ОЦЕНКА РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МАЛОГЛУБИННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ВОЗМОЖНОСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ
ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД 6
1.1 Малоглубинная сейсморазведка 6
1.2 Электроразведка 20
1.3 Георадиолокация 22
2. ИЗУЧЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МАЛОГЛУБИННОЙ
СЕЙСМОРАЗВЕДКИ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДА ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ 25
2.1 Геолого-геофизическая характеристика участка 25
2.2 Аппаратура и методика проведения полевых экспериментов 30
2.3 Обработка данных 37
2.3.1 МОВ-ОГТ на поперечных волнах 37
2.3.2 МПВ (сейсмическая томография) 43
2.3.3 МПВ (способ t0 и разностного годографа) 47
2.3.4Метод многоканального анализа поверхностных волн (MASW) 50
2.3.5 Электротомография 52
2.3.6 Георадиолокация 55
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ РАЗРЕШАЩЕЙ СПОСОБНОСТИ 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 72
1. ВОЗМОЖНОСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ
ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД 6
1.1 Малоглубинная сейсморазведка 6
1.2 Электроразведка 20
1.3 Георадиолокация 22
2. ИЗУЧЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МАЛОГЛУБИННОЙ
СЕЙСМОРАЗВЕДКИ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДА ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ 25
2.1 Геолого-геофизическая характеристика участка 25
2.2 Аппаратура и методика проведения полевых экспериментов 30
2.3 Обработка данных 37
2.3.1 МОВ-ОГТ на поперечных волнах 37
2.3.2 МПВ (сейсмическая томография) 43
2.3.3 МПВ (способ t0 и разностного годографа) 47
2.3.4Метод многоканального анализа поверхностных волн (MASW) 50
2.3.5 Электротомография 52
2.3.6 Георадиолокация 55
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ РАЗРЕШАЩЕЙ СПОСОБНОСТИ 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 72
Малоглубинная сейсморазведка - один из ведущих методов инженерной геофизики. Успех комплекса сейсмических методов при изучении верхней части разреза (ВЧР) обусловлен тем, что он оказался весьма эффективным при решении широкого круга задач, имеющих значение как при инженерно-геологическом картировании, так и при проведении изысканий для целей строительства (Владов, Капустин, 2014).
Одной из основных задач инженерной сейсмики является определение суммарной мощности дисперсных грунтов или картирование поверхности фундамента скальных пород. Обширная практика работ, проведенных в различных геологических условиях, свидетельствует о том, что с данной задачей сейсмические методы справляются в большинстве случаев весьма успешно.
Однако методы малоглубинной сейсморазведки, отличающиеся типом используемых полезных волн, могут обладать различной информативностью, что необходимо учитывать при планировании производственных работ и для понимания эффективности того или иного метода в конкретной сейсмогеологической ситуации.
В настоящее время в связи со значительным объемом сейсморазведочных работ актуальны вопросы повышения их разрешающей способности. Увеличение детальности получаемой информации является важной проблемой инженерной сейсморазведки, где мощности выделяемых пластов могут не превышать нескольких метров. Благодаря современному прогрессу в развитии геофизической аппаратуры, методики и программных средств обработки данных сейсморазведка все чаще применяется для решения разнообразных инженерно-геологических задач.
Наибольшее распространение среди инженерных сейсмических методов изучения ВЧР получил метод преломленных волн (МПВ), направленный на регистрацию преломленных или рефрагированных волн с последующей их кинематической или томографической обработкой. Это обусловлено относительной простотой выделения этих типов волн, регистрируемых в первых вступлениях.
При изучении более глубинных частей разреза и решении сложных структурно-геологических задач (расчленение геологического разреза, выделение тектонических нарушений, и др.) разрешающая способность и точность структурных построений методом отраженных волн (МОВ) существенно выше, чем при использовании МПВ (Яковлев, 2011). Сравнительно редкое применение МОВ связано с отсутствием аргументированной методики проведения полевых работ и способов обработки сейсмических данных, гарантирующих надежную регистрацию отраженных волн от неглубоко залегающих границ и их последующее выделение в процессе обработки.
Наряду с традиционно используемыми при инженерных изысканиях методами сейсморазведки все большую популярность приобретает метод многоканального анализа поверхностных волн (MASW), который на протяжении долгого времени с успехом применяется за рубежом. Теоретически использование поверхностных волн для определения скоростей распространения поперечных волн было обосновано в середине прошлого века, но на практике применение метода в силу разного рода причин стало возможно совсем недавно.
