1 , , / Физическая мезомеханика
Попытка локализации наведенных сейсмических границ
в ближней зоне мощного виброисточника
, ,
Институт геофизики СО РАН, Новосибирск, Россия
Выполнен комплекс экспериментов по локализации неустойчивых сейсмических границ, наблюдаемых при акустическом
просвечивании рыхлой среды, подвергаемой динамическому нагружению. Проведены эксперименты по проверке корректности
применяемых методик и аппаратуры акустического просвечивания. В частности, экспериментально установлено, что
1) импульсное и непрерывное квазигармоническое зондирование при использовании одного и того же источника колебаний
дают идентичные результаты (что позволяет корректно сопоставлять сейсмограммы, получаемые этими двумя типами зондирую-
щих сигналов);
2) при условии безотрывности платформы поверхностного источника колебаний от грунта генерируемые им импульсные
воздействия типа нагрузки-сжатия и типа разгрузки-разрежения дают совершенно идентичные сейсмограммы противоположной
полярности, что свидетельствует о линейности зондирования, то есть процесс акустического зондирования в данных экспериментах
сам по себе не порождает нелинейных эффектов.
Межскважинными просвечиваниями выявлена значительная скоростная неоднородность просвечиваемого блока, скорости
продольных волн в котором изменяются от 330 до 470 м/с. Исследование волнового поля при межскважинном просвечивании
выявило существенное отрицательное влияние трубных волн, как бегущих, так и стоячих. Установлено, что бегущие и стоячие
волны в одной и той же скважине возникают одновременно, но имеют различный спектральный состав и декремент затухания.
Выявленная при динамическом нагружении среды наведенная граница не соответствует ни одной из сейсмических границ, наблю-
даемых при просвечивании невозмущенной среды, но попадает в область коды трубных волн. Таким образом, природа наведенных
границ остается по-прежнему до конца нераскрытой.
© , ,
1. Введение
Эффектом наведенных границ названо явление ано-
мально высокой чувствительности некоторых сейсми-
ческих границ к интенсивному динамическому воздей-
ствию [1]. Этот эффект был обнаружен при исследова-
нии вариаций акустических параметров рыхлой среды
под воздействием пульсирующего (вибрационного) ди-
намического нагружения. В частности, он может прояв-
ляться как возникновение/исчезновение или раздвоение/
слияние некоторого сейсмического импульса в разных
фазах циклического динамического нагружения. Под
фазами нагружения понимаются мгновенные относи-
тельные значения напряженно-деформированного со-
стояния среды, вызванные искусственным пульсиру-
ющим воздействием, такие как максимальное и мини-
мальное сжатие (разгрузка), максимальные скорости
нагрузки/разгрузки и все промежуточные состояния. В
наших экспериментах [1] мы делили полный цикл сину-
соидальной нагрузки/разгрузки на 15 или 16 равно-
отстоящих по аргументу синуса фаз и в каждой из этих
фаз получали сейсмограмму акустического просвечива-
ния нагружаемой среды. Технологический процесс, в
результате которого вместо одной обычной сейсмо-
граммы получается семейство сейсмограмм, соответст-
вующее всем фазам нагружения, мы назвали расщепле-
нием сейсмограмм по фазам динамической нагрузки.
Оригинальный метод, с помощью которого оказалось
возможным получать расщепленные по фазам нагрузки
сейсмограммы, основан на совмещении методов виб-
рационного сейсмозондирования и стробоскопирова-
ния и потому назван корреляционно-стробоскопичес-
ким [1, 2]. Эксперимент по получению расщепленных
сейсмограмм состоит в одновременном воздействии на
изучаемую среду мощного низкочастотного сейсмичес-
кого вибратора и системы высокочастотного геоакусти-
ческого просвечивания на непрерывных колебаниях.
