книги из ГПНТБ / Вольвовский И.С. Сейсмические исследования земной коры в СССР

недостатком априорной информации и другими факторами эти прин­

дачи: выявление структурных элементов земной коры, т. е. изучение рельефа глубинных границ, и определение скоростных параметров среды [70]. В отличие от сейсморазведки, всегда располагающей данными сейсмокаротажа скважин, в ГСЗ, так ж е к а к и в сейсмоло­

наблюдений. В СССР накоплен большой опыт исследований в области

ваний: от региональных рекогносцировочных до детальных поиско­ вых и разведочных. Соответственно с переходом к каждому после­ дующему этапу д о л ж н а увеличиваться и детальность систем наблю­ дений. В настоящее время в методе ГСЗ, так ж е . к а к и в сейсмораз­ ведке, используется большое многообразие систем наблюдений, умелое маневрирование которыми может не только повысить инфор­ мативность получаемых данных, но и привести к сокращению вре­ мени исследования и экономии материальных затрат.

Основные факторы, влияющие на выбор систем наблюдений.

Рассмотрим основные факторы, определяющие выбор систем наблю ­ дений в ГСЗ, с учетом опыта проведения структурной сейсморазведки [25, 30, 63, 111, 145]. •

Трудности, возникающие при выборе рациональных систем на­ блюдений, определяются прежде всего тем, что приходится прини ­ мать во внимание большое количество факторов, которые по-разному влияют на выбор систем; в то ж е время надо учитывать, что разные системы могут быть устойчивы к одним факторам и совсем неустой­ чивы к другим. К основным факторам относятся следующие: ха­ рактер решаемых задач; ожидаемая модель среды и объем априорной информации о ней; типы регистрируемых глубинных волн; уровень помех при регистрации глубинных волн; вид корреляции (непрерыв­

30

ной, так и дискретной корреляции, причем схемы наблюдений в этом случае будут существенно различаться .

Остановимся на характеристике некоторых из указанных факто­ ров, имея в виду, что определяющими в большинстве случаев являются

зонах требуют менее детальных систем, чем задачи изучения физиче­

пени надежности получаемых данных о структурах и распределении параметров. Опыт геофизических исследований, особенно при раз­ ведке месторождений полезных ископаемых, показывает, что обычно методически и экономически нецелесообразно ставить одновременно несколько задач, требующих д л я своего решения разной степени детальности систем. Разумнее вначале изучить среду в достаточно общем плане, чтобы выявить наиболее существенные черты глубин­ ного строения с захватом больших площадей. После этого окажется возможным обоснованно и целенаправлено проектировать более де­ тальные работы, причем скорее всего только на отдельных, наиболее

и земной коры практически всегда имеются обобщенные сведения о модели исследуемой среды, что дает возможность рассчитывать зара­ нее системы наблюдений. Ясно, что чем больше таких априорных данных о модели среды, тем более точно можно рассчитать системы. При этом д л я использования отдельных методов (отраженных, пре­ ломленных и других волн) требуются различный объем априорной информации и различные формы ее представления. К такой сейсми­ ческой априорной информации прежде всего относятся данные: а) об общих закономерностях распределения сейсмических скоро ­ стей с глубиной и характере их изменения по площади; б) о наличии в разрезе достаточно протяженных отражающих и преломляющих границ; в) об устойчивости их физических параметров; г) об углах наклона и форме границ, а т а к ж е о взаимном расположении границ, наличии угловых и азимутальных несогласий к а к объектов исследо­ ваний; д) о наличии разрывов и интрузивных (эффузивных) тел.

Обычно расчет системы ведется д л я наиболее простой скоростной

где заведомо нельзя рассчитывать на получение материалов, под­ дающихся количественной интерпретации. Мы имеем в виду слож ­ ные системы на продольных профилях, которые нередко

31

используются при изучении глубинных разломі ых зон, но часто мало ­ эффективны. Вероятно, для трассирования глубинных разломов более эффективными могли бы быть площадные системы наблюдений (на­ пример, серии непродольных профилей). В процессе изучения опре­ деленного региона априорная информация об особенностях глубин­ ного строения по геолого-геофизическим данный, а т а к ж е сведения об основных закономерностях волновых полек все время попол­ няются, что, конечно, дает возможность на последующих этапах ис­ следования проектировать системы наблюдений более обоснованно

ирационально .

