ХРОНИКА СТАНОВЛЕНИЯ ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩЕЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ (ВРС) В ЗАОр НП "ЗАППРИКАСПИЙГЕОФИЗИКА"

19. Твердохлебов В.П., Твердохлебова Г.И., Сурков М.В. Континентальные палеоэкосисте-мы рубежа палеозоя и мезозоя (раннетатарское-уржумское время) на юго-востоке Восточноевропейской платформы //Известия ВУЗ. Геология и разведка. - 2005. - № 2. - С. 10-15.

20. Эйхвальд Э. Палеонтология России. Древний период. Ч. II. Фауна граувакковой, горноизвестковой и медистосланцевой формации России. - СПб., 1861.

21. Янкевич. Д.И., Миних М.Г. Ихтиофауна //Биота востока Европейской России на рубеже ранней и поздней перми (Материалы к Международному симпозиуму "Верхнепермские стратоти-пы Поволжья") /под ред. Т.А. Грунт, Н.К. Есауловой и Г.П. Канева. - М.: ГЕОС, 1998. - С.256-266.

22. Carlson K.J. The skull morphology and aestivation Burrows of the Permian Lungfish Gnathorhiza serrata //J. Geology, 1968. - V.76. - P.641-663.

23. Kemp A. Australian Mesozoic and Cainozoic Lungfish //In Vertebrate Palaeontology of Australia. - Melbourne, 1991. - Ch.14. - P.465-498.

24. Newell A.J., Sennikov A.G., Benton M.J., Molostovskaya I.I., Golubev V.K., Minikh A.V., Minikh M.G. Disruption of piaya-lacustrine depositional systems at the Permo-Triassic boundary: evidence from Vyazniki and Gorokhovets on the Russian Platform //J. Geological Society. - London, 2010. - V.167. -P.695-716.

25. Romer A.S., Olson E.S. Aestivation in a Permian lungfish //Brevoria, Mus. Comp. Zool., 1954. -№ 80. - P. 1-8.

26. Surkov M.V., Benton M.J., Twitchett R.J., Tverdokhlebov V.P., Newell A.J. First occurrence of footprints of Large Therapsids from the Upper Permian of European Russia //J. Palaeontology. - 2007. -V.50. - part 3. - P.1-12.

27. Tverdokhlebov V.P., Tverdokhlebova G.I., Benton M.J., Storrs G.W. First record of footprints of terrestrial vertebrates from the Upper Permian of the Cis-Urals, Russia //J. Palaeontology. - 1997. -V.40. - part 1. - P.157-166.

28. Tverdokhlebov V.P., Tverdokhlebova G.I., Minikh A.V., Surkov M.V., Benton M.J. Upper Permian vertebrates and their sedimentological context in the South Urals, Russia //Earth Science Reviews. -2005. - V.69. - P.27-77.

Г Е О Ф И З И К А

УДК 550.834

ХРОНИКА СТАНОВЛЕНИЯ ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩЕЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

В ЗАОр НП "ЗАППРИКАСПИЙГЕОФИЗИКА"

© 2010 г. Б.М. Колосов

ЗАОр НП "Запприкаспийгеофизика"

1954 г.

Общий курс геофизических методов разведки нефтяных и газовых месторождений. Москва, 1954 г. Авторы: Е.Н. Каленов и др.

"При регистрации отраженных волн, с использованием взрывных скважин, количество взрывчатого вещества в заряде колеблется от 10-50 г до 200 г и более, и зависит главным образом от пород, в которых производят взрывы".

1957 г.

Высокочастотная сейсмика. Москва, 1957 г. Автор: И.С. Берзон.

В монографии вводится термин "высокочастотная сейсмика". Постулируются три принципа практической реализации высокочастотной сейсмики:

1. Условия взрыва должны быть таковыми, чтобы высокочастотные компоненты усиливались и преобладали над низкочастотными;

2. Интенсивность высокочастотных волн должна быть достаточной для их регистрации;

3. Сейсмическая аппаратура должна быть настроена на регистрацию высокочастотных колебаний.

До опубликования монографии вопросы об условиях взрыва, благоприятных для возбуждения определенного диапазона частот, почти не изучен. Специальных теоретических и экспериментальных исследований в этой области не проводилось.

Термин - "высокоразрешающая сейсморазведка" еще не родился.

Экспериментальные исследования с записью высокочастотных волн включали в себя такие составляющие как:

- мощность исследуемой толщи до 300 м;

- длина годографа 200-300 и 600-700 м;

- масса патронированного аммонита 50-100 г и 150-200 г;

- регистратор - сейсмостанция ВЧ-9 с частотной характеристикой до 415 Гц, совмещенная по частотам с электродинамическим сейсмографом.

В интервале до 250 мс зарегистрированы волны с частотами 150-300 Гц.

В работе не приводятся оценки второго принципа, который в настоящее время должен быть сформулирован несколько иначе: "чувствительность сейсморегистратора, достаточная для регистрации слабых высокочастотных волн".

