Введение к работе
Актуальность темы. Территория Санкт-Петербурга и его пригородов характеризуется довольно сложным строением верхней части разреза (ВЧР) - значительными перепадами рельефа геологических границ, наличием погребенных палеодолин и палеоврезов, а также тектонических нарушений, в том числе и геодинамически активных. Зоны новейших тектонических движений являются наиболее опасными для инженерных сооружений, поскольку приводят к изменению физико-механических свойств пород. Над зонами активных разломов отмечаются деформации зданий и сооружений, частое разрушение полотна дорожных покрытий, повышенная аварийность на подземных инженерных коммуникациях. В современном рельефе активные разломы практически не проявляются, из-за нивелирующих неровности современного рельефа техногенных отложений. В связи с этим, для детального изучения ВЧР и выделения тектонических нарушений необходимо применять комплекс геофизических методов.
Одним из основных геофизических методов, используемых при инженерных изысканиях для расчленения геологического разреза и выделения тектонических нарушений, является сейсморазведка. Наиболее детальные сведения о строении ВЧР позволяет получать малоглубинная сейсморазведка методом отраженных волн способом общей глубинной точки (МОВ ОГТ). Использование продольных волн отличается простотой возбуждения и регистрации колебаний, в сравнении с поперечными волнами и позволяет получать сведения о степени водонасыщения пород, в частности о положении уровня грунтовых вод.
Ограниченное применение МОВ ОГТ с использованием продольных волн связано со сложным характером регистрируемой волновой картины, в частности, с наличием на сейсмических записях интенсивных низкоскоростных поверхностных и техногенных помех, затрудняющих выделение отражений от неглубоко залегающих границ.
Вопросам применения сейсморазведки в инженерной геологии и гидрогеологии посвящены работы следующих авторов: Н.Н. Горяинов, Ф.М. Ляховицкий, В.Н. Никитин, П.И. Дик, В.В. Палагин, А.Я. Попов, И.А. Санфиров, D.W. Steeples, R.D. Miller, J.A. Hunter, S.E. Pullan, R. Spitzer и др. В ряде работ рассмотрены примеры использования малоглубинных сейсмических методов, в том числе и метода МОВ ОГТ при изучении геодинамически активных разломов на территории сейсмически активных регионов, таких как Греция и штат Калифорния (США).
На территории Санкт-Петербурга и его пригородов ВЧР отличается незначительной скоростной дифференциацией, и небольшими амплитудами смещений по разломам (как правило, первые метры). Поскольку в исследуемом районе малоглубинная сейсморазведка методом МОВ ОГТ с использованием продольных волн практически не применялась, особенности регистрируемых волновых полей, их связь с геологическим строением ВЧР, и, следовательно, возможности метода для решения инженерно-геологических задач изучены недостаточно. В связи с этим, отсутствует оптимальная методика работ и способы обработки сейсмических материалов.
Представляется актуальным проведение исследований с целью разработки эффективной методики полевых работ, способов обработки и интерпретации материалов малоглубинной сейсморазведки МОВ ОГТ на продольных волнах, позволяющих ослабить поверхностные и техногенные волны-помехи, и обеспечить детальное изучение ВЧР и выделение тектонических нарушений на территории Санкт-Петербурга и его пригородов.
Цель работы. Разработка методики малоглубинных сейсморазведочных работ МОВ ОГТ на продольных волнах, технологии обработки и интерпретации сейсмических материалов, позволяющих детально изучать упругие свойства верхней части геологического разреза на примере Санкт-Петербурга и его пригородов.
Основные задачи исследований:
Обосновать требования к методике сейсморазведочных исследований МОВ ОГТ с использованием продольных волн;
Выбрать параметры методики малоглубинных сейсмических работ в Санкт-Петербурге и его пригородах, согласно предъявляемым требованиям;
Определить граф обработки сейсмических материалов, позволяющий максимально ослабить низкоскоростные поверхностные и техногенные волны-помехи и увеличить соотношение сигнал/помеха на результативных сейсмических разрезах;
Разработать способы интерпретации результатов работ МОВ ОГТ для решения задач расчленения геологического разреза ВЧР и определения положения геологических границ, выявления малоамплитудных тектонических нарушений, зон разуплотнения пород, погребенных речных долин.
Научная новизна:
Разработаны принципы оптимизации методики сейсморазведочных работ МОВ-ОГТ для изучения верхней части разреза.
