Методы сейсморазведки. 
Примеры применения сейсмических методов разведки в решении реальных геологических задач

Сейсморазведка включает два основных метода метод отраженных волн МОВ и метод преломленных волн МПВ, относящихся к техническим модификациям, а также несколько второстепенных методов.

Метод отраженных волн включает изучение волн, которые отразились от границы раздела двух сред. Измерив расстояние от этой границы до нескольких произвольных точек, взятых на поверхности Земли, можно измерить скорость распространения волны в среде и определить положение границы, на которой произошло отражение.

В методе преломленных волн ведут наблюдение на больших расстояниях от источника возбуждения по сравнению с глубиной залегания исследуемых границ. Сейсмические волны проходят вдоль направления залегания горных пород, скорость в котором превышает скорость в соседних пластах. Таким образом, появляется возможность судить о литологическом составе горных пород слагающих слой.

Также можно отметить достаточно широко применяемый метод продольных волн. Это связано с тем, что взрывные источники колебаний генерируют прежде всего продольные волны.

Но используя специальные средства возбуждения, можно получить и поперечные волны. Метод поперечных волн имеет преимущества перед методом продольных волн.

Поперечные волны имеют меньшую скорость распространения и меньшую длину волны по сравнению с продольными. Это позволяет повысить точность измерения времени пробега поперечной волны.

Оба эти метода относятся к группе технических модификаций. К технологическим модификациям относится метод общей глубинной точки МОГТ, который основан на суммировании отражений от общих участков границы при различных расположениях источников и приемников. МОГТ применяют при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений.

Методом обращенного гидрографа МОГ изучают отражающие границы, расположенные ниже забоя скважины, где располагаются сейсмоприемники. Методы сейсморазведки обычно применяются в сочетании с другими геофизическими и геологическими методами, что дает возможность повысить геологическую эффективность.

В последние десятилетия появился новый метод — спектральная сейсморазведка, также называемая спектральным сейсмопрофилированием (ССП). Новое направление в сейсморазведке, основанное на «изучении спектральных характеристик собственного акустического поля Земли и резонансных явлений, возникающих в слоях горных пород при взаимодействии их с сейсмическими волнами». Основным параметром, изучаемым данным методом, является акустическая жесткость среды. Участки разреза с повышенной акустической жесткостью на спектральных разрезах отображаются высокими уровнями амплитуд частотного спектра и наоборот. Первые упоминания о практической значимости этого метода появились в конце XX века. В настоящее время метод спектральной сейсморазведки вызывает дискуссии и не является общепризнанным. Однако отдельные исследования подтверждают оправданность его применения в обнаружении карстовых пустот, нефтегазовых залежей, инженерно-геологических исследованиях.

Трудность математической трактовки некоторых задач физики упругих волн, необходимость экспериментальной проверки получаемых теоретических решений привели к развитию методов изучения распространения упругих волн на моделях. Модели изготовляют из искусственных материалов, которые по параметрам упругости и плотности близки к горным породам. Применяют специальные моделирующие материалы с управляемыми упругими свойствами. Используют одномерные, двумерные и трехмерные модели. Наибольшее распространение получили двумерные твердые модели благодаря относительной простоте изготовления и контроля за их упругими свойствами.

Для сохранения подобия процессов, протекающих в натуре и модели, необходимо, чтобы удовлетворялись некоторые условия.

Среди них важнейшими являются сохранение отношения длины волны к линейным размерам изучаемых объектов мощность слоев, радиус кривизны границ и т. д. и удалений источника от приемника.

Обычно линейные размеры модели примерно в 1000 раз меньше размеров натуры, следовательно, длина волны в модели также должна быть уменьшена в такое же число раз.

Если скорости волн в модели и натуре приблизительно равны, то необходимы значительное повышение частоты колебаний и переход к ультразвуковому диапазону частот. Используемые при сейсмическом моделировании колебания имеют частоту от 20 кГц до 1 МГц. Помимо физического моделирования производят также математическое моделирование, рассчитывая волновые поля для заданных распределений упругих свойств в среде, пользуясь основными дифференциальными уравнениями.

Сейсмическая разведка — это сложная динамическая система, назначенная для исследования земных недр.

В ней происходят с преобразования энергии и информации, важнейшими из которых являются: возбуждение сейсмическим источником первичных волн, их распространение в геологической среде с образованием на ее неоднородностях вторичных волн, прием и запись упругих колебаний в точках наблюдения, обработка и интерпретация сейсмических записей. Целенаправленную последовательность этих процессов можно сматривать как сейсморазведочный канал, преобразующий воздействие источника упругих колебаний (входной сигнал) в сейсморазведочную информацию (выходной сигнал).

Сейсморазведочный канал состоит из трех последовательно действующих подсистем (рис. 2).

Первой и основной из них является объект исследования — сейсмогеологическая среда, т. е., геологическая среда в том виде, как она проявляется при формировании поля упругих колебаний.

Возникающее в некоторой точке среды поле можно считать результатом прохождения импульса источника через пространственно ограниченный объем среды — сейсмогеологический канал. Строение среды в пределах этого объема является той информацией, которая извлекается из сейсморазведочных наблюдений.

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.

Это в свою очередь, 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 полученной 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 60 м, 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.