Таким образом, целью настоящей работы является сравнение информативности методов малоглубинной сейсморазведки (МОВ-ОГТ, МПВ и MASW) при определении глубины залегания скальных пород и сопоставление полученных данных с результатами других геофизических методов (электроразведка, георадиолокация).
Для достижения данной цели были определены следующие задачи:
- анализ возможностей геофизических методов при определении гипсометрии кровли кристаллических пород, перекрытых рыхлыми отложениями;
- проведение полевых наблюдений на объекте с известным геологическим строением ВЧР;
- обработка полученных данных и сопоставление результатов;
- выявление особенностей интерпретации отдельных геофизических методов;
- получение сравнительной оценки информативности методов, применяемых в малоглубинной сейсморазведке.
Решение сформулированных задач осуществлялось на основе анализа точности определения глубины залегания кровли скальных пород в условиях северо-западного региона России (Выборгский район Ленинградской области). Были проведены полевые исследования на объекте с известным строением приповерхностной части разреза. Затем полученные результаты по различным геофизическим методам сопоставлялись между собой и имеющейся геологической информацией. Такой подход позволил оценить информативность сейсмических методов при картировании поверхности фундамента скальных пород.
Обработка материалов осуществлялась в программных комплексах RadExPro (ООО «Деко-геофизика СК», г. Москва), ZondST2D, ZondRes2D, ZondProtocol (Zond Software Ltd, г. Санкт-Петербург) и Geoscan32 (ООО «Логические Системы», г. Москва).
Достоверность проведенных исследований опирается на использование современного геофизического оборудования, программных средств обработки и сопоставление геофизической и геологической информации.
Основой для магистерской диссертации стали материалы, полученные в ходе написания бакалаврской работы в 2015-2016 гг. (Байдиков, 2016), а также результаты геофизических исследований, проведенные в рамках данной магистерской диссертации на этом же участке в октябре 2017 г. Автор принимал непосредственное участие в проведении производственных и исследовательских работ, выполнил обработку и анализ полученных данных.
Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и представлена на 75 страницах, содержит 58 иллюстраций и библиографический список из 47 наименований.
Автор выражает благодарности своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору Константину Владиславовичу Титову за помощь в написании данный работы, генеральному директору компании ООО «ГеофизПоиск» Виталию Ивановичу Кашкевичу за предоставленную возможность проведения геофизических исследований, а также сотрудникам компании за ценные консультации и внимание, проявленное к работе.
Одной из основных задач инженерной сейсмики является определение суммарной мощности дисперсных грунтов или картирование поверхности фундамента скальных пород. Обширная практика работ, проведенных в различных геологических условиях, свидетельствует о том, что с данной задачей сейсмические методы справляются в большинстве случаев весьма успешно.
Однако методы малоглубинной сейсморазведки, отличающиеся типом используемых полезных волн, могут обладать различной информативностью, что необходимо учитывать при планировании производственных работ и для понимания эффективности того или иного метода в конкретной сейсмогеологической ситуации.
В настоящее время в связи со значительным объемом сейсморазведочных работ актуальны вопросы повышения их разрешающей способности. Увеличение детальности получаемой информации является важной проблемой инженерной сейсморазведки, где мощности выделяемых пластов могут не превышать нескольких метров. Благодаря современному прогрессу в развитии геофизической аппаратуры, методики и программных средств обработки данных сейсморазведка все чаще применяется для решения разнообразных инженерно-геологических задач.
Наибольшее распространение среди инженерных сейсмических методов изучения ВЧР получил метод преломленных волн (МПВ), направленный на регистрацию преломленных или рефрагированных волн с последующей их кинематической или томографической обработкой. Это обусловлено относительной простотой выделения этих типов волн, регистрируемых в первых вступлениях.
При изучении более глубинных частей разреза и решении сложных структурно-геологических задач (расчленение геологического разреза, выделение тектонических нарушений, и др.) разрешающая способность и точность структурных построений методом отраженных волн (МОВ) существенно выше, чем при использовании МПВ (Яковлев, 2011). Сравнительно редкое применение МОВ связано с отсутствием аргументированной методики проведения полевых работ и способов обработки сейсмических данных, гарантирующих надежную регистрацию отраженных волн от неглубоко залегающих границ и их последующее выделение в процессе обработки.
