На правах рукописи ЯКОВЛЕВ Андрей Сергеевич ОБОСНОВАНИЕ
advertisement
На правах рукописи ЯКОВЛЕВ Андрей Сергеевич ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ МЕТОДОМ ОТРАЖЕННЫХ ВОЛН СПОСОБОМ ОБЩЕЙ ГЛУБИННОЙ ТОЧКИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ И ПРИГОРОДАХ Специальность 25.00.10 – Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете. доктор геолого-минералогических наук, профессор Телегин Александр Николаевич Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук Рыбалко Александр Евменьевич кандидат геолого-минералогических наук Мельников Евгений Константинович Ведущая организация – ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга» Защита диссертации состоится 22 июня 2011г. в 16 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 4312 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СанктПетербургского государственного горного института. Автореферат разослан 20 мая 2011 г. УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета к.г.-м.н. И. Г. Кирьякова 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Территория Санкт-Петербурга и его пригородов характеризуется довольно сложным строением верхней части разреза (ВЧР) - значительными перепадами рельефа геологических границ, наличием погребенных палеодолин и палеоврезов, а также тектонических нарушений, в том числе и геодинамически активных. Зоны новейших тектонических движений являются наиболее опасными для инженерных сооружений, поскольку приводят к изменению физико-механических свойств пород. Над зонами активных разломов отмечаются деформации зданий и сооружений, частое разрушение полотна дорожных покрытий, повышенная аварийность на подземных инженерных коммуникациях. В современном рельефе активные разломы практически не проявляются, из-за нивелирующих неровности современного рельефа техногенных отложений. В связи с этим, для детального изучения ВЧР и выделения тектонических нарушений необходимо применять комплекс геофизических методов. Одним из основных геофизических методов, используемых при инженерных изысканиях для расчленения геологического разреза и выделения тектонических нарушений, является сейсморазведка. Наиболее детальные сведения о строении ВЧР позволяет получать малоглубинная сейсморазведка методом отраженных волн способом общей глубинной точки (МОВ ОГТ). Использование продольных волн отличается простотой возбуждения и регистрации колебаний, в сравнении с поперечными волнами и позволяет получать сведения о степени водонасыщения пород, в частности о положении уровня грунтовых вод. Ограниченное применение МОВ ОГТ с использованием продольных волн связано со сложным характером регистрируемой волновой картины, в частности, с наличием на сейсмических записях интенсивных низкоскоростных поверхностных и техногенных помех, затрудняющих выделение отражений от неглубоко залегающих границ. Вопросам применения сейсморазведки в инженерной геологии и гидрогеологии посвящены работы следующих авторов: Н.Н. Горяинов, Ф.М. Ляховицкий, В.Н. Никитин, П.И. Дик, В.В. Палагин, 3 А.Я. Попов, И.А. Санфиров, D.W. Steeples, R.D. Miller, J.A. Hunter, S.E. Pullan, R. Spitzer и др. В ряде работ рассмотрены примеры использования малоглубинных сейсмических методов, в том числе и метода МОВ ОГТ при изучении геодинамически активных разломов на территории сейсмически активных регионов, таких как Греция и штат Калифорния (США). На территории Санкт-Петербурга и его пригородов ВЧР отличается незначительной скоростной дифференциацией, и небольшими амплитудами смещений по разломам (как правило, первые метры). Поскольку в исследуемом районе малоглубинная сейсморазведка методом МОВ ОГТ с использованием продольных волн практически не применялась, особенности регистрируемых волновых полей, их связь с геологическим строением ВЧР, и, следовательно, возможности метода для решения инженерногеологических задач изучены недостаточно. В связи с этим, отсутствует оптимальная методика работ и способы обработки сейсмических материалов. Представляется актуальным проведение исследований с целью разработки эффективной методики полевых работ, способов обработки и интерпретации материалов малоглубинной сейсморазведки МОВ ОГТ на продольных волнах, позволяющих ослабить поверхностные и техногенные волны-помехи, и обеспечить детальное изучение ВЧР и выделение тектонических нарушений на территории Санкт-Петербурга и его пригородов. Цель работы. Разработка методики малоглубинных сейсморазведочных работ МОВ ОГТ на продольных волнах, технологии обработки и интерпретации сейсмических материалов, позволяющих детально изучать упругие