1965 г.

В 1965 году в журнале "Физика Земли" [2] опубликована статья И.И. Гурвича "К теории сферического излучателя сферических волн", теоретические положения которой вошли в учебник "Сейсмическая разведка" (Недра, 1970).

Раздел "Образование сейсмических волн при взрыве" начинается со следующих итогов: "В настоящее время отсутствует общепринятая теория, определяющая механизм образования упругих волн при взрыве в горной породе". И.И. Гурвич своими научными трудами начинает заполнять этот пробел. Он вводит понятие эквивалентной полости сферического излучателя и постулирует формулу собственных колебаний очага f = gQ '-от веса заряда, где g - постоянная, называемая частотным коэффициентом очага.

График зависимости собственной частоты очага от величины заряда представлен на рис.1А. Он резко дифференцирован на два участка: низко-среднечастотный участок, связанный с применением зарядов от 0,1 кг и выше и высокочастотный - с большим градиентом изменения частоты очага, связанный с применением малых зарядов.

И.И. Гурвич делает два очень важных вывода: при малых величинах заряда форма колебаний мало изменяется в зависимости от веса Q, а при больших зарядах начинает заметно обнаруживаться зависимость спектра и формы колебаний от веса заряда. В работе прямо говорится, что весьма осторожно следует относиться к увеличению веса заряда при возбуждении профильных волн.

1990-2010 гг.

В девяностые годы группа специалистов треста "Запприкаспийгеофизика" пришла к выводу о возможности широкого применения малых зарядов в практической сейсмике при поисках и разведке нефтегазовых ловушек. К этому времени второй принцип высокочастотной сейсмики, изложенный в монографии [1], был скорректирован в "Запприкаспий-

геофизика" по форме "чувствительность регистрирующей аппаратуры должна быть такой, чтобы можно зарегистрировать слабые высокочастотные сигналы".

К девяностым годам в сейсморазведке произошел значительный прогресс в области регистрации сейсмических колебаний, позволивший специалистам "Запприкаспийгеофи-зика" приступить к практической реализации применения малых зарядов в сейсмике при поиске и разведке нефтегазовых ловушек.

Во-первых, появились современные цифровые 24-х разрядные станции, которые могли записать сигналы на уровне нановольт (нв), т. е. вошла в практику регистрирующая аппаратура, чувствительность которой позволяет зарегистрировать слабые высокочастотные сигналы от малых зарядов.

Во-вторых, переход к рыночной экономике позволил "Запприкаспийгеофизика" добиться разработки серии малых зарядов массой 20-125 г и их промышленного изготовления, вместо заряда 1-5 кг, которые массово выпускались промышленностью. На эту проблему ушло не менее 5-8 лет и первоначально в качестве малых зарядов использовались пучки электродетонаторов.

В том числе, совершенствование средств обработки позволило при шаге дискретизации 0,51 мс суммировать отраженные сигналы.

Проблема совершенствования буровзрывной технологии при сейсморазведке возникла еще в конце 80-х, начале 90-х годов. Уже тогда наметилось несовершенство технологий возбуждения колебаний взрывами, их регистрации и обработки.

В эти годы широко использовались групповые взрывы из шнековых скважин диаметром 136 мм, глубиной 6-10 м и единичным зарядом 5-10 кг. Заряды массой 5-10 кг широко используются в сейсморазведке и в настоящее время.

Л

300 ГЦ . 280 260 240

220 200

180 160

140

120

Рис.1. А - зависимость собственной частоты очага взрыва от величины заряда; Б - предполагаемая зависимость количества энергии взрыва, выделяемая на образование упругих колебаний в грунте

100

А

60 40

20 0

10

—

(^КГ

100 %

80

60

40

20

Б

10 5 0

<Экг

При контрольной проверке органами Госгортехнадзора производства взрывов в шне-ковых скважинах было обнаружено большое количество отказов и неизвлеченных зарядов. По этой причине применение указанной технологии распоряжением Совета министров было приостановлено до разработки и внедрения электронных способов контроля за производством взрыва. Это решение повлекло за собой разработку новых ресурсосберегающих технологий, включая способ ЛДШ и шпуровых зарядов, а так же преобразование технологии буровзрывных работ.

ЗАОр НП "Запприкаспийгеофизика", (в 80-90-е годы - трест "Запприкаспийгеофизи-ка") самостоятельно занимается вопросами минимизации буровзрывной технологии, включая многократные попытки создания сейсмического заряда ВМ с массой от 10 до 200 г и модернизацией буровой техники.

