РСН 66-87. Инженерные изыскания для строительства. Технические требования к производству геофизических работ. Сейсморазведка

3.4. Определение скоростей распространения упругих волн

3.4.1. В инженерной сейсморазведке используются кажущаяся грани­чная пластовая средняя (эффективная) и истинная скорости.

Скорости определяются по данным СК ВСП и по годографам прелом­ленных волн.

Истинные и пластовые скорости необходимы при оценке физико-ме­ханических свойств грунтов и литологическом расчленении разреза. Сред­ние (эффективные) и граничные скорости необходимы при построении геосейсмических разрезов и карт.

3.4.2. Пластовые скорости определяются по угловым коэффициентам продольного вертикального годографа проходящей волны либо вертика­льного годографа головной волны. Годограф определяют ломаной лини­ей допуская что разрез практически однороден.

В целях получения большей точности в определении пластовых ско­ростей необходимо использовать либо метод наименьших квадратов ли­бо метод линейного программирования на ЭВМ.

3.4.3. Истинные скорости могут быть получены на основе обработки годографов рефрагированных (преломленных) волн.

Для получения более высокой точности определения истинных скоро­стей необходимо использовать способы основанные на поэлементной аппроксимации экспериментального годографа годографом заданного вида.

3.4.4. Надежность определения истинных скоростей необходимо систе­матически контролировать на основе сопоставления получаемых резуль­татов с данными ВСП или сейсмокаротажа и данными бурения.

3.4.5. Значения средних (эффективных) скоростей по прослежи­ваемой преломляющей границе получают по данным СК и ВСП или по материа­лам наземных наблюдений по профилю проходящему через скважину вскрывшую соответствующую границу. Приближенные значения средних скоростей получают по точкам пересечения годографов преломленных волн начальным точкам и т.п.

3.4.6. Значения граничных скоростей при горизонтальной преломляю­щей границе и выдержанности средних скоростей в покрывающей толще определяются по тангенсу угла наклона соответствующих отрезков годог­рафа. При наличии системы встречных годографов граничная скорость определяется по разностному годографу.

3.4.7. Для градиентных сред по годографам рефрагированных волн граничные скорости определяются способом Чибисова способом Пузы­рева или с помощью других эмпирических способов.

Для непродольных годографов граничная скорость определяется спо­собом начальных точек и точек пересечения годографов.

3.4.8. Вертикальный годограф графики средних пластовых и интерва­льных скоростей следует изображать на одном чертеже при этом состав­ляется таблица исходных данных наблюденные времена вводимые поп­равки и т.п.

3.5. Построение геосейсмических разрезов и карт

3.5.1. Исходными данными для построения геосейсмических разрезов являются наблюдения или исправленные времена регистрации волн и ско­рости распространения волн в исследуемой толще.

3.5.2. Построение геосейсмических разрезов необходимо начинать с анализа полученных гидрографов и сейсмограмм позволяющего на ос­нове имеющихся геолого-геофизических материалов составить схемати­ческую геосейсмическую модель участка работ.

Основными элементами схемы (интерпретационной модели) должны являться представления о количестве слоев в разрезе пространственном распределении их по разрезу и площади и о характере распределения ско­ростей по горизонтали и вертикали.

3.5.3. Построение геосейсмического разреза необходимо проводить

способом полей времен (при наличии границ сложной конфигура­ции)

способом t₀ (при отсутствии взаимно увязанных годографов)

способом сопряженных точек.

3.5.4. Построение геосейсмических разрезов по одиночным наблюде­ниям по непродольным профилям и по площадным наблюдениям прово­дится в тех случаях если скорость в покрывающей среде известна грани­чная скорость постоянна и известна преломляющая граница близка к го­ризонтальной и угол ее наклона менее 10-15⁰.

3.5.5. Каждый сейсмических разрез должен быть подвергнут анализу в отношении присутствия фиктивных границ связанных с неправильным распознаванием волн на сейсмограммах при этом особое внимание сле­дует уделять обнаружению границ обуслов­лен­ных присутствием на за­писи отраженно-преломленных преломленно-отраженных или обменных волн.

Для выделения волн-помех сопоставляются годографы скорости со­ответствующие сейсмические границы на разрезе и динамические приз­наки.

3.5.6. На сейсмическом разрезе следует указывать

номер профиля

масштаб (вертикальный и горизонтальный)

рельеф дневной поверхности

пикеты СП и ПВ

точки излома пересечения профилей

местоположение скважин и колонки по ним.

На разрезе также отмечаются также отмечаются участки (зоны) с ано­мальными значениями динамических особенностей записи (амплитуда период). На основе пространственного положения таких участков выделя­ются линии тектонические нарушения зон выклинивания и т.п.

