Практическое занятие №6

Основы сейсморазведки методом преломлённых волн

 

Цель работы:

1) Проведение полевых сейсморазведочных наблюдений методом преломлённых волн (МПВ).

2) Первичная компьютерная обработка данных МПВ.

 

Аппаратура и оборудование: регистратор сейсморазведочный «Лакколит-24М2», набор соединительных проводов, сейсмокоса, геофоны, блок питания аккумуляторный, металлическая плита, кувалда, ноутбук.

Порядок проведения работы

 

1. Ознакомление с сущностью сейсморазведки методом МПВ.

2. Проведение полевых сейсморазведочных исследований на эталонной

площадке.

3. Первичная обработка полученных результатов, составление отчёта.

 

Пояснения к работе

 

Сейсморазведка – раздел разведочной геофизики, основанный на изучении распространения в земной коре упругих волн, вызванных взрывом или ударом. Упругие волны распространяются во все стороны от источника и проникают в толщу земной коры. Здесь они претерпевают отражение и преломление после чего частично возвращаются к поверхности земли, где регистрируются сейсморазведочной станцией. Измеряя время распространения волн и изучая характер колебаний, можно определить глубину залегания и форму тех геологических границ, на которых произошло преломление или отражение волны, а также судить о составе геологических пластов, через которые волна прошла на своем пути.

В сейсморазведке различают 2 основных метода: метод отраженных волн (MOB) и метод преломленных волн (МПВ). Последний основан на изучении упругих волн, преломившихся на границе пластов при условии, что скорость в нижележащих слоях больше, чем в вышележащих. То есть, если в среде существует граница (границы) разделяющая среды, где нижележащий слой имеет скорость v2 большую, чем у вышележащего слоя, скорость которого v1, то при падении лучей (сейсмических волн) на такую границу создаются головные (преломленные) волны. Они образуются только на определенном удалении от источника, когда возникает скользящая вдоль границы волна при угле падения, равному некоему критическому углу i:

. (6)

Головные волны параллельны друг другу (рисунок 27).

Рисунок 27. Схема образования головных волн

 

Скорость распространения головных волн больше, чем падающих и отраженных, поскольку υ2>υ1. Эти волны имеют и значительно большую амплитуду. Однако, приведенная картина не означает, что на рассматриваемой границе нет других волн. Соответственно присутствуют и отраженные и второстепенные волны.

Полевые наблюдения МПВ выполняются на эталонной площадке, схема и описание которой приведены на страницах 11 и 18 (рисунки 5,6 и 11). Работы проводятся путём последовательного создания упругих колебаний в пунктах возбуждения (ПВ), расположенных вдоль линии сейсмического профиля на определённом расстоянии от обоих концов сейсмостоянки (интервала расстановки сейсмоприёмников) и в её пределах. Такие наблюдения носят названия нагоняющих и встречных годографов. Сейсмоприёмники (геофоны) подключаются к сейсмокосе. Места установки сейсмоприёмников называются пунктами приёма (ПП). Стандартная сейсмокоса станции «Лакколит 24-М2» предусматривает расстановку геофонов с шагом до 2 м. Далее она соединяется с регистратором, к которому в свою очередь подключаются источник питания и ноутбук. На первом ПВ устанавливаются металлическая плита, и на расстоянии не более 30 см от неё датчик обнаружения момента взрыва (одиночный геофон). После этого производится включение регистратора переводом тумблера в положение «ВКЛ». Далее нажимается кнопка «СБРОС», при этом периодически начинает мигать индикатор «КОНТР». Сейсмостанция готова к работе.

Порядок настройки сейсмостанции в программе Лакколит сводится к выбору параметров и режимов работы, а также анализу информации, поступающей со станции (рисунок 28).

 

 

Рисунок 28. Работа с сейсмостанцией «Лакколит 24-М2» в полевых условиях

 

 

Последовательность действий следующая.

1. Включается ноутбук и открывается программа «Лакколит».

2. Выбирается закладка«Файл» и нажимается кнопка«Настройка». В появившемся окне указывается папка, в которую сохраняются файлы с данными зарегистрированных сигналов.

3. Выбирается закладка«Измерения», где необходимо активировать режимы «Источник – по обнаружению», «Накопления – в файлы»и«Серия».

4. На регистраторе нажимается кнопка «СБРОС», после чего происходит тестирование каналов станции. В появившемся окне«Параметры измерения» во вкладке «Время» в графе «Частота дискретизации» выбирается 4000(1000), в графе «Задержка» указывается -20 мсек, в графе «Интервал приёма» 2048, что соответствует 512 мсек. Во вкладке «Фильтр» активируется «Встроенный фильтр». Во вкладке«Геометрия» проверяются координаты сейсмоприёмников (по координате х от 0 до 46, а по координате у везде 0). В строках ПВ указываются координаты мест расположения металлической плиты, по которой будут производиться удары кувалдой. Как правило, возбуждения производятся в 1–7 пунктах. Ориентировочные координаты ПВ для расстановки геофонов с шагом 2 м приведены в таблице 2.

