книги из ГПНТБ / Невский, М. В. Квазианизотропия скоростей сейсмических волн

132

палеогеновой и неогеновой систем. В северной части Припятского про­ гиба (в том числе и на площадях исследований) в пределах осадочного чехла выделяются' четыре литолого-стратиграфических комплекса. Ниж­ ний (первый) сложен песчаниками рифея и венда. Второй комплекс представлен карбонатно-терригенными отложениями живетского и франского ярусов. В третий входят преимущественно галогенные породы: нижняя соленосная толща франского яруса, представленная в основном чистой каменной солью с небольшим количеством пропластков глини­ сто-карбонатных пород; межсолевые отложения фаменского яруса, со­ стоящие из чередования прослоев доломитов и глинистых известняков; верхняя соленосная толща и надсолевые породы фаменского яруса. Чет­

тябрьской площади достигает приблизительно 700 м. Отложения треть­

вались скорости упругих волн в верхней соленосной толще. Поэтому нами дается более детальное описание литологического состава и гео­ логического строения именно этой толщи.

Строение соленосной толши фаменского возраста сравнительно слож­ ное, что связано с широким развитием в ее пределах солянокупольных структур. По литологическому составу она подразделяется на две под­ толщи: галогенную и глинисто-галогенную. Первая залегает на размы­ той поверхности межсолевых отложений и сложена крупнокристалличе­ ской каменной солью с незначительным количеством (около 4%) несо­ левых прослоев, в основном глин и мергелей. Эту подтолшу называют также чистой солью.

Выше залегает глинисто-галогенная подтолща, представленная чере­ дованием прослоев чистой каменной соли и несолевых осадочных пород: мергелей, известковистых глин, серых известняков, алевролитов и пес­ чаников. Реже прослои несолевых пород сложены ангидритами и гип­ сами. Толщина прослоев чистой соли, по данным промысловой геофизи­ ки, составляет 1-2 0 м; несолевые прослои имеют примерно такую же

Значения скоростей даны для Октябрьской и Осташковичской площа­ дей БССР.

134

мощность. Эта подтолша именуется также "грязной" или слоистой

солью.

Соотношение мощностей галогенной и глинисто-галогенной подтолщ изменяется по площади. В области соляных куполов наблюдается выжи­ мание чистой соли в ядра, и в этом случае чистая соль слагает весь разрез верхней соленостой толщи. На крыльях куполов и в межкуполь­ ных зонах эта толща представлена в основном глинисто—галогенной подтолшей. Суммарная мощность верхней соленосной толщи на Октябрь­ ской площади достигает 1 480 м, на Осташковичской —до 2 0 0 0 м.

Для исследований выбрано два типа объектов в верхней соленосной толще. Объект I типа - толща слоистой, или грязной соли. Объект

соленосная толща представлена чистой каменной солью. Сейсмические профили на указанных объектах располагались в областях северного склона Октябрьского соляного поднятия, где углы падения кровли соле­ носных отложений не превышали 5 -7 °. Кроме того, профили задавались в направлениях, близких к направлениям простирания структуры. Надсолевые отложения залегают практически горизонтально.

2.МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ

Вкомплекс методов, использованных для изучения анизотропии, вхо­ дили: 1 ) ультразвуковой каротаж, 2 ) вертикальное сейсмическое про­ филирование с профилем пунктов взрыва (ВСП), разноудаленных от устья скважины, 3) наземные наблюдения по КМПВ на различно ориен­ тированных профилях, пересекающихся на скважинах. В лабораторных условиях выполнены измерения скоростей на образцах (при высоких всесторонних давлениях), отобранных из скважин на объектах исследо­ ваний.

Наблюдения в скважинах на ультразвуковых частотах ( f = 25 кгц) имели целью детальное изучение скоростного строения объектов. При исследованиях УЗК, выполненных лабораторией скважинной сейсмики ИФЗ АН СССР, использовалась аппаратура, разработанная в институте. Подробное описание этой аппаратуры и методики обработки результатов приведено в [8 0 ].

