Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Развитие методики и интерпретации сейсморазведки МОВ сс целью решения инженерно-геологических задач для г. Москвы

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Развитие методики и интерпретации сейсморазведки МОВ сс целью решения инженерно-геологических задач для г. Москвы"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЮТБГ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И

ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГШОГОРАЗВВДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

На правах рукописи

Развитие методики и интерпретации сейсморазведки MOB с целью решения инженерно-геологических задач для г. Моеквы

Специальность: .04.00.12 - Геофизические методы поискоа

ü разведки месгороадений полезных ископаомът

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации нь соискание ученой степень канаиоа?; технически:-: ни.у-с

11ШЕР НИДАЛ

МОСКВА 1991

Работа выполнена на кафедре скважинных и сейсмических методов ИЛИ Московского ордена Трудового Красного Знамени геологораз1 едочного института имени С. Орджоникидзе

Научный руководитель кандидат технически! наук, доцент В. П.Немок он ов.

Официальные оппоненты: доктор технических наук И.К.Кондратьев кандидат технических наук Г. А. Гречишников

Ведущая организация - Центр региональных геофизических и геоэкологических есследования ( ГЕСВ } .

Зажата диссертации состоится • 'А. " 1991 г.

в в ауд. 6-38 на заседании специализирсванного

совета Д. 063.55.03 в Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте по адресу : 117485 , г. Москва, ГСП-7, В-485, ул. Мнклухо Мак лад, д. 23, МГРИ.

С диссертацией мощно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 1991г.

В.И.Бхах

Ученый секретарь специализированного совета

районы.Систематическое газимвивч*«-eefto«?--------

рс заедки MOL' п.кл скрыты.-: к bt.-orovi-. r.oi ;>v" и-

зшиуовкных и осваиваемых участка* п Млскг* гпчотссь в ISCI Р-лспол <и-ап 'jni.ü'o': нея-тсгайо?'..й сейсморызвенки соствегству-шнми техничвокичи производств"*«-:. орган;!пали..;

' <Ш0 "ibJWJr-if^K?;«--.'. ПГГ- ;""г,1.'роо!::чпГ';олог';>: t применяли метод обцей глубишой тачки ( ШГГ ), приспособив яго * ■<«««»

¿ь»л *syu««una "зг-ос; ,,„,i;ob верхнего

карбона. Однако, шформатирность и разрешен; 'огь временных разрезов ОРТ недостаточна.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения информативности сейсморазведки, т.е. разработки методики и технология ОНП MOB на частотах 100 Гц и вше.

3 йС'С-Гу ДНСС-к;-;.....~Z ТОМ'. ■. НССЛОЦС ПАН"* Uj ДО»'ОВОрНО{}

??.».'• г'.'1'ГГг, "Рч^. , ".jtjaki::- гз -.пологии ОНИ f.'.u'fl «а 'tue? tos. 1С: I'i >-, WR детального ¡л 'лы&кия пляреза до «мугвп: 100 - 160 к, тя» реаении ::тоин/.. —-/•¡.•гиче-поа задач о г. Иссг». и Кодмосг-вье", в котс.т ••>» -•.--тер ü{>. птая непосред-

СГС- ¿'ЧЗСГИй.

Цель дкссоруационной работы состоит в обосновании и раз-

рчботуе гиг;ког гг.тюяяП с«.1здзраэ ездки отраженными

Eü.aiiKi: для обно.->у*,'д«'я и картирования карегсоа^егьи участков в пределах г. Москвы.

Основные задачи исследований.

1. Гь.урвботка системы наблюдений для показания разреыои-ности записи отраженных вилн.

2. Разработка способов возбуждения и приема волн.

3. Обоснование способов обработки для получения высокораз-рещенных временных разрезов.

4. Теоретические расчеты для характерных моделей.

Методы исследований.При решении поставленных задач использовачся метод отраженных волн в модификации однократного непрерывного профилирования на частотах 100 Гц и вша. Исследования проводились с применением высокочастотных сей-смоприемников собственной частоты 100 Гц, ударов кувалды в качестве источника в режиме накопления, сейсмостанции ИШ--01-24 с граничной частотой (ФВЧ) 72 Гц и периодом дискретизации записи - 0,5 мс. Обработка проводилась с использованием системы ООС ПС - 2000.

Научная новизна.

1. При изучении карста на территории г. Москвы впервые . применена методика непрерывного однократного профилирования

MOB. Достоинством МОЕ ОНП является сохранение высокочастотных компонентов отражений, содержащихся в первичных записях и возможность композиции временного разреза из трасс, находящихся только внутри оптимального окна.

