CC BY
22
© И.О. Шадрин, А.И. Бабкин, A.B. Чугаев, 2012
УДК 549:622.775
И.О. Шадрин, А.И. Бабкин, А.В. Чугаев
ВОЗМОЖНОСТИ СКВАЖИННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПОДРАБОТАННОГО МАССИВА
Обоснована целесообразность применения скважинных наблюдений в едином комплексе сейсмоакустических исследований с целью мониторинга состояния подработанного массива. Приведены примеры решения инженерно-геологических задач с использованием данных скважинной сейсморазведки в условиях интенсивного техногенного воздействия на недра горнодобывающих предприятий. Ключевые слова: скважинная сейсморазведка, скважинная томография, вертикальное сейсмическое профилирование, метод отражённых волн, геофизический мониторинг влияния горных работ, изучение верхней части разреза.
С целью предотвращения негативного развития геодинамических процессов, вызванных разработкой горного массива, на Верхнекамском месторождении калийных солей (ВКМКС) производится периодический контроль состояния геологической среды. Данный мониторинг осуществляется с привлечением геофизических методов исследований. На сегодняшний день лидирующую роль занимают сейсмоакустические наблюдения. Для разных интервалов глубин применяются различные системы регистрации и адаптированная цифровая обработка данных [3]. Параметры систем наблюдений проектируются в соответствии с требованиями методики многократных перекрытий, являющейся наиболее информативной в условиях сложных неоднородно-слоистых геологических сред.
В сейсмоакустических исследованиях достоверность интерпретационных выводов о строении и состоянии горного массива существенно повышается при наличии информации о природе возникновения и особенностях распространения объемных упругих волн непосредственно в местах
их возникновения — внутренних точках геологической среды. Получение таких данных предполагает проведение исследований в скважинах на различных интервалах породного массива с использованием многоканальных сейсмических зондов.
Результаты скважинных наблюдений традиционно используются в качестве параметрического обеспечения наземной сейсморазведки методом отражённых волн (MOB). С их помощью определяются скоростные параметры разреза в околоскважин-ном пространстве. Наряду с параметрическим обеспечением наземных сейсморазведочных исследований, интерпретация сейсмоакустических волновых процессов в скважинах проводится в рамках самостоятельных методов геологоразведки. При этом изучается не только околоскважинное пространство, но и геологические среды между скважин, прогнозируется разрез глубже забоя.
Необходимость решения наряду с геологоразведочными и инженерно-геологических задач накладывает определенные требования к применяемому на BKMKC аппаратно-методи-
3<>— 35— 40-
I, НС
^ г^ ж ^ § ^
J_I I I I_I I I I, | 1 I
- \ X \ 1
: 1: . : : . : :
Рис. 1. Скоростная модель ВЧР по данным ВСП
ческому комплексу скважинных геофизических наблюдений. Это, прежде всего, возможность проведения высокочастотных измерений с использованием соответствующих систем регистрации, обеспечивающих достаточное вертикальное разрешение разреза. Для достижения максимальной эффективности геофизического мониторинга скважинные методы интегрируются в единый комплекс сейсмоа-кустических малоглубинных исследований. При его практической реализации получаемая в скважинах информация обеспечивает повышение геологической информативности малоглубинной сейсморазведки, инженерно-геологических сейсмических исследований и позволяет получать дополнительные сведения о строении и состоянии горного массива в пределах подработанных территорий.
Основным и наиболее востребованным сейсмическим методом в скважинах является разработанный Е.И. Гальпериным метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП) [2]. Его информационные возможности в интервалах малых и сверхмалых (инженерно-геологических) глубин снижаются. Это вызвано
регистрацией в приповерхностных отложениях интенсивных поверхностных волн, помех, связанных с распространением упругих колебаний в обсадных колонах, и сложным геологическим строением четвертичных отложений. По этой причине ВСП на малых глубинах в основном решает задачи параметрического обеспечения сейсморазведки (рис. 1). С его помощью с достаточной точностью определяют скоростные параметры геологической среды (средние, интервальные, пластовые скорости) и строят пластовые модели строения верхней части разреза (ВЧР).
Специфика поисковых объектов инженерных сейсморазведочных исследований требует более широкого информационного охвата околосква-жинного или межскважинного пространства, выходящего за рамки традиционного применения ВСП. В таких условиях решение инженерных геологических задач реализуется томографическими скважинными методами. В общем понимании томографическая съемка подразумевает применение специальных многолучевых систем наблюдений, а томографическая интерпретация базируется на цифровой методике комбинирования данных, зарегистрированных по различным лучевым траекториям, пересекающим объект в различных направлениях, и получения в результате более точной информации об этом объекте по заданным сечениям [1]. Традиционно используется время регистрации проходящих волн (первых вступлений записи), являющееся функцией скорости распространения упругих колебаний. Значительно реже, амплитуда, как функция затухания в геологической среде.
ско. № И
Kl JH
(»I 2
Рис. 3. Использование данных ВСП (а) для параметрического обеспечения сейсмоакустических инженерно-геологических исследований МОВ (б)
Представим примеры успешной реализации скважинных сейсмоакустических наблюдений, проведенных в комплексе геофизических исследований состояния верхней части разреза подработанного массива. Рисунок 2 иллюстрирует стандартное использование данных ВСП (рис.2,а) для интерпретации инженерно-
геологических сейсморазведочных исследований методом общей глубинной точки (рис. 2, б). В условиях высокого уровня помех, слабовыражен-ной корреляции ОГ в интервале глубин первых десятков метров и низкой эффективности процедур скоростного анализа на малых базах приёма, данные ВСП позволили провести
Рис. 2. Схема скважинных наблюдений
Рис. 4. Информативные параметры комплекса скважинных н наземных сейсмоа-кустических исследований: а — скоростные разрезы по наблюдённым скважинным данным; б — результаты трансформации средних скоростей; в — распределение эффективных скоростей наземной сейсморазведки MOB; г — согласованная аномальность атрибутов сейсмической записи MOB
стратиграфическую интерпретацию временного разреза и получить точные сведения о скоростном строении в пределах скважины. Модели меж-скважинного пространства в рамках проведённого геофизического комплекса работ определены при помощи наземно-скважинных томографических наблюдений.