, , / Физическая мезомеханика 2
Ввиду особых u1090 требований к датчикам акустического
сигнала (в частности, обычные сейсмоприемники для
этой цели непригодны), а также большого объема пер-
вичной измерительной информации и высокой вычис-
лительной трудоемкости последующей корреляционно-
стробоскопической обработки реально можно получать
этим методом только отдельные сейсмические трассы
(а не все волновое поле). Априори несомненно, что сре-
да под платформой мощного стационарного вибратора
отличается от прилегающих областей вследствие дли-
тельного воздействия интенсивных вибраций. Поэтому
для интерпретации полученных результатов, а именно,
локализации обнаруженных эффектов в просвечивае-
мом пространстве, необходимо провести детальное
сейсмическое исследование волнового поля обычными
методами.
Объектом исследования в настоящей работе является
массив грунта в окрестности 30-тонного стационарного
вибратора, а также сейсмогеологическое строение сре-
ды, в которой обнаружен вышеупомянутый эффект.
2. Методика и результаты сейсмоакустического
исследования
На рис. 1 представлена схема просвечиваний блока
среды под платформой сейсмического вибратора. Про-
свечивание выполнялось как по горизонтальным, так и
по вертикальным профилям. Вертикальные профили
простреливались по 4 скважинам, пробуренным с раз-
ных сторон вибратора. Глубина скважин от 7 до 12 м.
Горизонтальные профили были проведены вкрест: один
пересекал ближнюю зону сейсмовибратора, другой был
направлен в сторону от вибратора. Источник просвечи-
вающих колебаний — поверхностный пьезокерамичес-
кий излучатель.
Просвечивание по вертикальным профилям выпол-
нялось как с помощью поверхностного, так и с помо-
щью скважинного пьезокерамических источников. Оба
источника могли работать как в импульсном режиме
излучения (при приеме выполнялось синхронное накоп-
ление импульсных воздействий), так и в вибрационном
свип-режиме (с восстановлением импульсных сейсмо-
грамм путем корреляционного преобразования по мето-
ду «вибросейс»). Импульсный метод использовался в
случаях, когда было важно выделить слабые первые
вступления, особенно при межскважинном просвечи-
вании, вибрационный — при необходимости добиться
максимального отношения сигнал/шум в эксперимен-
тах, когда просвечивание сопровождалось низкочастот-
ными колебаниями мощного вибратора. При этом, если
требовалось еще и выделить вариации волнового поля,
вызванные вибратором, применялся корреляционно-
стробоскопический метод, позволяющий расщепить
каждую трассу сейсмограммы по фазам динамического
воздействия. Подробно об этом методе сказано в [1].
Для того чтобы можно было корректно сопоставлять
результаты просвечиваний, полученные при импульс-
ном и непрерывном квазигармоническом зондировании,
необходимо было убедиться, что оба метода в равных
условиях дают абсолютно идентичные волновые поля.
Здесь необходимо сделать одно важное замечание.
В проведении экспериментов методом «вибросейс» в
сейсморазведке накоплен огромный опыт. Как известно,
«вибросейс» в настоящее время практически вытеснил
взрывные методы как по экологическим, так и по эко-
номическим причинам. Разумеется, сравнение сейс-
мограмм, полученных «вибросейсом», и взрывных
сейсмограмм проводилось неоднократно многими сейс-
моразведчиками. Как правило, отмечалось, что все ос-
новные отражающие границы выделяются обоими
методами, но полной идентичности формы каждого
отдельного волнового импульса, особенно в самой на-
чальной части сейсмограммы, пока что никому добить-
ся не удавалось. Это можно объяснить как нелинейными
явлениями при взрыве, так и тем, что источник взрыва
находится в скважине, а вибратор — на поверхности, и
ожидать идентичности зондирующих сигналов от них
при любых ухищрениях с помощью фильтрации и дру-
гих приемов обработки не следует. Тем не менее, среди
практиков укрепилось убеждение, что эта неидентич-
ность является какой-то принципиальной особенностью
вибросейсмического метода. Поскольку при изучении
нелинейных эффектов приходится сопоставлять весьма
тонкие изменения в волновых импульсах, полученных
разными типами зондирующих сигналов, необходимо
было отсеять сомнения в корректности таких сопостав-
лений. С этой целью мы провели сравнительное иссле-
дование результатов просвечивания обоими типами зон-
дирующих сигналов одним и тем же источником на
одном и том же профиле.