Ультразвуковой каротаж проведен в скважинах 1-К и 2-К в интер­ валах глубин соответственно 4 4 6 -9 2 3 и 8 9 -8 4 3 м. При этом исполь­

Наблюдения по ВСП для изучения скоростей распространения сейсми­ ческих волн в различных направлениях выполнены в указанных скважи­ нах с аппаратурой, разработанной в ИФЗ АН СССР. Наземный блок ап­

135

паратуры включает станцию ПМЗ-64, скважинный снаряд представляет собой гирлянду из семи зондов, расположенных на расстоянии 20 м один от другого. В каждом из зондов использованы вертикальные сей­ смоприемники СВМ -30. Верхний зонд снабжен реверсивным прижимным устройством, остальные - скользящими прижимами. Подробное описа­ ние аппаратуры приведено в работе [1 1 3 ].

Регистрация колебаний производилась на широкополосной фильтрации (0 -1 3 0 гц). Для возбуждения колебаний использованы скважины глу­ биной 20 м. Глубина взрывных скважин контролировалась непосредст­ венным промером и по записям вертикального времени.

При работах по КМПВ регистрация колебаний осуществлялась стан­ цией "Поиск" на "открытом" канале (5 -1 2 5 гц). Использовались оди­ ночные сейсмоприемники СВМ -30 (при шаге между ними 2 5 м).

Системы наблюдений использованного комплекса сейсмоакустических методов приведены на рис. 43 . На рисунке видно, что системы наблю-

Р и с . 43 . Системы наблюдений применявшегося ком­ плекса методов на объектах I (а ) и II (б) типов

1 - наблюдения по УЗК; 2 - по ВСП; 3 - по КМПВ

136

пений по ВСП и КМПВ предполагали комбинирование и увязку данных горизонтального и вертикального профилирования. Примененный комп­ лекс методов УЗК, ВСП и КМПВ позволил осуществить привязку и уточнить природу волн, зарегистрированных на наземных профилях. Со­ четание наблюдений при нормальном падении при ВСП с наблюдениями из удаленных пунктов взрыва при ВСП и КМПВ позволило изучить скорости распространения сейсмических волн на исследованных объек­ тах по различным направлениям.

В дополнение к УЗК на образцах соли из скважин 1-К и 2-К вы­ полнены измерения скоростей при высоких всесторонних давлениях в лаборатории физических свойств ИФЗ АН СССР по методикам прозвучивания и продольного профилирования на частотах f = 70 кгц [6 7 , 114].

3. СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПО ДАННЫМ УЛЬТРАЗВУКОВОГО и с е й с м и ч е с к о г о к а р о т а ж а

В результате УЗК получены детальные скоростные разрезы на объ­ ектах I и II типов. Наблюдения по ВСП при нормальном падении волн (X = 50 и 100 м) позволили иметь скоростную характеристику изу­

по данным УЗК, представлена тонкослоистой средой. Мощности отдель­ ных прослоев составляют 1 -25 м. Дифференцированность скоростей в тонких прослоях различна в разных интервалах глубин. Так, в интерва­ ле 1 2 0 -3 5 0 м имеются лишь отдельные тонкие прослои с повышенны­ ми скоростями (Н = 170, 210, 270, 330 и 350 м), в промежутках между которыми скорости варьируют очень незначительно - на 100- 120 м/сек. На глубине 3 5 0 -4 1 0 м дифференциация по скоростям не­ сколько большая, изменение скоростей от прослоя к прослою носит ритмичный характер, т.е. чередуются тонкие прослои приблизительно одинаковой мощности с повышенными и пониженными скоростями. Раз­ личие скоростей в прослоях на этом интервале глубин в среднем до­ стигает приблизительно 500 м/сек.

В интервалах 4 1 0 -6 3 0 м разрез сохраняет тонкослоистое строение, но дифференциация скоростей несколько меньшая. Скорости варьируют в среднем на 2 0 0 -3 0 0 м/сек. Таким образом, в целом в покрываю­ щей надсолевой толще дифференциация по скоростям невелика.

