Методи сейсморозвідки гірських порід

Сейсмічна розвідка – це комплекс методів дослідження геологічної будови земної кори, які засновані на вивченні розповсюдження пружних хвиль, що збуджуються штучно (вибухами, ударами) чи землетрусом. Пружні хвилі, які виникають внаслідок вибуху чи удару, розповсюджуються в гірських породах із різними швидкостями. На границі, яка розділяє гірські породи різного складу, пружні хвилі відбиваються, заломлюються і частково повертаються до поверхні Землі. Вивчаючи час і швидкості розповсюдження хвиль, їхню амплітуду, форму сигналу і характер коливання ґрунту, на якому встановлені приймачі коливань (сейсмоприймачі), можна визначити глибину залягання і форму границь у середовищі, кут їхнього падіння, напрям простягання і багато інших характеристик геологічного середовища [1].

За завданнями, які розв’язує сейсморозвідка, виділяють глибинну, структурну, нафтогазову, рудну та інженерну. За частотою коливання виділяють високочастотну (понад 100 Гц), середньочастотну (декілька десятків герц) і низькочастотну (менше 10 Гц) сейсморозвідку.

Глибина проникнення хвиль – від декількох метрів (вивчення фізико-механічних властивостей порід) до сотень кілометрів (вивчення земної кори та верхньої мантії).

Принцип – пружна хвиля збуджується за допомогою джерела. Раніше для збудження хвиль використовували вибухи тротилових зарядів. Сьогодні поширені невибухові методи у вигляді імпульсного ударного впливу на гірські породи. На шляху проходження хвиль встановлюють точку спостережень, де за допомогою сейсмоприймачів реєструють відбитий сигнал (рис. 4.3.3 а).

б
Рис. 4.3.3. Схема сейсморозвідувальних робіт [2] (а); структура земної кори глибиною 1000 км під Тібетом на основі сейсмохвиль (б)(джерело)

Перші дослідження у галузі сейсморозвідки були проведені у Геттінгенському геофізичному інституті в Німеччині (Л. Мінтроп, 1908 р.). Систематичніше їх почали застосовувати для вивчення гірських порід з 1909-1910 рр. Були розроблені методи відбитих і переломлених хвиль, які полягають у визначенні часу перебігу пружних хвиль від пункту їхнього збудження до приймача. З 30-х років ХХ ст. впровадили сейсмостанції – багатоканальні реєстратори, розташовані на автомобілях. Проводили вибухи, а сигнали від них вловлювали аналогові приймачі, які записували їх на магнітну стрічку або фотопапір у вигляді графіка. Виконували не одне вимірювання, а зазвичай закладали систему спостережень. Вона охоплювала 100-300 пунктів прийому – каналів сейсмостанції. Пункт збудження хвиль розташовували в центрі на 25-50 м від пункту прийому. Потім систему переміщували на 25-50 м. Так формували сейсмотраси з 240 пунктів і 120 трас [2].

На початку ХХ ст. виявили: границю земної кори і верхньої мантії (поверхня Мохоровичича або скороч. Мохо – названа на честь хорватського вченого, який вперше її виявив у 1909 р.), розплавлений стан ядра, більшу потужність материкової кори, порівняно з океанічною. З 1977 р. почали застосовувати цифрову польову й оброблювальну техніку. Були запроваджені цифрові сейсмічні станції з багатоканальними підсилювачами, в яких сигнал записується у цифровому вигляді, та організовані обчислювальні центри, які обробляли дані сейсморозвідки. Зараз застосовують цифрову реєстрацію сейсмічних коливань. Цифрові записи точніші, ніж аналогові. Поширені багатоканальні сейсморозвідувальні станції з кількістю каналів 500-1000 та більше. За допомогою багатоканальної станції можна реєструвати сейсмічні коливання одночасно у великій кількості точок за одного акту збудження пружних коливань.

Методи сейсморозвідки використовують для визначення:

глибинної будови великої території (див. рис. 4.3.3 б);
оконтурення місць залягання покладів вуглеводнів (нафти і газу);
границь кристалічних порід фундаменту;
границь пластів порід;
рівня ґрунтових вод;
наявності давніх ерозійних врізів;
стійкості зсувів (актуально на стадії підготовки);
зон тектонічних розломів;
зон підвищеної мікротріщинуватості порід (є унікальним методом для такого виду досліджень).

Цікаво, що зони тектонічних порушень почали достовірно підтверджувати лише в кінці ХХ ст. з розвитком електронного обладнання геофізичних методів. За допомогою цифрових сейсмостанцій виявили, що властивості гірських порід у зонах розломів мають інші характеристики, ніж на непорушених територіях. Вони перебувають у стані підвищеної мікропорушеності на всю потужність осадочного чохла, мають знижену несучу здатність і підвищену проникність. Умовно вони не є твердими середовищами, це ніби тверді рідини. Це допомагає визначати тектонічні порушення без закладання свердловин [5].

Велике значення сейсморозвідка має у розвідуванні покладів вуглеводнів. Вона становить основу методу прямого пошуку: дає змогу визначати площі, інтервали глибин та оконтурити виявлені поклади. За допомогою сейсморозвідки виявлено нафтогазоносні поклади у ДніпровськоДонецькій западині.

Загалом вивчення показників сейсморозвідки, порівняння з даними свердловин і геологічними уявленнями, фактами є основою прогнозування геологічного розрізу.