Специалисты треста обращались с конкретными предложениями в адрес Министерства геологии СССР и "ВНИИвзрывгеофизика" и предлагали решить вопрос о создании ряда малых зарядов массой от 10-100 г ИС (источник сейсмический), а для того чтобы ускорить решение вопроса - провести испытание имеющихся зарядов ЗТШТ массой 20, 25, 35-50 г, применяемых в промысловой геофизике для снаряжении торпед с целью их применения при сейсморазведочных работах. Обращались в адрес Госгортехнадзора РФ с просьбой рассмотреть перечень ВМ, допущенных к постоянному применению, включив в него, для самостоятельного применения, боевики массой 75 г, по ТУ ОСТ 84-1367-76. Однако этот ГОСТ в перечень не вошел, и ЗАОр НП "Запприкаспийгеофизика" совместно с "ВНИИвзрывгеофизика" завершает в 2002 г. испытания зарядов ЗСТ массой 75 г. Прообраз указанных зарядов, надеемся, войдет в перечень как самостоятельный вид ВВ.

Занимаясь проблемой малых зарядов НП "Запприкаспийгеофизика" разработала новый ряд буровых технологий, включая способ ЛДШ, способ шпуровых зарядов (патент) и способ высокоразрешающей сейсморазведки (патент № 2107310).

В основе всех перечисленных технологий лежит принцип минимизации буровзрывных работ: масса заряда уменьшена до 75-200 г, диаметр скважин и бурового инструмента уменьшены до 45-50 мм. Уменьшение массы заряда повлекло за собой модернизацию бурового оборудования: создание совместно с ФГУП СКБ "Геотехника" вместо шнеков забурника (ТУ41-01) и уменьшение диаметра штанг при бурении с промывкой до 45-60 мм, что потребовало в свою очередь реконструкции буровых насосов.

Способы ЛДШ и шпуровых зарядов получили широкое распространение в ряде организаций СССР, включая Казгеофизику, Укргеофизику, Волгограднефтегеофизику и другие.

В ЗАОр НП "Запприкаспийгеофизика" все сейсмические работы проводятся с 1985 г. только шпуровыми зарядами, а с 1990 г. - по технологии ВРС. В настоящее время с применением минимизированных взрывов отработано 30000 пог. км.

Переход на малые заряды позволил резко уменьшить и исключить случаи травматизма за указанный период, повысить качество работ. Значительное уменьшение диаметра скважин и минимизация величины заряда, вплоть до взрыва 5-10 ЭД, связанных в пучок, привели к тому, что помехоустойчивость МОГТ не зависит от степени укупорки заряда, а отказ от нее обеспечивает визуальный контроль за полнотой взрыва. Следует отметить, что применение малых зарядов практически не наносит ущерба экологии окружающей среды, повышает экологическую чистоту технологии буровзрывных работ и уменьшает уровень кратных волн, снижая уровень помех.

Все эти годы мы работали в режиме предварительных испытаний малых зарядов. Первыми на наше предложение откликнулись специалисты ГП "Краснознаменец". Совмест-

ными усилиями был разработан ряд зарядов ЗДЭ (заряды детонирующие эластичные) массой 20, 30, 50, 70, 100 г, диаметром от 15 до 40 мм и скоростью детонации 7500 м/с. Пять лет (с 1992 по 1997 г.) мы проводили работы в режиме предварительных испытаний ЗДЭ, а в 1997 г. получили разрешение на приемочные испытания, но по ряду причин не смогли их провести.

С 1997 г. по договору с НИИ "Росконверсвзрывцентр" и при поддержке его директора, доктора технических наук Ю.Г. Щукина, мы начали опробовать для указанных целей конверсионные заряды ДЗС диаметром от 20 до 120 мм, шашки баллистические, заряды для торпедирования массой 70 г. Вопросами внедрения малых конверсионных зарядов занимались старшие научные сотрудники В.К. Большаков и Ю.П. Нагибин. Последний, перейдя в "ВНИИвзрывгеофизику", активизировал работы по созданию зарядов ЗСТ-75 массой 75 г, последние три года выпускаемых предприятием, и по которым в 2001 г. завершены приемные испытания.

Вопрос о совершенствовании зарядов, используемых в СШЗ, остается открытым. Сейчас мы применяем аммонит патронированный массой до 200 г. Он удобен для работы ВВ, благодаря небольшому диаметру, экономически приемлем, однако имеет существенный, с сейсмической точки зрения, недостаток: малую скорость горения. Можно было использовать заряды ЗСТ-75 на тротиловой основе, но они дорогие. Совместить проблему низкой стоимости и высокой скорости детонации пытаются специалисты ФГУ "Арсенал", которые в настоящее время работают над конверсионным зарядом ЗСУ (заряд сейсмический универсальный), диаметром 20 мм, массой 180 г, со скоростью детонации Vдет « 7500 м/с. С целью минимизации ее стоимости.

Все вышесказанное относится к организационным вопросам, и способам решения одной проблемы: создание разнообразных видов и форм малых зарядов для использования при сейсмических работах. Естественно, возникает вопрос, почему необходимы именно малые заряды?

На рис.2 сравниваются взрывы зарядов массой 75 и 2000 г.

И в том, и в другом случае при малых зарядах фиксируется информация в пределах необходимого временного интервала наблюдений. Однако сами формы записи значительно отличаются при малых зарядах: прямо пропорционально увеличивается видимая частота за счет высокочастотной части спектра, растет разрешенность записи, уменьшается количество помех, включая кратные волны.

