авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Атрибуты сейсмических волновых полей и их использование при решении задач инженерной геологии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Крылаткова Надежда Анатольевна

АТРИБУТЫ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ

И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ

ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ

Специальность 25.00.10 – «Геофизика, геофизические методы

поисков полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук, профессор, заслуженный геолог РФ Бондарев Владимир Иванович
Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, доцент Писецкий Владимир Борисович кандидат геолого-минералогических наук, с.н.с. Дружинин Владимир Степанович
Ведущая организация - ОАО “Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства”

Защита диссертации состоится « 23 » декабря 2008 г. в час.. _ на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО “Уральский государственный горный университет” по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП-126, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, конференц-зал)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО “Уральский государственный горный университет”

Автореферат разослан «___»_________2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.Б. Макаров

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Сейсморазведочные работы при инженерно-геологических изысканиях, как правило, выполняются на тех участках исследований, которые классифицируются как сложные. Перед ними ставятся задачи по локализации и детальному изучению в геологическом разрезе неоднородностей различного генезиса.

Решение таких задач на основе традиционно применяемых кинематических методов интерпретации данных сейсморазведки сталкивается с принципиальными трудностями. Перспективы использования различных динамических параметров сейсмических записей достаточно очевидны и были поняты геофизиками давно. Однако эффективная реализация этих возможностей стала возможна только при применении цифровой формы записи сейсмической информации.

В последние десятилетия в нефтяной сейсморазведке МОГТ помимо кинематических параметров (времен прихода, скоростей распространения сейсмических волн) при прогнозировании геологического разреза (ПГР) и фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) горных пород используются дополнительные характеристики волнового поля. Эти характеристики часто формируют как функции базовых динамических или кинематических параметров, и, строго говоря, их трудно назвать параметрами волнового поля. Они занимают некоторое промежуточное положение и получили обобщенное название “сейсмические атрибуты”.

Количество рассматриваемых сейсмических атрибутов весьма велико. Получаемые поля значений сейсмических атрибутов позволяют создавать новые виды изображений геологической среды, которые облегчают процесс решения как структурных задач, так и задач ПГР и прогноза ФЕС.

Применение аналогичного подхода в инженерной сейсморазведке открывает новые возможности видения строения геологической среды. К сожалению, в методе преломленных волн (МПВ), основном для инженерной сейсморазведки, сейсмические атрибуты не нашли еще широкого применения.

Всё это определило актуальность проведения настоящей работы.

Объектом исследования в работе являются наиболее сложные объекты, с которыми сталкивается инженерная геофизика - ослабленные по прочностным и деформационным показателям участки геологического разреза, области развития карстовых процессов, площадки с заброшенными подземными выработками, зоны повышенной трещиноватости.

Предмет исследования: взаимосвязи атрибутов сейсмических записей с элементами геологического разреза в инженерной сейсморазведке МПВ.

В связи с этим целью работы является разработка методики и технологии применения атрибутов сейсмических волновых полей в МПВ для локализации неоднородностей в верхней части разреза, связанных с различными инженерно-геологическими процессами.

Основными задачами исследования являются:

  1. анализ возможности применения сейсмических атрибутов в методах инженерной сейсморазведки и оценка эффективности их использования;
  2. формирование технологии построения атрибутных сейсмических изображений по записям волновых полей, наблюдаемых при инженерно-сейсмических исследованиях;
  3. разработка методики интерпретации, позволяющей выявлять участки пониженной прочности в геологической среде на основе комплексного использования сейсмических атрибутов;
  4. разработка и внедрение в практику инженерных изысканий программно-методического обеспечения, облегчающего использование предложенных методик и способов интерпретации инженерно-сейсмических данных.

Методы исследования:

  • изучение научно-методической и технической литературы по исследуемой проблеме;
  • совместный анализ результатов полевых геологических и сейсмических исследований;
  • формирование математических моделей изучаемых объектов и соответствующих им сейсмических полей;
  • анализ информативности атрибутов сейсмических записей;
  • разработка алгоритмов и программ для решения задач инверсии полей кинематических и динамических атрибутов.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Комплексное использование широкого класса сейсмических атрибутов для решения инженерно-геологических задач открывает возможности получения новых, более достоверных сведений о геологической среде.
  2. Определены сейсмические атрибуты, наиболее эффективные для изучения участков с нарушенными прочностными и деформационными свойствами горных пород верхней части геологического разреза, и предложена технология получения этих атрибутов по сейсмическим записям МПВ.
  3. На базе применения новых атрибутных изображений получены новые геологические результаты при изучении карстоопасных объектов, участков с подземными горными выработками и зон повышенной трещиноватости в геологическом разрезе.

Научная новизна исследования:

  • впервые разработаны принципы использования атрибутов сейсмических волновых полей в МПВ для изучения упругих характеристик горных пород в верхней части геологического разреза;
  • проанализированы математические модели сейсмических полей, соответствующих ослабленным по прочностным показателям зон в геологическом разрезе;
  • разработаны программные средства для решения задач инверсии с целью определения основных атрибутов по сейсмическим записям объемных и поверхностных волн;
  • впервые предлагается структура комплексного атрибутного параметра, несущего существенную информацию о наличии ослабленных по прочности участков в верхней части геологического разреза;
  • в ходе выполнения исследований на ряде объектов показана эффективность использования атрибутов сейсмической записи и их изображений при решении задач картирования ослабленных зон в плане и разрезе.

