Раздел I Взрывные работы при сейсморазведке

Тема 1. Методы и виды сейсморазведки

Цель взрыва при сейсмической разведке – создание упругих импульсов. Изучая распространение сигналов, связанных с упругими волнами, которые расходятся от очага взрыва, с какой-то степенью приближения получают представление о геологическом строении исследуемого участка. Масса заряда может варьировать от 1 г. (детонатор) до нескольких тысяч тонн ВВ.

Возможность изменять условия наблюдений, величину воз­буждаемого упругого импульса и точку его приложения делают сейсморазведку наиболее активным методом геофизической разведки, позволяя применять ее для решения очень широкого круга геологических задач – от задач инженерной геологии и до изучения подкоровых границ раздела на глубинах в несколько десятков километров. Активность сейсморазведочного метода обусловлена также возможностью использования двух и более типов волн, возникающих при взрыве. Различают несколько методов и модификаций сейсмической разведки, число которых продолжает увеличиваться.

Успех сейсмической разведки во многом зависит от того, на­сколько волны-помехи будут ослаблены при самом возникновении упругого импульса. Накопленный опыт позволяет в большинстве случаев заранее определить, как надо вести взрывные работы, чтобы доля энергии взрыва, пошедшая на возбуждение нежелательных типов волн, была наименьшей. Очевидно также, что следует стремиться решить задачу при минимальном расходе ВВ, что может быть достигнуто за счет выбора технических приемов разведки, аппаратуры, расположения сети профилей и правильного сочетания всех этих факторов.

Как известно, амплитуда и частотный спектр регистрируемого сигнала зависят от величины заряда, глубины его заложения, окружающей среды и забойки. Экспериментально установлено, что при возбуждении продольных волн доля полезной энергии бывает наибольшей, если взрыв произведен в глинистой толще ниже уровня грунтовых вод при наличии над зарядом нескольких метров забойки из воды или глинистого раствора. Почти одинаковые результаты дают взрывы в водонасыщенных породах на несколько метров ниже уровня грунтовых вод. В указанных условиях нужный эффект достигается при минимальных зарядах. При взрывах в иных условиях для получения сходных сигналов потребуются заряды большей массы.

Чтобы создать оптимальные условия для заложения заряда требуется подготовить горную выработку, чаще всего буровую скважину. Необходимо учитывать, что буровые станки, находящиеся в распоряжении сейсморазведочных партий, рассчитаны на бурение неглубоких скважин в мягких породах или мелком галечнике. При большой глубине залегания уровня грунтовых вод или наличия над ним даже тонких прослоев твердых пород, а также валунного или крупногалечникового материала этих пород скорость бурения резко снижается и стоимость буровых работ повышается настолько, что экономически целесообразнее бывает увеличить расход ВВ, отказавшись от бурения.

Условия возбуждения упругих колебаний редко сохраняются неизменными в пределах сколько-нибудь значительной площади, и персоналу сейсморазведочной партии необходимо маневрировать имеющимися в его распоряжении техническими средствами, чтобы обеспечить экономически оптимальное решение возбуждения необходимых сейсмических сигналов.

Возбудить взрывом упругие волны для сейсморазведки можно при помещении одиночных или групповых зарядов в воздухе, на поверхности земли, в неглубоких выработках, в водоемах, в буровых скважинах. К групповым взрывам прибегают не только из-за технических трудностей помещения большого одиночного заряда в оптимальные условия для данного типа взрывов (высота подвеса или, наоборот, глубина погружения в одиночную скважину), но и для подавления отдельных типов волн-помех, создания эффекта направленности взрыва.

Некоторые модификации сейсмической разведки не допускают применения любого из перечисленных выше условий возбуждения. Например, при осуществлении просвечивания с целью нахождения контура нефтяной залежи взрывы производятся в глубоких скважинах на глубине нескольких километров. В этих условиях возможность группирования взрывов исключена. В качестве другого примера можно привести вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП). При шаге исследования порядка 10 м, даже при использовании зонда из нескольких скважинных «сейсмоприемников» необходимо провести десятки взрывов, обеспечивая неизменные условия возбуждения. Это достигается взрывами одиночных зарядов в скважинах, в пределах небольшой площади.