2.1. Сравнение импульсного и вибрационного
способов сейсмического просвечивания
Источником служил вертикальный поверхностный
пьезокерамический излучатель, установленный у устья Рис. 1. Схема просвечиваний ближней зоны 30-тонного вибратора
Суглинок
Обводненный
суглинок
Скальный фундамент
С1
С3
С2
С4
П1
П2
В
3 , , / Физическая мезомеханика
скважины 1, прием осуществлялся на вертикальном
профиле в скважине 2. На рис. 2 показаны с наложением
друг на друга сейсмограммы обоих просвечиваний. Не-
существенные расхождения в сейсмограммах связаны
с тем обстоятельством, что датчики при переходе с одно-
го метода зондирования на другой устанавливались за-
ново, то есть возможны были некоторые отклонения от
их местоположения. В случае же неизменности место-
положения датчика сейсмограммы получаются одинако-
выми, за исключением, разумеется, появления теорети-
чески обусловленных небольших боковых лепестков у
волновых импульсов, полученных из непрерывных ко-
лебаний, и остатков внешнего шума. Таким образом,
этим экспериментом мы доказали, что если при им-
пульсном и непрерывном зондировании используется
один и тот же источник, то и результаты получаются
идентичными — в полном согласии с теорией. Полага-
ем, что этот попутный результат важен также с точки
зрения экспериментального подтверждения теоретичес-
ких основ вибрационного сейсмозондирования.
2.2. Сравнение импульсных сейсмограмм, полученных
с помощью импульсов сжатия и разрежения
Второй попутно полученный результат, важный с
общетеоретической точки зрения, касается идентич-
ности сейсмограмм, полученных с помощью импульсов
сжатия и импульсов разрежения. Этот вопрос возник
при интерпретации волнового поля на горизонтальном
профиле, когда мы попытались привлечь для анализа
траектории смещения частиц в тех или иных волновых
импульсах, как это обычно делается в сейсмометрии.
Для этого, прежде всего, была экспериментально уста-
новлена полярность каждого импульсного воздействия
и знак «первого движения» реакции сейсмоприемников
на воздействие заданной полярности. Регистрация про-
водилась с помощью вертикальных и горизонтальных
сейсмоприемников (Х-ориентации). Поскольку в каж-
дом сеансе накоплений импульсы положительной и от-
рицательной полярности чередовались (особенность
пьезокерамического излучателя), то мы имели возмож-
ность, суммируя раздельно все положительные и все
отрицательные воздействия, сравнить полученные ре-
зультирующие сейсмограммы. Оказалось, что совпаде-
ние тех и других (с учетом инверсии) было практически
идеальным: после суммирования обеих сумм оставался
только шумовой фон без следов регулярного сигнала.
Единственная точка, где вертикальный сейсмоприемник
регистрировал существенное отличие положительного
и отрицательного воздействия, находилась в непос-
редственной близости от платформы пьезоизлучателя,
но там и сами колебания были слишком велики для их
линейной регистрации обычным сейсмоприемником.
Этот эксперимент показал, что источник зондирующих
колебаний работает в линейной области деформаций
среды и, следовательно, сам по себе не порождает нели-
нейных эффектов. Значит, те нелинейные эффекты, ко-
торые мы наблюдаем (изменения скорости, затухания
и появление наведенных границ), связаны с динамичес-
ким воздействием на среду другого, значительно более
мощного источника — сейсмического вибратора.
