Спектральная сейсморазведка

Толкование

Спектральная сейсморазведка: Спектральная сейсморазведка

Спектральная сейсморазведка — непризнанная специалистами теория в области сейсморазведки, а также метод на её основе. Критикуется учеными и не имеет достоверных экспериментальных подтверждений.

Основой спектральной сейсморазведки является экспериментально установленный на метрологически корректном уровне эффект, заключающийся в том, что реальная часть спектра сейсмосигнала однозначно связана с разрезом земной толщи в точке измерения.
В простейшем, идеальном случае, когда объект исследования может быть представлен как единичный породный слой толщиной (мощностью) h(м), отклик на ударное воздействие представляет собой затухающий гармонический процесс, частота которого f₀(Гц) связана с мощностью следующим соотношением:
h = 2500 / f₀ (1)
Возникающий при этом сигнал, в общем случае, имеет вид, изображенный на рис.1.

Рис.1

На рис.1а приводится временнόе изображение сигнала, как если бы мы использовали в качестве индикатора осциллограф. При использовании в качестве индикатора спектроанализатора изображение того же сигнала имеет вид, приведенный на рис.1b.
Ось абсцисс спектрального изображения – частота f. f₀ – собственная частота колебательного процесса. Ось ординат – плотность спектра A(f). Экстремальное значение плотности спектра на частоте f₀ – это величина добротности Q. Добротность обратно пропорциональна затуханию колебательного процесса α.

Объект, который отзывается на ударное воздействие гармоническим затухающим сигналом, является (и называется) резонатором или колебательной системой.

На практике, осадочный чехол многослоен, и состоит из совокупности породных слоев-резонаторов. На рис.2 показан простейший случай. Точка контакта с поверхностью слоистого массива (дневной поверхностью) – место установки сейсмоприемника и источника ударного воздействия.

Рис.2

При ударном воздействии на поверхность, в каждом из породных слоев-резонаторов возникает его собственный гармонический затухающий процесс, частота которого определяется соотношением (1). При этом слоями-резонаторами являются как простые, так и составные породные слои.

Возникший в слое-резонаторе его собственный колебательный процесс распространяется вдоль этого слоя, не выходя за его пределы. По этой причине сейсмоприемник воспринимает колебательные процессы только тех слоев-резонаторов, которых он касается. Согласно рис.2, сейсмоприемник воспримет собственные колебательные процессы только лишь породных слоев-резонаторов h₁, h₁₂ и h₁₂₃.

Реализация спектральной сейсморазведки стала возможной после разработки и создания специального сейсмоприемника. Главным и практически единственным требованием к сейсмоприемнику, применяемому для спектральной сейсморазведки, является отсутствие спектральных искажений сейсмосигнала. Для того, чтобы обеспечить такое свойство, сейсмоприемник не должен иметь в своем составе колебательных систем. Иначе говоря, не быть резонатором.

Пригодность сейсмоприемника для спектрально-сейсморазведочных исследований проверяется очень просто. Для этого следует подключить испытуемый сейсмоприемник к осциллографу и нанести по поверхности сейсмоприемника весьма короткий удар. Для осуществления короткого ударного воздействия на поверхность сейсмоприемника следует уронить на него с высоты 10-20см стальной шарик от шарикоподшипника диаметром 2-3мм. При этом на мониторе осциллографа не должно возникнуть гармонического затухающего процесса. Сигнал, который должен при этом возникнуть, имеет вид короткого всплеска, возможно, не одного, а еще двух-трех, существенно меньших первого.

Все существующие на сегодняшний день сейсмоприемники содержат колебательные системы, и поэтому для использования в спектральной сейсморазведке непригодны.

Ключевым вопросом любого геофизического метода является физический смысл и свойства выявляемых этим методом границ.

Границы, выявляемые с помощью спектральной сейсморазведки, представляют собой поверхности, по которым возможно взаимное проскальзывание соседствующих объектов. Для модели, представленной на рис.2, этими объектами являются слои. В общем случае, такими границами являются микротрещины. Характеристикой таких границ является степень сцепления (прилипания, адгезии) между соседними слоями.

Наиболее близка модель, представленная на рис.2, к угленосной, принципиально слоистой толще пород при пологом залегании угольных пластов. При работе в угольной шахте по кровле, эта модель может быть перевернута таким образом, чтобы источник удара и сейсмоприемник были внизу, а не наверху. При этом отрыв нижнего породного слоя под собственным весом будет происходить в зависимости от вышеизложенной характеристики границ между слоями. Поскольку отрыв будет происходить по границам между слоями, то границы эти могут называться поверхностями ослабленного механического контакта (ОМК).

Спектрально-сейсморазведочный разрез – это, в общем случае, совокупность поверхностей ОМК. Если соседние породы переходят одна в другую не резко, а постепенно, то на спектрально-сейсморазведочном разрезе такая граница будет отсутствовать.