На сейсмических частотах по данным ВСП скоростной разрез покры­ вающей толши можно аппроксимировать серией пластов с постоянными скоростями. Пластовые скорости, согласно рис. 46, изменяются в по­

толще составляет 2 10 0 м/сек.

На объекте II типа ультразвуковым каротажем исследован лишь не­ большой интервал глубин покрывающей толщи (4 5 0 -5 1 0 м). В этом интервале разрез имеет тонкослоистый характер, а колебания скорости

137

V, м /сек

Р и с . 44 . Скоростные раз­ резы по УЗК и ВСП на объ­ екте I типа (скв. 2-К)

1 - интервальные скоро­ сти по УЗК; 2 - пластовые скорости по ВСП (Х=50 и

100 м ) [1 0 8 ]

000 -

Р и с . 4 В. Скоростные раз­ резы по УЗК и ВСП на объ­

екте И типа (скв. 1-К)

700

Условные обозначения см. на рис. 44

800

Н,М

138

Упл! м/сен

WOO ZOOD 3000 4000 5000

в прослоях в среднем не превосходят 5 0 0 м/сек, т.е. и в этом случае дифференциация по скоростям в тонких прослоях невелика.

Пластовые скорости, по данным ВСП, в покрывающей толще на объ­

Непосредственными объектами изучения в данных экспериментах являлись толстые пласты в глинисто-галогенной толще (толща "соли"). Скоростное строение толщи на объектах I и II типов существенно различно.

На объекте I типа, по данным УЗК, глинисто-галогенная толща в интервале глубин 6 3 0 -7 5 0 м представляет собой типичную тонкосло­ истую среду с сильной дифференцированностью по скоростям. Мощности тонких прослоев в среднем не превышают 10 м, скорости изменяются очень сильно. В целом изменение скоростей с глубиной носит характер ритмического чередования тонких прослоев с повышенными и понижен­ ными скоростями.

В интервале глубин 6 3 0 -7 5 0 м скорости варьируют от 4 6 0 0 м/сек

слои чистой соли имеют большую мощность. Здесь скорости изменяются

при наклонном прохождении волн через слои, что видно по годографам первых волн при ВСП из удаленных пунктов взрыва, приведенных на рис. 47.

139

4 600 м/сек. Тонкая слоистость в распределении скоростей не выраже­ на. Следует отметить, что и на больших глубинах (Н >700 м) соле­ носная толща также однородна по скоростям, за исключением трех тон­ ких пропластков осадочных пород, нарушающих указанную картину. За­ кономерного увеличения скорости с глубиной, по крайней мере в интер­

Таким образом, объекты, выбранные в глинисто-галогенной толще по геологическим данным, существенно различны и по скоростному строению. На объекте 1 типа ярко выражена тонкая слоистость в соче­ тании с сильной дифференциацией по скоростям; на объекте II типа тон­

наблюдается в отношении распределения не только скоростей упругих волн, но и других физических параметров среды.

Так, диаграммы промысловых видов каротажа НГК и КС (рис.4 2 ,а) также Свидетельствуют о тонкослоистом характере разреза глинисто­ галогенной толщи на объекте I типа. При этом дифференциация разреза толщи соли на этом объекте по относительному параметру НГК и ка­ жущимся сопротивлениям значительно больше, чем в покрывающей надсолевой толще. На объекте II типа толща соли практически однород­ на как по скоростям, так и по параметрам НГК и кажущимся сопротив­ лениям.

Как показывают результаты исследований по УЗК в ряде районов Припятского прогиба, наиболее характерные черты из описанных осо­ бенностей скоростного строения объектов I и II типов имеют место не только в районе эксперимента, но и в ряде других районов. Так, на объектах I типа (крылья соляных куполов и межкупольные зоны) скоростные разрезы имеют тонкослоистое строение. Изменение скоро­ стей с глубиной носит характер ритмического чередования прослоев с повышенными и пониженными скоростями. Мощности тонких прослоев в среднем колеблются в пределах 1 -15 м. Дифференциация по скоро­ стям в этих прослоях так же велика, как и в описанных разрезах рай­ она эксперимента.

