Для чего применяются сейсмические методы исследований

Геофизика: сейсмические исследования

Тел: +7 (495) 728-94-19
Тел: +7 (963) 659-59-00
Москва, Олонецкий пр. д. 4/2

выполняем работы по г. Москве
и всей Московской области

ООО «Буровики»:

Контакты
Рекомендательные письма
Допуски и Лицензии
Цены и сроки, прайс лист
Написать письмо

Сейсмические исследования при инженерно-геологических исследованиях

1 400 рублей за метр. Подробнее
Почему стоит заказать именно у нас

Сейсмические исследования – это один из самых распространенных в геофизике методов исследования структуры, состава и строения горных пород. При изучении земной коры, а также решении задач рудной и инженерной геологии, сейсморазведка является общепризнанным методом. Тем не менее, основной сферой применения сейсмологических исследований является поиск нефтяных и газовых месторождений.

Сегодня даже трудно представить себе поиск и разведку залежей углеводородов без широкого применения сейсморазведочных работ, особенно когда делать это нужно на море. Морские сейсморазведочные работы сейчас имеют в четыре раза большие объемы, чем аналогичные работы на суше, при этом они постоянно возрастают.

Основная цель сейсмоакустики – это проведение спомощью акустических сигналов дистанционного исследования земных пород. Это осуществляется путем моделирования свойств определенной среды и ее неоднородностей. Таким образом, сейсмоакустика позволяет обнаружить общий контекст, который заключается в применении общих подходов к решению задач волновой диагностики неоднородной среды.

Сейсмоакустические исследования производят в геотехнических скважинах, которые перед тем наполняются водой. В процессе их проведения опущенным в скважину гидрофонным зондом, осуществляется прием колебаний, которые возбуждаются на поверхности или же в соседней выработке – скважине или шахте. Пространственная картинка, отражающая распределение физических свойств массива, который подлежит изучению, формируется при помощи несколько профилей. Они образуют на поверхности массива площадную сеть точек возбуждения, благодаря чему удается выполнять наблюдения по полутомографической схеме. Вместе с этим изучают пирамидальный объем вокруг исследуемой скважины.

Полученные благодаря сейсмоакустическим исследованиям записи, дают возможность получить наиболее достоверную и детальную картину распределения физических свойств массива, который изучается в плоскости между двумя выработками, где распространяются лучи, за счет наиболее равномерной и высокой плотности сейсмических лучей.

Цель сейсмологических исследований

Безусловно, предотвратить землетрясение для человека остается до сих пор невозможной задачей, но своевременно спрогнозировать данную опасную ситуацию и уменьшить количество пострадавших и разрушительных последствий – под силу. Изучением данной проблемы и занимается сейсмология. Сейсмологические исследования проводятся на той или иной территории с целью создания сейсмического районирования (картматериала). На основе изучения глобальной сети сейсмометрических станций по всей стране ученые способны выявить сейсмологические процессы и определить местоположение опасных очаговых зон, а также их сейсмический потенциал. Только после детального исследования возможно дать точную оценку на исследуемой местности сейсмической опасности и сейсмического риска.

Для решения всех этих задач необходимо обязательно предварительно провести инженерно-геологические изыскания в комплексе (т.е. изучить геотектонику и гидрогеологические особенности местности и т.п.).

Особенности сейсмологических исследований

Существует две основные группы сейсмических методов решения геологических задач:

Конечно, такое разделение на практике не имеет четких границ, поскольку обе группы занимаются изучением строения Земной коры. Только сейсморазведка изучает детально объекты на поверхности Земли (и до границы Мохоровичича – отметка начала мантии Земли), а сейсмология в свою очередь – глубинное строение Земной коры. Также каждая из выделенных групп различаются и способами получения нужной сейсмологической информации. Для первой группы это возможно при помощи переносных устройств для сбора данных: сейсмоприемники, специальные датчики и т.п., которые срабатывают и на суше, и на воде. Для изучения глубинного строения Земли необходима более глобальная сейсмологическая сеть телеметрических станций.