Чем сильнее выражены поверхности ОМК (то есть, чем слабее механический контакт между слоями), тем выше будет добротность соответствующего колебательного процесса. На рис.3 показан характер спектра сейсмосигнала, синтезированного для пояснения спектрально-сейсморазведочного исследования модели, показанной на рис.2.

Рис.3

По сути, это уже разрез. Ось глубин h пересчитана из оси частот f с помощью выражения (1). Самая четкая граница – на глубине h₁₂₃, наименее четкая – на глубине h₁.

Для того, чтобы получить привычный для глаза разрез, показанный на рис.4, ось глубин следует повернуть на 90° и дополнить спектральную кривую до получения симметричного объекта, который следует заштриховать.

Рис.4

Для получения полноценного разреза такие вот спектрально-сейсморазведочные измерения следует многократно повторить при движении измерительной установки вдоль заданного профиля. Такие измерения называются спектрально-сейсморазведочным профилированием (ССП).

На рис.5 показан ССП-разрез, полученный при профилировании в условиях неглубокого залегания кровли кристаллических пород (гранита) с шагом м. Работы проводились под Выборгом.

Рис.5

Профиль длиной 170м идет запада на восток. Шаг профилирования – 10м. Белой штриховой линией показана кровля гранита. На участке 0-50м кровля гранита залегает на глубине около 40м. На участке 110-170м кровля залегает на глубине около 70м. Участок 50-110м – зона сброса. В этой зоне тектонического нарушения гранит раздроблен, и поэтому граница выражена слабо. Природа границы, залегающей в граните на глубине около 130м, не исследовалась.

ССП является единственным геофизическим методом, позволяющим выявлять зоны тектонических нарушений (ЗТН) (См. разлом). За счет этого и в связи с особыми, ранее неизвестными свойствами ЗТН, ССП является единственным инженерно-геофизическим методом, позволяющим прогнозировать широкий круг техногенных катастроф.

ССП позволяет выявлять и картировать целый ряд месторождений полезных ископаемых.

Ссылки

Научно-практическое обоснование – в работах Гликмана А.Г.

Спектральная сейсморазведка. Истоки и следствия

Физика и практика спектральной сейсморазведки

ЛИТЕРАТУРА – АКАДЕМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ПО МЕТОДУ ССП

Теоретические работы.

