111МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (Новосибирский государственный университет, НГУ)»

Геолого-геофизический факультет

Направление подготовки «Геология», магистратура

Кафедра ______________________________________

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТРА

Студента Чернышова Глеба Станиславовича

" Построение сейсмической скоростной модели верхней части разреза в областях распространения мерзлоты "

Руководитель:  к. ф.-м. н., доцент 

  _________________

  (подпись руководителя)

Студент:  _____________________

  (подпись студента)

Допуск к защите  Зав. Кафедрой, д. т.н., академик РАН

  ______________________ 

  (подпись зав. кафедрой)

Новосибирск

2017

Оглавление

Введение.        3

Глава 1. Методы малоглубинной сейсмики.        4

Глава 2. Методика послойного восстановления разреза.        12

Глава 3. Обработка реальных данных.        23

Заключение        30

Список литературы        31

Введение.

Свыше 60% территории нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты. На этих землях интенсивно добываются различные полезные ископаемые. Техногенное воздействие вызывает локальные, неизбежные изменения в геокриологических условиях, которые могут приводить к интенсивному оттаиванию вечной мерзлоты [Джурик, Серебренников, 2004]. При ее деградации деструктивные экзогенные процессы начинают протекать интенсивнее, могут перейти в катастрофическую стадию. В последние двадцать лет в зоне вечной мерзлоты увеличилось число аварий на объектах инфраструктуры [Булыгина и др., 2005].

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Важным научным и практическим направлением является определение строения верхней части разреза в областях распространения вечной мерзлоты и мониторинг ее изменений во времени. Для таких целей используются методы инженерной геофизики. Самыми распространенными являются методы геоэлектрики: электропрофилирование и вертикальное электрозондирование, электрическая томография, резистивиметрия. При этом могут возникать трудности при интерпретации данных, связанные с экранирующим слоем мерзлых пород [Смилевец, 2003]. Методы малоглубинной сейсмики важны для определения геомеханических свойств верхней части разреза [Воронков, 2009]. Для получения наиболее надежных результатов развиваются методы комплексных исследований [Ельцов и др., 2014].

Целью данной работы было повышение информативности инженерной сейсморазведки при изучении разрезов со сложной структурой, характерной для районов с присутствием многолетнемерзлых пород.

Задача заключалась в разработке метода послойного построения скоростного разреза по данным времен первых вступлений, рассчитанного на модели с латеральными неоднородностями и резкими контрастами скоростей.

Для достижения цели работа разделялась на три этапа:

Разработка и программная реализация методики послойного построения скоростного разреза. Тестирование на синтетических моделях и сравнение со стандартными методами (лучевая томография, метод Т0`). Апробация методики на реальных данных.

Глава 1. Методы малоглубинной сейсмики.

       В рамках инженерной геофизики сейсмика используется для определения механических свойств пород, картирования тектонических нарушений, изучения устойчивости криолитозоны и других геологических структур, осложняющих строительство и функционирование инженерных сооружений [Горяинов, 1992]. Малоглубинная сейсморазведка также используется для определения свойств верхней части разреза (ВЧР) примерно до глубин 500 м для определения статических поправок при обработке сейсморазведочных данных.

При этом методы малоглубинной сейсмики развиваются достаточно медленно – в подавляющем большинстве случаев уже много лет используются стандартные методы, которые либо рассчитаны на простые модели сред, либо требуют участия опытного интерпретатора для обработки данных в сложных случаях.

В настоящее время ведутся исследования по использованию отраженных волн в практике малоглубинной сейсмики [Ярославцев и др., 2012; Скворцов и др., 2011]. Однако их использование оказывается затруднительным и заметно менее эффективным по сравнению с нефтегазовой сейсморазведкой. Поэтому в малоглубинной сейсмике используют более технологичные в смысле проведения полевых измерений подходы, которые можно называть методом первых волн (МПВ). Он основан на анализе волн, наблюдаемых в первых вступлениях. Интерпретация таких волн может быть затруднена при сложных распределениях скорости, таких как наличие высокоскоростных прослоек и слоев с пониженной скоростью. Выделяются два основных направления МПВ, основанные на головных и рефрагированных волнах [Пузырев, 1997].

Рассмотрим основные методы обработки, используемые в данном подходе.

Метод преломленных волн (метод t0`). Первый метод основывается на предположении, что в первых вступлениях регистрируются головные или субголовные волны (понятие субголовных волн относится к волнам, идущим не строго вдоль границы, а проникающим в нижележащий слой при градиентном распределении скорости или положительной кривизне границы).

Рассмотрим встречные годографы Г1 и Г2, соответствующие пунктам взрыва О1 и О2 и увязанные между собой во взаимных точках, где взаимное время равно T (Рис. 1). Времена прихода t1и t2 обеих преломленных волн в произвольную точку наблюдения S, составляют:

               223

, - времена пробега вдоль соответствующих траекторий.

Заметим, что взаимное время равно:

               435

Тогда, из геометрических соображений (рис. 3), имеем соотношение:

               647

Введем величину, которую можно определить из данных:

               859

Рис. 1. Построение сейсмической границы по годографам головных волн.

Опустим из точки S перпендикуляр SC на границу R. Отсюда получаем:

               10611

               12713

где - средняя скорость, -граничная скорость, - критический угол, h – эхо-глубина до преломляющей границы.

Из (14) эхо-глубину h до преломляющей границы можно записать в виде:

               14815

Введем понятие разностного годографа где x – координата вдоль профиля. Граничная скорость определяется по наклону разностного годографа [Гурвич, Боганик, 1980]:

               16917

Таким образом, мы определили эхо-глубину h до границы и значение граничной скорости. Эту процедуру можно применять для нижележащих слоев.

Основные ограничения метода:

радиус кривизны преломляющей границы должен быть значительно больше глубины ее залегания; граничная скорость изменяется плавно; слой над границей должен быть однородным.

В добавок к указанным выше, МПВ имеет еще несколько серьёзных ограничений [Пузырев, 1997]. Эффективность этого метода резко падает при углах наклона границ больше 15-20° и при перепаде скоростей более 10 %. Также метод МПВ не может быть использован при маленькой протяженности границ (особенно при регистрации головных волн).

Есть ряд подходов, используемых для решения обратной задачи построения скоростных моделей в случае сложной среды. Здесь можно выделить два основных направления:

- кинематическая инверсия для слоистых сред, в которой важную роль играют границы с резкими изменениями свойств;

- томографическая инверсия, в которой, как правило, предполагается гладкие неоднородности скоростей.

Вначале рассмотрим методы, явным образом учитывающие границы в моделях. 

Метод прямого моделирования. При построении глубинных разрезов в этом случае рассматривается слоисто-неоднородная скоростная модель. В заданной модели проводится решение прямой задачи, т. е. расчет времен пробега целевых волн методом лучевого трассирования. Затем рассчитанные времена сравниваются с наблюденными, и производится модификация модели в ручном режиме для уменьшения невязки между ними [Суворов и др., 2013].

Метод полей времен. Исходными данными для метода служат годографы преломленных волн, распределения скорости в слоях. Необходимо рассчитать поля времен головных волн по всем имеющимся годографам головных волн. Затем для каждой пары встречных годографов поля времен головных волн суммируются (рис. 2).

Рис. 2. Построение границы по встречным годографам.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4