Межскважинное сейсмическое просвечивание в инженерно-геологических целях.

 

В рамках инженерно-геологических изысканий под строительство крупного сооружения в одном из районов Сибири были проведены сейсмические просвечивания между рядом скважин. Здесь приводятся результаты пробных работ на двух скважинах глубиной по 50м, удаленных друг от друга на расстояние 55м.

Электроискровой излучатель опускался в скважину (С9), обсаженную специальной пластиковой трубой диаметром 118мм и толщиной стенок 7мм. Затрубное пространство было засыпано песком. Нижний конец трубы был закрыть пробкой, однако вода из трубы быстро уходила через негерметичные резьбовые соединения, так как затрубное пространство в этой части разреза оказалось совершенно сухим. Поэтому в эту скважину приходилось часто доливать воду.

Пьезоприемники опускались в другую скважину (С2), которая не была специально подготовлена для сейсмических наблюдений, а служила для гидрогеологических наблюдений, поэтому была обсажена стальной трубой диаметром 90мм. При диаметре самой скважины около 160мм затрубное пространство специально не укреплялось, и могло только заполняться водой. Нижний конец трубы был оборудован специальным фильтром для поддержания естественного уровня воды. Однако гидрогеологические условия оказались таковы, что, несмотря на удаление от первой скважины всего на 55м, в данной скважине естественный уровень подземных вод был не ниже 14м.

Упругие колебания возбуждались одноэлектродным излучателем при энергии 2,5Дж и напряжении 10кВ. Прием осуществлялся двухканальной пьезокосой. Благодаря использованию трехкаскадных усилителей с коэффициентами усиления 1, 40 и 1600, и быстрому 14 разрядному АЦП Е-440, а также специальному программному обеспечению сбора данных, был обеспечен мгновенный динамический диапазон записи около 120дб в полосе частот 30-2000Гц. Это полностью перекрывало диапазон принимаемых сигналов в данном виде работ, и позволило не задумываться о подборе коэффициентов усиления. Дискретизация сигналов осуществлялась шагом 0,1мс, длина записи составляла 200мс (2000 дискретов).

Шаг наблюдений вдоль скважин составлял 2м. Для повышения соотношения сигнал/шум применялось накопление в 20 раз.

Рис.77. Сейсмограммы межскважинного просвечивания с пикировкой первых вступлений продольных волн: a) источник в скважине С9 на глубине 24м, приемник перемещается вдоль скважины С2; b) приемник закреплен в скважине С2 на глубине 24м, источник перемещается вдоль скважины С9. Обратите внимание на различную форму годографов первых вступлений в интервале глубин более 36м.

 

На рис.77 представлены два примера сейсмограмм просвечивания, из которых можно сделать вывод о сильной неоднородности разреза между скважинами. Действительно, расположение лучей для этих сейсмограмм симметричное, то есть в обоих случаях лучи исходят из точки 24м, а годографы первых вступлений выглядят по-разному. Особенно сильное различие наблюдается на глубинах более 36м, где по скважине С9 (рис.77,b) времена первых вступлений начинают резко возрастать с глубиной. Это свидетельствует о существенном уменьшении скорости волн в этой зоне. В то же время для скважины С2 такая зона незаметна (рис.77,a).

Томографически восстановленный скоростной разрез продольных волн (рис.78) показывает наличие инверсии скорости (уменьшения скорости с глубиной) на глубинах более 36м для обеих скважин, но она значительно более выраженная около скважины С9. Кстати, этим можно объяснить и быстрый уход воды из скважины, так как такие низкие значения скорости продольных волн (1.2-1.5км/с) на таких глубинах могут быть характерны лишь для пористых сухих песков. В интервале глубин 14-36м залегают значительно более высокоскоростные отложения (1,7-2,0км/с). Согласно результатам бурения это влагонасыщенные глины. В верхней части разреза (выше 14м) скорость вверх постепенно уменьшается (до 1,5км/с на глубине 9м). Это – зона малых скоростей.

Рис.78. Томографически восстановленный разрез скоростей продольных волн между скважинами С9 – С2.

 

 

Литература

 

1. Богданов А.И. Сейсморазведка методом отраженных волн. М., Недра, 1982.

2. Бондарев В.И. Основы сейсморазведки. Екатеринбург: Издательство УГГГА, 2003.

3. Вахромеев Г.С. Введение в разведочную геофизику. М., Недра, 1988.

4. Гайнанов В.Г. Руководство по учебной сейсморазведочной практике. М., Изд-во МГУ, 1988.

5. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка. М., Недра, 1980.

6. Ефимова Е.А. Сейсмическая томография. М., Изд-во МГУ, 2005.

7. Карус Е.В., Кузнецов О.Л., Файзуллин И.С. Межскважинное прозвучивание. М., Недра, 1986.

8. Пузырев Н.Н. Методы и объекты сейсмических исследований. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 1997.

9. Сейсморазведка. Справочник геофизика. М., Недра, 1981.

10. Уотерс К. Отражательная сейсмология. М., Мир, 1981.

11. Хаттон Л., Уэрдингтон М., Мейкин Дж. Обработка сейсмических данных. Теория и практика. М., Мир, 1989.

12. Шериф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка. В двух томах. М., Мир, 1987.

13. Шнеерсон М.Б., Майоров Б.В. Наземная сейсморазведка с невзрывными источниками колебаний. М., Недра, 1980.

14. Шнеерсон М.Б., Потапов О.А., Гродзенский В.А. и др. Вибрационная сейсморазведка. М. Недра. 1990.

15. Andreas Cordsen, Mike Galbraith and John Peirce. Planning Land 3-D Seismic Surveys. SEG, USA. 2000.

16. Kleyn A.H. Seismic Reflection Interpretation. Elsevier Applied Science Publishers. London and New York. 1983.