1. Гликман А.Г. Особенности метрологического обеспечения сейсмоприемников. // ”Преобразователи акустической эмиссии к системам контроля горного давления”.- М.: ИПКОН АН СССР.-1990.-с.66-76.
2. Гликман А.Г. О новом принципе сейсморазведки.// Геофизика XXI столетия: 2002 год. Сборник трудов Четвертых геофизических чтений имени В.В. Федынского (28 февраля – 2 марта 2002 г., Москва).- М.: Научный мир.- 2003.- 468с., с.345-352.
3. Гликман А.Г. Эффект акустического резонансного поглощения (АРП) как основа новой парадигмы теории поля упругих колебаний.// Пятые геофизические чтения им. В.В. Федынского. Тезисы докладов.- М.: Центр ГЕОН.- 2003.- с.16-17.
4. Гликман А.Г. Спектральная сейсморазведка. // Шестые геофизические чтения им. В.В. Федынского 27-29 мая 2004 года. Тезисы докладов. М.: Центр ГЕОН.- 2004.- с.12-13.
5. Гликман А.Г. Эффект акустического резонансного поглощения (АРП) как основа новой парадигмы теории поля упругих колебаний.// Геофизика XXI столетия: 2003-2004 годы. Сборник трудов Пятых и Шестых геофизических чтений имени В.В. Федынского.- Тверь.: ООО «Издательство ГЕРС».- 2005.- 381с., с.293-299.
6. Гликман А.Г. О принципах спектральной сейсморазведки.// Геофизика XXI столетия: 2003-2004 годы. Сборник трудов Пятых и Шестых геофизических чтений имени В.В. Федынского.- Тверь.: ООО «Издательство ГЕРС».- 2005.- 381с., с.370-375.
7. Гликман А.Г. О структуре поля упругих колебаний при сейсмоизмерениях.// Седьмые геофизические чтения им. В.В. Федынского 3-5 марта 2005 года. Тезисы докладов.- М.: Центр ГЕОН.- 2005.- с. 9-10.
8. Гликман А.Г. О структуре поля упругих колебаний при сейсмоизмерениях.// Геофизика XXI столетия: 2005 год. Сборник трудов Седьмых геофизических чтений имени В.В. Федынского (3-5 марта 2005г., Москва).- Москва.: Научный мир.- 2006.- 496 с., с.348-354.
9. Гликман А.Г. О комплексном характере поля упругих колебаний в твердых средах. // Восьмые геофизические чтения им. В.В. Федынского 2-4 марта 2006 года. Тезисы докладов. М.: НПО ИНТЕК-ГЕОН.- 2006.- с.12.
Практические работы.
1. Гликман А.Г., Дмитриев П.Н., Казакова В.Л. Исследование процесса трещинообразования в угольном пласте геоакустическим методом как способ регистрации проявлений горного давления в очистных забоях. // ”Геофизические основы контроля напряжений в горных породах”.- Новосибирск:ИГД СО АН СССР.-1983.
2. Гликман А.Г., Стародубцев А.А. Опыт выявления тектонических нарушений методом спектрально-сейсморазведочного профилирования. // Бюллетень РАН “Экологическая безопасность”.- 1997.- № 1-2(7-8).- с.26-28.
3. Гликман А.Г., Стародубцев А.А. Решение задач дефектоскопии строительного камня спектрально-акустическими методами./ «Методика и техника разведки».- СПб: ВИТР.- № 8 (146).- 1998.- с.137-144.
4. Гликман А.Г. О некоторых возможностях спектрально-сейсморазведочных методов.// «Методика и техника разведки».- СПб: ВИТР.- № 9-10.- 1999.- с.260-275.
5. Гликман А.Г. Применение метода спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП) для картирования месторождений полезных ископаемых.// Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века. Всероссийский съезд геологов и научно-практическая геологическая конференция. Тезисы докладов. - СПб.: ВСЕГЕИ.- 2000.
6. Гликман А.Г. О применении метода ССП для прогнозирования геодинамических явлений.// Геофизика XXI столетия: 2002 год. Сборник трудов Четвертых геофизических чтений имени В.В. Федынского (28 февраля – 2 марта 2002 г., Москва).- М.: Научный мир.- 203.- 468с., с.270-277.
7. Гликман А.Г. Геоэкологические факторы аварийности нефтегазопроводов и насосных станций.// «Экологические проблемы и техногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции нефтегазопроводов. Новые технологии и материалы.» Научно-производственный форум 1-4 марта 2005г Томск, Россия. Материалы форума.- Томск, ИФПМ СО РАН, ООО ПО «АрмСиб».- 2005, с.106-111.
8. Гликман А.Г. Изучение и прогнозирование техногенных катастроф с помощью метода спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП). // Восьмые геофизические чтения им. В.В. Федынского 2-4 марта 2006 года. Тезисы докладов. М.: НПО ИНТЕК-ГЕОН.- 2006.- с.48-49.
Ссылки на работы по спектральной сейсморазведке.
1. Крауклис П.В., Крауклис Л.А. О влиянии границ разрыва в среде на интерференционные волны. // ”Математические вопросы теории распространения волн”.19./Записки научных семинаров ЛОМИ, т.179.-Л.:Наука.-1989.-с.110-115.(Ссылки на Гликман А.Г., Казакова В.Л. "Новые акустические методы оценки проявлений горного давления"; Гликман А.Г. "Упругие волны в слоистых средах".)
2. Сашурин А.Д. Современная геодинамика и техногенные катастрофы.// Доклады международной конференции «Геомеханика в горном деле – 2002».- Екатеринбург ИГД УрО РАН 19-21 ноября 2002г. (Ссылка на работу Гликмана «Физика и практика спектральной сейсморазведки»).
3. Яланский А.А, Яланский А.А., Арестов В.В. Особенности методики акустических зондирований глубинного строения масстива горных пород. // Геотехническая механика. Межведомственный сборник научных трудов. Вып. 51. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ.- 2005.- с. 285-296. (Ссылка на работу Гликмана «Оценка и диагностирование межслоевых контактов в угленосной толще» Горная геофизика. Тбилиси. 1989 Ч.1)
4. Захарченко Н.З. Научно-правовые вопросы метрологии сейсмометрии.// Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России. Первая регионально-техническая конференция, Петропавловск-Камчатский 11-17 ноября 2007 г.- Петропавловск-Камчатский: ГС РАН.- 2007.- с.122-126.
Упоминание спектральной сейсморазведки без ссылок.
1. Киселев Н.Н. Геофизические исследования состояния геологической среды на стадии ликвидации угольных шахт.// Седьмые геофизические чтения им. В.В. Федынского 3-5 марта 2005 года. Тезисы докладов.- М.: Центр ГЕОН.- 2005.- с. 56. (Упоминается метод спектрального сейсмозондирования для оценки геомеханического состояния массивов пород вокруг шахтных выработок).
2. Сашурин А.Д. Новые подходы при диагностике и мониторинге аварийных участков трассы проектируемых, строящихся и эксплуатируемых нефтегазопроводов.// «Экологические проблемы и техногенная безопасность строительства, эксплуатации и реконструкции нефтегазопроводов. Новые технологии и материалы.» Научно-производственный форум 1-4 марта 2005г Томск, Россия. Материалы форума.- Томск, ИФПМ СО РАН, ООО ПО «АрмСиб».- 2005, с.111-119. (Упоминается спектральное сейсмопрофилирование для точного определения положения тектонических нарушений).