На объектах II типа (сводовые части куполов) [ 67, 107, 108 ] толща чистой соли практически однородна по скоростям, как и в районе эксперимента.

Таким образом, скоростные разрезы объектов I и II типов в изу­ чаемом районе в значительной мере типичны для ряда районов Припят­ ского прогиба.

140

4.ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТОВ АНИЗОТРОПИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН

ПО ДАННЫМ УЗК И ПРОМЫСЛОВЫХ ВИДОВ КАРОТАЖА

По данным УЗК для объектов I и II типов проведены оценочные расчеты скоростей сейсмических волн в направлениях, перпендикуляр­ ном (\^р) и параллельном (V[ jр) слоистости, а также коэффициентов анизотропии кр. Основной целью при этом являлась оценка возможных значений коэффициентов анизотропии в различных частях разреза гли­ нисто-галогенной толщи. Поскольку расчеты не претендуют на точное вычисление скоростей V р ,V11р и коэффициентов анизотропии, для уп­ рощения реальный акустический разрез аппроксимировался периодиче­ ским двухкомпонентным разрезом. В качестве первой компоненты при­ няты прослои чистой соли, второй компонентой считались породы не— солевых прослоев. Литологический состав глинисто-галогенной толщи в принципе позволяет провести подобную аппроксимацию реального раз­ реза двухкомпонентной средой.

Для расчета всех пяти эффективных упругих постоянных длинновол­ нового эквивалента двухкомпонентной тонкослоистой среды требуется знать значение следующих параметров:

также индикатрисы нормальных и лучевых скоростей для длинноволно­ вого эквивалента-тонкослоистой среды.

Заметим, что формулы (2 .3 3 ) - (2 .3 7 ) можно применять для рас­ чета скоростей длинных (сейсмических) волн в тонкослоистой среде при выполнении следующих условий.

1.Мощности чередующихся тонких слоев должны быть приблизитель­ но на порядок меньше преобладающей длины волны, т.е. Ah;<0,lA.

2.Мощность тонкослоистой пачки (пласта), в которой производит­

141

ближенно вычислить значение Умр>не располагая данными о величине параметра ng.

Остановимся теперь на выборе значений параметров V^p, т ,п р и 8 для расчетов скоростей сейсмических волн и коэффициентов анизот­

ропии в глинисто-галогенной толще. Поскольку скорости по УЗК в про­

в несолевых прослоях в пределах каждого мощного пласта. Однако од­ нозначно определить величину V2p n o данным УЗК не представляется возможным, поскольку на скоростных разрезах имеется достаточно большое число прослоев с промежуточными значениями скоростей, на­ пример, около 3 5 0 0 -3 8 0 0 м/сек, которые в равной мере можно считать как несолевыми, так и сложенными чистой солью и несолевы­ ми породами. Расчленение тонкослоистой толщи на солевые и несоле­ вые пропластки можно более уверенно провести с привлечением данных промысловых видов каротажа, например КС и НГК, так как прослои чистой соли на диаграммах КС и НГК характеризуются максимумами кажущегося сопротивления и относительного параметра НГК. Но и при использовании этих данных остается некоторая неоднозначность в вы­ делении солевых и несолевых прослоев, связанная прежде всего с точностью и детальностью наблюдений в скважинах при используемых на практике размерах зондов. Поэтому при расчетах мы задавались несколькими возможными значениями скоростей V2p, а следовательно, и несколькими значениями параметра Пр„

Поскольку уверенные данные о плотностях пород в естественном залегании отсутствовали, при всех вариантах расчетов значение пара­ метра S было принято равным единице. Расчеты главы II показывают, что неучет изменения плотностей в прослоях может занизить значе­ ние кр не более чем на первые единицы процентов.

В качестве параметра m при расчетах принималось отношение сум­ марных мощностей прослоев соли и осадочных пород в пределах каж­

приведены в табл, 7*. Результаты расчетов показывают, что коэффици­

дифференцированность разреза по скоростям несколько меньшая, а ве­ личина ш больше отличается от единицы, кр = 1 ,0 4 -г 1,05.

142