свойства верхней части геологического разреза на примере Санкт-Петербурга и его пригородов. Основные задачи исследований: Обосновать требования к методике сейсморазведочных исследований МОВ ОГТ с использованием продольных волн; Выбрать параметры методики малоглубинных сейсмических работ в Санкт-Петербурге и его пригородах, согласно предъявляемым требованиям; 4 Определить граф обработки сейсмических материалов, позволяющий максимально ослабить низкоскоростные поверхностные и техногенные волны-помехи и увеличить соотношение сигнал/помеха на результативных сейсмических разрезах; Разработать способы интерпретации результатов работ МОВ ОГТ для решения задач расчленения геологического разреза ВЧР и определения положения геологических границ, выявления малоамплитудных тектонических нарушений, зон разуплотнения пород, погребенных речных долин. Научная новизна: Разработаны принципы оптимизации методики сейсморазведочных работ МОВ-ОГТ для изучения верхней части разреза. Впервые получены сейсмические разрезы (волновые изображения) подтверждающие возможность выделения по результатам работ МОВ ОГТ малоамплитудных тектонических нарушений на территории Санкт-Петербурга и его пригородов. Защищаемые положения 1. Для решения задач изучения ВЧР и выделения малоамплитудных тектонических нарушений методика сейсморазведочных работ МОВ ОГТ должна удовлетворять следующим критериям: - обеспечить детальность изучения упругих свойств для их надежной интерпретации за счет оптимальной дискретизации результатов сейсморазведки по площади и глубине исследований; - зарегистрировать от каждого элемента дискретизации среды набор записей полезных сейсмических волн, необходимый для определения упругих свойств (сейсмограмму ОСТ); - ослабить волны-помехи при получении сейсмических записей или создать предпосылки для их ослабления на этапе обработки материалов без искажения кинематических и динамических свойств полезных волн. 2. Последовательное применение одноканальных частотных и двумерных фильтров в F-K и τ-ρ областях в процессе обработки материалов для ослабления низкоскоростных помех увеличивает 5 соотношение сигнал/помеха до значений, необходимых для достоверной интерпретации сейсмических результатов. 3. Разработанная методика полевых работ методом МОВ ОГТ и граф обработки сейсмических материалов обеспечивают в процессе интерпретации сейсмических разрезов (волновых изображений) определение положения геологических границ и выявление малоамплитудных тектонических нарушений – важных параметров для оценки геологического риска при строительстве на территории Санкт-Петербурга и его пригородов. Методика исследования. Для решения поставленных задач проведён анализ геологического строения территории СанктПетербурга и его пригородов, выполнены опытно-методические сейсмические работы методом МОВ ОГТ на одиннадцати участках и вертикальное сейсмическое профилирование в трёх гидрогеологических скважинах, что обеспечило обоснование параметров методики полевых работ. Произведена обработка и геологическая интерпретация полученных материалов. Наземные полевые работы выполнялись с использованием 24-х канальной цифровой сейсмостанции «Лакколит-Х-М2» (ООО «Логические системы). Исследования в скважинах выполнены с использованием каротажной станции КАМК-"АЛМАЗ-1" (ООО НПП ИНГЕО) и скважинного прибора АСПУ-ТС1-48 (АО НПП «ВНИИГИС»). Обработка фактических материалов выполнена с использованием программ FOCUS (Paradigm Geophysical) и ProMAX (Halliburton). Достоверность. Достоверность выполненных исследований определяется развернутым научным обоснованием параметров методики полевых работ, применением современных технологий обработки и интерпретации сейсмических материалов и сопоставлением полученных результатов с известными геологическими данными и результатами бурения. Практическая значимость. Разработана методика полевых сейсмических работ, граф обработки и способы интерпретации сейсмических материалов позволяющие изучать геологическое строение ВЧР и выделять тектонические нарушения в условиях интенсивных техногенных помех. Реализация результатов работы. Результаты, полученные в 6 настоящей работе, использованы при выполнении научноисследовательских работ СПГГИ (ТУ), а также при выполнении производственных работ Российским геоэкологическим центром филиалом ФГУГП «УРАНГЕО». Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования, сборе и анализе данных о геологическом строении района работ, разработке методики полевых работ, подготовке и выполнении полевых работ, обработке сейсмических материалов и геологической интерпретации результатов работ. Апробация работы. Основные результаты, полученные автором, докладывались на международных конференциях: «Геофизика 2009» (СПбГУ, Санкт-Петербург,2009), «День горняка и металлурга» (Германия, Фрайбергская горная академия, 2010 г.), II научнопрактической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург, 2011), а также на конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института (СПГГИ (ТУ), СанктПетербург, 2009, 2010). Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 4 статьи в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д. г.-м. н., профессору Телегину Александру Николаевичу. Автор благодарен за участие в обсуждении основных результатов и советы по рассматриваемым в диссертации вопросам коллективу кафедры геофизических и геохимических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых проф. А.А. Молчанову, зав. каф. проф. А.С. Егорову, проф. О.Ф. Путикову, асс. А.В. Екименко. Автор благодарит доц. А.А. Миллера за помощь при подготовке и проведении исследований в скважинах. Автор благодарит сотрудников УНЛ СТПР МПИ М.М. Печенкина и А.А. Янкилевича за помощь в организации полевых работ. Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и 7 заключения. Объём работы 131 страница машинописного текста, включая 50 рисунков, 3 таблицы и библиографический список из 94 наименований. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит общую характеристику работы. Первая глава посвящена рассмотрению влияния геологической среды и параметров невзрывных сейсмических источников на структуру волновых полей, регистрируемых в малоглубинной сейсморазведке, а также анализу современного состояния вопроса использования сейсмических методов при инженерно-геологических изысканиях. Вторая глава содержит краткую характеристику геологического строения и тектоники территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области. В третьей главе обоснованы критерии выбора методики сейсморазведочных работ, а с учетом сведений о геологическом строении района работ и анализе экспериментальных данных обоснованы параметры оптимальной методики малоглубинных сейсмических работ МОВ ОГТ в районе. В главе доказывается первое защищаемое положение. Четвертая глава посвящена выбору графа обработки сейсмических материалов, позволяющего максимально увеличить соотношение сигнал/помеха. В главе обосновывается второе защищаемое положение. Пятая глава содержит результаты геологической интерпретации сейсмических данных, полученных на территории Санкт-Петербурга и его пригородов. Рассмотрены возможности сейсморазведки при исследовании ВЧР в условиях города. В главе обосновывается третье защищаемое положение. Заключение содержит общие выводы по результатам исследования. ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ 1. Для решения задач изучения ВЧР и выделения малоамплитудных тектонических нарушений методика сейсморазведочных работ МОВ ОГТ должна удовлетворять 8 следующим критериям: - обеспечить детальность изучения упругих свойств для их надежной интерпретации за счет оптимальной дискретизации результатов сейсморазведки по площади и глубине исследований; - зарегистрировать от каждого элемента дискретизации среды набор записей полезных сейсмических волн, необходимый для определения упругих свойств (сейсмограмму ОСТ); - ослабить волны-помехи при получении сейсмических записей или создать предпосылки для их ослабления на этапе обработки материалов без искажения кинематических и динамических свойств полезных волн. Методика сейсмических работ определяется на основе априорных сведений об изменении упругих свойств изучаемой геологической среды по площади и глубине исследований. Основными элементами методики полевых работ в сейсморазведке МОВ ОГТ являются: шаг изучения разреза, количество накоплений ударных воздействий в каждом пункте возбуждения и параметры сейсмограммы общей средней точки (ОСТ): максимальное удаление источник-приемник и кратность наблюдений, а также дискретизация записи по времени. Шаг изучения разреза dX определяется половиной наименьшего из расстояний между источниками или приемниками и должен обеспечивать уверенную корреляцию результатов сейсмических работ, а также их представление без амплитудных и частотных искажений. Шаг dX зависит от конфигурации геологических границ, полосы регистрируемых частот и скорости распространения упругих волн: dX VT2 8tg , где V - скорость в покрывающей среде, м/с; T2 – период, соответствующий наибольшей частоте результативного разреза, с; φ - максимально возможный угол наклона изучаемых границ, градусы. Для наименьших