CC BY
55
© И.А. Санфиров, А.М. Мухаметшин,
А.Г. Ярославцев, 2010
УДК 550.34:662.1
И.А. Санфиров, А.М. Мухаметшин, А.Г. Ярославцев
СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯ ГАББРОВОГО МАССИВА В ЦЕНТРЕ МЕГАПОЛИСА
Представлены результаты применения инженерной сейсморазведки по методике многократных перекрытий для площадного прогноза строения и свойств массива изверженных пород в условиях городской застройки.
Ключевые слова: многоэтажное строительство, инженерная сейсморазведка, структура геологического разреза.
Семинар № 3
Этап изысканий под современное многоэтажное строительство в сложных геологических условиях требует применения широкого комплекса прямых методов геологического опробования, бурения и дистанционных геофизических методов. Уровень развития инженерных сейсморазведочных технологий в настоящее время позволяет говорить об их значительной роли в этом комплексе. Сейсморазведочные методы позволяют оценить прочностные свойства пород в масштабах соизмеримых с самими сооружениями, а также могут успешно решать задачи по картированию приповерхностных неоднородностей геологического разреза, определяющих устойчивость проектируемых зданий и сооружений.
В качестве наглядного примера решения подобных задач рассмотрим результаты инженерной сейсморазведки в центре г. Екатеринбурга для изучения территории, проектируемой под многоэтажную застройку делового центра «Екат-Сити».
Сейсмические исследования распределены по 11 профильным линиям (рис. 1). Содержание исследований включало:
1) проведение полевых наблюдений по
методикам, согласованным с техническим заданием, 2) цифровая обработка и интерпретация полученных данных. Основная цель исследований - изучение особенностей строения и свойств отложений в интервале глубин 0-60 м.
Полевые работы выполнены по методике невзрывной малоглубинной сейсморазведки с использованием интерференционной системы наблюдений, обеспечивающей многократные перекрытия отраженных волн [1]. Параметры системы наблюдений рассчитывались в соответствии с интервалом исследований и геометрическими характеристиками объектов поиска.
Запись сейсмических колебаний при всех видах наблюдений осуществлялась с помощью цифровой телеметрической сейсмостанции ^-128.1 [2], шаг дискретизации 0.1 мс, длина записи 1536 дискрет, ФНЧ-1250 Гц, ФВЧ-14 Гц, усиление 40 Дб. Применялся источник импульсного типа - кувалда, в режиме накопления.
Цифровая обработка полевых сейсморазведочных данных направлена на выделение регулярной составляющей волнового поля. Она выполнялась в рамках обрабатывающих
їдідЛ
Проф. №3 Условные обозначения
- Типы волновых аномалий
О 10 20 30 40 50
Масштаб 1 ■ 1500
Рис. 1. Обзорная схема сейсморазведочных наблюдений
систем «Экспресс-ОГТ» и «$Р$-РС» [3], включала широкий набор процедур: полосовая и обратная фильтрации, расчет и коррекция кинематических поправок, расчет остаточных фазовых сдвигов по программам коррекции статических поправок, вычитание наиболее интенсивных поверхностных волн-помех, коррекция формы сигнала, когерентная фильтрация.
Основными результатами цифровой обработки являются окончательные временные разрезы, их скоростные и динамические и аналоги (рис. 2). Временной разрез позволяет представить структуру
геологического разреза во временном масштабе. Скоростные характеристики отражают распределение значений эффективных скоростей в плоскости временного разреза. На динамических разрезах также во временном масштабе с помощью специально-подобранной цветовой гаммы подчеркиваются различные амплитудные эффекты целевых отраженных волн.
На временных разрезах выделено четыре отражающих горизонта (ОГ). Первые два из них имею привязку к конкретным геологическим элементам. Исходя из данных бурения и с учетом ре-
Рис. 2. Результаты обработки: временной разрез ОГТ (а), его скоростная (б) и динамическая характеристика (в)
зультатов скоростного анализа, представленных на скоростных
характеристиках, первый ОГ - приурочен к кровле коренных среднепрочных габбро и находится на глубине около 3-7 метров. Данный горизонт на некоторых профилях выражен не достаточно четко. Это связано с невысокой кратностью наблюдений на времени до 10 мс и со значительным уровнем техногенных шумов (автотранспорт, ЛЭП) при полевых наблюдениях. Второй ОГ связан с кровлей прочного габбро. Его глубина оценивается в интервале от 16 до 20 м. Третий и четвертый ОГ имеют условную привязку, их образование связано с наличием физических (плотностных) границ в массиве габбро.
В интервале регистрации отражений от кровли габбро и его внутренних границ (ОГ2-ОГ4) по особенностям волновой картины на всех профильных линиях, выделяется ряд участков. В их пределах отмечаются: 1)фазовые несогласия, 2) повышенное затухание интенсивности сейсмической записи («тусклые» пятна), 3) снижение значений скоростных характеристик.
Подобные участки могут быть вызваны зонами с пониженными прочностными свойствами породного массива, обусловленными тектоническими нарушениями. По ряду общих признаков выявленные волновые аномалии можно условно разделить на три типа.
Первый тип характеризуется четко выраженными вертикальными границами, трассируемыми по фазовым несогласиям отражающих границ. В пределах подобного ограниченного участка отмечается повышенное затухание интенсивности сейсмической записи и снижение значений скоростной характеристики «сквозного» распространения от ОГ2 до ОГ4. Подобный тип представлен на временном разрезе по профилю №1 (рис. 2, а) на участках, характеризующихся следующими удалениями от начала профиля: 20-50 м, 90-130 м и 280-320.