2.3. Результаты поверхностного зондирования
На рис. 3 представлены с наложением друг на друга
сейсмограммы волновых полей Zz
и Zx по поверхност-
ному профилю П1 (в направлении от вибратора). Анализ
такой совмещенной записи позволяет легче распознать
разные типы волн по траекториям движения частиц поч-
вы. В частности, видно, что на сейсмограмме присут-
ствуют как Р-, так и S-волныяяяяя. В области первых вступ-
лений и продольных волн (на рис. 3) мы наблюдаем
Рис. 2. Сравнение импульсных (тонкие линии) и вибрационных акустосейсмограмм на вертикальном профиле в скважине 2
0
-200
-400
-600
-800
, , / Физическая мезомеханика 4
следующую картину. В первом вступлении находится
прямая слегка рефрагированная волна с кажущимися
скоростями от 315 м/с на начальном участке профиля
до 370 м/с — в конце. Средняя скорость на всем интер-
вале наблюдения — 340 м/с.
В прямой волне мы наблюдаем еще один весьма
интересный эффект — инверсию фазы смещения час-
тиц. Выше мы упоминали, что сейсмограмма на рис. 3
приведена в полярности, соответствующей воздействию
типа импульса сжатия, когда платформа источника уда-
ряет по грунту сверху вниз. Естественно, что вертикаль-
ный датчик, стоящий непосредственно рядом с платфор-
мой, должен зарегистрировать первое движение также
вниз, т. е. отрицательный сигнал. Но до профильных дат-
чиков волна должна добежать как волна сжатия и, следо-
вательно, они должны откликнуться положительным
сигналом. Значит, на каком-то расстоянии от источника
должна произойти инверсия фронта сигнала. Именно
этот эффект мы и наблюдаем в первых вступлениях
между датчиками, стоящими на расстоянии 1 и 2 м от
платформы вибратора. Первый движется вместе с плат-
формой источника, а второй и все последующие уже
реагируют на порожденную платформой волну сжатия.
Здесь, кстати, можно отметить, что аналогичную карти-
ну мы наблюдаем и при изучении волнового поля ближ-
ней зоны мощного вибратора, только в этом случае гра-
ница инверсии проходит на расстоянии около 5 м от
края платформы.
Далее на сейсмограмме (рис. 3) видны две четких
Р-волны, отраженных от горизонтальных границ, с вре-
менами выхода вертикальных лучей 50 и 75 мс. Первую
из них мы относим к верхам водоносного горизонта,
который здесь находится на глубине 8–9 м (уровень
колеблется), что подтверждено бурением и последую-
щими межскважинными просвечиваниями. Это соот-
ветствует средней скорости Р-волн около 320–340 м/с
и u1087 подтверждается скважинными наблюдениями. Вторая
отраженная Р-волна, исходя из априорных геологичес-
ких данных, скорее всего, порождена поверхностью
выветрелого фундамента, глубина залегания которого
составляет по разным оценкам от 16 до 40 м. Уточнить
положение фундамента в зоне экспериментов помогло
последующее межскважинное просвечивание, которое
позволило определить скорость Р-волн ниже водонос-
ного горизонтам/с). Опираясь на это значение
скорости, по разности времен выхода на поверхность
отраженных волн от воды и фундамента (15 мс) можно
судить о глубине залегания последнего — 14 м ниже
воды, или 22–23 м ниже дневной поверхности.
Четкая SV-волна, характеризующаяся поперечными
лучу траекториями движения почвы, выходит на днев-
ную поверхность лишь на расстоянии 11 м от источника.
По-видимому, это та же самая граница, от которой мы
наблюдаем первую отраженную Р-волну. Ее максималь-
ная фаза на этом расстоянии соответствует времени про-
бега 140 мс. Пятиметровый интервал (11–16 м) S-волна
пробегает за 8.5 мс, что соответствует кажущейся ско-
рости ~ 590 м/с. Средняя скорость S-волны в верхнем
девятиметровом слое, рассчитанная по вертикальному
лучу, — 130 м/с.