значений скоростей продольных отраженных волн - 300 м/с (при наличии слоя техногенного грунта), углов наклона границ не более 200 и максимальной регистрируемой 9 частоты – 250 Гц, шаг изучения разреза составит - 0,5 м (соответственно шаг между приемниками или источниками – 1 м). В случае отсутствия насыпного грунта, при минимальных скоростях более 700 м/с шаг изучения разреза увеличивается до 1 м. Шаг изучения разреза важен не только для корреляции результатов сейсмических работ, но и при выполнении некоторых процедур обработки, в частности двумерной фильтрации. Основными помехами в малоглубинной сейсморазведке являются низкоскоростные поверхностные волны. Для их ослабления в процессе обработки, необходимо в поле получать набор записей ОТВ или ОТП с шагом 1–2 м. Выполнение этих условий позволит ослабить поверхностные волны с помощью двумерной фильтрации, определить изменение упругих свойств в изучаемом объеме геологической среды и выполнить их интерпретацию. Минимальное удаление источник-приемник определяет минимальную (начальную) глубину изучения разреза и составляет 0 м (т.е. пункт возбуждения и пункт приема совмещены). Максимальное удаление источник-приемник выбирается пропорционально наибольшей глубине изучения разреза, с учетом возможности выделить полезный сигнал на дальних удалениях на фоне случайных помех. На основании анализа полевых материалов максимальное удаление рекомендуется выбирать равным 100 м - в условиях интенсивных помех, и 200 м – при низком фоне помех. В условиях ограниченного количества каналов, для сохранения максимальных удалений и обеспечения малого шага между записями, рекомендуется выбирать расстояние между пунктами возбуждения равным удвоенному шагу между записями в сейсмограмме ОСТ, а расстояние между пунктами приема таким, чтобы обеспечить требуемое максимальное удаление источникприемник. В процессе обработки, полученные сейсмические записи следует отсортировать в сейсмограммы ОТП. Так, например, чтобы получить сейсмограмму ОТП с шагом между записями 1 м и максимальным удалением 200 м с использованием 48-ми канальной сейсмостанции рекомендуется располагать пункты приема с шагом равным 5 м (максимальное удаление составит 235 м), а пункты 10 возбуждения через 1 м. Кратность наблюдений (количество записей в сейсмограмме ОСТ) – определяет возможности изучения упругих свойств и выделение полезных волн при обработке материалов. Кратность выбирают исходя из соотношения сигнал/помеха на полевых записях и необходимой степени его повышения при обработке с помощью интерференционной системы на основе суммирования сейсмограмм ОСТ. В наземной сейсморазведке максимальная кратность, как правило, ограничена половиной числа каналов сейсмостанции. Поскольку полученные материалы характеризуются высоким уровнем помех, использовалась максимальная (для 48 каналов) величина кратности – 24. Для увеличения соотношения сигнал/помеха в малоглубинной сейсморазведке широко применяют накопление сигнала, увеличивающее возможность выделения регулярного сигнала на n раз, где n – фоне случайных помех приблизительно в количество накоплений. Следует помнить, что при большом количестве накоплений из-за «усталости» грунта и его разрушения происходит уменьшение амплитуды и увеличение периодов возбуждаемых колебаний (уменьшение частоты). Также большое количество накоплений приводит к снижению производительности работ. Величина n определяется по результатам опытнометодических работ исходя из величины соотношения сигнал/помеха с учетом возможных искажений записи за счет неупругих деформаций в грунтах. В данном исследовании n составляло от 1 до 5 ударов. На основании сформулированных требований рекомендуются следующие параметры методики сейсмических работ МОВ ОГТ на территории Санкт-Петербурга и его пригородов: - шаг изучения разреза – 0,5-1 м (зависит от наличия техногенных отложений в разрезе); - максимальное удаление источник–приемник – 100-200 м (в зависимости от уровня случайных помех); шаг дискретизации записи по времени – 1 мс, - кратность наблюдений не менее 24. 