CC BY
35
© C.B. Ладейшиков, 2013
УДК 550.834 С.В. Ладейшиков
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СИСТЕМ В МАЛОГЛУБИННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ
Рассчитаны основные параметры пространственной (3D) системы наблюдений для малоглубинной сейсморазведки на Верхнекамском месторождении солей. Дана оценка возможностей использования 3D систем наблюдений для решения геологических задач в интервале малых глубин.
Ключевые слова: малоглубинная сейсморазведка, система наблюдений 3D, бин, кратность.
На Верхнекамском месторождении калийных солей (ВКМКС) для контроля за состоянием горного массива успешно используется комплекс невзрывной малоглубинной сейсморазведки высокого разрешения методом обшей глубинной точки (НМСВР МОГТ) [4]. Наземные сейсморазведочные работы проводятся по одиночным профильным линиям или по группе линий, располагаю-шихся с учётом имеюшихся геолого-геофизических данных и поверхностных условий. Основное преимушество пространственной (3Э) сейсморазведки заключается в том, что информация, приходяшая к поверхности по различным азимутам, регистрируется и обрабатывается совместно, что дает возможность правильно восстановить пространственное положение отра-жаюших границ и получить объемную картину исследуемого объекта, невозможную при профильных наблюдениях [2].
Для успешного применения 3Э сейсморазведки
при изучении малых глубин необходима адаптация всей технологии работ — от применяемых систем наблюдений до процедур цифровой обработки и интерпретации данных. Важной задачей является грамотное проектирование системы наблюдений (СН) 3Э съемки и анализ ее возможностей при изучении интервала малых глубин.
Исходя из задач, стояших перед малоглубинной сейсморазведкой, и результатов
Пункты возбуждения Пункты приема Рис. 1. Шаблон
Рис. 2. Система наблюдений ЭО для малоглубинной сейсморазведки: а — общий план участка проведения сейсморазведочных работ 30, б — расположение ПП и ПВ
Рис. Э. Распределение номинальной кратности по площади работ
проведенных работ НМСВР МОГТ 2Э, система наблюдений 3Э должна позволять картировать объекты с размерами по латерали 30—50 м, что определяет необходимую горизонтальную разрешающую способность. В процессе съемки необходимо предусмотреть возможность уверенного картирования целевых горизонтов надсоляной и соляной толщи в интервале глубин с 4050 м (И™) до 350-400 м (Итах).
Основными расчетными параметрами при проектировании пространственных систем наблюдений являются: размер бина (Вх, Ву), кратность съемки (РоЫ3о), максимальное удаление Хтах ПВ-ПП, максимально минимальное удаление тахХт„, шаг между пунктами приема ДПП, шаг между пунктами возбуждения ДПВ.
Принципиально важным в проектировании системы наблюдений 3Э является вопрос о выборе размера бина. Нужно учитывать следующие факторы: минимальный размер объекта исследований; временную разрешен-ность последующих процедур суммирования по ОГТ при изучения наклонно-залегающих объектов; горизонтальную разрешенность сейсмического метода исследований [1].
На минимальный размер объекта исследований должно приходить 3-5 трасс [1]. При минимальных горизонтальных размерах геологической неоднородности 30 метров имеем максимально допустимый размер бина 10 метров.
Максимальные размеры бина в зависимости от угла наклона отражающей границы (0) и максимальной частоты отраженной волны (!тах) определяются как:
где Уит - интервальная скорость в слое, лежащем над изучаемым целевым горизонтом. Таким образом, максимальный размер бина должен составлять 12 м. Данная оценка размера бина относится к /тах=110 Гц и критическому углу наклона ОГ 30е. При малых углах наклона допустимый размер бина становится неоправданно большим для сохранения требуемой разрешающей способности.
При небольших углах наклона границы можно использовать формулу [5]:
ВХу _ 0,4 V3ф (10 М )0,5, (2)
где ^ - время регистрации целевой волны; Дt - временной интервал дискретизации записи, Уэф - эффективная скорость до целевого горизонта. В этом случае при: Уэф=2700 м/с, ^= 120 мс, Дt=0,5 мс получаем бин Вх,у=8,3 м.
При выполнении специальных процедур цифровой обработки, например миграции [1], горизонтальная разрешающая способность сейсмического метода существенно повышается и может достигать от половины до четверти длины преобладающей волны. Эта оценка предельно достижимой величины разрешения, как правило, и используется для оценки интервала возможных размеров бина:
Vф уэ
—ф < тах В < —-4/ х,у 2/
(3)
V Т V
В _ инт __инт_
х,у " 4эт 0 " 4/ яп 0 '
(1)
где /вид - видимая (доминирующая) частота отраженного сигнала. Сейсмическая запись отраженных волн от целевых горизонтов в рамках НМСВР МОГТ 2Э, характеризуется видимой частотой 80 Гц, а максимальные частоты спектра отраженных волн — 110 Гц. Таким образом, бин должен
быть размером от 8,4 м до 16,8 м, при видимой частоте 80 Гц.