Никаких существенных отличий от сейсмограмм
профиля П1 на доступном для наблюдений участке про-
филя П2 не обнаружилось. Таким образом, горизонталь-
ные поверхностные профили не выявили каких-либо
признаков особенного строения среды под вибратором
в отличие от естественной. Тем не менее, поверхност-
ные профили дали важную информацию об общем
сейсмогеологическом строении района экспериментов,
Рис. 3. Горизонтальный профиль П1: компоненты Z — жирные трассы, X — тонкие трассы
0
400
800
1200
1600
Время, мс
Дальность, см
40
5 , , / Физическая мезомеханика
наличии двух отражающих границ, одна из которых про-
является и на поперечных волнах. Более детальные по-
верхностные исследования в настоящее время невоз-
можны из-за серьезной поломки поверхностного пьезо-
керамического источника.
2.4. Результаты межскважинного просвечивания
подвибраторной зоны
Первые скважинные исследования мы проводили с
помощью поверхностного источника по методике вер-
тикального сейсмического профилирования. Именно в
этих экспериментах были обнаружены многие нелиней-
ные эффекты, в том числе наведенные границы, возни-
кающие при воздействии на среду мощных вибраций.
Для межскважинного просвечивания был разработан
скважинный пьезокерамический источник. Источник
представляет собой смонтированный в пластиковой гер-
метизированной маслонаполненной трубе блок цилинд-
рических пьезокерамических элементов радиальной
поляризации. При проведении эксперимента он опуска-
ется в скважину, заполненную водой или керосином, и
под действием электрического напряжения генерирует
волны давления соответствующей формы. Так же как и
поверхностный источник, он способен работать как в
импульсном, так и в непрерывном режимах с заданной
внешним генератором разверткой частоты (свипсиг-
налом).
Следует заметить, что первоначально мы распола-
гали двумя давно пробуренными 7–8-метровыми сква-
жинами. Затем были пробурены две новые более глубо-
кие (12-метровые) измерительные скважины. К счас-
тью, эти скважины были пробурены совсем рядом со
старыми (если бы это было по-другому, вряд ли бы мы
нашли причину одного из непонятных поначалу явле-
ний, о чем скажем ниже). Просвечивание с помощью
скважинного источника и датчиков давления сначала
выполнялось в новых 12-метровых скважинах. Исполь-
зовались всевозможные системы наблюдений: парал-
лельное просвечивание, когда источник и приемник пе-
ремещаются в разных скважинах, оставаясь всегда на
одинаковых глубинах; методика ОТВ (общая точка
взрыва) с пунктами возбуждения на глубинах 2, 4, 6, 8
и 10 м (источник — в скважине 3, приемник — в сква-
жине 4); источник и приемник в одной и той же скважи-
не и др., всего 12 различных систем наблюдений и пере-
крестных просвечиваний.
На рис. 4 приведена сейсмограмма межскважинного
просвечивания из скважины 3 в скважину 4 (рис. 4, а) и
Рис. 4. Волновое поле (а) при межскважинном просвечивании из скважины 3 в скважину 4 при параллельном смещении источника
и приемника; средняя скорость прямой Р-волны в зависимости от глубины по результатам просвечивания (б). Метки на сейсмо-
грамме проставлены в точках первых вступлений, выделенных при большом усилении
а
б
, , / Физическая мезомеханика 6
скоростной разрез, полученный по результатам анализа
первых вступлений этой сейсмограммы (рис. 4, б). Про-
свечивание выполнялось по методу параллельного сме-
щения источника и приемника. Волновое поле харак-
теризуется нечеткими, очень слабыми первыми вступле-
ниями, особенно в верхней части разреза и внезапно
возникающими интенсивными многофазными коле-
баниями — в последующей части. Местоположение
первых вступлений можно зафиксировать только при
большом усилении, при котором остальная часть сей-
смограммы становится нечитаемой. Поэтому сейсмо-
грамма на рис. 4, а представлена в амплитудном масш-
табе, удобном для обзора большей части волнового
поля, а на временах первых вступлений рукой интер-
претатора нанесены метки. При этом надо учесть, что
источник в силу относительно больших габаритов мог
смещаться только в диапазоне от 2 до 9.8 м, а приемник
смещался на всю глубину приемной скважины. Поэтому
волновое поле характеризуется тремя участками: верх-
ний (от 0.5 до 2 м) соответствует методу ОТВ с фиксиро-
ванным источником на глубине 2 м, средняя (от 2 до
~ 9 м — методу параллельного смещения, и нижняя (от
10 до 12.5 м) — ОТВ с фиксированным источником на
глубине 9.8 м.