11 2. Последовательное применение одноканальных частотных и двумерных фильтров в F-K и τ-ρ областях в процессе обработки материалов для ослабления низкоскоростных помех увеличивает соотношение сигнал/помеха до значений, необходимых для достоверной интерпретации сейсмических результатов. Одной из характерных особенностей волнового поля в малоглубинной сейсморазведке с невзрывными источниками упругих волн является наличие низкоскоростных поверхностных волн (волны Релея и Лява) распространяющихся непосредственно от пункта возбуждения в виде расходящегося цуга интенсивных низкочастотных колебаний (рис. 1, а). На образование этих волн расходуется более 60% энергии ударного источника колебаний, в то время как на образование продольных волн приходится около 7–10%. При этом амплитуды поверхностных волн затухают с увеличением расстояния между источником и приемником медленнее, чем амплитуды отраженных волн. Вследствие чего, низкоскоростные волны-помехи преобладают на сейсмических записях и по интенсивности превосходят продольные отраженные волны на 40-60 дБ (в 1001000 раз), что затрудняет выделение отраженных волн вблизи пункта возбуждения. Невозможность выделения минимума годографа отраженной волны отрицательно сказывается на точности определения скоростной модели и снижает возможности разделения на временном разрезе отражений от близких границ. Отраженные и поверхностные волны различаются по частотному составу и по кинематическим параметрам (кажущимся скоростям). При использовании в качестве источника упругих волн кувалды массой 8 кг максимум амплитудно-частотного спектра поверхностных волн находится в диапазоне частот 10-40 Гц, в то время как максимум амплитудно-частотного спектра отраженных волн расположен в диапазоне частот 60-120 Гц. Кажущиеся скорости поверхностных волн, как правило, находятся в пределах 120-300 м/с, кажущиеся скорости отраженных волн обычно имеют значение больше 1000 м/с. Поэтому для ослабления поверхностных 12 волн может быть применена одноканальная частотная и двумерная фильтрации в F-K и τ-ρ областях. Несмотря на различия в частотном составе между поверхностными и продольными отраженными волнами применения полосовой частотной фильтрации оказывается недостаточно для выделения отраженных волн на небольших удалениях от пункта возбуждения, в области регистрации поверхностных волн. Применение двумерной фильтрации к сейсмическим материалам с низким соотношением сигнал/помеха приводит к образованию на сейсмограммах после фильтрации так называемых «артефактов» ложных осей синфазности, которые также затрудняют выделение отраженных волн. Перед применением двумерной фильтрации необходимо применять процедуры регулировки амплитуд и полосовую фильтрацию, чтобы снизить интенсивность поверхностных волн по отношению к отраженным и несколько увеличить соотношение сигнал/помеха. После процедур автоматической регулировки усиления (АРУ) и частотной фильтрации, поверхностные волны могут быть дополнительно ослаблены последовательным применением процедур двумерной фильтрации в F-K и τ-ρ областях. Волны, различающиеся по кинематическим особенностям в области (t, x), могут быть разделены в F-K области по наклону частотных характеристик, зависящих от кажущихся скоростей волн (рис. 1, б). Поскольку сейсмические записи всегда дискретны по пространственной координате (x) двумерные частотные спектры регистрируемого сигнала периодичны по волновому числу. Все волны, у которых волновое число K N 1/( 2dx) , зеркально отображаются с изменением знака скорости (эффект аляйсинга). Эффективность применения двумерной фильтрации в F-K области снижается с увеличением шага между записями из-за эффекта аляйсинга. Так, для разделения отраженных волн и поверхностной волны с кажущейся скоростью 250 м/с в диапазоне регистрируемых частот 10–250 Гц без эффекта аляйсинга шаг между записями в сейсмограмме должен составлять не более 0,5 м: 13 KN f 250 1 1 1 м 1 откуда x 0,5 м, * 250 V 2 K N 2 1 где KN - волновое число, м-1; ∆f - частота, Гц; V* - кажущаяся скорость, м/с; ∆x – шаг наблюдения, м. При увеличении шага между записями в сейсмограмме до 1 м, для кажущихся скоростей волн-помех – 250 м/с аляйсинг начинается с частоты 125 Гц, при шаге 5 м – с 25 Гц. Для меньших значений кажущихся скоростей аляйсинг происходит на меньших частотах. При этом спектры отраженных и поверхностных волн в F-K области перекрываются, что делает невозможным их разделение (рис. 1, б, в). Разделение волн по их кажущимся скоростям возможно также на основе линейного преобразования Радона (τ-ρ преобразование), представляющего собой плосковолновое разложение двумерной картины колебаний, осуществляемого суммированием вдоль прямых линий с перебором кажущихся скоростей Ax, t A , p , где t px - время пересечения прямой с осью t, а p 1 V* - величина наклона линии, обратная её кажущейся скорости (параметр луча). Прямолинейный годограф в t-x области преобразуется в точку в τ-ρ области, гиперболическая ось синфазности преобразуется в эллипс. Последовательное применение двумерной фильтрации в F-K и τ-ρ области после процедур регулировки амплитуд и полосовой фильтрации позволяет ослабить низкоскоростные поверхностные волны, а также нерегулярные помехи (в том числе техногенные) в диапазоне частот соответствующему максимуму амплитудночастотного спектра отраженных волн и увеличить соотношение сигнал/помеха до значений необходимых для достоверной интерпретации (рис. 2). Заключительной процедурой ослабления помех является интерференционная система, осуществляемая суммированием записей сейсмограммы ОСТ, что позволяет ослабить волны-помехи в 5 – 6 раз. 14 Рис. 2. Ослабление поверхностных волн: а – исходная сейсмограмма ОТП; б – сейсмограмма (а) после АРУ и полосовой фильтрации; в – сейсмограмма (б) после фильтрации в F-K и τ-ρ областях. 