Впервые получены сейсмические разрезы (волновые изображения) подтверждающие возможность выделения по результатам работ МОВ ОГТ малоамплитудных тектонических нарушений на территории Санкт-Петербурга и его пригородов.
Защищаемые положения
1. Для решения задач изучения ВЧР и выделения малоамплитудных тектонических нарушений методика сейсморазведочных работ МОВ ОГТ должна удовлетворять следующим критериям:
- обеспечить детальность изучения упругих свойств для их надежной интерпретации за счет оптимальной дискретизации результатов сейсморазведки по площади и глубине исследований;
- зарегистрировать от каждого элемента дискретизации среды набор записей полезных сейсмических волн, необходимый для определения упругих свойств (сейсмограмму ОСТ);
- ослабить волны-помехи при получении сейсмических записей или создать предпосылки для их ослабления на этапе обработки материалов без искажения кинематических и динамических свойств полезных волн.
2. Последовательное применение одноканальных частотных и двумерных фильтров в F-K и - областях в процессе обработки материалов для ослабления низкоскоростных помех увеличивает соотношение сигнал/помеха до значений, необходимых для достоверной интерпретации сейсмических результатов.
3. Разработанная методика полевых работ методом МОВ ОГТ и граф обработки сейсмических материалов обеспечивают в процессе интерпретации сейсмических разрезов (волновых изображений) определение положения геологических границ и выявление малоамплитудных тектонических нарушений – важных параметров для оценки геологического риска при строительстве на территории Санкт-Петербурга и его пригородов.
Методика исследования. Для решения поставленных задач проведён анализ геологического строения территории Санкт-Петербурга и его пригородов, выполнены опытно-методические сейсмические работы методом МОВ ОГТ на одиннадцати участках и вертикальное сейсмическое профилирование в трёх гидрогеологических скважинах, что обеспечило обоснование параметров методики полевых работ. Произведена обработка и геологическая интерпретация полученных материалов. Наземные полевые работы выполнялись с использованием 24-х канальной цифровой сейсмостанции «Лакколит-Х-М2» (ООО «Логические системы). Исследования в скважинах выполнены с использованием каротажной станции КАМК-"АЛМАЗ-1" (ООО НПП ИНГЕО) и скважинного прибора АСПУ-ТС1-48 (АО НПП «ВНИИГИС»). Обработка фактических материалов выполнена с использованием программ FOCUS (Paradigm Geophysical) и ProMAX (Halliburton).
Достоверность. Достоверность выполненных исследований определяется развернутым научным обоснованием параметров методики полевых работ, применением современных технологий обработки и интерпретации сейсмических материалов и сопоставлением полученных результатов с известными геологическими данными и результатами бурения.
Практическая значимость. Разработана методика полевых сейсмических работ, граф обработки и способы интерпретации сейсмических материалов позволяющие изучать геологическое строение ВЧР и выделять тектонические нарушения в условиях интенсивных техногенных помех.
Реализация результатов работы. Результаты, полученные в настоящей работе, использованы при выполнении научно-исследовательских работ СПГГИ (ТУ), а также при выполнении производственных работ Российским геоэкологическим центром филиалом ФГУГП «УРАНГЕО».
Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования, сборе и анализе данных о геологическом строении района работ, разработке методики полевых работ, подготовке и выполнении полевых работ, обработке сейсмических материалов и геологической интерпретации результатов работ.
Апробация работы. Основные результаты, полученные автором, докладывались на международных конференциях: «Геофизика 2009» (СПбГУ, Санкт-Петербург,2009), «День горняка и металлурга» (Германия, Фрайбергская горная академия, 2010 г.), II научно-практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург, 2011), а также на конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института (СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург, 2009, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 4 статьи в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д. г.-м. н., профессору Телегину Александру Николаевичу.
Автор благодарен за участие в обсуждении основных результатов и советы по рассматриваемым в диссертации вопросам коллективу кафедры геофизических и геохимических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых проф. А.А. Молчанову, зав. каф. проф. А.С. Егорову, проф. О.Ф. Путикову, асс. А.В. Екименко. Автор благодарит доц. А.А. Миллера за помощь при подготовке и проведении исследований в скважинах.
Автор благодарит сотрудников УНЛ СТПР МПИ М.М. Печенкина и А.А. Янкилевича за помощь в организации полевых работ.
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Объём работы 131 страница машинописного текста, включая 50 рисунков, 3 таблицы и библиографический список из 94 наименований.