На рис.3 представлен временной разрез ВРС, пересекающий Хар-Адрыкское газовое месторождение. Амплитудно-частотные спектры, сканированные в интервалах до 1 с, расширены до 320-480 гц. Чтобы разобраться в этом вопросе, обратимся к специальной литературе.

Для описания действия взрывного источника продольных волн может быть применена теория сферического излучателя продольных волн, изложенная в ряде статей И.И. Гур-вичем, который ввел понятие об эквивалентной полости излучателя Яд,

где Q - масса ВВ, а Кэ - коэффициент радиуса очага, который зависит от прочности пород, в которых происходит взрыв.

Г.И. Покровский предлагает следующую формулу для песчано-глинистых пород:

Переход от эквивалентной полости излучателя к частотным характеристикам очага определяется выражением: д

/о =

„(1.0

где ^ - частота собственных колебаний очага; g - постоянная, называемая частотным коэффициентом очага в Гцл/^ .

Исследования величины частотного коэффициента g [2] , показывают, что при взрывах в водонасыщенных песчано-глинистых породах, на глубинах 15-30 м он составляет 3040 Гц . При взрывах на больших глубинах или в более плотных породах он может возрасти до 50-100 Гц л[к2 .

Из формулы /о = 17= следует, что с увеличением веса заряда уменьшается частота

собственных колебаний, возбуждаемых взрывом, а с уменьшением веса собственная частота увеличивается (рис. 1 А).

Вернемся к физическим процессам, происходящим в зоне взрыва. При камуфлет-ном взрыве условно выделяются три зоны. Первая зона - зона сжатия и тонкого измельчения пород (камуф-летная зона). В зоне сжатия давление на фронте ударной волны превышает модуль объемного сжатия пород. Скорость распространения ударных волн в зоне превышает скорость упругих колебаний в данной среде. Размер зоны сжатия по формуле Г.И. Покровского равен:

т. е. радиус камуфлет-ной полости и радиус эквивалентной полости сферического очага, введенного И.И. Гурвичем, математически и физически определяют один и тот же процесс. На образование камуфлетной полости расходуется большая часть энергии взрыва.

Вторая зона, это зона сжатия и разрушения, а третья зона - зона радиальных трещин. Размер зоны сжатия - Я - растрескивания пропорциональны радиусу камуфлета.

Рис.2. Сопоставление первичных сейсмограмм, регистрирумых:

а - при высокоразрешающей сейсморазведке: одиночные взрывы под ЗМС, Н = 16 м, q = 0,075 кг, Т = 4 с, t = 1 мс; б - при стандартных работах МОГТ: одиночные взрывы под ЗМС, Н = 16 м, q = 2 кг, Т = 18 с, t = 4 мс

Можно предположить, что « 2Як и Ятр « 4Як. Скорость распространения ударных волн в этих зонах равна скорости упругих колебаний в данной среде.

Однако нас интересует количество энергии при взрыве, которое расходуется на образование сейсмических волн. Очевидно, что большая часть энергии взрыва расходуется на разрушение пород, и чем больше заряд, тем больше объем разрушенных пород. К примеру, при взрыве 20 кг ВМ объем разрушений зоны составляет более 11 м3. По мнению ряда авторов, в сейсмическую волну переходит около 1 % потенциальной энергии ВВ. Подобные выводы справедливы только для больших зарядов. При сверхмалых зарядах радиус камуфлетной полости не перекрывает радиус скважины, в которой производится взрыв, т. е. можно предположить, что энергия, которая при большом заряде расходуется на образование камуфлетной полости, при сверхмалых зарядах направлена на образование упругих колебаний. Без сомнения часть энергии малых зарядов расходуется на нагревание среды и на само течение химической реакции взрыва. Можно лишь предположить, что при больших взрывах 1 % доли энергии идет на образование сейсмических колебаний, а при малых

Рис.3. Прикаспийская впадина. Хар-Адрыкское газовое месторождение. Высокоразрешающая сейсморазведка при изучении соляно-купольных структур

эта доля значительно увеличивается. На рис. 1Б показан условный график зависимости доли энергии взрыва, направленной на образование сейсмических колебаний, от массы заряда. График составлен исходя из следующих предположений:

- при зарядах с весом более 2 кг в сейсмическую волну переходит около 1-5 % энергии ВВ,

- при зарядах массой 2-3 г в сейсмическую волну переходит около 90 % энергии ВВ.

Учитывая, что энергия взрыва пропорциональна массе заряда, а объем разрушенной

породы соответствует кубической зависимости, можно предположить, что процент энергии взрыва, направленной на образование сейсмических колебаний, меняется от 1 % при больших зарядах, до 90 % при малых, причем не линейно, а по зависимости, аналогичной рис.1А.

Если данное предположение верно, то при сопоставлении графиков, представленных на рис.1, оптимальными зарядами при сейсморазведочных работах являются заряды, не превышающие по массе 100-200 г.