Из полученных оценок выбираем бин с наименьшими размерами по координатным осям и т.е. Вх,у=8 м. В случае, когда необходимо повысить горизонтальную разрешающую способность в одном из направлений, при использовании того же полевого оборудование возможно уменьшение бина до 4 метров. Данное уменьшение теоретически оправдано при падении слагающих разрез пластов под большими углами, что довольно часто наблюдается для пород калийной залежи. В этом случае меньшая сторона бина должна соответствовать направлению падения границ.
Ранее выполненные съёмки по технологии 2Э позволили получить хорошее качество полевого материала при использовании кратности 32. В большинстве случаев для предварительной оценки величины возможной кратности работ 3Э можно руководствоваться следующими простыми соотношениями:
РоЦО = (0,5 -1)РоМ2О,
М3О = ГоИ2о1Вш,С ,
(4)
(5)
где БВху - площадь бина; Дх2О — расстояние между точками ОГТ при 2Э съемке (Ах2о=4 м); V - средняя скорость распространения волн над наиболее глубоким целевым горизонтом (У=3200 м/с).
На основании (4) получаем кратность 3Э работ от 16 до 32. Согласно (5) и (6), система наблюдений 3Э должна обладать кратностью 25 и 16 соответственно.
Значение тахХтп и Хтах зависят от глубин нижней (Нтщ) и верхней (Нтах) целевых границ соответственно и определяются следующими соотношениями [5]:
(0,75 - 0,85)Н < X <
учу, / ^ чу, ^^¡± *тах тах
< (1 - 1,2) Нтах,
тахХт1п < (1 -1,2)Н1п.
(7)
(8)
где С - некоторая эмпирически выбираемая константа, чаще всего принимаемая равной 0,01 [5].
Наряду с эмпирическими оценками необходимой кратности съёмки 3Э существуют более строгие аналитические выражения, основанные на зависимостях пространственных параметров систем регистрации и преобладающего частотного состава отраженных сигналов (формула Крея) [6]:
Ро^3 о = О (/ Дх2
х{вид л0,401/V
(6)
Шаг ДПП и шаг АПВ при использовании ортогональной системы наблюдений 3Э, как правило, берутся в 2 раза большее соответствующей им стороны бина.
На основе рассчитанных параметров системы пространственной регистрации и имеющихся материально-технических и аппаратурных возможностей для системы наблюдений 3Э определены следующие основные параметры: кратность - не менее 16, размер бина Вху - 4х8 м, канальность -288, максимальное удаление Хтах ~ 400 м, максимально минимальное удаление maxXmin < 80 м. С учетом этих значений был рассчитан шаблон (рис. 1), состоящий из 6 линий приема (ЁПП) по 48 каналов в каждой, и 5-и линий возбуждения (ЁПВ) по 13 пунктов возбуждения (ПВ). Расстояние между линиями приема ДЁПП=64 м, расстояние между линиями возбуждения ДЁПВ=64 м (ДЁПП и ДЁПВ могут меняться в зависимости от возможности
проложения профилей на определенном участке работ).
В результате для реальных условий застроенной территории была спроектирована 3Э система наблюдений для высокоразрешающей малоглубинной сейсморазведки (рис. 2) со следующими параметрами:
Размер бина в направлении in- 4
line (Bx), м
Размер бина в направлении 8
cross-line (By), м
Шаг АПП, м 8
Шаг АПВ, м 16
Количество активных каналов 288
Число линий приема (НЛПП) 12
Число линий возбуждения (НЛПВ) 10
Общее число ПВ (НПВ) 422
Общее число ПП (НПП) 838
Максимальный вынос (Xmax), м 476
Максимально минимальный вы- 0,3
нос (maxXmin), м
Общее количество сейсмограмм 780
ОПВ
Максимальная кратность 29
Площадь съемки с ненулевой кратностью, км 0,410
Всего бинов 12838
Всего трасс 157174
При перемещении шаблона по площади трехмерной съемки перекрытие происходит как по ЁПВ так и по ЁПП. При отстреле полосы наблюдения ПН шаблон смещается на 3 ЁПВ (перекрытие 2 ЁПВ). При переходе на следующую ПН смещение шаблона происходит на 3 ЁПП (перекрытие 3 ЁПП). Таким образом, происходит покрытие площади работ заданной номинальной кратностью (рис. 3).