В нижней части волнового поля видны мощные чет-
кие вступления на временах около 3.6 мс, что соответст-
вует скорости пробега прямой волны между скважи-
нами на глубинах свыше 9 м около 1 900 м/с. На этой
глубине находится водонасыщенный слой рыхлых отло-
жений, вскрытый скважинами. На глубине 15–40 м дол-
жен находиться скальный фундамент, но скважины не
достают до него, и точное его положение пока будем
считать неизвестным. Несомненно, должна существо-
вать отраженная от фундамента восходящая волна, и
Рис. 5. Первые вступления u1080 и трубные волны в скважине 4 от источника в скважине 3 на глубине 9.8 м
Рис. 6. Трубные волны в скважине 4 от источника в скважине 3 на глубине 2 м
7 , , / Физическая мезомеханика
если судить по сейсмограмме (рис. 4, а), единственная
волна, которая может претендовать на эту роль, — это
волна, вступающая на нижней трассе на рис. 4, а на
времени 35 мс. Однако она характеризуется слишком
низкой кажущейся скоростью 330 м/с. Похожая, но бо-
лее прозрачная, картина волнового поля наблюдается
на сейсмограмме просвечивания на рис. 5. В этом экспе-
рименте источник был зафиксирован на максимально
возможной глубине 9.8 м в скважине 3, прием сигнала
выполнялся по всему стволу скважины 4. Для удобства
обзора сейсмограмма представлена фрагментарно в
двух амплитудных масштабах, различающихся в 10 раз:
10-кратно увеличены амплитуды «хвостовой» части,
начиная с времени пробега 110 мс, и область первых
вступлений от нуля времени до, приблизительно, конца
самого первого периода колебаний (только для трасс,
относящихся к заглублениям приемника от 0.5 до 7.5 м).
На рис. 6 представлена аналогичная сейсмограмма
при фиксированном источнике на глубине 2 м. Отличие
ее параметров от сейсмограммы на рис. 5 только в том,
что область первых вступлений не увеличена, и, стало
быть, на всем интервале от 0 до 110 мс отображает ис-
тинное соотношение амплитуд. Местоположение пер-
вых вступлений, которые при таком усилении не видны,
помечено метками.
Характерная особенность всех сейсмограмм меж-
скважинных просвечиваний, примерами которых явля-
ются рис. 5 и 6, — наличие интенсивных многократно
отраженных волн с кажущейся скоростью около 330–
340 м/с и совершенно прямолинейными осями синфаз-
ности. Эти волны возникают как бы «из ничего» на вре-
менах 30–40 мс, то есть через 10–20 мс после прихода
первых вступлений (прямых волн), как очень слабые
колебания на ближайшем к источнику участке скважи-
ны; но по мере распространения по скважине они воз-
растают по амплитуде в несколько раз и начинают мед-
ленно затухать лишь после отражения от края u1089 скважины,
«на обратном ходу», независимо от того, пошла волна
сначала вверх, как на рис. 5, или вниз, как на рис. 6.