Практическая значимость:

На основе теоретических и экспериментальных исследований создана методика получения информативных атрибутов и атрибутных изображений для интерпретации данных инженерно-сейсмических работ. Методика позволяет получать информацию о местоположении и упругих свойствах участков с пониженной прочностью в геологической среде. Она состоит из следующих элементов:

  • способов анализа сейсмических записей при проведении традиционных инженерно-сейсмических исследований МПВ;
  • способов создания и использования математических моделей среды, на базе которых выполняется последующая кинематическая и динамическая инженерно-геологическая интерпретация данных сейсморазведки;
  • алгоритмов и программ инверсии и получения атрибутных изображений геологической среды при инженерно-сейсмических работах.

Личный вклад автора заключается в разработке и внедрении:

    • методики анализа полей многоволновой инженерной сейсморазведки для получения информации о положении в плане и разрезе зон пониженной прочности, связанных с наличием пустот и трещин;
    • интерпретационных моделей геологической среды при инженерно-сейсмических исследованиях территорий с наличием зон пониженной прочности в разрезе;
    • структуры атрибутных показателей сейсмических записей, в том числе структуры комплексного атрибутного параметра, характеризующего наличие ослабленных участков в разрезе;
    • алгоритмов для определения атрибутов сейсмических записей в сейсморазведке МПВ по записям объемных и поверхностных волн.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на:

  • Международной конференции ”Экологическая геофизика и геохимия”, Москва-Дубна, 1998 г.
  • Международном симпозиуме ”Карстоведение – XXI век: Теоретическое и практическое значение”, Пермь, 25-29 мая 2004 г.
  • Научно-практической конференции “Проблемы инженерных изысканий для строительства в Уральском регионе”, г. Екатеринбург, 8 июля 2004 г.
  • Международной научно-практической конференции "Инжгео - 2008", Геленджик, 25-30 апреля 2008 г.

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 7 работ, отражающих основные результаты исследований, в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК: Крылаткова Н.А. Результаты инженерно-сейсмических исследований карста на Свердловской железной дороге / Н.А. Крылаткова // Изв. вузов. Горный журнал. - 2008. - № 6.

Структура, содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы (120 наименований). Основное содержание диссертационной работы изложено на 102 страницах машинописного текста, иллюстрированного 8 таблицами и 45 рисунками.

В первой главе представлен анализ современного состояния инженерно-сейсмических исследований, обсуждаются особенности применения сейсморазведки при решении задач картирования и изучения зон пониженной прочности в геологическом разрезе. Определяются задачи исследования.

Во второй главе доказывается важность и значимость атрибутных характеристик сейсмических записей при работах МПВ, приводится возможный набор атрибутов, определяется роль атрибутов при изучении упругих свойств среды, особое место занимает описание атрибутов, определяемых по записям поверхностных волн. Предлагаются способы определения атрибутов и инверсии сейсмических полей для определения кинематических и динамических атрибутов. Рассматриваются некоторые математические модели сред с ослабленными по прочностным показателям зонами. Обсуждается структура комплексного параметра на примере параметра карстоопасности при изучении территорий с развитием современных карстовых процессов.

В третьей главе проводятся примеры получения атрибутов и использования атрибутных изображений геологической среды при проведении инженерно-сейсмических исследования на различных по геологическому строению площадках.

Работа выполнена на кафедре геофизики нефти и газа Уральского государственного горного университета (г. Екатеринбург).

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за поддержку и помощь в разработке проблемы научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору В.И. Бондареву и выражает искреннюю признательность доктору геолого-минералогических наук, профессору С.Г. Дубейковскому за помощь в сборе и систематизации материалов, которые легли в основу данной работы. Автор благодарит директора ЗАО НПЦ “Карст” (г. Дзержинск) Нещеткина О.Б., зам. генерального директора Уральской гидрогеологической экспедиции Арзамасцева А.А., директора ООО “Геоэкология” Булатова А.В., директора ООО “Уральский геологический холдинг” Муманенко А.А. за любезно предоставленные материалы по геологии участков, рассматриваемых в диссертационной работе. Автор выражает глубокую признательность зам. начальника отдела изысканий ОАО “Институт УралНИИАС” Печенкину В.М., гл. специалисту отдела изысканий ОАО “Институт УралНИИАС” Сазонову А.П., с.н.с. ИГД УРО РАН Бодину В.В., начальнику партии Зеленогорской геологоразведочной экспедиции Крылатых А.М. и инженеру-геофизику ООО “Уралгеотехсервис” (г. Тюмень) Ермолюку Д.О. за помощь в получении полевых данных и участие в обсуждении и анализе полученных материалов. Автор благодарит специалистов ЗАО НПЦ “Карст” за помощь в организации и проведении полевых исследований и к.г.-м.н. Крылаткова С.М. за оказанную помощь, участие и советы при выполнении работы.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Первое защищаемое положение. Комплексное использование широкого класса сейсмических атрибутов для решения инженерно-геологических задач открывает возможности получения новых более достоверных сведений о геологической среде.