волн в ближней к источнику зоне; в этом случае при одних и тех же системах наблюдений могут одновременно изучаться весьма различ­ ные среды, что является одной из главных причин большой эффек­ тивности и распространенности метода отраженных волн в сейсмо­

горизонтально-слоистой среды с любым чередованием слоев и д л я круто наклоненных (40—80° и более) горизогтов .

Значительно больше от параметров среды зависят системы на ­ блюдений д л я преломленных волн. В условиях ГСЗ непрерывные системы обычно рассчитываются на одновременную регистрацию двух основных типов продольных волн: отраженных, преимуще­ ственно критических и закритических, и преломленных. Если ис­ следуются толщина земной коры и рельеф основных границ —

нической коры обычно достаточна д л я планирования в любом районе

границ и д л я детального изучения скоростного разреза; эти задачи требуют дополнительных данных о модели среды, и системы наблю ­ дений д л я их решения обычно корректируются в процессе выполне­

стотный диапазон регистрирующей аппаратуры . Однако в связи с введением магнитной записи полоса регистрируемых частот рас ­ ширилась и поэтому появились новые возможности борьбы с поме-

32

рода фильтрующих и других схем при перезаписи магнитограмм. Осреднения условий установки и п о н и ж е н и я уровня региональных , помех обычно стараются достигать небольшим площадным группи ­ рованием сейсмоприемников на местности и выбором наиболее благо­ приятного времени регистрации. Определенные перспективы могут связываться с использованием статистических методов выделения сла­ бых сигналов на фоне помех, при учете, конечно, особенностей их спектральных характеристик [87].

Х а р а к т е р и с т о ч н и к а . Д л я метода ГСЗ большое зна­ чение имеют стабильность источника и уровень тех сигналов, которые возбуждаются взрывами, поэтому в ГСЗ в дополнение к обычным методам сейсморазведки необходимо предусматривать станции конт­ роля пункта взрыва. Большое внимание, естественно, должно уде­ ляться эффективности взрыва, при этом для групповых взрывов ва­

важных факторов. Это в первую очередь рельеф местности, в зависи­

вленными задачами и возможностями использования систем н а б л ю ­ дений. Наиболее я р к о эти противоречия можно проиллюстрироватьследующим примером: при изучении горных районов имеются все основания предподагать сложную модель среды и сложный рельеф границ . В этом случае для изучения разреза н у ж н о применить н а и ­ более детальные системы наблюдений. Однако условия горного­ рельефа практически исключают детальную регистрацию, в частно­ сти, непрерывное профилирование. В этих случаях, очевидно,, требуется применение особой методики, которая должна опреде­ ляться в основном двумя названными факторами: условиями мест­ ности и экономичностью. Задачу в таких районах следует формули­ ровать сообразно тому результату, который возможен при схемати­ зации сложной реальной среды более простой моделью. Влияниефактора местности на выбор системы наблюдений иногда настольковелико, что д а ж е в случае предполагаемой простой модели среды бывает невозможно решить задачу по детальному изучению с т р у к ­ туры земной коры . Я р к и м примером такой ситуации являются иссле­ дования в практически непроходимой тайге Сибири [73, 115].

Еще более трудно разрешимыми, но всегда существующими в той или иной степени являются противоречия между ожидаемыми р е ­ зультатами, на которые ориентируется выбранная система наблюде - . ний, при учете всех названных обстоятельств, и реальными сейсми­ ческими разрезами и скоростными колонками, которые мы . можем

построить по полученным материалам. Это отношение проектируемых результатов к реально полученным должно было бы характеризовать эффективность метода, однако это не так, поскольку мы встречаемся с двумя обстоятельствами: несоответствием или заведомо грубой аппроксимацией сложной реальной среды более простой, на которую только и можно рассчитать систему, и недостаточным развитием тео­ рии и методов извлечения информации из получаемых сложных запнссей. Мы рассчитываем систему для простой модели, для которой умеем решать обратную задачу. В то ж е время получаем данные о реальной среде более сложные, которые не укладываются в нашу простую модель, и практически мы не можем использовать их д л я построения не только более сложной модели, но даже той, более