Сейсмологические исследования проводятся как на небольших участках, так и на огромных территориях. Так, например, для меньших территорий используются искусственные источники сейсмических волн (взрыв, падающий груз и др.), благодаря которым специалисты проводят исследования и дают оценку о сейсмической опасности конкретно на испытываемом участке. Конечно, для более обширных территорий такой метод испытаний просто невозможен, поэтому следует основываться только на действиях настоящих землетрясений, которые происходили на исследуемой местности за определенный период времени. Только на основании этих данных ученые могут детально изучить глубинное строение Земной коры и определить уровень сейсмической опасности.

Область применения

Сейсмологические исследования в наше время стали более доступными и точными. Их обязательно применяют при проектировании атомных станций, т.к. данные строения несут за собой опасность для жизнедеятельности человека и при их строении необходимо учитывать все возможные сейсмические процессы. Несущая способность грунтов под воздействием даже небольших сейсмических процессов может существенно повлиять на безопасность наземной конструкции АС, что приведет к плачевным последствиям. Также в сейсмоопасных регионах при строительстве зданий (сооружений) важно учитывать сейсмостойкость элементов строения в случае возникновения землетрясений.

Источник

Сейсморазведочные работы

Раздел разведочной геофизики, основанный на регистрации искусственно возбуждаемых упругих волн и извлечении из них полезной геолого-геофизической информации

Это раздел разведочной геофизики, основанный на регистрации искусственно возбуждаемых упругих волн и извлечении из них полезной геолого-геофизической информации.

Сейсморазведка отличается надежностью, высокой разрешающей способностью, технологичностью и громадным объемом получаемой информации.

Методы сейсморазведки различаются по типу используемых полезных волн, по стадии геологоразведочного процесса, по решаемым задачам, по способу получения данных, по размерности, по типу источника колебаний и частоте колебаний целевых волн.

По типу используемых волн выделяются:

1. Метод отраженных волн (МОВ)

2. Метод преломленных волн (МПВ)

Ориентирован на преломленные волны, которые образуются при падении волны на границу 2 х пластов под определенным углом. При этом образуется скользящая волна, распространяющая со скоростью нижележащего пласта. МПВ используется только для решения специальных задач из-за существенных ограничений метода.

3. Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП)

Разновидность 2D-сейсморазведки, при проведении которой один из 2 х элементов (источник или приемник сейсмических волн) располагается на поверхности, а другой элемент помещается в пробуренную скважину.

Стадии сейсморазведки

Направления

По способу получения данных

По размерности

По типу источника

По частоте волн

В результате детальной сейсморазведки выявляются местоположение структур и их глубины, где возможно скопление нефти или газа (таких в среднем 1/3).

Прямые поиски более эффективны, если сейсморазведка комплексируется с высокоточной гравиразведкой, электромагнитными зондированиями, термическими и ядерными исследованиями в неглубоких скважинах. Разумеется, необходимо вести бурение самых перспективных структур. При благоприятном исходе такие скважины становятся промышленными для добычи нефти и газа.

Осенью 2018 г. Роснефть разработала инновационную технологию в области сейсморазведки, основанную на интерпретации рассеянных волн.

Методы сейсморазведки на рассеянных волнах позволяют выявить трещинные зоны и зоны с аномальным пластовым давлением (АПД), что характерно для месторождений Восточной Сибири.

Это позволяет повысить эффективность разведочного и эксплуатационного бурения на месторождениях со сложным геологическим строением, в которых, по самым скромным оценкам, содержится порядка 30% мировых запасов углеводородов.

На сегодняшний день технология уже применяется на месторождениях Роснефти в Красноярском крае, Иркутской области и Ненецком автономном округе.

Выявление залежей нефти и газа по данным сейсморазведки позволяет повысить эффективность бурения в среднем до 5%.

