Full Text

Введение Получение достоверных сейсмических данных на сложных для проведения сейсмических работ заболоченных участках является определенной проблемой. Особенности поведения волн деформации в не однородных по составу средах давно привлекают внимание специалистов геофизиков, геологов и даже строителей [1, 2]. Связан этот интерес с тем, что аномалии, вызванные влиянием данных сред, могут оказывать существенное влияние на волновую картину в целевых интервалах исследований. Специалисты отмечают, что в настоящее время поисковый интерес прикован к малоразмерным и малоамплитудным объектам, и искажающий фактор аномалий верхней части разреза (ВЧР) может изменить или вообще скрыть объект [3]. Стоит отметить, что существуют и активно применяются многочисленные методы учета аномалий ВЧР [4-8], однако, как показывает личный опыт автора, накопленный за 10 лет работы с сейсморазведочными данными различных регионов РФ, нередко встречаются аномалии такой силы, что полностью учесть их на этапе обработки не удается, следовательно, необходимо максимально сократить их на этапе получения исходных данных - полевых сейсморазведочных работах [9]. Рассматриваемая проблема весьма актуальна для территории Пермского края, так как основная масса сейсморазведочных работ проводится с использованием малогабаритных буровых станков, которые не способны пробурить взрывные скважины глубиной более 10 м и тем самым исключить влияние толщи болот на формирование сейсмического сигнала. Кроме ослабления сигнала, в неоптимальных условиях возбуждения возникают интенсивные волны - помехи, наиболее значимые из которых - волны Релея и волны реверберации [10]. Использование более мощных станков не соответствует принятой в регионе экологосберегающей технологии проведения работ [11], которая не предусматривает рубку просек. Материалы, методы исследования и анализ результатов С целью анализа возможности улучшения качества получаемого в сложных поверхностных и геологических условиях материала были проведены опытно-производственные работы в Приволжском федеральном округе на территории Красновишерского района, в северной части Пермского края. Профиль МОГТ 2D проходил через болото (неблагоприятные поверхностные условия), по залесенному участку и через пойму р. Вильвы. Такое разнообразие поверхностных условий позволило получить достаточно разнообразные данные для анализа. Район работ расположен в весьма неблагоприятной сейсмогеологической зоне, которая характеризуется большой степенью искажения волновых полей, поглощением и рассеиванием сейсмической энергии, высоким уровнем интенсивных волн-помех [12]. Эффективность сейсморазведочных работ снижается за счет распространения на земной поверхности торфяной толщи мощностью более 3 м (является гасителем сейсмической энергии и служит источником повторных низкочастотных колебаний), глинисто-мергелистой толщи и известняков соликамского горизонта. Такие механические особенности оказывают большое влияние на формирование упругих волн [13]. На рис. 1 представлена глубинно-скоростная модель ВЧР с колонками литологии, демонстрирующими поверхностные и глубинные условия расположения опытного профиля. Верхняя часть разреза на протяжении профиля весьма неоднородна, выбранный участок характеризуется крайне разнообразными поверхностными и глубинными условиями, что отвечает поставленным перед опытно-производственными работами задачам. Данные работы представляют практический интерес тем, что сложнодоступные участки, как правило, весьма плохо исследованы сейсморазведочными работами, а также имеют очень низкую плотность скважин, с проведенными в них геофизическими исследованиями. Получение недостоверных сейсмических данных в таких условиях может негативно повлиять на надежность рекомендаций по закладке скважин [14], что ведет к существенным финансовым рискам. Регистрация сейсмического сигнала проводилась двумя линиями приема, использовались группы из 12 геофонов GS-20 DX на одной линии и одиночные сейсмоприемники GS-ONE на другой. Линии приема были размотаны рядом друг с другом в идентичных поверхностных условиях. При любом типе поверхностных условий сейсмическая запись, осуществленная с помощью сейсмоприемников GS-ONE, имеет отличия от данных, полученных при использовании геофонов GS-20 DX. В первом случае волновая картина отличается более широким диапазоном регистрируемых частот, но при этом имеет меньшие амплитуды (рис. 2) и осложнена влиянием помех, которые особенно видны в области микросейсм (рис. 3, а). Основным источником этих помех является ветер, и исключить его достаточно сложно при регистрации, но существуют мощные инструменты для его подавления в процессе обработки [15, 16]. Повышенная зашумленность связана с большей чувствительностью одиночных Рис. 1. Глубинно-скоростная модель ВЧР Рис. 2. График амплитудно-частотных характеристик сейсмоприемников GS-ONE и групп геофонов GS-20 DX сейсмоприемников GS-ONE, которая составляет 78,7 (В/м/с) против 19,7 (В/м/с) у одного прибора GS-20DX [17]. Более высокий уровень амплитуд при использовании группы геофонов (рис. 3, б) достигается за счет статистического эффекта группы [18, 19]. Эффект ослабления волн-помех поверхностного типа применением группирования в данных условиях в полной мере не был достигнут. Вероятно, вследствие сложного строения ВЧР, флуктуации кинематических и динамических параметров полезных волн и помех группа геофонов как интерференционная система не обеспечила достаточной степени подавления интенсивных волн-помех. Связано это с тем, что данная технология подавления волн-помех создавалась как система, настраиваемая под особенности характеристик полей упругих колебаний, которые не постоянны регионально [20, 21, 22]. Применение группирования сейсмоприемников с постоянными параметрами не только снижает вероятность подавления волн-помех, но и искажает их при регистрации, что весьма недальновидно, учитывая существующие методики интерпретации поверхностных волн [23]. Надо отметить, что использование одиночных сейсмоприемников значительно облегчает размотку и смотку полевого оборудования, так как вес и размер сейсмоприемников GS-ONE существенно меньше (около 0,2 кг против почти 2,0 кг у GS-20 DX), что позволяет использовать персонал сейсмической партии более эффективно, а значит, в целом повысить производительность и снизить затраты при проведении полевых работ [24]. На этапе обработки сейсмических данных будут рассмотрены временные разрезы, полученные при помощи одиночных сейсмоприемников, но дальнейший анализ первичных сейсмических данных будет представлен по материалам, полученным при помощи геофонов GS-20 DX, так как волновая картина, наблюдаемая при их использовании, более выразительна и наглядна. Для возбуждения сейсмического сигнала на опытном профиле использовалась традиционная методика с малоглубинным бурением (до 10 м) и технология заложения заряда ниже подошвы зоны малых скоростей (ЗМС) на глубину 20 и 30 м. Кроме этого, в качестве источника возбуждения колебаний применен малогабаритный импульсный источник «Геотон-15», который представляет собой новое поколение импульсных источников, отвечающих требованиям, необходимым для экологосберегающих работ. В южной, сухопутной части профиля на глубине свыше 25 м залегают песчано-гравийные отложения, такие условия оказывают негативное влияние на возбуждение сейсмического сигнала, что отразилось на волновой картине, полученной при размещении заряда на глубине 30 м. По сравнению с сейсмограммой, зарегистрированной с 20-метровой глубины заложения заряда, она имеет более низкие амплитудно-частотные характеристики. Различие между записями с глубины 20 и 8 м минимально. На сейсмограмме, полученной из 8-метровой скважины, более выраженный цуг звуковой волны, что несколько сузило частотный диапазон, но его исключение не составляет труда на этапе обработки сейсмических данных. На рис. 4 (I) приведены амплитудно-частотные характеристики сейсмических записей, полученных в ходе работ на сухопутной части профиля, где видно, насколько быстро затухает сейсмический сигнал при его возбуждении с 30-метровой глубины. В центральной заболоченной части профиля на записи, полученной при возбуждении сигнала на глубине 30 м, заметно продолжение влияния песчаных отложений на амплитудно-частотные характеристики сигнала (рис. 4, II а), хоть и в меньшей степени, чем в лесной части. Запись, полученная с глубин 20 и 8 м, различается по частотному составу: с 8 м получен более узкий спектр, что связано с влиянием низкочастотных волн-помех, интенсивность которых увеличивается с уменьшением глубины заложения заряда. а б Рис. 3. Волновая картина, зарегистрированная при помощи одиночных сейсмоприемников GS-ONE (а) и групп геофонов GS-20 DX (б) По данным рис. 4 (II, б, в) можно проследить влияние низкочастотной составляющей записи на общую волновую картину, спектр сужается. На основании оценки первичных сейсмических данных сделан вывод, что погружение заряда ниже подошвы ЗМС не всегда оправданно - большее влияние на формирование сейсмического сигнала оказывают непосредственно литологические условия размещения заряда, чем глубина его погружения. Для получения надежных и качественных полевых данных в условиях заболоченной местности необходимо иметь четкое представление о глубине дна болота, так как главным условием является размещение заряда в плотных породах. Соблюдение этих параметров, кроме создания благоприятных условий для возбуждения сейсмического сигнала, позволит избежать возможного всплытия заряда, что недопустимо правилами безопасности при взрывных работах [25]. Описанная ситуация говорит о высокой степени латеральной неоднородности ВЧР, что ставит перед сейсморазведкой еще одну задачу: детальный прогноз литологического состава ВЧР с целью определения оптимальной глубины заложения заряда. Достаточно достоверным методом необходимого прогноза являются исследования