Возникает вопрос: будет ли регистрироваться сейсмический сигнал при предельно малом заряде, учитывая большое разнообразие сейсмогеологических моделей, условий регистрации и приема?

Современная сейсморегистрирующая система с 24-х разрядным преобразованием способна зарегистрировать сигнал амплитудой от нв до 2000 милливольт. На рис.4 показана упрощенная схема записи сигналов сейсмостанции '^N-388", где минимальное значение

814-388 23+1

Усил. Выход АЦП

Вход 2262 мВ

Д=138дБ 270нВ - 2262 мВ 67нВ - 556 мВ 0ДБ(2° = 1) 12ДБ(22 = 4) 24дб(24 = 16) 270нВ - 2262 мВ 270нВ - 2262 мВ

17 нВ - 141 мВ 270 нВ - 2262 мВ 270 нВ

Д = 138 дБ

Рис.4

соответствует цене младшего заряда регистрирующей системы до его усиления. Для количественной оценки амплитуды регистрируемых сигналов сейсмостанция '^N-388", в лаборатории ЗАОр НП "ЗПГ", была протестирована серией моносигналов с частотой 45 гц и амплитудой от 0,24 мв до 707 мв, которые подавались на вход сейсмостанции на разных усилениях. Расчет спектров позволил определить цену деления амплитуды спектра в милливольтах, т. е. откалибровать величину сигнала и оценить по полевым записям, с использованием малых и больших зарядов, уровень регистрируемых сигналов в милливольтах для различных временных интервалов, приведенных к входу сейсмостанции. Тестирование полевых лент позволило определить величину реального напряжения сейсмического сигнала, поступающего на вход станции "Прогресс-2" от сейсмоприемника, которое меняется от 0,02 мкв до 2,7 мв при зарядах 0,075 г и от 0,6 мв до 5,3 мв при взрывах зарядов массой 2,5 кг, размещенных под зоной малых скоростей, и от 760 мкв до 2,1 мв при шпуровых зарядах (рис.5). Общий диапазон регистрируемых сигналов, поступаемых на вход станций для региона кряжа Карпинского, колеблется от 20 мкв до 14 мв. На выходе АЦП, т. е на магнитном носителе при усилении 36 дб (в 64 раза) фиксируются сигналы амплитудой от 1,2 мв до 896 мв, которые подлежат дальнейшей обработке. Сравнение численных значений зарегистрированных сигналов со шкалой записи сейсмостанций показывает, что при малых зарядах на вход сейсмостанции поступает полезный сигнал, который регистри-

руется на всех диапазонах усиления без искажений, по минимально численному значению приближается к уровню микросейс и превышает собственные шумы аппаратуры в сотни раз. Естественно, такие слабые сигналы не могли регистрироваться аналоговыми станциями, минимальная чувствительность которых составляет 0,5 мв, и все попытки геофизиков перейти к технологии высокоразрешающей сейсморазведки, ограничивались малыми глубинами.

В настоящее время неизвестны способы определения величины заряда теоретическим путем. Выбор оптимального заряда производится по серии взрывов зарядов различной массы. В качестве оптимального принимается заряд минимальной массы, обеспечивающий 3-х-10-ти кратное превышение амплитуды на уровне микросейсм. В перечне ВМ, допущенных к применению в сейсморазведке, указано, что минимальная масса заряда составляет 400 г, что, по нашему мнению, является завышенным значением относительно возможностей регистрирующей аппаратуры и исходя из основ теории сферического очага.

В 1990 г. по технологии ВРС (патент № 217.1.47.7) трестом "Запприкаспийгеофизика" проведена съемка на Чарлактинской площади в центральной части Республики Калмыкия в объеме 347 пог. км.

В процессе съемки применялась 12-ти кратная система ОГТ, с асимметричной 96-ти канальной расстановкой приборов и ПВ на 72 канале, группирование М 11 сейсмоприем-ников СВ-20 на базе 1 м. В качестве источника колебаний использовались взрывы трех электродетонаторов ЭД-8Ж, погруженных на 6 м ниже подошвы ЗМС. Расстояние между центрами групп приборов составляло 20 м.

Для иллюстрации эффективности данной технологии применения малых и сверхмалых зарядов дается временной разрез по профилю 001.90.20 (рис.6).