Самый яркий их признак — исключительно хорошая
преемственность соседних каналов и постоянство кажу-
щейся скорости (прямолинейность годографов). Спект-
ральный анализ и полосовая фильтрация показывают,
что одновременно возбуждаются два типа волн. Первые
относятся к начальной части сейсмограммы, имеют эф-
фективную полосу частот 160–300 Гц и затухают, успев
пробежать по всей длине приемной скважины 1–2 раза.
Вторые характеризуются на порядок меньшей ампли-
тудой, очень стабильной частотой, зависящей только от
параметров скважины (для 12-метровой — 88 Гц, для
Рис. 7. Сравнение сейсмограмм межскважинного просвечивания по старым (а) и новым (б) скважинам
а
б
, , / Физическая мезомеханика 8
Рис. 8. Сейсмограммы просвечивания подвибраторного пространства в трех расстановках источника: на глубинах 2 (а), 4 (б) и
6 м (в); лучевые траектории и изохроны для источника на глубине 6 м
а
б
в
г
9 , , / Физическая мезомеханика
7-метровой скважины 2 — 205 Гц). Эти волны возника-
ют почти одновременно с первыми, с небольшим отста-
ванием, и на их фоне сначала не видны, однако высоко-
добротная фильтрация их уверенно выделяет. Они очень
медленно затухают, так что приблизительно через
100 мс после импульсного воздействия, когда волны
первого типа падают ниже уровня шума, в приемной
скважине остается только волна второго типа, практи-
чески потерявшая информацию о вызвавшем ее воз-
действии. Эти и последующие эксперименты, а также
теоретические оценки, убеждают, что здесь мы столкну-
лись с интенсивными трубными волнами двух типов —
бегущими и стоячими. Мы вынуждены так подробно
исследовать этот вопрос не только потому, что они се-
рьезно затрудняют изучение массива вмещающей сре-
ды. Действительно, доверять в этом случае можно толь-
ко первым вступлениям прямых волн, которые, как мы
уже отмечали, малы по амплитуде и, главное_____, весьма
неустойчивы по форме. Главное же, необходимо удос-
товериться, что «наведенные границы» — это не какой-
либо побочный эффект трубных волн. Обращаясь к на-
шим прошлым экспериментам, убеждаемся, что на-
веденные границы наблюдаются и в чисто наземных
экспериментах, проводившихся с поверхностным ис-
точником и приемниками, где не могло быть трубных
волн. К сожалению, поломка поверхностного излучате-
ля в самом начале полевого сезона не позволила выпол-
нить в текущем году весь запланированный с ним объем
работ. Они были заменены скважинными эксперимен-
тами.
Разгадать причину «плохих фронтов» и в конечном
итоге решить проблему межскважинного просвечива-
ния помогли старые 7-метровые скважины. Повторные
эксперименты, выполненные одновременно на паре ста-
рых и паре новых скважин, показали, что новые скважи-
ны пока что мало пригодны для таких исследований, и
единственно разумное объяснение этому — плохой, не-
устоявшийся контакт обсадных труб с породой выше
водного горизонта. Для обоснования вышеприведенных
утверждений остановимся подробнее на результатах
сравнительного эксперимента в новых и старых сква-
жинах.
Результат сравнения представлен на рис. 7. В этих
экспериментах источник поочередно устанавливался в
скважинах 1 и 3 на фиксированной глубине 6 м. Прием
проводился соответственно в скважинах 2 и 4 с умень-
шенным шагом 0.25 м. Верхняя сейсмограмма — ста-
рые скважины, нижняя — новые, расстановки приборов
одинаковы. Видно, что в новых скважинах, в отличие
от старых, почти не видно четких первых вступлений:
они неустойчивы, меняют амплитуду и фазу от трассы
к трассе, тогда как последующие колебания (как мы
теперь понимаем — трубные волны) довольно похожи.