3.5.7. По сейсмологическим разрезам составляются карты и схемы на которых изолиниями показано положение опорных горизонтов. Расстоя­ние между изолиниями должно быть равно удвоенной ошибке определе­ния глубин.

При исследовании структур с малой амплитудой и густой сети наблю­дений допускается сечение изолиний равное ошибке определения глу­бин.

3.6. Машинная обработка сейсморазведочных материалов

3.6.1. ЭВМ необходимо применять для

обработки годографов рефрагированных волн по данным наземным наблюдений

обработки непродольных вертикальных годографов СК и ВСП

расчета динамических модулей грунтов (E, ,  и К)

оценки скоростей поперечных волн по данным фазовых скоростей

оценки ряда инженерно-геологических характеристик на основе кор­реляционных связей установленных на данной площади между ними и сейсмическими параметрами.

3.6.2. В настоящее время наибольшее применение нашли программы “Грунт-2” (разработка СГИ авторы В.В. Бондарев В.Б. Писецкий и др.) и “Пирамида” (разработка МГУ авторы Ф.М. Ляховицкий и др.).

3.6.3. Программа “Грунт-2” состоит из ряда подпрограмм каждая из которых решает прямую и обратную задачу сейсморазведки. Она предна­значена для обработки материалов на ЭВМ серии ЕС (ИМД 78-81).

3.6.4. Пакет программ “Грунт-2” решает следующие задачи

определение скоростного разреза среды по годографу первых вступ­лений объемных волн

определение скоростного разреза среды по вертикальному непродоль­ному годографу первых вступлений объемных волн

определение скоростей распространения поперечных волн по резуль­татам регистрации поверхностных волн релеевского типа

расчет упругих параметров среды по значениям скоростей распрост­ранения упругих волн

расчет физико-механических свойств песчаных грунтов по сейсмиче­ским параметрам.

Каждая из перечисленных программ оформлена автономными моду­лями что позволяет осуществить обработку данных как по отдельным ти­пам задач так и полным циклам.

3.6.5. Исходной информацией для пакета программ “Грунт-2” являют­ся

годографы P и S волн построенные в результате ручной корреляции сейсмограмм

кинематические и динамические особенности распространения по­верхностных волн типа Релея и Лява (фазовые годографы первых двух гар­моник и видимые периоды колебаний)

инженерно-геологическая информация.

3.6.6. Программа “Пирамида” предназначена для решения обратной задачи методом преломленных волн в случае однослойной покрывающей среды.

При изучении многослойной среды задача может быть сведена к од­нослойной путем использования средних скоростей.

В программе “Пирамида” имеется возможность предварительной корректировки годографов.

Программа позволяет вычислять координаты преломляющей грани­цы граничную скорость (V_r) и ряд характеристик

среднее значение скорости

средние кажущиеся скорости соответственно для прямого и обратного годографов

среднюю кажущуюся скорость

средний угол наклона преломляющей границы.

4. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

ДАННЫХ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

4.1. Изучение геологического строения

4.1.1. Сведения о пространственном положении геологических границ получают в результате построения сейсмических разрезов. Тектоничес­кие нарушения выклинивания пластов и другие структуры обусловлен­ные крутопадающими границами выделяются по аномальным измене­ниям амплитуды или времени регистрации преломленных волн по нару­шениям корреляции волн по изменению скоростей продольных и попе­речных волн.

4.1.2. Литологический состав отложений определяется по скоростям распространения упругих волн путем сопоставления их с результатами контрольного бурения и сейсмического каротажа этих скважин.

4.1.3. Мощность коры выветривания в скальных породах определяется по положению преломляющей границы. Степень разрушенности может быть изучена по изменению скоростей распространения волн (рефраги­рованных волн). Для уточнения результатов используются параметричес­кие измерения в горных выработках.

4.1.4. Оценка степени трещиноватости и преобладающего направления трещин производится по скоростям распространения продольных и попе­речных волн и их затухания измеренным по различным азимутам в пун­кте наблюдений.

4.1.5. При выявлении пустот естественного или искусственного проис­хождения особое внимание следует обращать на кинематические и дина­мические признаки - нарушении корреляции волн изменение скорости распространения и параметров затухания. Судить о размерах полости ее конфигурации а также о составе ее заполнителя можно по результатам сейсмического и акустического просвечивания.

4.1.6. На оползневых склонах при благоприятных условиях могут быть изучены положения в плане и разрезе плоскостей скольжения и мощ­ность оползневого тела. При режимных исследованиях на оползневых склонах по изменению скоростей продольных и поперечных волн и их от­ношения удается локализовать места возможного возникновения отрыва оползневого тела и прогнозировать время подвижек.