2. Рассмотрены амплитудно-частотные характеристики условий установки сейсыоприемника с учетом влияния границы эемля-- воздух в области частот до 500 Гц.

Научные положенияг защищаемые в работе.

1. Целесообразно и эффективно использование ударов кувалды в качестве источника, поскольку возбувдаедае кувалдой колебания более высокочастотны по сравнению с воздействиями другими источниками С Г CK - 6М )'.

2. Целесообразно и эффективно применение высокочастотных с зйсмоприемников ( "р 0 100 Гц ), поскольку они обеспечивают существенно более разрешенную и высокочастотную запись, чем обьчно применяемые приемники собственной частоты 30 Гц.

3. Применение MOB ОНП позволяет производить запись отра-яений в оптимальном окне. Такое окно выбирается в докритичес-

кой области, где волновое поле целевых отражений более раз— решено и свободно от регулярных помех. Выбор размера оптимального окна индивидуален для каждого участка работ.

4. При обработке особо эффективными являются процедуры: деконволюции; смешения и учета кинематических и статических поправок.

Практическая ценность работы заключается а том, что разработанная методика и технология MOB ОНП позволяет резко поднять разрешающую способность сейсморазведки и получать временные разрезы с видимыми частотами 100 - 300 Гц. Карстовые объекты уверенно вццеляются на указанных частотах. Такие же объекты не находят столь заметного выражения на временных разрезах ОГТ, для которых характерны частоты около 40 Гц.

Апробация работы.Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научной конференции профессорско-преподавательского состава МГРИ ( 1990 г. ) .

По теме диссертации опубликована одна статья.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, и заключения, общий объемом 184 страница,из них qq рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает ßg наименований.

Автор выражает глубокуо благодарность за ценную помощь ;; рекомендации, используемые при подготовке диссертационной работы, научному руководителю, доценту, к.т.н. В.П.Номоконову, а так же доценту Г.Н. Боганику за конструктивнуп помощь при обработке данных, и так же сотрудникам кафедры CGM ИХ.Пруканс-кому и С.И.Полячснко, оказывавшим помочь при полевых работах и в процессе подготовки диссертации.

Автор приносит благодарность за помощь в проведении экспериментальных исследований сотрудникам партии КГЭ № 09 г. Москаы Г.А.Артемьеву и Т.А.ЮнусовоП.

Содержание работа

Глава I. Состояние методики сейсморазведки при решении инженерно-геологических задач.

%атко излагается юстояние вопроса исследований. Отмечается, что в настсйцес гремя инженерно-геологическиэ нзьгака— ния очень вахни для промасленного строительства. Особое вш1- . мание в г. Москве уделяется изучение карстово-суффозионных процессов. Образование системы полостей и вороне г в известняках карбона приводит к нарушению внутреннего ] агзювесия при нагрузках, вызванных крупными объектами, реэкогу изменение рельа^ и разрушению согрудений.

В обзоре предшествупцих исследовашгй уделено должное внимание методу преломленных волн ( ШВ ). Основдай вклад а развитие МПВ применительно к задаче изучения карста в г. Носк-вв был сделан кафедрой сейсмометрия я геоакустики геологического факультета МП/, под руководством Т.И.ОблогзноЯ и Ф.НДк-ховицкого.

Систематическое применение сейсморазведки ШЗ для сбиа-рувения скрытых карстовых воронок нагастроеншх ■ осважвае-мих участках г. Ыосевы началось в 1961 г. К разработка мэто-дики были привлечены основные геол ого-геофнзкчегг ; кагтктути I. тол ¡щи - ШИПИ И ВНИИ "Геофизика" ШНГШ СООР. От касольво-вгии ШГТ, приспособив его к малой глубина при кзучеязж поверх— нос. я картона. В настоящее вреня хщяюаш ИГО "Лсцюетгцгеология" 1: 1Ш0 " Нефтегесфазшеа" продолжается работа №!Т. Рво~ смотр 411 остаекыо особенности сэхеш£ кеюдажи в врезггкааг разрезе 1 МОРГ, для которых характерна гандат еггте-га. ст£®22гзй1

около 40 Гц; при этом разрешающая способность метода- не---------

достаточна.

• Глава заверяется формулировкой задачи исследования. Принципиальноз направление исследований состоит в использовании однократного непрерывного профилирования ИОВ на частотах 100 Гц и вьгае для детального расчленения разреза до глубины 100-150 и в г. Москве.

Глава 2. Сейсмогеологическая характеристика ВЧР в условиях г. Москвы

В главе рассмотрено геологическое строение г. Москвы, стратиграфия и тектоника. Приведена стратиграфическая классификация осадочной толщи. Система трещиноватости, главным образом, в подольском и мячковско;; горизонтах харбсма :: их унаследовалность вышележащими юрскими отложениями является одним из факторов, способствующих развитию карстово-суффоэи-окных процессов на территории г.. Москвы.