Наряду с традиционно используемыми при инженерных изысканиях методами сейсморазведки все большую популярность приобретает метод многоканального анализа поверхностных волн (MASW), который на протяжении долгого времени с успехом применяется за рубежом. Теоретически использование поверхностных волн для определения скоростей распространения поперечных волн было обосновано в середине прошлого века, но на практике применение метода в силу разного рода причин стало возможно совсем недавно.
Таким образом, целью настоящей работы является сравнение информативности методов малоглубинной сейсморазведки (МОВ-ОГТ, МПВ и MASW) при определении глубины залегания скальных пород и сопоставление полученных данных с результатами других геофизических методов (электроразведка, георадиолокация).
Для достижения данной цели были определены следующие задачи:
- анализ возможностей геофизических методов при определении гипсометрии кровли кристаллических пород, перекрытых рыхлыми отложениями;
- проведение полевых наблюдений на объекте с известным геологическим строением ВЧР;
- обработка полученных данных и сопоставление результатов;
- выявление особенностей интерпретации отдельных геофизических методов;
- получение сравнительной оценки информативности методов, применяемых в малоглубинной сейсморазведке.
Решение сформулированных задач осуществлялось на основе анализа точности определения глубины залегания кровли скальных пород в условиях северо-западного региона России (Выборгский район Ленинградской области). Были проведены полевые исследования на объекте с известным строением приповерхностной части разреза. Затем полученные результаты по различным геофизическим методам сопоставлялись между собой и имеющейся геологической информацией. Такой подход позволил оценить информативность сейсмических методов при картировании поверхности фундамента скальных пород.
Обработка материалов осуществлялась в программных комплексах RadExPro (ООО «Деко-геофизика СК», г. Москва), ZondST2D, ZondRes2D, ZondProtocol (Zond Software Ltd, г. Санкт-Петербург) и Geoscan32 (ООО «Логические Системы», г. Москва).
Достоверность проведенных исследований опирается на использование современного геофизического оборудования, программных средств обработки и сопоставление геофизической и геологической информации.
Основой для магистерской диссертации стали материалы, полученные в ходе написания бакалаврской работы в 2015-2016 гг. (Байдиков, 2016), а также результаты геофизических исследований, проведенные в рамках данной магистерской диссертации на этом же участке в октябре 2017 г. Автор принимал непосредственное участие в проведении производственных и исследовательских работ, выполнил обработку и анализ полученных данных.
Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и представлена на 75 страницах, содержит 58 иллюстраций и библиографический список из 47 наименований.
Автор выражает благодарности своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору Константину Владиславовичу Титову за помощь в написании данный работы, генеральному директору компании ООО «ГеофизПоиск» Виталию Ивановичу Кашкевичу за предоставленную возможность проведения геофизических исследований, а также сотрудникам компании за ценные консультации и внимание, проявленное к работе.
Проведенные полевые исследования по изучению информативности сейсмических методов (МОВ-ОГТ, МПВ, MASW) при определении глубины залегания скальных пород в условиях Выборгского района Ленинградской области и их сопоставление с результатами других геофизических методов (электроразведка, георадиолокация) позволили выявить следующие особенности при решении данной задачи:
1. Наиболее близкие результаты получились по методам МОВ-ОГТ на поперечных SH-волнах, МПВ (в варианте сейсмотомографии) и георадиолокации. Различия в определении глубины исследуемой границы составили ±1 м (рисунок 58).
Использование МОВ в интервале инженерно-геологических глубин по различным причинам сильно ограничено (см. 1.1). Потенциально высокая информативность поля отраженных волн может быть реализована на практике при совершенствовании методики полевых работ и цифровой обработки данных. МПВ в варианте сейсмотомографии имеет высокую разрешающую способность, однако результат сильно зависит от имеющейся априорной геологической информации. Успех применения георадиолокации во многом обуславливается благоприятным строением разреза. В то же время, глубинность метода может быть не всегда достаточна для определения положения кровли скальных грунтов.
2. Наличие коры выветривания коренных пород или слоя, представленного крупнозернистыми обломочными породами, может приводить к ошибкам в определении поверхности скальных грунтов по материалам МПВ.
3. Параметр УЭС является более чувствительным к зонам повышенной трещиноватости скальных пород, чем скорости распространения упругих волн.