3. Разработанная методика полевых работ методом МОВ ОГТ и граф обработки сейсмических материалов обеспечивают в процессе интерпретации сейсмических разрезов (волновых изображений) определение положения геологических границ и выявление малоамплитудных тектонических нарушений – важных параметров для оценки геологического риска для строительства на территории Санкт-Петербурга и его пригородов. Сейсморазведка является одной из важнейших составляющих в комплексе геофизических методов применяемых при инженерногеологических изысканиях. Применение малоглубинной сейсморазведки МОВ ОГТ позволяет, в некоторых случаях, снизить стоимость производства работ за счет уменьшения объемов бурения и повысить их информативность. Возможность применения сейсмических методов для решения ряда инженерно-геологических задач основывается на различиях скоростей распространения упругих волн и характеристик их поглощения в породах отличающихся составом, свойствами и состоянием. Результатом сейсмических работ методом МОВ ОГТ являются временные сейсмические разрезы, характеризующие распределение упругих свойств в среде. С целью оценки возможностей применения малоглубинной сейсморазведки МОВ ОГТ на территории Санкт-Петербурга и его 15 пригородов для изучения верхней части разреза выполнено вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП). ВСП использовалось в комплексе с наземными сейсмическими наблюдениями для уточнения скоростной характеристики геологического разреза и идентификации сейсмических волн. Использование этих данных при обработке материалов наземной сейсморазведки МОВ ОГТ позволяет получать данные о глубине отражающих границ. По временам первых вступлений падающей (прямой) волны рассчитывались значения средних и интервальных скоростей продольных волн по глубине. Для выделения на сейсмограмме ВСП отраженных волн применялась двумерная фильтрация в F-K области. На сейсмограмме после фильтрации можно выделить отраженные волны от некоторых геологических границ, вскрытых скважиной, а также от более глубоких границ, не вскрытых скважиной. На рис. 3 представлено сопоставление фрагмента временного сейсмического разреза с материалами ВСП. Рис. 3. Сопоставление волновой картины на сейсмограмме ВСП после двумерной фильтрации в F-K области (внизу) и фрагмента временного сейсмического разреза МОВ-ОГТ (вверху). Район пос. Кавголово. Схожая структура волновой картины на наземном временном разрезе и на сейсмограмме ВСП и выделение на сейсмограмме ВСП отражений от неглубоко залегающих геологических границ 16 позволяют сделать вывод о возможности эффективного применения в районе исследований наземной малоглубинной сейсморазведки МОВ ОГТ для детального изучения верхней части геологического разреза. Для оценки возможностей сейсморазведки МОВ ОГТ при изучении малоамплитудных активных тектонических нарушений, выполнены сейсмические исследования на одиннадцати участках в черте города и в пригородах. Получены временные разрезы. На рисунке 4 представлен временной разрез вдоль профиля в районе города Пушкин. В геологическом разрезе участка выделяются снизу вверх: архейский складчатый фундамент, отложения венда (глины, алевролиты, песчаники), породы нижнего отдела кембрия (глины, песчаники) и четвертичные отложения (пески, супеси, глины). Мощность четвертичных отложений составляет 10-30 м. Рис. 4. Временной сейсмический разрез с вынесенными глубинами (район города Пушкин). На временном сейсмическом разрезе выделяется ряд отражающих границ. Для дальнейшей интерпретации временной разрез пересчитан в глубинный (рис. 5). Расчет ориентировочных глубин отражающих границ производился с использованием значений эффективных скоростей. Отражающие границы на разрезе разбиты серией разнонаправленных разрывных нарушений, проявляющихся в виде смещения осей синфазности. Смещения вдоль разломов составляют 17 первые метры. Согласно глубинному сейсмическому разрезу верхняя