Методика донных сейсмических исследований инженерно-геологических условий на предельном мелководье Арктики (1100340), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Сейсмические критерии идентификации геокриологическихграницПри проведении сейсмических исследований в криолитозоне возникаетнеобходимость идентификации сейсмических границ, ограничивающих массивмноголетнемерзлых пород (ММП) или расположенных в его пределах. В отсутствииопорных данных бурения такая идентификация может быть выполнена с помощьюсейсмических критериев.Наиболее распространенным критерием идентификации геокриологическихграниц является различие значений скоростей сейсмических волн в талых и мерзлых7породах [Применение…, 1992; Воронков, 2009;Джурик, 1988;Фролов, 1998; Neave,Sellmann, 1983; Rogers, Morack,1978 и др.].В мерзлых неводонасыщенных песчано-глинистых породах значения скоростейупругих волн, в зависимости от их типа, в 3-10 раз выше, чем в талыхводонасыщенных. В этом случае значения скоростей упругих волн являютсянадежным критерием для выделения и идентификации в разрезе геокриологическихграниц.Одна из основных границ в геокриологическом разрезе, определяемая спомощью геофизических методов – кровля ММП.
Критерий, позволяющийидентифицировать ее на сейсмической записи – присутствие в структуре поляпродольных волн, обменной волны PSP [Применение…, 1992 и др.], которая поинтенсивности заметно превосходит продольную преломленную волну.Однако в глинистых пластичномерзлых породах оба критерия не позволяютнадежно идентифицировать кровлю ММП.В работе, в качестве дополнительного идентификационного критерия,предложено и обосновано использование коэффициента Пуассона µ.Анализ литературных данных [Применение…, 1992; Воронков, 2009;Фролов,1998 и др.] дал основание автору предположить, что имеется некоторое граничноезначение или узкий интервал значений µ, соответствующий переходу пород из талогосостояние в мерзлое, когдав водонасыщенных песчано-глинистых породахначинается образование льда. Анализ результатов скважинных и наземныхсейсмических наблюдений, в том числе выполненных автором в рамках данныхисследований, позволил установить, что этот интервал расположен в диапазонезначений µ=0,45-0,46.
При µ=0,46 и выше породы находятся в талом состоянии, приµ=0,45 и ниже – в мерзлом, а уменьшение величины µ позволяет оценить мерзлоесостояние пород.Для обоснования этого утверждения были использованы, в частности,результаты сейсмического каротажа в скважине глубиной 260 метров на Уренгойскомгазоконденсатном месторождении [Дроздов, Скворцов, 1998].
Скважиной на глубине80-100 метров в глинистых породах был вскрыт межмерзлотный талик. Порезультатам сейсмического каротажа была получена зависимость µ от дисперсностимерзлых грунтов (рис. 1). Точки инженерно-геокриологического обследования, вкоторых значения µ>0,46, расположены в области межмерзлотного талика. Эти идругие, описанные в работе, результаты исследований убедительно подтверждаютсделанное автором предположение о возможности выделения в разрезегеокриологических границ по критическим значениям µ близким к 0,46.Результаты исследований, выполненных автором, показывают, чтокоэффициент Пуассона является надежным критерием для идентификациигеокриологических границ, особенно в случае глинистого разреза, находящегося впластичномерзлом состоянии.8Рис. 1. Зависимость величины коэффициента Пуассона µ от дисперсностимерзлых грунтов по данным сейсмического каротажа в скважине в пойме р.
Ен-Яха всеверной части Уренгойского газоконденсатного месторождении.желтым цветом показана область значений µ>0,46.Выводы:Анализ литературных и экспериментальных данных, полученных при участииавтора, о сейсмических признаках идентификации геокриологических границ исвойствах талых и мерзлых пород позволил сделать следующие выводы:1.Показано, что достоверная идентификация геокриологических границ вмассиве горных не во всех случаях может быть осуществлена с помощью известныхсейсмических критериев.2.Впервые предложена и обоснована возможность использованиякоэффициента Пуассона в качестве надежного сейсмического критерия дляидентификации геокриологических границ в массиве водонасыщенных песчаноглинистых пород без привлечения априорной информации.3.Автором показано и экспериментально подтверждено, что в толщеводонасыщенных песчано-глинистых пород при величине коэффициента Пуассона0,46 и более породы независимо от их состава, температуры и засоленностинаходятся в талом состоянии, при значениях 0,45 и менее – в мерзлом.
