Введение к работе
ВВЕДШИЕ () Потенциальные возможности геофизических методов на «'стременном этапе их технического развития, связанные с внедрением цифровой регистрации и автоматизированной обработки, обусловили формирование нового научного направления - прогнозирования гео/о-гического разреза (ИГР), заключающегося в создании комплекса методов и приемов извлечения из геофизической информации данных о вещественном составе, физическом состоянии и детальном строении среды, в последнее время в разках ИГР все большее значение приобретают комплексные геофизические исследования, нацеленные на изучение верхней части геологического разреза (ВЧР). При этом в зависимости от решаемых задач ВЧР представляет собой либо непсс редственяый объект исследований, либо является помехой, существенно искажающей регистрируемые поля.
Актуальность. Интерес к изучению ВЧР, роль этих исследований постоянно возрастают в связи с практическими потребностями освоения новых территорий, промышленного и гражданского строительства, сельскохозяйственной деятельности, а также решения проблем техногенного воздействия на геологическую среду. Исследования С.А.Богословского, В.И.Бондарева. Г.С.Вахромеева, Н.Н.Го-ряйнова, В.И.Джурика, Ю.Д..Зыкова, Ф.М.Ляховицкого, В.И.Никитина, А.А.Огильви, А.И.Савича, В.К.Хмелевского и др. обеспечили m осново системного подхода к объектам исследования и комплексного применения методов различной физической и технологической природы разработку общих методологических принципов применения целевых геофизических комплексов, нацеленных на решение'широкого спектра прикладных задач изучения ВЧР, в основе которых лежат методы электроразведки и сейсморазведки, обеспечивающие дистанционное зондирование среды без нарушения ее целостности.
Данная работа посвящена повышению точности, информативности и достоверности комплекса сейсмоакустических методов, потенциальные возможности которых, особенно при изучении ВЧР, реализованы далеко не в полной мере. Анализ накопленных эмпирических данных в совокупности с теоретико-экспериментальными представлениями позволяет расчитывать, что эффективность и уровень понимания имманентно присущих методам счісмоакустики явлений и закономернее і"# можно поднять на качественно новый уровень. Актуальность Т"мы
диссертации определяется необходимостью разработки цельной непротиворечивой доктрины, увавиващей разномасштабные сейсмоакусти-ческие измерения в единую иерархически ранлированную последовательность, обеспечивающую решение проблем прогнозирования ВЧР применительно к специфическим условиям Сибири.
Цель работы - расширение областей применения и повышение геолого-экономической эффективности методов высокоразрешающей многовалковой сейсморазведки при прогнозирований верхней части геологического разреза для решения инленерно-гидрогеологических, экологических, структурно-картировочник и поисково - разведочных задач в осложненных условиях. Целевое назначение предусматривает решение следующих задач:
адаптация методологии физико-геологического моделирования для решения аадач прогнозирования диалогического состава, условий валегания и физико-механических свойств пород ВЧР в осложненных условиях;
выявление, на основе разномасштабных параметрических сеисмоакустических измерений на образцах, в горных выработках и скважинах, теоретико-экспериментальных взаимосвязей, обеспечивающих определение в естественном залегании физико - механических свойств, пород и прогноз ихдеструктивных изменений под воздействием динамических факторов;
формирование на основе логико-математического, физического и натурного моделирования основных требова/гий к аппаратур-но-ыетодическому комплексу малоглубинной рысокораьрещаквдей многоволновой сейсморазведки;
оценка ограничений и влияния на частотный состав регистрируемых колебаний поверхностных условий, теоретическое обоснование, разработка и реализация способов управления формой л спектром зондирующих импульсов;
разработка методики комплексной регистрации и обработки малогдубинных отраженных и преломленных волн на основа многократных "сейсмических систем наблюдений;
апробация, определение областей применения и оценка эффективности разработанных методик при решении различных геологе-геофизических задач.-
Научная иолизна выполненных автором исследований определяется следующим:
разработана итеративная последовательность физико-геологического моделирования ВЧР, включающая ряд этапов и стадий, обеспечивающая на конечном этапе технологического цикла формирование обобщенной полиморфной ФГМ, отражающей основные особенности геологического строения территории и наделенной количественными характеристиками, определяющими физико-механические свойства Ъа-род И состояние раврева;
сформированы унифицированные ФГМ ВЧР, отражающие характер и закономерности И8меНения сейсмоакустических свойств различных структурно-вещественных комплексов под воздействием динамических факторов И являющихся исходной информацией для формировакия апри* орныХ ФГМ Конкретных объектов исследования:; которые обеспечивают корректное моделиров'аниё всех этапов реализации сейсмоакустических Наблюдений;
выявлены, при одновременном изучении в процессе единого технологического цикла компрессйометриЧеских испытаний сейсмоакустических и физико-механических характеристик дисперсных пород, количественные многофакторные структурно-вещественные вэашосвяви отражающие, их состав* состояние и строение, а также позволяющие прогнозировать характер их деструктивных изменений Под воздействием динамических факторові
оценены влияние и ограничения на частотный состав регистрируемых колебаний поверхностных условий, проведено сравнение различных способов управления формой и спектром зондирующих им-%ульсов, сформулированы критерии сЦеккй разрешающей способности сейсморазведки в зависимости, от физических свойств пород деятельного слоя, а также способа установки На грунт источников или сейсмоприєміїиков;
изучено, на основе волно-частотных представлений, влияние на разрешающую способность совокупности таких факторов как, геометрические размере и сейсмоаКустические свойства изучаемых объектов, форма и спектр зондирующих импульсов^ параметры систем наблюдений И методики обработки информации. На основе этого сформулированы основные принципы высокоразрешающей малсглубинной сейсморазведки, обеспечивающие получение временных разревов по данным многократных сейсмических систем наблюдений, нацеленных на регистрацию отраженных И преломленных волн от неглубоко залегаю-чдах границ раздела;
- определены, средствами натурного, физического и математи
ческого моделирования, возможности традиционных и оригинальных
модификаций сейсморазведки при изучении верхней части разреза.