Источник

Геофизика

4.6. Применение сейсморазведки для решения различных геологических задач

Сейсмические методы разведки используются в основном при решении различных задач структурной геологии. В основном сейсморазведка применяется при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, тесно связанных с определенными структурными формами вмещающих пород. К таким полезным ископаемым в первую очередь относятся нефть и природный газ, поэтому сейсморазведка наиболее актуальна в решении задач нефтяной и газовой геологии. Эти методы применяют также при изучении региональных особенностей строения земной коры, для решения инженерно-геологических и рудных задач.

Большое значение имеет рациональное сочетание различных методов изучения геологического строения земной коры, в частности, различных геофизических методов. Ввиду высокой стоимости сейсморазведки ее следует применять для решения только таких задач, которые не могут быть решены другими методами с необходимой точностью. Во многих случаях данные сейсморазведки могут быть использованы в качестве опорных для истолкования результатов других геофизических методов.

4.6.1. Сейсморазведка при поисках углеводородов

Рис. 4.28. Временной сейсмический ( а ) и геологический ( б ) разрез по профилю глубоких скважин
Пихтовского месторождения (Предуральский краевой прогиб) (по материалам ЦГЭ):

Начальный этап сейсмических исследований при поисках месторождений углеводородов обычно состоит из предварительных наблюдений вдоль широко разнесенных профилей, покрывающих обширные площади. При изучении глубокозалегающих структурных объектов, характерных для месторождений нефти и газа, основное значение имеет метод отраженных волн. Высокая разрешающая способность, обеспечивающая раздельное изучение разреза по большому числу отражающих горизонтов, делает метод отраженных волн незаменимым при поисках небольших по размеру структурных объектов, залега­ющих на большой глубине. При наблюдениях по сравнительно редкой сети профилей при помощи МОВ удается во многих районах выявить отдельные структурные элементы по различным стратиграфическим горизонтам, часто залегающим несогласно между собой (см. рис. 4.28).

Таким путем выявляют основные структурные или стратиграфические элементы регионального геологического строения, после чего, получив возможность детального планирования, продолжают наблюдения МОВ на более ограниченных площадях, содержащих главные перспективные объекты. Там, где имеются хорошие геологические карты известных осадочных комплексов, необходимость в проведении рекогносцировочных сейсмических наблюдений значительно снижается, и основные усилия могут быть перенесены с начального этапа на сейсмические исследования отдельных площадей, представляющих особый интерес.

Детальные наблюдения МОВ-ОГТ проводят по линиям близко расположенных профилей при высокой плотности точек пересечения профилей для того, чтобы можно было надежно прослеживать отражения от профиля к профилю и использовать их для построения основных структур. В ряде случаев для построения объемной геологической модели нефтегазового месторождения использут трехмерную сейсморазведку. Первоначальная интерпретация сейсмических данных, как правило, включает структурное картирование, которое выполняют, используя карты изохрон (карты равных времен пробега отраженных волн) для выявления структурных замыканий, способных содержать нефть или газ. Для любой выделенной структуры может оказаться необходимым провести дальнейшее оконтуривание на втором этапе детальных сейсмических исследований. Только после этого в руках геофизика окажется достаточно данных для уверенного выбора местоположения разведочной скважины.

Разведочные скважины обычно располагают на линиях сейсмических профилей, с тем чтобы данные каротажа скважин можно было непосредственно связать с соответству­ющим сейсмическим разрезом. Это облегчает точную геологическую привязку конкретных отража­ющих границ. На акваториях, где бурение скважин обходится очень дорого (обычно стоимость его в 10–20 раз превышает бурение на суше) и где, как правило, получают сейсмические данные МОВ прекрасного качества (рис. 4.29), для более тонкого изучения литологии осадочных пород и палеогеологических обстановок осадконакопления часто пользуются приемами сейсмической стратиграфии. Сейсмостратиграфия дает дополнительные критерии для выбора площадей, требующих детального изучения, например, позволяет распознать развитие локальных дельтовых или рифогенных фаций (с соответствующим высоким потенциалом коллекторов) в более обширном осадочном комплексе.