Диапазонзначений коэффициента Пуассона 0,45-0,46 – граничный и определяет переход отталого состояния к мерзлому.4.Понижение величины коэффициента Пуассона в мерзлых породах,обусловленное уменьшением количества незамерзшей воды, позволяет использоватьэтот параметр для оценки их мерзлого состояния.5.Совместное использование существующих признаков и коэффициентаПуассона позволяет существенно повысить достоверность идентификациигеокриологических границ, особенно в массивах пластичномерзлых глинистых пород.9Глава 3.
Технологическое оборудование для проведения донныхсейсмических исследований на мелководных акваторияхГлава 3 состоит из 2 разделов. Первый посвящен разработанномуоборудованию для возбуждения сейсмических колебаний, второй – для ихрегистрации.Ограниченияинедостаткисуществующегосейсмоакустическогооборудования, используемого на предельном мелководье, определили необходимостьсоздания специального оборудования возбуждения и регистрации продольных ипоперечных волн для проведения донных сейсмических исследований намелководных акваторий Арктики.При разработке оборудования для возбуждения и регистрации сейсмическихколебаний в пределах мелководных акваторий предусматривалась необходимостьполучения непрерывной сейсмической информации при переходе от суши какватории.
С учетом опыта изучения инженерно-геокриологических условий на суше,при разработке сейсмического оборудования предусматривалась возможностьвозбуждения и регистрации продольных и поперечных SH-волн.3.1. Оборудование для возбуждения сейсмических колебанийДля возбуждения сейсмических колебаний на дне мелководных акваторий впроцессе исследований разработаны два источника ударного типа.Первый источник – «ручной» ударный источник, применяемый в наземноймалоглубинной сейсморазведке.
Его отличие состоит в том, что он имеет штангудлиной около двух метров, что обеспечивает возможность возбуждения сейсмическихволн (продольных и поперечных) в пределах акватории при ее глубине 1-1,2 метров.Другой источник возбуждения сейсмических колебаний разработанный,сконструированный и опробованный в рамках данной работы – донныйэлектромагнитный источник ударного типа. Он предназначен для возбужденияимпульсных сейсмических колебаний на дне предельного мелководья.
Приразработке донного источника принималось во внимание необходимость реализацииследующих условий:– возможность проведения работ при глубинах акваторий не менее 3 метров (повозможности на больших);– возможность возбуждения продольных и поперечных SH-волн.При калибровочных испытаниях было установлено, что энергия, генерируемаяисточником при единичном воздействии на грунт составляет 15-20 Дж.Интенсивность регистрируемых с помощью этого источника волн в 2-4 раза меньше,чем с помощью «ручного» источника, в зависимости от типа волн.
Однако, несмотряна это электромагнитный источник обеспечивает надежную регистрацию продольныхи поперечных SH-волн, особенно отраженных.Разработанный донный электромагнитный источник прошел успешныеиспытания в пределах мелководных акваторий на геокриологических стационарах«Марре-Сале» и «остров Кашин».10Ручной и электромагнитный источники обеспечивают возможностьвозбуждения упругих колебаний под углом 45° к горизонту в плоскости,перпендикулярной линии сейсмического профиля, в двух противоположныхнаправлениях. В первом случае это достигается за счет перемещения источника напункте удара, во втором – предусмотрено конструкцией источника. Такая системавозбуждения упругих колебаний в сочетании с разработанным доннымрегистрирующимустройствомобеспечиваетвозможностьодновременнойрегистрации продольных и поперечных SH-волн.В процессе испытания электромагнитного источника и его опытнойэксплуатации показано, что в пределах морских акваторий он надежно работает наудалениях до 300 метров от берега при глубине акватории не менее 3 метров.3.2.
Оборудование для регистрации сейсмических колебанийОдним из основных условий при разработке донного регистрирующегоустройства являлось необходимость получения сопоставимых (по частотным идинамическим характеристикам) сейсмических данных в пределах акваторий и наприбрежных участках суши.При разработке донного регистрирующего устройства соблюдалисьследующие условия:– возможность одновременной регистрации продольных и поперечных SHволн;– возможность удобной и надежной установки и перемещения донногоустройства вдоль профиля.В процессе исследований было изготовлено и опробовано несколько вариантовдонного регистрирующего устройства. Во всех устройствах размещалисьвертикальный и горизонтальный сейсмоприемники.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