микросейсмокаротажа, но проводить их с высокой плотностью экономически неэффективно, обычно используется сеть с плотностью одна скважина на 1 км2, что не дает детального представления о латеральной изменчивости ВЧР. В последние годы набирает популярность комплексирование сейсморазведочных работ с методами электроразведки, и один из этих методов полагаем весьма перспективным. Речь идет о непрерывном электромагнитном сканировании (ЭМС) разреза методом становления поля во временной области и георадиолокационном профилировании (ГРЛП) методом георадиолокации. [26, 27]. Результаты, полученные по данной технологии, подтверждают возможность применения и эффективность метода для исследования ВЧР. Как альтернативу для работ на территории болот рассмотрим импульсный источник сейсмических колебаний «Геотон-15». Он обладает малыми габаритами, имеет относительно небольшой вес, не создает существенных деформаций грунта при использовании и удобен для транспортировки как в группе, так и поодиночке, что позволяет применять его в эксклюзивных зонах, таких как: акватории различных типов, зоны экологических ограничений, населенные пункты, промышленные зоны. Стоит отметить, что специалистами ПАО «Пермнефтегеофизика» разработана эффективная система для проведения сейсморазведочных работ в акваториях, донное бурение со льда в зимний период [28]. Но, как отмечают авторы методики [29], в русловых частях акваторий, где толщина водного слоя превышает 10 м, применение данной технологии невозможно. I II Рис. 4. Амплитудно-частотные характеристики записей, полученных в результате взрыва: I - на суше в скважине глубиной 30 м (а), 20 м (б) и 8 м (в); II - в болоте в скважине глубиной 30 м (а), 20 м (б) и 8 м (в) Источник «Геотон» используется практически на любых территориях [30]. ООО «Славнефть-НПЦ» показало уникальный опыт их применения для возбуждения сейсмического сигнала в ходе проведения сейсморазведочных работ МОГТ 3D на Восточно-Локосовской площади в весьма сложных поверхностных условиях, включающих основное русло и пойму реки Обь. Применение импульсных источников позволило максимально снизить нерегулярность фактически отработанных систем наблюдения. На участках ледовых покрытий были успешно использованы источники «Геотон» [31]. Следует отметить, что группа источников, буксируемая вездеходом, все же имеет некоторые ограничения по минимальной толщине льда, так как масса ее достигает 10 т. Это существенно меньше крупногааритных источников типа «Енисей» [32], но достаточно много в условиях теплой зимы, что в последние годы не редкость. Вопрос о возможности создания еще более легких источников периодически поднимается исследователями, однако создание достаточно мощного для исследования глубин свыше 1 км импульса требует соответствующей массы источника [33-36]. В ходе данных работ источник «Геотон» применялся впервые в Пермском крае. Волновая картина, зарегистрированная в результате воздействий на сухопутной части площади, весьма отлична от наблюдений на болоте. На суше получены данные, сопоставимые с взрывными, первые вступления четкие, фрагменты отраженных волн видны на первичном материале (рис. 5, а). Запись, зарегистрированная в условии болота, осложнена мощными низкочастотными волнами-помехами, которые связаны с нестабильной ледяной толщей поверхности болота и вызваны эффектом «раскачивания» поверхности в процессе воздействий источника (рис. 5, б). а б Рис. 5. Сейсмическая запись, зарегистрированная в результате возбуждения сигнала группой из 16 импульсных источников «Геотон-15» на суше (а) и в болоте (б) а б в Рис. 6. Априорные временные разрезы. Взрыв в скважине глубиной 20 м (а), 8 м (б) и данные импульсного источника «Геотон» (в) а б Рис. 7. Временные разрезы: взрыв в скважине глубиной 20 м (а) и 8 м (б) Однако сейсморазведка является сложным, поэтапным процессом и получение первичных данных - это только первая ступень. Широко известный в области сейсморазведочных исследований А.В. Череповский в своей книге «Наземная сейсморазведка нового технологического уровня» высказался очень точно по этому поводу: «Многие геофизики придерживаются старого постулата: “Если сигнала нет (не видно) на исходных данных, то его не будет и на окончательных разрезах”. Но этот постулат пора поставить под сомнение» [37]. Априорные временные разрезы (суммированные, но до обработки), полученные взрывным источником, расположенным ниже подошвы ЗМС, имеют наилучшее качество суммирования; отражения коррелируются практически на всем интервале записи. На априорных разрезах, полученных взрывным источником с глубины 8 м, наблюдается значительное влияние волн-помех (особенно в болотистой части профиля). Самое низкое качество суммирования и практически полное отсутствие отражений в целевых интервалах получены на временных разрезах с импульсным источником (рис. 6, в). Как уже было сказано, делать твердые выводы о качестве сейсмических данных, пренебрегая результатами обработки