Аналогичная картина наблюдается и при других поло-
жениях источника. Именно этот эксперимент привел к
окончательному убеждению, что для межскважинного
просвечивания необходимо тщательное заполнение пус-
тот затрубного пространства породой или флюидом. На
старых скважинах, пробуренных 3 года назад, это про-
изошло естественным путем вследствие u1086 осадков и дли-
тельного воздействия вибраций, новые обсадные трубы
еще не успели как следует «врасти» в грунт.
Обратимся теперь непосредственно к интерпрета-
ции просвечивания по старым скважинам. На рис. 8 (а–
в) приведены сейсмограммы, соответствующие трем
заглублениям источника (2, 4 и 6 м) в скважине 1 и при-
емникам — в скважине 2. В частности, при положении
источника на глубине 6 м, сейсмические лучи, проходя-
щие под вибратором, настолько искривляются, что дос-
тигают всех точек приемной скважины почти одно-
временно, плоским фронтом (рис. 8, в). Точнее, можно
заметить, что «прямая» волна быстрее всего добегает
до 2-метровой отметки скважины 2. На рис. 8, г сделана
попытка томографического построения поля времен и
изохрон для этого случая. Из этого построения следует,
что в подвибраторном массиве существует область со
скоростью повышенной, по крайней мере, до 470 м/с.
Заметим, что это не противоречит ранее построенному
скоростному разрезу (рис. 4, б), так как он свидетельст-
вует только о средних скоростях. Таким образом, можно
утверждать, что налицо значительная неоднородность
просвечиваемого блока, скорости продольных волн в
котором изменяются от 330 до 470 м/с. Мы надеемся,
что более детальная обработка полученного экспери-
ментального материала позволит уточнить строение
блока.
3. Выводы
1. Выполнены эксперименты по проверке коррект-
ности применяемых методик и аппаратуры акустичес-
кого просвечивания. В частности, экспериментально
установлено, что
– импульсное и непрерывное квазигармоническое
зондирование при использовании одного и того же ис-
точника колебаний дают идентичные результаты (что
позволяет корректно сопоставлять сейсмограммы, по-
лучаемые этими двумя типами зондирующих сигналов);
– при условии безотрывности платформы поверх-
ностного источника колебаний от грунта генерируемые
им импульсные воздействия типа нагрузки-сжатия и
типа разгрузки-разрежения дают совершенно идентич-
ные сейсмограммы противоположной полярности, что
свидетельствует о линейности зондирования, то есть
процесс акустического u1079 зондирования в данных экспе-
риментах сам по себе не порождает нелинейных эф-
фектов.
2. Межскважинными просвечиваниями выявлена
значительная скоростная неоднородность просвечивае-
, , / Физическая мезомеханика 10
мого блока, скорости продольных волн в котором изме-
няются от 330 до 470 м/с.
3. Исследование волнового поля при межскважин-
ном просвечивании показало существенное мешающее
влияние трубных волн, как бегущих, так и стоячих. Уста-
новлено, что бегущие и стоячие волны в одной и той
же скважине возникают одновременно, но имеют раз-
личный спектральный состав и декремент затухания.
Необходимо усовершенствовать систему наблюдений
для борьбы с трубными волнами.
4. Выявленная при динамическом нагружении среды
наведенная граница не соответствует ни одной из сей-
смических границ, наблюдаемых при просвечивании
невозмущенной среды, но попадает в область коды труб-
ных волн. Таким образом, природа наведенных границ
остается по-прежнему до конца нераскрытой.
Работа выполнялась при поддержке РФФИ, гранты
, .
Литература
1. , , Эксперимен-
тальное исследование мгновенных вариаций скорости и затухания
сейсмических волн в рыхлой среде in situ, подвергаемой пульси-
рующей динамической нагрузке // Геология и геофизика. – 2001. –
Т. 42. – № 7. – С. 1137–1146.
2. , , Акусти-
ческое исследование нелинейных и реологических явлений в
ближней зоне сейсмического вибратора // Геология и геофизика. –
1996. – Т. 37. – № 9. – С. 156–165.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
