Малоглубинная сейсморазведка

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

Системы наблюдений.

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

 
Обобщенная  сейсмограмма зондирования.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

аномалий. 

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

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