Детальные исследования карстосо-суффозиогаых процессов на территории г. Москвы выполнено в последние годы специалистами экспедиции $ 10 ПГО "Гидрсспецгеология". Из резуль-яатов исследований следует» что исходными предпосылками для образования карстовых воронок на поверхности служат: наличие карстовых пустот в верхней части карбонатной тофци; сокращенная мощность глинистого водоупора и его интенсивная трещино-ватость; резкие колебания во времени пьезометрического уровня водоносного горизонта в карбоне.

Характеристика физических свойств разреза приведена по данным наблюдений з скзазкнах, измерений образцов керна и наземных сейсмических наблюдений. По данным АК и ИСК отмвча-

ются зоны сильной эакарстованности, которые сопровождаются уменьшением скорости Ур в среднем на 1000 - 1500 и/с от значения 3000 - 3500 м/с в ненарушенных известняках верхнего карбона.

Относительно небольшие карстовые полости размером в единицы ветров вызывает значительные изменения в вышележащей толще, образуя провальные воронки с характерным размером в десятки метров. Обнаружение самих карстовых пустот ., методами сейсморазведки затруднительно, постольку их размеры малы [ 1-3 м ) по сравнению о длиной воллы . При таких размерах необходимо стремится к иcпoльэJвaнию возможно более высокочастот:мх сигналов.

Проникновению высокочастотных волн препятствует» главным образом, поглощение. Автором сделаны расчета АЧХ в зависимости от толщины песчано-глинистого покрова, из которых следует, что предельной проникающей способностью для решения поставленной задачи обладают волны частотой до 270 Гц. Необходимое разрешение импульсов отражений от целевых границ в песчано-глинистых породах и вблизи поверхности известняков соответствует указанной частоте.

Глава 3. Прямые и обратные задачи для характерных моделей.

Применение ЫПВ для обнаружения карста в условиях г. Москвы основано на модели, предполагающей локальные переуглубления известнякового фундамента на закарстованном участка. В это?! связи использованы результаты ультразвукового моделиро-ван.ш на твердых средах, имитирующего локальные переуглубления г.реломляпцей поверхности / Гречишников Г.А., Номоконов В.П.

и др. /. Совокупность всех признаков: локальные изменения Vri некоторое искривление линии tQ (х ); и главным образом резкие изменения амплитуд могут служить признаками картирования локальных неровностей ( известняками фундамента ) карбона. Однако, эти признаки слабы и проявляются только при размерах неровностей сравнимых с длиной.волны.

В диссертации рассчитаны годографы отраженных волн для однослойной модели среды, имитирующей карстовое переуглубление. После ввода кинематических поправок получены временные разрезы ОГТ и ОТВ. Вне области горизонтальной границы образуется петля, которая дает ложную структуру.

Годографы отраженных волн однократного непрерывного профилирования для двуслойной модели рассчитаны с применением параметров V Cpj Улуч* и с Учетом преломления.

На временных разрезах в случае использования V „„ и

ср

У ЛуЧ заметен резкий скачок времени над участком вогнутой границы. При учете преломления временной разрез соответствует плавному переуглублению границы. При построении от-рааалцих границ целесообразно учитывать преломление на промежуточной границе.

Глава 4. Методика поленях работ и аппаратура

В этой главе рассмотрено влияние следующих основных факторов на харктер волнового поля: возбуждение волн, установка и конструкции сейсмоприемников. Опробовались два способа возбуждения: посредством установки ГСК - 611 и кувалды. Установлено смещение спектров в сторону высоких частот на 10 - 15 Hi при возбуждении кувалдой ( 80-05 Гц вместо 65-75 Гц при гас - ем ).

Нотами дди малоглубшшой сеВскэрвзведхи ьа территории г. Масхви оказались результата применения сейсаюпрмгьг-шшзв А - 100 ( собственной частоты f 0 " 100 ). Цри всех вариантах возбуждения они обеспечивали существенно более разраЕшцув и шсокочастощув задись, чей обычно применяемые приемники С8 - 30 ( | Q » 30 Гц ). Видимая частота записав увеличивается в 1,5 - Z раза, достигая 100 - 150 Гц. Число регулярных отрад ений возрастает вдвое.

Рис. 1 Лишатудкая частотная характеристика условай

усгаиозхи с85смостемнЕка на различных глу^лио и л скорости У и/с КриЕиа:цра Л=0.1м: 1-V =500, 2-400, 3- 250, 4- 200,5-150; при Л -0-2а: 3- V"i500, 4-400, 5- 300, 6- 250,7-200; ззра Л=0.4и: 6- 1^-500, 7-400, в- 250, 9- 200,10-150.