По электротомографическим данным положение коренных пород получилось несколько глубже, относительно других геофизических методов. Метод оказался слабо чувствителен к локальным латеральным неоднородностям рельефа границы, а область перехода «дисперсные грунты-скальные породы» характеризуется градиентным строением, что затрудняет ее выделение (рисунок 50).
4. Результаты, полученные по методу MASW, создают хорошие предпосылки для включения данного метода в нормативно-техническую документацию российских норм и правил в статусе признанного геофизического метода.
Итоги обработки полевых материалов по методу многоканального анализа поверхностных волн показали удовлетворительную корреляцию с данными других геофизических методов. Существует проблема точного определения скорости Vs в скальных породах. При использовании стандартных сейсмоприемников GS-20DX (собственная частота 10 Гц) глубинность метода составляет 5-7 м.
5. Для надежного определения мощности рыхлых отложений необходимо использовать комплекс геофизических методов, так как поверхность скальных пород может иметь сложное строение, о чем свидетельствуют вариации границы, полученные по результатам различных геофизических методов.
Полевые сейсмограммы МОВ/МПВ могут быть обработаны по методике MASW, данные MASW или МПВ могут использоваться для получения скоростной модели для МОВ-ОГТ, где выполнение скоростного анализа затруднено и часто невозможно. Желательно применять сейсморазведку совместно с электроразведкой и/или георадиолокацией. Первостепенное значение имеет сопоставление полученных границ с имеющейся геологической информацией. Установленные корреляционные зависимости позволят значительно повысить точность геофизических исследований.
1. Наиболее близкие результаты получились по методам МОВ-ОГТ на поперечных SH-волнах, МПВ (в варианте сейсмотомографии) и георадиолокации. Различия в определении глубины исследуемой границы составили ±1 м (рисунок 58).
Использование МОВ в интервале инженерно-геологических глубин по различным причинам сильно ограничено (см. 1.1). Потенциально высокая информативность поля отраженных волн может быть реализована на практике при совершенствовании методики полевых работ и цифровой обработки данных. МПВ в варианте сейсмотомографии имеет высокую разрешающую способность, однако результат сильно зависит от имеющейся априорной геологической информации. Успех применения георадиолокации во многом обуславливается благоприятным строением разреза. В то же время, глубинность метода может быть не всегда достаточна для определения положения кровли скальных грунтов.
2. Наличие коры выветривания коренных пород или слоя, представленного крупнозернистыми обломочными породами, может приводить к ошибкам в определении поверхности скальных грунтов по материалам МПВ.
3. Параметр УЭС является более чувствительным к зонам повышенной трещиноватости скальных пород, чем скорости распространения упругих волн.
По электротомографическим данным положение коренных пород получилось несколько глубже, относительно других геофизических методов. Метод оказался слабо чувствителен к локальным латеральным неоднородностям рельефа границы, а область перехода «дисперсные грунты-скальные породы» характеризуется градиентным строением, что затрудняет ее выделение (рисунок 50).
4. Результаты, полученные по методу MASW, создают хорошие предпосылки для включения данного метода в нормативно-техническую документацию российских норм и правил в статусе признанного геофизического метода.
Итоги обработки полевых материалов по методу многоканального анализа поверхностных волн показали удовлетворительную корреляцию с данными других геофизических методов. Существует проблема точного определения скорости Vs в скальных породах. При использовании стандартных сейсмоприемников GS-20DX (собственная частота 10 Гц) глубинность метода составляет 5-7 м.
5. Для надежного определения мощности рыхлых отложений необходимо использовать комплекс геофизических методов, так как поверхность скальных пород может иметь сложное строение, о чем свидетельствуют вариации границы, полученные по результатам различных геофизических методов.
Полевые сейсмограммы МОВ/МПВ могут быть обработаны по методике MASW, данные MASW или МПВ могут использоваться для получения скоростной модели для МОВ-ОГТ, где выполнение скоростного анализа затруднено и часто невозможно. Желательно применять сейсморазведку совместно с электроразведкой и/или георадиолокацией. Первостепенное значение имеет сопоставление полученных границ с имеющейся геологической информацией. Установленные корреляционные зависимости позволят значительно повысить точность геофизических исследований.
Содержание магистерской диссертации – ОЦЕНКА РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МАЛОГЛУБИННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД
Выдержки из магистерской диссертации – ОЦЕНКА РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МАЛОГЛУБИННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД