1- М.: Мир, 1987