У ал с зия установки сейсмоприешстксв рассмотрена тесре-2аческа_с уютен едизкия свободной jiCEsp^uoc-ri зеажя - зоз-, ¿¿азанэ, что отражением от этой границу иальзя првяэ-йрагать. Ер» рассмотрения АЧХ Í ряс. I > глубина устаяовкмь приемка играет ^оль фгмьтрл таких частот. Наиболее икро-тт*я частот обеспечивайся устяяотяюЯ гтоиакяияов с» .. из. рассздзшюЯ днзп-:сЯ поверхности, Эаспиремевт псд-тверздее? теория: при установке пряешзика на поверхности аи-¿хмаа часгота í isa. 15 -"23 J, а ."¿ягг-дуда. a ГД раза лреясзет тахозуз дм прпгшяга з ?rcta глубияоЯ 40 си.

Штодкжа шдопкос работ, расскотренвад шав, опрсбовака. из четарех учястаах в г. На всшяозсй калгана в сер—

их ястушгеяняг регвсгр-лр^этся трз вела»; пржаал С¥ж - 300- 5Ш и/с ); бкстро затухгщаж преяоюганнай волна » зг £С0 - ICOu ty*r ); втфая K:Í?skc:£ÍI'.2.t гаагогиеш-гал' зслиа < Y » 1503 - 1?С0 й/с ). Гсдсгрефа язргзгс гатя еозаозлзд с-цЕилгь отроеялз самой retraes ч^ста разреза, lia грсмеках до 0,10 - 0,20 с э pasas» учясткюг ил перзяикик зопмсях аи-деяяттся 4 - б стреггкл? ^злзжх грякм;?.

Глззй 5. Сбгде'отад дукпгг,. сздульгати st ггтоспектйпн nggregcsgamr . .

Sza-jZ'-i-aiTs. сбп&бспр.теедеш дал упастясв: Йитмко,

каши. шгуцашь ¡¡алий" шв ■ssgrzsiz ж гртаенннз разрезы: ери; задних: Ецдаж обработки*..

Петгзянг велна. аегастргоузотся: виз: области*. мнтенситшх". .тсмех кь дястакзмз: 60 - 20 и ( Митино, ул. Свобода ) и ни — 6С" т С Ту^ятатетегау Гребной канал1 )Ч Дтт.т этая' ди*-сгакщг? построены Еромекшго разрезы однократного иегфчрк иного гтрофгайретмнигт^ После ксррехтируячоЯ! фильтрации: заметно) поте-

шение раэрешенности полезных волн и снижение уровня регулярных помех.

Установлено, что при выводе временных разрезов с целью увеличения отношения сигнал/помеха целесообразно использовать смешение соседних сейсмических трасс.

Из сопоставления методики ОНП с ЫОГГ видно, что на разрезе МОГТ видимые частоты составляют от 100 до 300 Гц. Структура отражающих горизонтов по МОГТ сложна и геологичес- ■ ки противоречива. Па участке ул. Тухачевского по данным МОГТ карстовые объекты не находят заметного выражения. Эти же объекты заметны на временном разрезе ОНП.

Выбор оптимального окна на участках, отличающихся геологическим ciроением, проводится после небольшого объема опытных работ.

Заключение

Разработанная методика позволяет резко поднять разрешающую способность сейсморазведки при инженерно-геологических изысканиях в г. Москве.

Это достигается путем:

1. Применения MOB ОНП.

2. Записи отражений в оптимальном окне. •

3. Использования сейсмоприемника f 0 ■ 100 Гц и цифровой записи.

4. Использования ударов кувалды в качестве источника

в режиме накопления.

5. Оптимизации параметров деконволюции сейсмических записей.

Применение этих способов позволяет получать временные

разрезы на частотах 100 - 300 Гц вместо 30 - 40 Гц, получаемых при общепринятой провднвдственной методике (¡¿orrj.

Обработка состоит э композиции трасс однократного ~ профилирования в форме временных разрезов. Наиболее

а&тниыи являются кинематические и статические поправки, хотя они не столь критичны как при обычных методах ( ОГТ ). Эффективно применение деконволации. Смешение целесообразно для ослабления характерных городских помех.

Карстовые явления на временных разрезах выделяются ч основном за счет потерь корреляции промежуточных ■. »-. ; опорно! тршсц и псяровяой толще»

По теые диссертации опубликовано работа; . 1Ллнягш9 глубины установки сеЛсиоприеяшка арл вношдо частотной сейсморазведке. Язв .вузов .ГёоЛогия и разведка » 5,1590.