Рис. 4.29. Временной разрез, полученный в результате обработки
морских сейсмических материалов МОВ-ОГТ

Вклад сейсморазведки в исследование углеводородных запасов не заканчивается открытием месторождения нефти или газа. Уточненная интерпретация сейсмических данных, возможно с использованием дополнительных сейсмических профилей, позволяет оптимизировать выбор мест для бурения эксплуатационных скважин. Кроме того, сей­смическое моделирование изменений амплитуд и др. характеристик записи отраженных волн, которые можно измерить на сейсмических разрезах, проходящих через продуктивную структуру, можно использовать для получения детальной информации о геометрии коллектора и литологических изменениях внутри него, способных оказать влияние на запасы углеводородов.

4.6.2. Малоглубинная (инженерная) сейсморазведка

Под инженерной сейсморазведкой понимают совокупность методических и технических приемов проведения сейсмических работ, связанных с решением задач инженерной геологии и гидрогеологии. К числу таких задач в первую очередь относятся изучение положения и формы коренных пород, определение уровня грунтовых вод, изучение трещиноватости горных пород и выявление ослабленных зон, определение упругих и некоторых других механических свойств пород в естественном залегании. Необходимость решения такого рода задач связывается обычно со строительством крупных сооружений (плотины, мосты, здания), выбором трасс для строительства дорог, трубопроводов, тоннелей, с изучением проблем водоснабжения. При решении инженерно-геологических задач сейсмические исследования проводят обычно в тесном сочетании с другими геофизическими методами, в особенности с электроразведкой и приповерхностной георадиолокацией.

В инженерной сейсморазведке изучают особенности строения верхней части разреза, в связи с чем наблюдают преимущественно проходящие и преломленные волны, реже — отраженные. Ввиду малой глубины исследований (обычно до 20–30 м, реже до 100 м) для возбуждения колебаний применяют в основном ударные источники, в том числе и горизонтальные удары для возбуждения поперечных волн. Для повышения разрешенности сейсмической записи, что особенно важно при изучении небольших объектов, стремятся повысить частоту регистрируемых колебаний. При наблюдениях в скважинах и горных выработках применяют также ультразвуковую аппаратуру.

Наиболее простой и распространенной задачей при малоглубинных сейсмических исследованиях является определение уровня грунтовых вод с использованием преломленных волн, поскольку увеличение водонасыщенности вызывает значительный скачок скорости сейсмических волн в породах, однородных по литологическому составу. Метод преломленных волн используют также для обнаружения погребенных русел и заполненных обломочными отложениями долин, которые часто представляют собой важные источники подземных вод в районах широкого развития непроницаемых коренных пород.

Благоприятные условия для применения сейсморазведки МПВ встречаются при определении формы поверхности коренных пород под рыхлыми отложениями (рис. 4.30). Сведения о наличии ослабленных зон могут быть получены на основании изучения распределения граничных скоростей при работах методом преломленных волн и динамических особенностей сейсмических записей МОВ.

Рис. 4.30. Результаты сейсморазведочных работ МПВ, проведенных
с целью определения глубины залегания скальных пород
под толщей рыхлых отложений на участке створа Ингурской плотины (по А. И. Савичу):

В последнее время интенсивно развивается направление малоглубинных сейсмических исследований, связанное с оценкой карстово-суффозионной опасности в крупных городах. Типичной геологической ситуацией в этом случае является поиск закарстованных участков и ослабленных зон в кровле карбонатных пород, залегающих на глубине 30–40 м и перекрытых толщей песчано-глинистых отложений. Для решения данной задачи обычно применяется МОВ на поперечных волнах в модификации ОПВ или ОГТ (рис. 4.31).