Положение базируется на материалах первой, второй и третьей глав.

Одной из инженерно-геологических задач, которую можно решать с помощью сейсморазведки, является задача картирования в плане и разрезе в зоне малых скоростей или даже верхней части разреза областей или зон с пониженными по отношению к среднему уровню значениями прочностных характеристик (ослабленных зон). Объектами с такими свойствами могут быть пустоты естественного или искусственного происхождения, зоны суффозионного выноса вещества, карстовые образования, участки повышенной трещиноватости горных пород и т.д. В качестве таких зон могут рассматриваться и достаточно сложные области геологического разреза с резкими изменениями характера границ объектов, а также среды с ярко выраженной анизотропией сейсмических свойств.

Локализация и изучение объектов с пониженными прочностными и деформационными свойствами являются сегодня важнейшими задачами, стоящими перед инженерной геофизикой вообще (Миндель И.Г., 2008), а перед инженерной сейсморазведкой в особенности.

Для решения задачи картирования ослабленных зон обычно проводят полевые сейсмические исследования методом преломленных волн (МПВ), которые особенно выгодны при изучении протяженных трасс и значительных по площади участков. В МПВ после обработки годографов первых вступлений получают распределение в разрезе или в плане значений скорости распространения объемных волн (чаще продольных, реже поперечных). В этом направлении накоплен большой опыт и получены хорошие результаты (Спасский Б.А и др.). Идеи по применению обменных PSP- и PSS-волн (Савич А.И. 1969; Воронков О.К., 1966), получаемых на сейсмограммах МПВ, в настоящее время не нашли еще широкого применения, хотя эти волны могут служить источником информации о скоростях поперечных волн. Немало исследователей обращаются к использованию моделей среды, для которых характерно распространение рефрагированных волн. Современные модификации метода рефрагированных волн используют для построения скоростного разреза алгоритмы томографии, которые пригодны и для аномальных разрезов (Sheehan J., Doll W., 2003). Исходный полевой материал при этом должен быть получен по достаточно плотной сети. Таким образом, недостаток МПВ, связанный с ограничением на характер скоростного разреза, перестал быть доминантой при выборе метода сейсмических исследований геологической среды.

Альтернативным методом, способствующим успешному решению задачи по обнаружению прочностных неоднородностей в верхней части разреза, в последнее десятилетие стал метод отраженных волн. К настоящему времени известны положительные результаты применения наблюдений отраженных волн при изучении карста на территории Москвы и Московской области (Боганик Г.Н., Номоконов В.П., Федотов С.А., Скворцов А.Г.), Пермской области (Санфиров И.А. и др.), при специальных исследованиях ОАО “Противокарстовая и береговая защита”, г. Дзержинск (Леоненко М.В.).

При наличии сложностей с получением поперечных волн для восстановления скоростного разреза по поперечным волнам привлекаются поверхностные волны релеевского типа (Савич А.И., 1969; Бондарев В.И., 1979). Современные технологии обработки сейсмических данных позволили выполнить серьезную формализацию этого процесса, что привело к популярности инверсии дисперсионных кривых в скоростной разрез по S-волнам (Miller, R., J.Xia, C.B. Park, 1999). Важность динамических характеристик волнового поля объемных (Герасимова И.Ю., 2004; Гликман А.Г., 2005), поверхностных (Каляшин С.В., 2008) волн привлекает многих исследователей. В то же время качественный характер используемых признаков и многовариантность полученных результатов усложняют принятие решений.

Для получения дополнительной информации, уменьшающей неоднозначность полученных результатов по материалам традиционных сейсмических наблюдений МПВ, можно использовать количественные параметры сейсмической записи – атрибуты, строить на их основе новые типы изображений геологической среды, получать сведения о структурных особенностях строения среды, тектонических нарушениях и характеристиках вещественного состава горных пород. При этом нужно учесть различия, связанные с принципами распространения отраженных и преломленных волн, различия в методике получения и обработки сейсмограмм, особенности систем наблюдений в инженерной сейсморазведке и наблюдаемых в МПВ волновых полей. Разработка рационального набора атрибутов для волновых полей МПВ и изображение среды в этих атрибутах может существенно улучшить поисковые возможности сейсмического метода при решении инженерно-геологических задач. Предпосылками для этого служат многочисленные результаты, полученные различными исследователями, а также материалы собственных исследований автора, проведенных на участках с известным положением ослабленных зон.

Второе защищаемое положение. Определены сейсмические атрибуты, наиболее эффективные для изучения прочностных свойств в верхней части геологического разреза, и предложена технология получения этих атрибутов по сейсмическим записям МПВ.

Защищаемое положение раскрывается во второй главе диссертации.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.