материалов, неразумно, ведь цель обработки - это извлечение полезной информации из полевых сейсмических данных. Принципиальной основой обработки сейсмических данных служит решение обратных задач. Обратной задачей в сейсморазведке называют определение строения сейсмогеологической среды по наблюдениям возникающего в ней поля упругих волн [38, 39]. Низкое качество априорных сумм связано с влиянием поверхностных волн-помех, которые отличаются низкими частотами и большими амплитудами. На окончательном этапе обработки для всех источников возбуждения временные разрезы показали качество, пригодное для дальнейшей а б Рис. 8. Частотные спектры временных разрезов, полученные при возбуждении сигнала импульсным источником (а) и взрывным (б) интерпретации. Безусловно, достижение такого результата требует детального контроля выполнения обработки [40, 41]. Наиболее качественный материал с точки зрения особенностей волнового поля (более высокая когерентность и разрешенность записи на временных разрезах) по результатам обработки получен при использовании взрывных источников возбуждения. При этом для глубин заложения заряда 8 и 20 м разрезы в целом сопоставимы (рис. 7). Временной разрез с импульсным источником возбуждения уступил взрывному источнику, показав более низкую частотность и меньшую детальность (рис. 8), поэтому может быть ограничен в возможностях интерпретации малых объектов [42]. Тем не менее, благодаря своим техническим особенностям, простоте и безопасности в эксплуатации импульсный источник «Геотон» выглядит привлекательным альтернативным источником возбуждения сейсмического сигнала. В ходе данного исследования и общения с представителем компании, производящей источник, были выяснены некоторые нюансы, которые, возможно, помогут повысить частотный диапазон создаваемых упругих волн, тем самым оптимизировав возможности детализации волновой картины. Что касается влияния группирования сейсмоприемников и одиночных геофонов на волновую картину, то в условиях настоящих работ наблюдается небольшая разница в точности прослеживания отражающих горизонтов. Для одиночных приемников характерно более детальное выделение малоразмерных объектов и а б Рис. 9. Временные разрезы, построенные по данным, полученным с использованием геофонов GS-20 DX (а) и одиночных сейсмоприемников GS-ONE (б) малоамплитудных нарушений (рис. 9). Стоит отметить, что для одиночных приемников, размещенных достаточно плотно (шаг 10-12 м), доступна процедура лабораторного группирования, эффективность данного метода отмечали многие исследователи [43-45]. Заключение 1. Временные разрезы, полученные с различными источниками возбуждения, имеют практически 100%-ную прослеживаемость целевых отражений после процедур обработки, но преимущество в детальности и разрешенности у взрывного источника. 2. После применения всего комплекса процедур обработки данных разрезы с взрывным источником возбуждения в скважине глубиной 8 и 20 м по качеству целевых отражений сравнялись, следовательно, бурить глубокие скважины, которые требуют гораздо больших финансовых и временных затрат, нецелесообразно; при этом при выборе глубины погружения заряда особое внимание требуется уделять анализу литологических особенностей ВЧР. 3. Целесообразно предварительное изучение строения ВЧР альтернативными сейсморазведке методами, высокие результаты показала методика ЭМС и ГРЛП. Детальное представление о литологическом строении ВЧР позволит избежать размещения заряда в неблагоприятных условиях и исключить заглубление сверх необходимого. 4. Импульсными источниками получены менее разрешенные и детальные временные разрезы, тем не менее, учитывая сложность сейсмогеологической зоны, отсутствие опыта их использования в поле и новизну подобного материала для обработки, применение их в производстве автор считает целесообразным, особенно в зонах с повышенными требованиями к экологичности и безопасности. 5. Одиночные сейсмоприемники показали конечный результат, сопоставимый с таковым при использовании групп геофонов: преимущество первых заключается в том, что временные разрезы, полученные с их применением, выглядят более детально, а несомненное удобство и легкость полевого оборудования позволяет существенно понизить трудозатраты на его размотку. Благодарность Автор статьи благодарит ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» за возможность проведения опытных работ и ПАО «Пермнефтегеофизика» за проведение производственного цикла работ.

About the authors

Iurii M. Zakharov

Author for correspondence.
Email: Ivan.Putilov@pnn.lukoil.com
Perm, Russian Federation

Lead Geophysicist of the Center for Seismic Research

Ivan S. Putilov

Email: Ivan.Putilov@pnn.lukoil.com
Perm, Russian Federation

Doctor of Engineering, Deputy Director of the Branch for Scientific Work in the Field of Geology

References

Statistics

Views

Abstract - 206

PDF (Russian) - 282

PDF (English) - 49

Refbacks

• There are currently no refbacks.