Опробовались пьезо-сейсмоприемники СПАН-1, разработанные Саратовским СКБ. Спектр регистрируемых колебаний, соответствующий границам в неогене и рассчитанный по данным позиционных наблюдений, составил 101-480 гц. Последующее суммирование выявило на записях фазовые сдвиги из-за высоких частот, которые не позволили осуществлять обработку в производственном режиме. Временной разрез, приведенный по профилю

нВ

1000

Обобщенная шкала

1 мВ

1000 «В

2000 2262

1 мкВ

1,8 нВ 400 нВ-шум станции

1000

Уровень сигналов по сейсмограммам

1,8 нВ

20 мкВ-шум «косы»

600 мкВ

5,ЗмВ

ч

20мкВ

2,7 мВ

8 мкВ

14 мВ

760 мкВ 2,1 мВ

— сигнал от взрыва под ЗМС д = 2,5 кг «Прогресс-!.», (= 0,3,..2,7 с

- сигнал от взрыва под ЗМС д = 0,075 кг «Прогресс-1.», ( = 0,3..,2,7с

— сигнал от взрыва под ЗМС д = 0,075.. .2,0 кг 1Л.-408, 1 = 0,8...6,8 с

— сигнал от шпурового группового взрыва в ЗМС с 1(3 = 4,0 кг, вм-звв, ? = 0,в...2,1 с

8 мкВ

Обобщенный уровень сигнала

14 мВ

Рис.5. Соотношение уровня полезного сейсмического сигнала, приведенного к входу станций с обобщенной шкалой записи сейсмостанций

001.90.20, был получен после тщательной многоэтапной ручной и автоматической коррекции этих сдвигов. Полученные результаты свидетельствуют о высокой перспективности использования сейсмоприемников СПАН-1, чем оперативно воспользовались китайские специалисты. Они организовали для нас двухмесячную командировку в Китай, в район Талиму. Тестирование технологии ВОС в долине реки Талима, на профиле протяженностью 10 км примечательно тем, что в условиях сравнительного полевого эксперимента была показана возможность регистрации высокочастотной части спектра сигнала на временах до 6 с, амплитуда которых в пределах частот 60-130 Гц при заряде 90 г даже несколько выше амплитуд, полученных при зарядах 6 кг. К недостаткам СПАН-1 можно отнести наличие дополнительного питающего провода. К достоинствам, включая широкий спектр регистрируемых колебаний - стабильную работу в условиях повышенной влажности.

Уникальные результаты получены при электроискровом источнике. Первоначально его применение ограничилось изучением строения ЗМС с помощью обращенного каротажа.

Однако, при соответствующей конструктивной доработке, этот источник может стать приемлемой альтернативой взрывному в методе ОГТ. Основанием для таких оптимистических выводов служит сопоставление сейсмограмм, полученных при использовании вибраторов и комплекса "КУМИР". Несмотря на то, что энергетика "КУМИРа" значительно уступает силовым характеристикам вибраторов, была получена высокочастотная запись в интервале до 2 с. Это позволяет надеяться, что и полевое оснащение технологии ВРС с внедрением электроимпульсных источников сможет получить дальнейшее развитие (рис.7).

Рис.6. Временной разрез профиля 001.90.20 с использованием пьезосейсмо-приемников СПАН-1

Высокоразрешающая сейсморазведка в ЗАОр НП "Запприкаспийгеофизика" совершенствовалась по следующим техническим направлениям:

- разработка и внедрение при производстве полевых работ малых зарядов, включая ЛДТТТ связки ЭД в количестве 3-10 штук на взрыв, малых зарядов тротиловых шашек массой 20-125 м, электроискровых источников "Кумир", пневмопушки малого диаметра;

- разработка и внедрение сейсмодатчиков СВ-10, СВ-20, СПАН-1, СВ-10-11;

- переход к телеметрическим 24 разрядным регистрирующим системам, что позволило регистрировать слабые сигналы и увеличить плотность наблюдений по профилю;

- совершенствование процедур обработки высокочастотных сигналов.

На рис.8 представлены фрагменты сейсмического разреза ОГТ-60, полученные при взрывах заряда тротила массой 75 г и пневмопушки. Профиль отрабатывался на суше.

Этот монтаж иллюстрирует возможности регистрации слабых сигналов современной аппаратурой и возможности их обработки с применением современных программ до получения сопоставимых разрезов.

Для сравнительной визуальной оценки взрывных источников и виброисточников на рис.9 представлены полевые сейсмограммы. Сравниваются сейсмозаписи от взрыва шпурового источника (А) с параметрами: количество шпуров в группе - 21; база группы - 60 м; величина единичного заряда - 0,2 кг; величина суммарного заряда - 4,2 кг; глубина заложения заряда - 2 м; вид заряда - аммонит 6Ж и виброисточника (Б) с параметрами: тип вибраторов - СВ-10/180; количество вибраторов в группе - 4 шт.; база вибраторов - 60 м; количество накапливаний - 10; длительность свип-сигнала - 13 сек.

Параметры систем наблюдений и регистрации остаются одинаковыми при разных источниках возбуждения. Как следует из соспоставления, волновые картины заметно отли-

1 Л 1С! 151 ] 51 101 №

Рис.7. Сейсмограммы, зарегистрированные телеметрической сейсмостанцией в пределах северной части Прикаспийской впадины. Xmax = 3000 м. Источник возбуждения: А - 4 вибратора Р23/М27, 4 накапливания; Б - электроискровой комплекс "Кумир"

чаются друг от друга. При взрывных источниках регистрируется более динамически выраженная запись, при которой целевые отражения имеют форму, отличную от иных составляющих волнового поля (отражение на t = 1-1,4). Однако, если оценивать интенсивность записи, то можно говорить о тождественности сейсмозаписей, включая отражения от опорных и целевых горизонтов, и явном повышении частоты отражений от опорных горизонтов при взрывном шпуровом источнике.

