Инженерные изыскания для строительства. Технические требования к производству геофизических работ. Сейсморазведка

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, m, d 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 (m);

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.

4.4.8. Профили и точки режимных наблюдений выбираются на основе специально проведенных рекогносцировочных работ, позволяющих выявить участки и направления наибольшей возможной активности развития процессов.

4.4.9. Оптимальная частота и количество циклов наблюдения определяются активностью процесса и устанавливаются опытно-методическими работами.