Таблица 2. Координаты пунктов взрыва

ПВ
X -46 -23
Y

 

Далее осуществляется переход на вкладку«Серия» и в открывшемся окне «Программное накопление – Количество» указывается количество ударов кувалдой на каждом ПВ (рекомендуемое 9). В разделе «Количество – Номер профиля» указывается текущий номер профиля, например, 1. В графе«Точка на профиле» указываются номер ПВ, где будет находиться металлическая плита. В графе«Число точек в профиле» указывается их количество (1–7). Следует отметить, что в процессе последующих работ на вкладку «Серия» можно не возвращаться, поскольку программа после выполнения заданного количества реализаций (ударов) на предыдущем ПВ автоматически переходит на следующую точку профиля. В окне«Название местности» делается пометка о месте нахождения ПВ, типе используемых волн и т.п.

После подготовки сейсмостанции и настройки программы производятся наблюдения. Для этого рабочий с кувалдой занимает исходную позицию, а оператор нажимает кнопку«Запуск»илиF10. На экране монитора появляется надпись«Ожидание данных». Оператор подаёт команды на удары (рисунок 29), после которых на экране монитора появляются сейсмограммы и информация об ударах (сколько произведено и сколько осталось). После завершения заданного количества ударов появляется надпись«ГОТОВО».

Рисунок 29 Момент производства удара в ПВ при работах МПВ

Важно отметить, что при возникновении сбоев в программе её работу необходимо остановить, нажав кнопку F10, после чего закрыть. Далее нужно войти в папку, куда сохранялись файлы, и удалить все бракованные. При этом следует учесть, что совокупное имя файла PR0000P0000R0000 состоит из трёх частей: PR0000 – номер профиля, P0000 – номер ПВ, R0000 – номер реализации, то есть номер удара кувалдой по плите.

После ликвидации сбоев вновь открывается программа «Лакколит». В окне «Параметры измерения», во вкладке «Серия», редактируется графа «Точка в профиле» с указанием номера точки с бракованными сейсмограммами. Программа перезаписывает удалённые файлы. Далее повторно выполняется запись сейсмограмм на ПВ, где был сбой.После этого осуществляется перемещение металлической плиты и датчика-регистратора взрыва на следующий ПВ. При этом операторомнажимается кнопка «Редактор»и изменяется«Геометрия»ПВ.

Параллельно с измерениями ведётся журнал наблюдений и происходит оценка полевых материалов по трехбалльной системе: отлично, хорошо и удовлетворительно.

Первичная обработка полученной информациипроизводится в несколько этапов.

1. Выполняется суммирование сейсмограмм полученных на каждом пункте взрыва. Для этого во вкладке«Файл»выбирается нужный профиль,открывается первый ПВ,первая реализация, оценённая на «отлично». Затем нажимается кнопка «Shift» и мышью выставляется точка по центру любого чёткого пика, от которой будут выравниваться все остальные сейсмограммы (рисунок 30).

Рисунок 30 Процесс выравнивания сейсмограмм

Далее, используя последовательно стрелочник «<» «>», к выставленной точке подводятся все остальные сейсмограммы, после чего производится их суммирование. Рядом с каждой удовлетворительной сейсмограммой двойным щелчком мыши ставится плюс. Если сейсмограмма бракованная, то оставляется «0». В завершение нажимается кнопка «Сумм.».

2. Осуществляется пикировка первых вступлений. Для этого выбирается закладка «Годограф», где в строчке «Задержка» указывается время задержки, которая использовалась при измерении. На сейсмограмме левой кнопкой мыши кликаются места появлений первых фазовых переходов (рисунок 31). Данные сохраняются.

Рисунок 31 Пикировка первых вступлений

3. Открывается папка с сохранёнными данными, в которой с помощью программы «Блокнот» открывается файл с расширением *.god (рисунок 32).

 

 

Рисунок 32 Файл с данными для построения годографа

первая колонка номер датчика (трассы), вторая – расстояния по оси х (м), третья – время прихода головной волны (мсек)

 

 

4. Строятся с помощью стандартных программ «Excel» и «Paint» годографы. Для этого на каждом ПВ выделяются приходящие в первых вступлениях прямая рефрагированная (I) и продольная преломленная (II) волны (рисунок 33). Глубина до первой преломляющей границы, в частности уровня грунтовых вод (УГВ), в каждом из ПВ оценивается по наклону годографа продольной преломлённой волны (II). Скорость Vг для одиночных годографов равна кажущейся скорости преломленной волны Vк. Средняя скорость до преломляющей границы в градиентных средах, т.е. при наличии прямой рефрагированной волны, называется эффективной скоростью Vcp.эф. и определяется по наклону начальной части годографа рефрагированной волны. В качестве расчетной величины t0 используют некоторую эффективную величину t0 эф.. Расчет глубины залегания УГВ выполняется по формуле:

(6)

 

Рисунок 33 Годографы рефрагированной (I) и преломлённой (II) волн

 

Содержание отчета

 

1. Название и цель работы.

2. Краткое описание теории, методики полевых работ и компьютерной обработки результатов, включая графические построения.

3. Основные выводы по работе.

 

Контрольные вопросы

 

1. Сущность сейсморазведки МПВ.

2. Основные приёмы методики полевых работ с сейсмостанцией «Лакколит 24-М2».

3. Построение годографов и их истолкование.