Рсвультагы аробации и внедрения разработанных автором методик
обобщены ь, виде апостериорных сеиомогеологических моделей ВЧР
различных районов Сибири и Якутии.
Практическая значимость исследований ваключаетсл в создании элективного порохового источника возбуждения упругих колебаний, моделирующей установки с цифровой регистрацией ультразвуковых колебаний, измерительного комплекса для изучения физико-механических я сейсмоакустических свойства проб рыхлых грунтов в процессе их компрессиометрпческого сжатия, в разработке методики регистрации отраженных и преломленных волн от неглубоко залегающих границ раздела, а так»е пакета программ решения прямой и обратной задачи микросейсиокаротака с учетом возникновения прямых, проходящих преломленных и головных волн. Указанные разработки позволили:
существенно расширить интервал глубин, в пределах которого возможно экспрессное получение информации о сейсмоакустических свойствах среды:
определить круг задач, решаемых как традиционными, так и новыми модификациями сейсморазведки;
обеспечить корректную увязку разномасштабных петрофизи-ческих измерений при выявлении взаимосвязей меаду физико-механическими и сейсмоакустическими характеристиками пород с учетом условий их залегания;
оценить погрешности определения пластовых скоростей при приведении непродольных годографов ЫРК по модели однородной среды, величина которых для рекомендуемого методическими указаниями ьиноса пункта возбуждения в зависимости от скоростного закона достигает 30-50 Х\
в сложных -условиях Восточной Сибири и Якутии получить принципиально новые данные о строении, петрофиьических и экологических параметрах ВЧР различных геологических объектов и происходящих в них специфических процессах;
повысить производительность труда и снизить отрицательное воздействие на окружающую среду. «
Реализация результатов работы. Методика малоглубинных ОГТ--ОГП, пороховой источник возбуждения упругих колебаний, пакет
программ обработки MUK, ультразвуковая моделирующая установка, измерительно-вычислительный комплекс для изучения физико-механических и сейсмоакустнческих свойств дисперсных пород в процессе их компрессиометрического сяатич внедрены в производственные подразделения ВостСибТИСИЗа, ГГП "иркугекгеология", ВосСибНШТиМСа, СибВНЩВ!ЭНЕГГ'ОПРОШ и исполізуются этими организациями при изучении В'ІР в различиях районах Сибири, Якутии и Дальнего Востока. Основные результаты выполненных исследовании включены в лекции но епчциатьным курсам: "Сейсморазведка", "Обработка сейсмической информации на Я?М", "рудная сейсморазведка" и курсу "Геофизические методи изучения мерзлых толе.", читаемых автором студентам геофизической и инженепно-геологическои специальностей на кафедре геофизических методов разведки ИрГТУ.
Апробация. Основные положения диссертации докладывались: на научно-т?хн!гіг;к"й конференции "Сейсмическая разведка-новый перспективну» метод инженерно-строительных изысканий." (Свердловск, !979); на третьей региональной конференции "Основные направленім совершенствования комплексных геофизических исследований в Сибири и на Дальнем Востоке " (Иркутск, 1983); на четырех (VI! -X) научно-технических семинарах-соьешаниях "Геофизические методы в гидрогеологии и инженерной геологии." (Вильнюс, 1983; Ереван, 1985; Донецк, 1987; Москва, 1939); на Всесоюзном совещании "Многоволновая сейсморазведка" (Новосибирск, 1985); на территориальной научно-технической конференции "Применение геофизических метопов при поисках И разведке россыпных месторождений, нерудного сирья и подземных вод." (Свердловск, 1987); на территориальной научно-технической конференции "Геофизические исследования скважин при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых." (Свердлове, 1988); на Всесоюзной конференции, совмещенной с XIII научной сессией Дальневосточной секции МСССС "Сейсмология и сейсмостойкое строительство на Дальнем Востоке." (Владивосток, 1989), на Г<і-.^союзной конференции "Техногенные Факторы и проблемы прогноза сейсмического эффекта." (Ташкент, 1990); на Всесоюзной копфеоен пни "iV'0-лого-ґеофизические исследования при решении экологических задач." СЧвенигороя, 1091); на Вг.есок.ччм научно-техническим се-мичоре "Использование геофизических методов для решения --iV.V"'! и чески/., инхенерно - геологических и гидрогеологических задач." (Ташкенту НЯ1); на международной конференции по экологии СиГяіри
"СибЭКО-ез." (Иркутск, 1Є93); на межреспубликанском научном сет-наре "Сейсмический риск и сейсмическое микрорайонирование." (Иркутск, 1S94); а также на ежегодных научно-технических Конференциях Иркутского государственного технического университета.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 32 статьи и монография.
Объем и структура работы. Диссертация содержит 46 страниц текста, 71 рисунок, 8 таблиц и состоит из введения, пяти глав и заключения. Список использованной отечественной и зарубежной литературы включает 226 наименований.