Без учета краевых значений кратность изменяется в пределах от 10 до 24 (среднее значение 16). Если выбранной кратности будет не достаточно (низкий коэффициент отношения сигнал/помеха), можно перейти от бина 4x8, к бину 8x8. В этом слу-
чае, за счет увеличения числа суммируемых трасс в пределах каждого бина, кратность съемки увеличится в 2 раза. При этом уменьшится горизонтальная разрешающая способность в направлении in-line. Если полеченная кратность устраивает, то за счет увеличения размеров бина до 8х8 м, можно существенно сократить трудозатраты на проведение пространственной съемки. Таким образом, можно сократить число ЛПВ в шаблоне с 5-и до 3-х. Соответственно, общее число «отстреленных» ПВ при проведении работ уменьшится почти на 1/3 и составит не 780, а примерно 520.
Для того, чтобы покрыть данную площадь сетью профилей 2D, расстояние между профилями должно быть сравнимо с диаметром первой зоны Френеля на предполагаемой глубине поисковых объектов [3]
вф 2ЬХ + ^, (9)
где А,=УЛвид - преобладающая длина волны, h - глубина залегания отражающей границы. Таким образом, с учетом глубины исследования, диаметр зоны Френеля будет изменяться от 30 до 160 м. Тогда максимально возможное расстояние между профилями должно быть 90-110 м. В этом случае аномалия сопоставимая с размерами зоны Френеля будет пересечена 2 раза.
Для покрытия сетью профилей 2D территории размерами 640х640 м, сопоставимой с площадью 3D съемки, потребуется 6 профильных линий со следующими параметрами системы наблюдений: шаг пунктов приема ДХПП=8 м, шаг пунктов возбуждения ДХПВ=8 м, максимальное удаление ПП-ПВ — 320-504 м, минимальное 0, кратность усредненная - 32, число активных каналов - 64. Для отработки
всех профилей потребуется 480 «отстреленных» ПВ и 480 пишущих ПП.
При увеличении размеров бина и уменьшении числа ЁПВ в шаблоне общее число ПВ на площади исследования при 2Э и 3Э работах становится сопоставимым. При использовании пространственных систем наблюдений, энергия ПВ используется эффективнее за счет большего числа активных каналов. Количество используемых активных каналов в системе
1. Бондарев В.И. Основы сейсморазведки. Учебное пособие для вузов. Екатеринбург: Издательство УГГТА 2003. 332 с.
2. Воскресенский Ю.Н. Построение сейсмических изображений. Учебное пособие для вузов. - М.: РГУ нефти и газа, 2006, 116 с.
3. Гертнер X., Климмер Г. Оценка возможности решать геологическую задачу сейсморазведкой МОВ путем сейсмического моделирования // Тр. XXX Ме-ждунар.геофиз.симп. (Геофизические ра-
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
наблюдений 3D почти в 2 раза превышает их количество для профильных работ (838 против 480). Это несомненно увеличивает затраты на проведение пространственной сейсморазведки. Целесообразность применения подобной «утяжеленной» модификации малоглубинной сейсморазведки необходимо рассматривать для конкретных объектов, исходя из особенностей строения и актуальности их изучения.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
боты на нефть и газ. Ч. III). М., 1985. С. 81-93.
4. Санфиров И.А. Рудничные задачи сейсморазведки МОГТ. Екатеринбург, УрО РАН, 1996.
5. Шнеерсон М.Б., Жуков А.П., Белоусов А.В. Технология и методика пространственной сейсморазведки. - М.: Издательство Спектр, 2009. - 112 с.
6. Cordsen A.,Galbraith M., Pierce J. / Planning Land 3D Seismic Surveys // Geophysical Developments. 9. — Tulsa: SEG, 2000. EШ
Ладгйшикоа Сергей Викторович — аспирант, младший научный сотрудник, [email protected], Горный институт Уральского отделения Российской академии наук.
ГОРНАЯ КНИГА -
Практическая механика горных пород
В.И. Борщ-Компониец 2013 г. 322 с.
ISBN: 978-5-98672-342-6 UDK: 622.83
Приведены общие вопросы механики горных пород, позволяющие читателю получить знания, формирующие системное представление о механических закономерностях, протекающих в массивах при проведении горных выработок. Рассмотрены особенности горных пород и напряженного состояния массивов, закономерности проявления горного давления при проведении одиночных и очистных горных выработок, основные положения сдвижения горных пород при подземной и открытой разработке. Описаны методы изучения сдвижения и проявления горного давления, виды анкерного крепления, пучения горных пород.