Рис. 4.31. Временной разрез МОВ на поперечных волнах
(район станции метро «Беговая» г. Москвы)

Совместное наблюдение продольных и поперечных (или обменных) волн позволяет определить модули упругости пород, слагающих изучаемый интервал разреза. Определяемые на основании распространения упругих волн модули упругости называют динамическими в отличие от статистических модулей упругости, определяемых методами механики грунтов при изучении действия постоянных нагрузок. В настоящее время установлена связь между динамическими и статическими модулями упругости, что значительно облегчает практическое использование сейсмических данных.

Сейсморазведка находит весьма широкое применение и при инженерно-геологических исследованиях, связанных со строением дна водоемов, как в прибрежной зоне, так и в условиях глубокой воды. Инженерная деятельность включает строительство гаваней, приливных заграждений и морских платформ, прокладывание подводных трубопроводов и драгирование. Во всех работах такого рода использование сейсмических методов для изучения условий на участке работ играет значительную роль. Строительство в прибрежной зоне обычно нуждается в детальной информации о характере морского дна и мощности всех неконсолидированных осадочных слоев. Драгирование, которое может проводиться с целью углубления навигационных путей для подхода к гавани, также требует знания мощности и распределения слоев осадков.

Применяемая в морских инженерно-сейсмических исследованиях методика одноканального непрерывного сейсмического профилирования (метод НСП) имеет сходство с эхолотированием — определением глубины моря при помощи эхолота. Наблюдаются волны, отраженные как от дна водоема, так и от границ в нижележащей осадочной толщи (рис. 4.32). Регистрация ведется в диапазоне частот до 10–50 кГц. Применение столь высоких частот возможно благодаря очень слабому поглощению упругих волн в водной среде. Используют специальную одноканальную аппаратуру. Она состоит из излучателя и приемника, соединенного с сейсмостанцией. Аппаратура устанавливается на судне, регистрация ведется непрерывно при его движении. Глубина исследований может достигать 200 м, в зависимости от состава придонных отложений и степени их дифференцированности. Мобильность и высокая разрешающая способность метода НСП делают его идеальным средством малоглубинных сейсмических исследований на акваториях.

Рис. 4.32. Участок временнОго сейсмического разреза НСП,
полученного в шельфовой зоне Баренцева моря (материалы С. М. Клещина)

4.6.3. Сейсморазведка при решении рудных задач

В рудных районах сейсморазведка решает следующие задачи : а) региональное исследование рудных провинций и районов; б) выявление и изучение отдельных рудоконтролирующих структур; в) изучение структуры рудных полей и выявление площадей, перспективных в отношении содержания рудных тел.

При региональных исследованиях рудных провинций работают в основном методом преломленных волн. Изучению подвергаются территории площадью в несколько сотен квадратных километров. Изучаются рельеф коренных пород под наносами, границы в метаморфических толщах, проводится картирование литологических комплексов под покрывающими отложениями. При изучении рудных районов применение МПВ позволяет производить картирование по признаку величины граничной скорости. Во многих случаях это позволяет локализовать зоны, интересные с точки зрения проведения последующих детальных исследований (рис. 4.33).

Рис. 4.33. Карта граничных скоростей ( v г ) пород докембрия КМА
(по С. М. Таруц, И. И. Гурвичу):

1 — сейсмические профили МПВ; 2 — область v г км/с;
3 — область 5,7 км/с v г 4 — область v г > 6,0 км/с

При изучении и прослеживании рудоконтролирующих структур находят применение как МПВ, так и МОВ. С помощью этих методов удается регистрировать волны, возникающие в ослабленных зонах, связанных с тектоническими нарушениями, к которым приурочены рудные поля. Применение МОВ позволяет также изучать тектонику до глубин 1–2 км, что имеет важное значение для объяснения процессов рудообразования и направления поисковых работ.

При детальных исследованиях, направленных на изучение структуры рудных полей в изверженных и метаморфических отложениях, сейсморазведка встречается со значительными трудностями, вызванными сложностью их строения, малой скоростной дифференциацией пород, неустойчивостью их скоростных характеристик, а также сравнительно небольшими размерами искомых объектов. Для преодоления этих трудностей целесообразно комплексирование сейсморазведки с другими геофизическими методами (в первую очередь с электро- и магниторазведкой) и бурением. При исследовании россыпных месторождений сейсморазведка успешно применяется как для расчленения разреза, так и для поиска перспективных структурных объектов.