отражающая граница залегает на глубинах 10-20 м и вероятно соответствует границе между четвертичными отложениями и кровлей кембрийских глин. Мощность глин кембрия увеличивается от 40 м в районе пикетов 0-100 м, до 60-80 м в районе пикетов 150450 м. Ниже по разрезу предположительно залегает слой песчаников кембрийского возраста мощностью порядка 15 м. Отложения кембрия подстилаются глинами котлинского горизонта венда (рис. 6). На рисунке 7 представлен временной сейсмический разрез по профилю в районе станции метро «Гражданский проспект», где по геологическим данным выявлен ряд разрывных тектонических нарушений. В местах пересечения разломов подземными коммуникациями наблюдается их повышенная аварийность. В районе пикетов 40-70 м отмечено более 10 аварий на подземных коммуникациях. Также к местам прохождения разломов приурочены участки повышенных градиентов смещения опорных реперов в тоннелях метрополитена. Рис. 7. Временной сейсмический разрез с вынесенными глубинами (район станции метро «Гражданский проспект»). На временном разрезе, помимо отражающих границ связанных с отложениями четвертичного возраста, предположительно выделяется отражение от кровли глин верхнего венда (рис. 8). Отражающие границы разбиты серией разнонаправленных тектонических нарушений между пикетами 40-80 м и 100-140 м 18 проявляющихся в виде смещения и флексурных перегибов осей синфазности. Таким образом, разработанная методика полевых работ и граф обработки сейсмических материалов позволяют определять положение геологических границ, глубину их залегания, а также выявлять малоамплитудные тектонические нарушения на территории Санкт-Петербурга и пригородов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертация представляет собой законченную научноквалификационную работу, в которой решена актуальная задача обоснования применения малоглубинных сейсмических работ методом МОВ ОГТ для детального изучения верхней части разреза при решении инженерно-геологических задач на территории СанктПетербурга и его пригородов. Основные результаты работы: 1. На основании априорных сведений о геологическом строении исследуемого района и анализе структуры волновых полей, полученных в ходе экспериментальных исследований, разработаны принципы оптимизации методики сейсморазведочных работ МОВ ОГТ для изучения верхней части геологического разреза. 2. Определен граф обработки сейсмических материалов, позволяющий максимально ослабить низкоскоростные поверхностные волны и нерегулярные помехи и повысить соотношение сигнал помеха до значений, необходимых для надежной геологической интерпретации результатов. 3. Получены временные сейсмические разрезы (волновые изображения) верхней части разреза, подтверждающие возможность выделения по результатам работ МОВ ОГТ малоамплитудных тектонических нарушений на территории Санкт-Петербурга и его пригородов. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Яковлев А.С. Возможности применения вертикального сейсмического профилирования для решения инженерногеологических задач / А.А. Миллер, А.С. Яковлев // Естественные и технические науки. М.: Спутник Плюс. 2011. №2. с. 238-244. 19 2. Яковлев А.С. Основные требования к параметрам методики малоглубинных сейсморазведочных работ МОВ-ОГТ для решения инженерно-геологических задач / А.Н. Телегин, А.С. Яковлев // Записки Горного института. Спб.: Изд. СПГГИ (ТУ). 2011. т. 189. с. 72-76. 3. Яковлев А.С. Вертикальное сейсмическое профилирование мелких скважин при проведении малоглубинных сейсморазведочных работ МОВ-ОГТ для решения инженерногеологических задач // Каротажник. Тверь: Изд. АИС. 2011. Вып. 4 (202). с. 20-25. 4. Яковлев А.С. Применение сейсморазведки МОВ-ОГТ для решения инженерно-геологических задач в Санкт-Петербурге и Ленинградской области // Записки Горного института. Спб.: Изд. СПГГИ (ТУ). 2011. т. 189. с. 76-79. 5. Яковлев А.С. Опыт применения малоглубинной сейсморазведки в Ленинградской области // Разведочная, инженерная и экологическая геофизика. Материалы 7-й международной научнопрактической конференции «Геофизика-2009» – СПб.:С.-Петерб. унт, 2009. С. 491-493. 6. Яковлев А.С. Применение сейсморазведки МОВ-ОГТ для решения инженерно-геологических задач в г. Санкт-Петербурге и Ленинградской области // Геофизика и геофизичесике методы поисков полезных ископаемых. Материалы II Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2011. с 48-51. 7. Yakovlev A.S. Influence of a field works technique on the shallow seismic results value // Scientific Reports on Resource Issues. Volume 3. Freiberg: TU Bergakademie, Germany, 2010. – P. 261-266. 20