Высокоразрешающая сейсморазведка (ВРС) представляет собой технологию, разработанную специалистами ЗАОр НП "Запприкаспийгеофизика", использующую минимизированные заряды на оптимальной глубине ниже подошвы ЗМС, а также специальные процедуры обработки (патент № 2107310, № 2171477). ВРС позволяет изучать и картировать тонкие особенности нефтегазовых ловушек, осложненных малоамплитудными сбросами, выделять структурные и стратиграфические несогласия и т. д. Сейсморазведочные работы, выполненные на кряже Карпинского, на известных нефтяных и газовых месторождениях, обнаружили существенные отличия в геологических моделях по сравнению с устоявшимися в течение многих десятилетий.

В результате были выявлены новые, ранее пропущенные при съемке, перспективные объекты на Тенгутинском, Олейниковском, Промысловском и других газовых и неф-

* б

Рис.8. Фрагменты сейсмического разреза ОГТ-60, полученные при взрыве тротила массой q = 0,075 кг

Рис.9

тяных месторождениях. Дополнительно к традиционным ловушкам нефти и газа были прослежены погребенные русла на глубине 300-500 м в отложениях неогена, представляющие интерес для гидрогеологов и специалистов в области рудной геологии. Широкое использование ВРС позволяет получать высококачественную геологическую информацию. При пересъемке старых месторождений происходит, как правило, значительный прирост запасов, уточняется схема разработки месторождений, выявляются новые объекты.

Наиболее широкое внедрение технология ВРС получила при работе в республике Калмыкия, где оказались благоприятные сейсмогеологические условия для работы с малыми зарядами и маломощная ЗМС. Опыт работ, полученный на территории Калмыкии, был успешно перенесен в западные регионы Каспийской впадины, Волгоградской и Саратовской области, Республику Казахстан и впадину Талиму в Китае. Практически эта технология позволила увеличить надежность исследований осадочных отложений для всех типов ловушек: антиклинальных, тектонически-экранированных, ловушек примыкания. Широкий спектр геологических элементов, зафиксированный при ВРС, и узловые моменты самой технологии приводятся в работах [4-21], без знакомства с которыми трудно иногда поверить, что заряды мощностью от 57 до 100 г позволяют увидеть четкую картину на глубинах на 1,5-2,5, а в ряде случаев и до 4-5 км.

Л ит ер ат у ра

1. Берзон И.С. Высокочастотная сейсмика. - Москва, 1957.

2. Гурвич И.И. К теории сферического излучателя сферических волн //Физика Земли. -1965. - № 10.

3. Общий курс геофизических методов разведки нефтяных и газовых месторождений /Е.Н. Каленов, С.Г. Комаров, А.А. Рябинкин [и др.]. - Москва, 1954.

4. Кобылкин И.А., Колосов Б.М. Минимизация взрывных сейсмических источников -кардинальный путь усовершенствования технологии сейсморазведочных работ и повышение их геологической эффективности //Тезисы докл. на всесоюз. совещания "Геологическая эффективность геофизических работ при поисках и разведке месторождений нефти и газа в Прикаспийской впадине". - Саратов: НВНИИГГ, 1990.

5. Кобылкин И.А., Колосов Б.М., Ужакин Б.А. Способ шпуровых зарядов - эффективное средство проведения сейсморазведочных работ //Тезисы докл. 36-го международ. гео-физ. симпозиума. - Киев: Укргеофизика, 1991.

6. Применение пьезоэлектрических сейсмоприемников-акселераметров и минимизация сейсмических зарядов для высокоразрешающей сейсморазведки /И.А. Кобылкин, Б.А. Ужакин, Б.М. Колосов [и др.] //Доклад на 5-ой международ. выставке "Геологоразвед-ка-95", официальный каталог выставки. - Москва, 1995.

7. Колосов Б.М., Турлов П.А., Большаков В.К. Технология наземной высокоразрешающей сейсморазведки при поиске и разводке сложно построенных резервуаров залежей углеводородов //Экспозиция на 5-ой международ. выставке "Геологоразведка-95", официальный каталог выставки. - Москва, 1995.

8. Способ высокоразрешающей сейсмической разведки методом общей глубинной точки с использованием взрывных зарядов /И.А. Кобылкин, Б.А. Ужакин, Б.М. Колосов [и др.] //Патент на изобретение № 2107310. Роспатент. - Москва, 1998.

9. Геологическая эффективность высокоразрешающей сейсморазведки в юго-западной части Прикаспия и на кряже Карпинском /И.А. Кобылкин, Г.Н. Андреев, Б.М. Колосов [и др.] //Тезисы докл. на международ. геофиз. конф. "300 лет горно-геологической службы России". - Санкт-Петербург, 2000.