поле и тем труднее, а иногда и вообще невозможно, построить пол­

к а к бы о перенасыщенности системы, которая выражается в том, что детализация не дает или почти не дает дополнительной полезной информации. Это несоответствие между объектом и системой наблю­

по существу применяются сейсморазведочные системы наблюдений,

на решение структурных задач, т. е. на определение в пространстве геометрических параметров среды. Физические параметры (скорости,

метрических (структурных) параметрах среды, так и о ее физических характеристиках . При этом данные о физических характеристиках среды являются самостоятельным видом информации, не уступа­ ющим по своей значимости сведениям о структурных элементах. Первостепенное значение здесь имеют данные о распределении ско­ ростей, а т а к ж е сведения о затухании волн; в будущем, по-види­ мому, существенную роль будут играть данные об анизотропных

и при достаточно ясных представлениях о модели среды. Характерно выполнение специальных исследований д л я изучения моделей среды

34

при измерениях в скважинах . В ГСЗ приходится довольствоваться малой информацией об изучаемых средах при сложном строении последних. Степень достоверности моделей сред все еще недостаточно велика, в частности, природа сейсмических границ является дискус ­ сионной. Существенно отметить, что> в каждом случае вопрос о при ­

как правило, сравнительно простые схемы наблюдений. В ГСЗ исследования проводятся по системам наблюдений, предусматрива­ ющих одновременное использование доминирующих волн несколь­

и обменные волны, что может открыть новые возможности в расшиф ­

продольное профилирование, непродольное профилирование, про ­ странственные зондирования, площадные съемки из одного или нескольких пунктов взрыва и скважинные наблюдения. В Г С З сейчас наиболее широко используются продольное и непродольное

чечный приемник; п — ч и с л о источников; AZ — длина интервалов, на котором они расположены) [116]. Обычно применяются непрерывные на -

Д!

блюдения вдоль профиля с системами годографов типа gcp\S-*- 2 ^ | о

{gzp — среднее расстояние между пунктами взрыва). В сейсморазведке системы прострелки при прослеживании отраженных и преломлен­

п я т и глубин залегания границы Мохоровнчича. Длина годографа (Z) обычно определяется максимально возможным интервалом регистра­ ции основных волн, который лимитируется отношением сигнал/по ­ меха. Практически при изучении границы Мохоровнчича годографы преломленных волн имеют длину 250—350 км. Л и ш ь в благоприят ­ н ы х у с л о в и я х малого фона микросепсм (около 1 Â) удается при срав ­ нительно малых (1—3 т) з а р я д а х достичь удалений 400—600 км, что дает возможность изучать верхи мантии до глубины 100—120 км. В океанических условиях длина годографа достигает в среднем 70—

Продольное профилирование в ГСЗ выполняется в непрерывном, кусочно-непрерывном (штриховом) и точечном вариантах элементар­ ных схем. Детальность каждого варианта профилирования опреде­

рования, допускающие непрерывное прослеживание волн на доста­ точно больших интервалах профиля (рис. 7). Они могут существенно различаться по плотности расположения пунктов взрыва, а т а к ж е длине годографов. Непрерывное профилирование вдоль протяжен ­ ных прямолинейных профилей позволяет задавать и использовать к а к у ю угодно полную систему наблюдений, достаточную дл я построе­ н и я разрезов такой детальности, которая ограничивается л и ш ь разре ­

п р и максимальной длине годографов 300—350 км; 2) для прослежи­ в а н и я поверхности консолидированной коры — продольное профили­ рование по полной схеме встречных и нагоняющих годографов

36

в распределении сейсмических скоростей. Выделяются две группы систем дискретных наблюдений, различающиеся к а к по техническому выполнению, так и по подходу к корреляции и интерпретации. П е р в а я

Рис. 9. Схематические годографы глубинных волн «Ухта» ц «Остров» по профилю ГСЗ Кемъ — Ухта на Балтийском щите [75].

их проводится теми же способами, что и интерпретация непрерыв ­ ных годографов. При этом полнота годографов может быть различной, аналогично тому, к а к это было рассмотрено выше д л я систем непре­ рывного профилирования .

40