4.1.7. При изучении вечномерзлых грунтов решаются следующие зада­чи

определения границ мерзлых и талых пород в плане для чего исполь­зуются прямые проходящие и обменные волны

определение мощности сезонноталого слоя или глубины кровли мерз­лых пород при отсутствии сезонномерзлого слоя по положению прелом­ляющей границы характеризующейся высокой скоростью продольных и поперечных волн (привлечение поперечных волн обязательно для уста­новления природы границы так как уровень грунтовых вод не вызывает изменения скорости поперечных волн).

4.2. Изучение гидрогеологических условий

4.2.1. Основной задачей гидрогеологических условий является опреде­ление УГВ и оценка степени обводненности пород.

4.2.2. УГВ как правило является преломляющей границей для продо­льных волн. Если грунтовые воды приурочены к песчано-глинистым гру­нтам скорость продольных волн в них составляет около 1500 м/с в валун­но-галечниковых отложениях - не более 2000 м/с в трещиноватых скаль­ных породах - порядка 3000 м/с.

4.2.3. Слои содержащие напорные воды характеризуются в большин­стве случаев повышенными значениями продольных волн. Увеличение влажности дисперсных грунтов приводит к увеличению скорости продо­льных волн. Исключение составляют лессы. Для них с увеличением влаж­ности скорость продольных волн может уменьшаться. При полном влаго­насыщении лессов скорости упругих волн достаточно резко увеличива­ются.

4.3. Оценка физико-механических характеристик грунтов

4.3.1. Основными физико-механическими характеристиками грунтов для оценки которых может использоваться сейсморазведка являются

плотность (p)

модуль деформации Е_деф

удельное сцепление С

влажность W.

4.3.2. На основе знания значений скоростей распространения продоль­ных и поперечных волн и их коэффициентов поглощения рассчитываются следующие характеристики грунтов

динамический модуль Юнга (Е_д)

модуль сдвига G

коэффициент Пуассона ()

модуль всестороннего сжатия (К)

акустическая (сейсмическая) жесткость (pV_p и pV_s)

отношение поперечных и продольных волн V_s/ V_p.

4.3.3. При установлении корреляционных зависимостей необходимо соблюдать следующие требования

сопоставляемые характеристики должны быть получены в одинаковых инженерно-геологических условиях

количество сопоставляемых пар наблюдений должно обеспечивать по­лучение устойчивых корреляционных зависимостей.

В настоящее время установлено значительное количество корреляци­онных связей между сейсмическими параметрами и отдельными инже­нерно-геологическими характеристиками. Однако пользоваться извест­ными корреляционными связями необходимо с большой осторожнос­тью необходимо их предварительное апробирование в каждом конкрет­ном случае.

4.3.4. Результаты изучения физико-механических свойств грунтов ре­комендуется представлять в виде

карт-срезов равных значений

графиков зависимостей по глубине или по профилю

таблиц с обобщением данными.

4.4. Изучение инженерно-геологических процессов

с помощью стационарных наблюдений

4.4.1. С помощью стационарных (режимных) сейсмических наблюде­ний изучаются изменения гидрогеологических условий инженерно-гео­логические процессы (оползни карстово-суффозионные геокриологи­ческие процессы) и процессы в искусственных (насыпных намывных) грунтах.

4.4.2. При изучении гидрогеологических условий определяется измене­ние положения УГВ при подтоплении и осушении территорий и осущест­вляется контроль за изменением влажности грунтов.

4.4.3. При изучении оползней оценивается изменение напряженного состояния и влажностного режима оползневого склона и отдельных эле­ментов оползня а также изменение направления и развития ослабленных зон.

4.4.4. При изучении карстово-суффозионных процессов осущест­вля­­ется контроль за изменением плотности грунтов обусловленным выно­сом тонкодисперсного материала.

4.4.5. При изучении геокриологических процессов определяется изме­нение глубины протаивания и конфигурации границ талых и мерзлых гру­нтов в плане обусловленное в первую очередь техногенным воздействи­ем (нарушение поверхностных условий изменение температурного ре­жима при эксплуатации сооружений и т.п.). Осуществляется также конт­роль за положением УГВ или верховодки и за температурным режимом мерзлых грунтов.

4.4.6. При изучении искусственных грунтов наблюдения ведутся за их уплотнением и изменением влажности.

4.4.7. Стационарные (режимные) наблюдения проводятся на жестко привязанных профилях и точках наблюдения преимущественно с заклад­кой сейсмоприемников на все время наблюдения или фиксации их поло­жения на местности пикетами для повторных наблюдений.