Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
176
Глава 10. Сейсмическое просвечивание
При наблюдениях в пределах ствола выработки решаются две главные задачи. Первая из них состоит в изучении упругих параметров и характеристик волновых полей в продуктивных толщах тех или иных полезных ископаемых. Данные по таким наблюдениям важны для обоснования методики исследования массивов горных пород между выработками с целью формирования рациональных способов извлечения полезного ископаемого. Второй задачей является исследование прочностных свойств горных пород, примыкающих к стенкам выработки как в пространстве, так и во времени, включая изучение напряженного состояния массивов, что связано прежде всего с обеспечением безопасности ведения горных работ.
Наиболее типичным видом сейсмических исследований в пределах выработки является продольное профилирование с шагом между приемниками 1—2 м и длиной годографа до 50 м. Обеспечивается система многократного перекрытия, предусматривающая получение прямых и обратных годографов. При этом параллельно регистрируются как продольные, так и поперечные волны с точностью отсчета времен порядка 1 • 10~4 с. Профили располагаются в различных частях ствола параллельно оси выработки. Наблюдения такого рода позволяют определить области пониженных скоростей, обусловленных воздействием на породу в процессе проходки штольни, а также неравномерностью поля напряжений по поверхности выработки, вызванной горным давлением. Одновременно определяются величины скоростей и градиенты их изменения. Сведения о скоростях vp и V5 дают возможность, используя зависимость (1.13), вычислить коэффициент Пуассона, являющийся показателем структуры и состояния горной породы. Поскольку обычно по данным специальных измерений известны плотности соответствующих категорий грунтов, то можно рассчитать значения упругих параметров, таких как модули Юнга (E) и всестороннего сжатия (К), по формулам
где у = V5IV?.
О состоянии горных пород вблизи ствола можно судить на основании детального изучения поляризационных характеристик поперечных волн и вычисления параметров анизотропии. При проведении специальных работ в этом направлении ориентацию профилей наблюдений по отношению к оси выработки необходимо варьировать. Напомним, что наличие анизотропии наиболее просто определяется по разнице времени вступлений для SV- и АЯ-волн на одной и той же базе источник—приемник.
Важными параметрами, характеризующими состояние ствола выработки, являются коэффициенты поглощения P- и 5-волн, определяемые теми же способами, какие были указаны выше. Большое значение имеет обнаружение корреляционных зависимостей между скоростями (либо модулями упругости) и показателями поглощения, а также анализ частот и формы импульсов в волнах обоих типов.
10.2. ПРОСВЕЧИВАНИЕ ОБЛАСТЕЙ, ПРИМЫКАЮЩИХ К ГОРНЫМ ВЫРАБОТКАМ
Изучение околоскважинного пространства. Непродольное вертикальное сейсмическое профилирование дает возможность изучить распределение параметров в некоторой области, примыкающей к скважине. В результате можно, в частности, изучить контуры геологических тел сложной формы, что недоступно методам, при которых источники и приемники размещаются на поверхности земли.
Рассмотрим вначале случай, когда требуется уточнить распределение скоростей v(x, у, z), а по возможности и других параметров, в некоторой области, примыкающей к скважине. Предполагается, что источники размещаются на поверхности земли, а сейсмографы — вдоль ствола скважины. В общем случае трехмерной задачи пространство вокруг скважины разбивается на отдельные области, например, кубической формы. В первом приближении предполагаем, что скорости в локальных областях соответствуют данным сейсмокаротажа и ВСП вдоль ствола скважины. После этого для каждого положения источник—приемник находится форма сейсмического луча и длины отрезков As в каждой из локальных областей. Измеренное время распространения волны равно, очевидно, сумме Д5*/и*> где пределы изменения k определяются количеством пересеченных лучом областей. Следовательно, для каждого положения источник—приемник можно записать одно линейное условное уравнение для искомых величин Uvk. Методика наблюдений строится так, чтобы количество
(10.4)
177
Часть III. Методы структурной сейсмологии
условных уравнений было в несколько раз больше, чем число искомых значений \lvk. Это дает возможность применить способ наименьших квадратов и составить систему нормальных уравнений с требуемым числом искомых переменных. Найденные значения скоростей в каждой из локальных областей рассматриваются в качестве второго приближения; если дифференциация среды невелика, то полученные значения могут считаться окончательными. В противном случае процесс составления условных, затем нормальных уравнений повторяется при уточненных значениях скоростей в локальных областях. Решение задачи существенно упрощается в двумерном варианте, т. е. при нахождении функции v (де, z).
Необходимо отметить, что зона вокруг скважины, в которой можно определять физические параметры, суживается в сторону забоя скважины, и это необходимо принимать во внимание при расчленении среды на локальные области.
