Изучение пространственно-временных изменений сейсмоакустической эмиссии геосреды в Уральской сверхглубокой скважине СГ-4

УДК 550.83: 622.24

А.К. Троянов, Ю.Г. Астраханцев, Н.И. Начапкин, Г.В. Иголкина Институт геофизики УрО РАН, Екатеринбург

ИЗУЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ГЕОСРЕДЫ В УРАЛЬСКОЙ СВЕРХГЛУБОКОЙ СКВАЖИНЕ СГ-4

Исследование сейсмоакустической эмиссии (САЭ) пород в Уральской сверхглубокой скважине были начаты в 1986 г. и направлены на решение задач, поставленных в рамках научного бурения на Среднем Урале [1]. Трехкомпонентные измерения САЭ в Уральской СГ-4 использовались для изучения геодинамического состояния пород по разрезу скважины, выделения и классификации динамически активных зон, оценки связи локальных аномалий САЭ с интервалами тектонически нарушенных пород, исследования изменений свойств геосреды во времени по степени взаимодействия с известными деформационными процессами, происходящими в земной коре.

При организации измерений временных вариаций САЭ определенную трудность представляет выбор на глубине точки установки скважинного прибора. Это связано с тем, что акустический отклик пород на воздействие различных деформационных процессов зависит от многих факторов, в том числе от физико-механических свойств и степени тектонической нарушенности исследуемой среды. Применение методики, когда перемещения скважинного прибора в пределах исследуемого интервала пород осуществляется вниз и вверх от базовой глубины и напоминает движение челнока, позволило получить информацию о характере САЭ и ее изменении со временем для разнесенных по глубине разных слоев пород. В 1994 г. челночные измерения САЭ проводились 3 раза в сутки с 10 по 21 июня на временных интервалах 0-1, 8-9 и 16-17 часов. В течение часа измерения выполнялись в 20 точках в интервале глубин от 4452 до 4675 м. В остальное время на базовой глубине 4655 м велись режимные наблюдения САЭ с автоматическим опросом датчиков каждый час.

На рис. 1 приведены кривые временных изменений амплитудного уровня САЭ через каждые 8 часов (горизонтальная компонента) на разных глубинах. Различие форм кривых и их амплитудных уровней указывает на то, что сейсмоакустический отклик пород на разных глубинах различен. В районе дайки и крутопадающей тектонической зоны, где поперечное сечение ствола скважины составляет 40 х 57 см (глубины 4465, 4469 и 4480 м) с 10 по 18 июля амплитудный уровень минимальный и почти не изменяется по величине. В кровле андезито-базальтов (4660, 4675 м) уровень САЭ существенно выше и характер его аномальных отклонений другой, чем на глубине, например, 4469 м.

Пространственно-временные изменения амплитуд САЭ в разных диапазонах частот приведены на рис. 2. Как видно, наиболее интенсивные процессы САЭ происходят на частотах 1 и 2 кГц, отражающих размеры дефектов и их количество в объеме излучающей среды. Источников САЭ на частотах 3 и 4 кГц существенно меньше как по количеству, так и интенсивности излучения

акустических сигналов.

Отношение сигналов с двух горизонтальных датчиков одинаковой чувствительности в изотропной среде должно быть равно единице. В реальных анизотропных геосредах величина этого отношения может отличаться от единицы.

На рис. 3 приведены диаграммы параметра Х^ в разные фазы лунносолнечного прилива при челночных измерениях САЭ. Стрелками на теоретических кривых приливных приращений силы тяжести 5g показано время начала измерений САЭ. Хотя и существует тенденция уменьшения разброса значений параметра Х^ в период квадратурного прилива (1517.06.94 г.), все же доминирует хаотичность появления или исчезновения его аномальных отклонений. Данная картина показывает особенности изменений напряженного состояния среды как в пространстве (по глубине), так и во времени.

Рис. 1. Временные изменения через 8 часов амплитудного уровня САЭ (горизонтальная компонента) на разных глубинах

Рис. 2. Пространственно-временные изменения амплитуд САЭ на разных частотах: а - 1 кГц, б - 2 кГц, в - 3 кГц, г - 4 кГц

1206 Мб 16 06 Ю06 20069*.

1206 Л 06 1606 1806 20069*.

Рис. 3. Диаграммы параметра в разные фазы лунно-солнечного прилива при челночных измерениях в интервале глубин 4452-4675 м, 5g -теоретическая кривая приливных приращений силы тяжести

В 1997 г. челночные измерения САЭ проводились с 18 июня по 18 июля в интервале глубин 4650-4900 м. Два раза в сутки (с 10 до 11 ч и с 22 до 23 ч) наблюдения САЭ осуществлялись в 25 точках исследуемого интервала. Характер изменения САЭ в диапазоне частот 0.1-0.5 кГц (горизонтальная компонента) представлены на рис. 4. Черным цветом залиты аномалии САЭ, превышающие величину 2 мм/с2.

Рис. 4. Результаты челночных измерений САЭ через 12 часов

с 18.07 по 18.08.97 г.

1 - диаграмма распределения САЭ с 10 до 11 ч. местн. вр.

2 - то же, с 22 до 23 ч. местн. вр.

Из рисунка видно как меняется амплитудный уровень вертикального распределения САЭ каждые 12 часов. Наблюдаются случаи, когда через 12 часов формы кривых и амплитудный уровень САЭ почти не изменились или исчезли аномалии и появились на других глубинах новые. Такой характер пространственно-временных изменений САЭ указывает, прежде всего, на сложность протекающих в земной коре деформационных процессов.

15.08 16.08 17 08 18.08.97

Рис. 4.

Изучение природы пространственно-временных изменений параметров САЭ в условиях высоких давлений и температур представляется актуальной и перспективной задачей в исследовании динамики верхней части земной коры.

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ - грант 0505-65177.

1. Башта К.Г., Горбачев В.И. Задачи и целесообразная глубина бурения СГ-4 // Уральская сверхглубокая скважина (интервал 0-4008 м). Геология, геофизика, технология: Сб. научн. трудов. Ярославль. ГНПП «Недра». 1992. - С. 17-22.

© А.К. Троянов, Ю.Г. Астраханцев, Н.И. Начапкин, Г.В. Иголкина, 2006