10. Забурник для шпуров /А.И. Плетнев, Б.М. Колосов, В.М. Сорокин [и др.] //Технические условия. ФГУП СКБ "Геотехника". - Москва, 2002.

11. Высокоразрешающая сейсморазведка в Нижнем Поволжье РФ и во впадине Тали-му в Китае /Б.М. Колосов, И.А. Кобылкин, А.М. Голиченко [и др.] //Приборы и системы разведочной геофизики. - Саратов, 2002. - № 2.

12. Колосов Б.М., Кобылкин И.А. Минимизация взрывных источников и буровзрывного оборудования при сейсмлоразведке - основные составляющие повышения качества работ и снижения их безопасности //Доклад на всерос. конф. "О состоянии взрывного дела в РФ. Основные проблемы и пути их решения". - Москва: МГГУ, 2002.

13. О малых зарядах для сейсморазведки /Б.М. Колосов, И.А. Кобылкин, А.М. Голиченко [и др.] //Приборы и системы разведочной геофизики. - Саратов, 2003. - № 1.

14. Колосов Б.М., Кобылкин И.А., Голиченко А.М. Особенности возбуждения, регистрации и оценки слабых сейсмических сигналов при минимизации взрывной технологии //Тезисы докл. на междунар. геофиз. конф. "Геофизика XXI века - прорыв в будущее". -Москва, 2003.

15. Геологическая эффективность высокоразрешающей сейсморазведки МОГТ в пределах кряжа Карпинского /Г.Н. Андреев, И.А. Кобылкин, Б.М. Колосов [и др.] //Тезисы докл. на междунар. геофиз. конф. "Геофизика XXI века - прорыв в будущее". - Москва, 2003.

16. Особенности использования малых зарядов в сейсморазведке /Б.М. Колосов, А.М. Голиченко, И.А. Кобылкин [и др.] //Тезисы докл. всерос. геофиз. конф. "Геомодель-2003". - Геленджик, 2003.

17. Малые заряды для сейсморазведки /Б.М. Колосов, И.А. Кобылкин, А.М. Голиченко [и др.] //Безопасность труда в промышленности. - Москва, 2004. - № 1.

18. Способ сейсмической разведки с ипользованием шпуровых зарядов /И.А. Кобыл-кин, Б.М. Колосов, А.М. Голиченко [и др.] //Патент на изобретение № 2231093. Роспатент. - Москва, 2004.

19. Колосов Б.М. О единицах измерения энергетических параметров источников и сейсмических сигналов в сейсморазведке //Изобретения и Рацпредложения в нефтяной промышленности. ВНИИОЭНГ. - Москва, 2005.

20. Технология изучения строения ВЧР электроимпульсным источником "Кумир" /Б.М. Колосов, А.М. Голиченко, Г.М. Спиров [и др.] //Сборник тезисов науч.-практич. конф. "Новые методики и технологии геофизических исследований на основе комплексирования методов и взаимодействия полей". ГФУП "ВНИИГеофизики". - Москва, 2005.

21. Колосов Б.М., Спиров Г.М. Технология изучения строения ВЧР с новым электроимпульсным источником "Кумир" //Приборы и системы разведочной геофизики. - Саратов, 2007. - № 03.

22. Покровский Г.И. Взрыв. - М.: Недра, 1980.

Э К О Л О Г И Я

УДК 539.3

ОЦЕНКА ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОПОЛЗНЕВОГО СКЛОНА В ЗАВОДСКОМ РАЙОНЕ САРАТОВА

© 2010 г. В.И. Редков, В.К. Иноземцев, О.Д. Смилевец

Саратовский государственный технический университет

По данным управления инженерной защиты Саратова площадь потенциально опасных оползневых участков на городской территории составляет 2700 га. На территории города есть практически все известные типы оползней. Зафиксировано 30 действующих оползневых участков, общая площадь которых составляет 500 га. Подвижки старых оползней и образование новых происходят ежегодно, в результате получают повреждения и разрушаются здания и сооружения. Активные оползневые процессы происходят на склонах Алтынной горы в Заводском районе Саратова, где расположена областная психиатрическая больница, ряд зданий которой эксплуатируется более 100 лет.

По данным мониторинга геологической среды (ФГУГП "Волгагеология")1 на территории областной психиатрической больницы протекают активные оползневые (обвально-осыпные) процессы, идет образование оползней-потоков с объемом смещенных пород 12 тыс. м3. Прогнозируется дальнейшая активизация современной оползневой деятельности на склоне верхней оползневой террасы с возможностью смещения массивов породы объемом до 15-20 тыс. м3.

www.saratovnedra.ru. Экзогенные геологические процессы на территории Саратовской области по результатам мониторинга геологической среды за 2006 г. и прогноз на 2007 г. Территориальный центр мониторинга геологической среды (ТЦ МГС) при Саратовской гидрогеологической экспедиции ФГУГП "Волгагеология"