В табл. 1 охарактеризованы условия взрыва, наиболее типичные для каждого вида сейсморазведочных работ. В нее не включены линейные заряды из детонирующего шнура, которые применяются при разведке MOB как на продольных, так и на поперечных волнах (способы, связанные с созданием плоской волны), поскольку возможности этого вида работ при разведке другими сейсмическими методами полностью не установлены.

Таблица 1

Условия взрыва при различных сейсморазведочных работах

Сейсмические методы	Воздух		Неглубокая выработка		Водоем		Скважина
	Одиноч­ный взрыв	Группо­вые взрывы	Одиноч­ный взрыв	Группо­вые взрывы	Одиноч­ный взрыв	Группо­вые взрывы	Одиноч­ный взрыв	Группо­вые взрывы
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Метод отраженных волн (MOB)	да	да	да	да	да	да	да	да
Метод регулируемого направленного приема (МРНП)	Как исключение		да	да	Как исключение		да	да
Метод общей глубин­ной точки (МОГТ)	Нет	Нет	да	да	Как исключение		да	да
Метод плоского фрон­та (МПФ)	Нет	Нет	да	да	Нет	Нет	да	да
Метод управляемого плоского фронта (МУПФ)	Нет	Нет	да	да	Нет	Нет	да	да
Метод регулируемого управления фронтами волн (МРУФ)	Нет	Нет	да	да	да	Нет	да	да
Сейсмический каротаж (СК)	Нет	Нет	да	Нет	Как исключение	Нет	да	Нет
Вертикальное сейсми­ческое профилирова­ние (ВСП)	Нет	Нет	да	Нет	Нет	Нет	да	Нет
Метод обращенного го­дографа (МОГ)	Нет	Нет	да	Нет	Нет	Нет	да	Нет
Продолжение табл. 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Микросейсмокаро-таж (MСK)	Нет	Нет	да	Нет	Нет	Нет	да	Нет
Метод просвечивания	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Да	Нет
Метод преломленных волн (МПВ)	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да
Метод преломленных волн для изучения верхней части разреза (ЗМС, вчр)	Нет	Нет	Да	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
Метод поперечных вол	Нет	Нет	Да	Да	Нет	Нет	Нет	Да

Для некоторых методов условия взрыва не являются критичес­кими, что позволяет даже в пределах одного профиля осуществлять взрывы в различных условиях.

При определении зоны малых скоростей (ЗМС), которая имеет небольшую мощность, выполняют короткие профили преломленных волн длиной от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Взрывы производят у поверхности, чтобы получить информацию обо всех слоях, включая приповерхностные.

При изучении верхней части разреза (ВЧР) исследуют более мощную пачку – до среды с постоянной (высокой) скоростью распространения упругих волн, иногда до глубины несколько сотен метров. Для этого выполняют либо специальные профили (зондирования) методом отраженных волн, предназначенные для изучения неглубоких границ, либо профили преломленных волн. В случае проведения работ MOB взрывы производят в скважинах чаще всего одиночных, при работах методом преломленных волн (МПВ) – вблизи поверхности земли, так как необходимая длина профиля может превышать 1000 м при зарядах в несколько килограммов.

При разведке методом ОГТ изучение скоростных параметров зоны малых скоростей (ЗМС) и подстилающих ее слоев приобретает особое значение, поскольку эти данные необходимы не только для выбора оптимальных условий возбуждения колебаний, но и при обработке материалов. Проводимый с этой целью микросейсмо-каротаж (МСК) выполняется чаще всего в виде обращенного сейсмокаротажа. В скважину помещают гирлянду (косу) проводов с электродетонаторами. Последние размещают через 1–2 м в пределах ЗМС и через 2–5 м ниже ее подошвы. Скважины, используемые для МСК, доводят по возможности до избранной поверх­ности приведения. На поверхности земли помещают при этом 3–5 (и больше) сейсмоприемников в 3, 5 и 10 м от устья скважины. Сейсмическая разведка методом отраженных волн (MOB) проводится в самых разнообразных условиях. Результаты этой разведки имеют столь большое значение для успешных поисков глубоко залегающих перспективных структур, что еще недавно для получения необходимых результатов не останавливались перед бурением скважин в галечниках на глубину 100 м и более, взрывами групповых зарядов в шурфах при общей массе ВВ несколько сотен килограммов при каждом взрыве и т. п.