Второй тип характеризуется наличием одной наклонной границы, отделяющей снизу по фазовым несогласиям полого-наклоненную в плоскости временного разреза область повышенного затухания и пониженных значений скоростной характеристики. Подобный тип также представлен на временном разрезе по профилю №1 (рис. 2, а) на участке от 170 до 210 м от начала профиля.
Третий тип носит смешанный характер, когда границы, локализующие предположительно ослабленный участок, выделяемый как в первом типе, имеет слабый наклон, как во втором. Подобного рода волновые аномалии выделены только на ряде других профильных линий.
Распространение отмеченных нарушений в пределах площади работ представлено на рис. 1. Волновые аномалии, объединенные в единые зоны, характеризуются в основном меридиональным простиранием. Кроме подобных вытянутых зон по ряду профилей выделены участки, отнесенные к разному типу волновых аномалий, но не протрассированные на соседние профильные линии: профиль № 1 (10-50 м), профиль №3 (200-290 м), профиль № 4 (250-275 м), профиль №6 (270-290 м), профиль № 9
(0-20 м), профиль № 11 (15-80 м, 115180 м).
С целью изучения пространственных закономерностей в распределении свойств породного массива в исследуемом интервале разреза и выяснения геологической природы рассмотренных волновых аномалий, построены площадные схемы глубин ОГ и схемы скоростей распространения упругих волн в ограниченных ими интервалах (рис. 3).
Положение сейсмических волновых аномалий, в основном, кор-релируется с преобладающими закономерностями в распределении структурно-физических параметров исследуемого интервала разреза. На схемах глубин всех отражающих горизонтов за исключением ОГ1 прослеживается выдержанное меридиональное простирание основных структурных элементов. Причем выдержанность несколько теряется с глубиной, т.е. для ОГ4.
К упомянутым структурным элементам относятся: 1) субмеридиональ-ная вытянутая положительная структура, пересекающая в центральной части всю площадь исследований от профиля №3 (280-350 м) на профиль №1 (190-240 м),
2) цепочка положительных структур, составляющих также линейно вытянутую зону в северо-восточной части площади исследований от профиля №4 (195-235 м, 105-145 м) до профиля №9 (35-65 м),
3) относительно погруженная зона, расположенная между первой и второй положительными структурами, от профиля №6 (195-255 м) до профиля №8 (135-180 м), 4) линейная погруженная зона, расположенная на западном фланге центрального поднятия, от профиля №3 (25125 м) до профиля №1 (255-290 м).
Области распространения волновых прогибам и к участкам повышенных аномалий первого типа приурочены к
Рис.3. Площадные сейсмические построения: а - схема глубины ОГ2 (прочное габбро), б - схема распределения скоростей продольных волн в интервале «прочного габбро»
структурных градиентов в краевых частях особенностей рельефа выделенных отражающих горизонтов. С последними коррелируются и области распространения волновых аномалий второго типа.
Пространственные закономерности в изменении упругих свойств по разрезу для площади работ находятся в тесной взаимосвязи с особенностями рельефа рассматриваемых отражающих границ. Кроме объединенных низко-скоростных зон, выделяется ряд локальных отрицательных скоростных аномалий, в основном уже в «прочном» габбро-ОГ2-ОГ4 (рис. 3, б). Данные аномалии разбросаны в южной половине центральной части площади исследований.
Величину ослабления прочностных свойств в низкоскоростных зонах можно оценить, используя установленную в [4] зависимость между квадратом изменения скоростей продольных волн и изменениями динамического модуля упругости. Согласно данной зависимости, падение прочностных свойств может достигать для различных интервалов в выделенных трех зонах следующих значения - 1.4. раза.
1. Санфиров И.А. Рудничные задачи сейсморазведки МОГТ. Екатеринбург, УрО РАН, 1996.
2. Многоканальный телеметрический сейс-моакустический регистратор ЕЗ-128.1. Руководство пользователя. ¡ШИЖЕЗ, Рига, Латвия. 2005.
Из совместного анализа структурных и скоростных построений очевидно, что все отмеченные области приурочены либо к поднятиям либо к участкам повышенных структурных градиентов. Подобная закономерность может быть вызвана повышенной трещиноватостью в местах наибольшего перегиба пластов, вызванного тектоническими явлениями. Вол-новые аномалии для всех изучаемых интервалов геологического разреза совпадают только с северо-восточной зоной снижения упругих свойств массива. Для юго-восточ-ной зоны подобная корреляция отмечается для интервалов: до ОГ1, ОГ2-ОГ3 и ОГ3-ОГ4. Для северо-западной зоны корреляция наблюдается во всех интервалах, за исключением первого. Корреляция скоростных и волновых аномалий отражает вероятную обуслов-ленность снижения упругих свойств массива масштабной структурной нарушенностью массива, очевидно более характерную градиентным зонам.
Последующее бурение инженерногеологических скважин в основном подтвердило выделенные сейсморазведкой протяженные, «ослабленные» по прочностным характеристикам зоны.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. SPS-PC. Система цифровой обработки и интерпретации. Руководство пользователя. Голярчук Н.М., Норильск, 2003.
4. Барях А.А., Константинова С.А., Асанов
В.А. Деформирование соляных пород. Екатеринбург, 1996. ШИН
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------
Санфиров И.А. - доктор технических наук, профессор, зам. директора Г орного института УрО РАН, Перьм, sanf@mi-perm.ru
Мухамедшин А.М. - доктор геолого-минералогических наук, гл. научный сотрудник ГИ УрО РАН,
Ярославцев А.Г. - ГИ УрО РАН, arc@mi-perm.ru