В настоящее время существует достаточно много программ томографической обработки. В них используются различные алгоритмы преобразования сейсмической информации в геологические образы и параметры среды, но наиболее распространенным является преобразование Радона. Однако достоверность получаемой с его помощью информации в определенной степени зависит от заданной лучевой модели распространения сейсмических волн. Построение такой модели может потребовать проведения дополнительных исследований.
При использовании наземно-сква-жинной схемы наблюдений, при которой пункты приема (ПП) располагаются в скважине, а пункты возбуждения (ПВ) смещаются от устья по земной поверхности, для больших удаления ПВ — ПП становится проблематичным определение геометрии истинного хода сейсмических лучей. Наблюдённые скорости с увеличением удаления имеют завышенные значения, так как волны большую часть своего пути проходят в более глубоких высокоскоростных пластах (рис. 3).
Для устранения этого в представленном примере реализован достаточно простой в и не требующий специальных обрабатывающих программ экспресс метод определения скоростной модели геологической среды вблизи инженерно-геологической скважины. Суть его заключается в исключение влияния нижележащих го-
ризонтов на регистрируемые данные путем трансформации скоростей, относящихся к определенному интервалу наблюдений.
На рис. 4, а представлен скоростной разрез, полученный в пределах инженерно-геологической скважины, расположенной в районе интенсивного техногенного влияния на геологическую среду. Скорости определены как отношение прямолинейного пути волны от ПВ до ПП к времени регистрации первых вступлений. При построении скоростных разрезов их значения отнесены к точкам пересечения проекций глубин регистрирующих гидрофонов и удалений ПВ.
Характер распределения полученных скоростей имеет положительный тренд от скважины к периферии и может быть аппроксимирован набором линий, относящихся к конкретным глубинам. Вычитание полученного линейного тренда из наблюденных данных позволяет перейти к построению скоростной модели среды с псевдо-вертикальным ходом лучей (рис.4,б). Получаемые таким образом скоростные характеристики отражают горизонтально-слоистое строение геологического разреза в пределах участка наблюдений. Наличие локальных скоростных аномалий указывает на неоднородное геологическое строение или измененное геодинамическое состояние верхней части разреза. Полученные по томографии распределения средних скоростей в комплексе с результатами скоростного анализа профилирования MOB (рис.4,в) обеспечивают решение обратной задачи малоглубинных сейсмоакустических исследований. Согласованная аномальность скоростных и амплитудных атрибутов сейсмической записи MOB (рис. 4, г) дополняет общее представление о состоянии геологической
среды в пределах изучаемой площади подработанного массива.
Совместная и согласованная интерпретация данных, регистрируемых на дневной поверхности и во внутренних точках среды, обеспечивает
1. Бельфер И.К., Непонящих И.А. Сейсмическая томография / Разведочная геофизика: Обзор ВНИИ эконики минерального сырья и геологоразведочных работ (ВИЭМС) — М., 1988. 70 с.
высокую информативность инструментального контроля состояния верхней части разреза, испытывающей максимальные техногенные нагрузки под действием горнодобывающих предприятий.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Гальперин Е.И. Вертикальное сейсмическое профилирование. 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Недра, 1982. - 344 с.
3. Санфиров И.А. Рудничные задачи сейсморазведки МОГТ. Екатеринбург, УрО РАН, 1996. 168 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Шадрин Иван Олегович — аспирант, e-mail: [email protected], Бабкин Андрей Иванович — кандидат технических наук, e-mail: [email protected], Чугаев Александр Валентинович — кандидат технических наук, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ СКРЕБКОВЫХ ТРУБЧАТЫХ КОНВЕЙЕРОВ
Дмитриев Валерий Григорьевич — доктор технических наук,
Радимов Ринад Ряшидьевич — соискатель кафедры Горные машины и транспорт,
Московский государственный горный университет, [email protected]
Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2012. — № 2. — 16 с.— М.: издательство «Горная книга».
Для решения задачи по определению силы сопротивления движению при проталкивании тела волочения внутри трубы использовано уравнение внутреннего равновесия груза в цилиндрической системе координат. При некоторых несущественных допущениях получено выражение для нормального давления, действующего на стенки трубы, в зависимости от угла установки конвейера, угла внутреннего трения, высоты слоя груза между скребками и его плотности. По известной величине нормального давления определена сила трения груза о стенки трубы.
Ключевые слова: конвейер, сила сопротивления, система координат.
TRACTION CALCULATION OF SCRAPER TUBULAR CONVEYORS
Dmitriev V.G, RadimovR.R.
For the solution of the problem of the detection of power of resistance to movement at pushing through of a drawing body in a pipe, the equation of cargo internal balance in cylindrical system of coordinates is used. At some insignificant assumptions the expression of the normal pressure operating on walls of a pipe, depending on an angle of conveyor installation , an angle of an internal friction, a cargo layer height between scrapers and its density is received. By known size of normal pressure force of a friction of cargo about pipe walls is defined.
Key words: the conveyor, power of resistance, system of coordinates.