При значительной длине профилей могут меняться поверх­ностные условия, а также оптимальные условия для взрывов. Их на каждом новом участке определяют на основании опытов, проводимых в наиболее типичных для участка условиях. Важнейшим элементом опытов является поинтервальный прострел взрывных скважин. В результате опытных работ становятся известными волны-помехи, характерные для каждого участка, оптимальные для участка условия заложения зарядов и величины, при которых достигается наибольшее отношение сигнал-помеха. Это обычно достигается при помещении заряда ниже подошвы ЗМС на 0,25 длины отраженной волны, принятой за основную. При наличии таких сведений можно заранее планировать число и глубину взрывных скважин, необходимую величину заряда и не только обеспечить неизменно высокое качество регистрируемых сигналов, но и повысить производительность сейсмического отряда.

При разведке по методу общей глубинной точки (ОГТ) взрывы производят через небольшие интервалы (60–200 м) на прямолинейных отрезках профилей.

Наблюдения можно выполнять по нескольким схемам.

1. При наличии пункта взрыва на фиксированном удалении относительно базы приема. В этом случае пункт (пункты) взрыва перемещается в одну сторону по профилю, либо находясь за пределами расстановки сейсмоприемников, либо совпадая с одним из каналов базы приема (чаще всего с крайним или центральным). Поскольку при втором варианте пункт взрыва находится в непосредственной близости от одной из групп сейсмопрнемников, некоторые способы возбуждения сигнала, например воздушные взрывы, исключаются.

2. Пункт взрыва меняет свое положение относительно базы приема. При этом перемещение точки взрыва осуществляется по петлевой схеме: после нескольких перемещений в сторону отработанной части профиля взрывпункт смещают не значительное расстояние вперед по профилю и снова перемещают на небольшие интервалы назад. И при этой схеме пункт взрыва может находиться в пределах базы приема или вне её.

Проведение работ методами плоского фронта (ПФ), управляемого плоского фронта (УПФ) или регулируемого управления фронтами волн (РУФ) связано с созданием заданного по форме фронта волны, возникающего при взрыве группы зарядов, разнесенных на значительное расстояние вдоль прямой линии.

Чтобы придать суммарному волновому фронту требуемую форму, необходимо рассчитать расстояние между зарядами, очередность их взрывания и время зедержки между отдельными взрывами с учетом изменения рельефа местности и глубины заложения зарядов. Линейный заряд образуется из отрезков ДШ, погружаемых на глубину несколько десятков сантиметров при помощи особого погружателя. Этот способ взрывания наиболее пригоден для участков с однородными поверхностными условиями и постоянной мощностью зоны малых скоростей.

При скважинных наблюдениях – выполнении сейсмокаротажа (СК), вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и разведке по методу обращенных годографов (МОГ) – сейсмоприемники перемещают в глубокой скважине в пределах многих сотен метров, а взрывы сосредоточивают в ограниченном числе точек у поверхности. Чтобы проследить изменения сигнала как функции глубины, необходимо сохранить по возможности неизменными прочие параметры, особенно условия возбуждения колебаний. В связи с этим стремятся, чтобы глубины и забойка скважин сохранились постоянными и все взрывные скважины размещались в пределах участка, где ожидаются одинаковые условия возбуждения.

Для возбуждения поперечных волн необходимо, чтобы взрыв происходил не в однородной среде или на границе полупространства, а в условиях наличия непосредственно у заряда определенной асимметрии среды. Чаще всего эта асимметрия создается искусственно – какой-нибудь землеройной машиной, предыдущим подготовительным взрывом или конструкцией источника (вернее снаряда, в который помещают заряд).

Следовательно, даже при проведении разведки одним каким-нибудь сейсмическим методом могут выполняться взрывные работы различного типа. Это должно найти отражение в проекте взрывных работ партии. В нем требуется предусмотреть снаряжение и своевременно провести обучение персонала безопасным правилам проведения всех видов взрывных работ, предстоящих партии. Всю необходимую подготовку выполняет руководитель взрывных работ партии.