4.6.4. Глубинные сейсмические исследования

Геофизические исследования — основной источник информации о внутреннем строении земной коры. Они позволяют также познать процессы тектоники плит, вызывающие образование и разрушение литосферы. Не последнее место в изучении глубинных горизонтов земной коры и верхней мантии принадлежит сейсмическим методам.

Глубинные сейсмические исследования для решения задач региональной геологии проводят вдоль отдельных разведочных линий (региональных профилей, геотраверсов) непрерывно либо через определенные интервалы (сейсмозондирования). Такая методика исследований позволяет изучать характер залегания сейсмических горизонтов на ряде участков, расположенных вдоль разведочных линий. Возможно применение сочетаний отдельных профилей с сейсмозондированиями, которые располагают вдоль разведочных линий (рис. 4.34). Как правило, глубинные сейсмические исследования по региональным профилям производят в комплексе с другими геофизическими методами — гравиразведкой, глубинной электроразведкой (МТЗ, ЧЗ) и т. п.

Рис. 4.34. Участок сейсмического разреза земной коры и данные
гравиметрии вдоль профиля глубинного сейсмического зондирования в районе
северо-западного продолжения Большого Каратау (по Т. И. Облогиной):

1 — изолинии скорости продольных волн; 2 — отражающие площадки;
3 — зоны тектонических нарушений, выделенные по точкам дифракции;
4 — граница Мохо; 5 — нижние и верхние ограничения гравитирующих тел;
6 — разломы, выделяемые по полосам повышенных градиентов силы тяжести
(стрелки указывают направление разуплотнения);
7 — количественные характеристики разломов: перед дробью —
горизонтальный скачок плотности (г/см 3 ), над и под чертой —
глубины верхнего и нижнего ограничений гравитирующих тел

При глубинных региональных исследованиях может применяться как метод отраженных, так и метод преломленных волн. Выбор того или иного метода зависит от условий, благоприятствующих или препятствующих успешному их использованию в сейсмогеологических условиях данного района.

При решении большинства региональных задач, связанных с изучением кровли кристаллического фундамента, преимущество отдается методу преломленных волн, в особенности если в данном районе не удается, как это часто бывает, выделить отражения от кровли фундамента. Мелкомасштабные сейсмические исследования по методу преломленных волн с использованием взрывов в качестве источников колебаний с целью изучения строения коры проводились во многих областях земного шара. Метод преломленных волн, позволяя судить о величине граничных скоростей, дает возможность более уверенно отож­дествлять сейсмические и геологические границы по сравнению с методом отраженных волн. Это особенно важно в связи с тем, что региональные сейсмические исследования проводят, как правило, в малоизученных районах. Кроме того, метод преломленных волн при региональных исследованиях позволяет расчленять осадочную толщу и одновременно изучать геометрию нескольких сейсмических горизонтов.

Следует, однако, иметь в виду, что достаточно точная интерпретация данных метода преломленных волн возможна только при наличии сведений о величине средней скорости для каждого из изучаемых горизонтов. Главным же источником сведений о средней скорости является метод отраженных волн. Поэтому одновременно с применением метода преломленных волн в качестве основного метода изучения глубинных горизонтов неизбежны дополнительные работы методом отраженных волн, главная задача которых заключается в определении эффективных скоростей в покрывающей толще и получении детальной картины внутреннего строения земной коры. В связи с этим роль метода отраженных волн в изучении геологического строения коры и верхней мантии непрерывно усиливается. Вслед за широким использованием одноканального и многоканального профилирования МОВ для изучения геологии океанических областей в настоящее время получают сейсмические разрезы через всю толщу земной коры. Эти проекты используют модификации промышленных методов сейсморазведки, которые успешно зарекомендовали себя при поисках углеводородов.

Источник