Вертикальное сейсмоакустическое профилирование в геотехнических скважинах

          Вертикальное сейсмоакустическое профилирование (ВСП) в неглубоких инженерно-геологических скважинах используется для решения различных задач — для получения статических поправок на зону пониженных скоростей при традиционных сейсморазведочных работах на нефть и газ, для привязки отражений на участках малоглубинной сейсморазведки МОГТ, для получения детальных разрезов упругих модулей и прогнозных оценок прочностных и деформационных свойств грунтов.
Обычно для приема колебаний  используется многоканальный (8-24 канала) пьезодатчик. Работы проводятся импульсным ударным источником (кувалдой). При низком уровне грунтовых вод скважину обсаживают колонной из полиэтиленовых труб диаметром 100-105 мм с обратным клапаном на дне колонны. В этом случае колодец можно заполнить водой до поверхности земли, защитить от обрушения и использовать для повторных наблюдений. Удаление источника от устья 3-6 м. Оценочные параметры записи могут быть следующими: частота дискретизации 100-200 мкс, количество отсчетов 1000-2000, длительность записи 100-400 мс. Традиционно расстояние между каналами гидрофонов в зонде составляет 1 м. При необходимости более детальных данных, например с шагом 0,25 м, проводят 4 серии возбуждений с перемещением зонда каждый раз на 25 см вверх по стволу скважины. После этого зонд выдвигается на полную длину из исходного положения +1м и выполняются следующие 4 серии возбуждений и регистраций. Программа обработки составляет сводную сейсмограмму ВСП с шагом между приемниками 25 см. При такой интервале по глубине на вертикальном годографе можно получить скоростной разрез упругих волн, приближающийся по уровню детализации к разрезам конусного пенетрометра (CPT).

Разрезы ВСП с шагом между сейсмотрассами 25 см, полученные в скважине глубиной 35 м в месте расположения очага на устье (слева) и на расстоянии 6 м от устья (справа)

Скорость продольной волны определяется первыми вступлениями прямой (нисходящей) волны. Для определения скорости поперечной волны в условиях разреза, представленного мощным слоем рыхлых четвертичных и моренных грунтов в водонасыщенных скважинах с достаточно высокой точностью, можно использовать скорость гидроволны, регистрируемой пьезогидрофонными датчиками давления простым методом  без использования трехкомпонентных зондов.

Разрез ВСП получен при регистрации колебаний в скважине с помощью 8-канального зонда с пьезоэлектрическими датчиками давления. Шаг приемников 1 м, удаление ПВ от устья скважины 5 м. Наряду с первыми вступлениями прямой продольной волны регистрируется низкочастотная низкоскоростная гидроволна.

Графики физико-механических параметров грунтов, полученные на основе ВСП

Непродольное вертикальное сейсмопрофилирование

Система непродольного ВСП, выполненная по линейному профилю с использованием нескольких различных точек возбуждения, может быть преобразована в площадную систему непродольного ВСП с расположением профилей по нескольким пространственно разнесенным линиям расположения точек возбуждения. Используемая при этом программа сбора и обработки данных формирует пространственно-координатные дискретные значения скоростей упругих волн вдоль криволинейных сейсмических лучей. На основе такой выборки можно получить вертикальные и горизонтальные разрезы скоростей на произвольно заданных плоскостях, отражающих пространственное распределение скоростей упругих волн в грунтовом массиве.

Схема выполнения непродольного ВСП

Пример оконтуривания по данным 3D ВСП зоны разуплотнения в закарстованных породах и границ плотного доломитового слоя на вертикальных разрезах в вертикальных плоскостях, удаленных от скважины на расстоянии 8, 10 и 12 м (слева направо)


Расчет скоростных разрезов выполнен по материалам непродольного ВСП, представленным отделом активной сейсмоакустики Горного института УрО РАН (г. Пермь).

        Удаление источников от устья до 64 м. Количество накоплений в импульсе возбуждения – 3. Точки выстрела расположены по трем параллельным линиям, одна из которых проходит по стволу скважины, вторая удалена от устья на 15 м, а третья – на 30 м. Расстояние между точками выстрела 4 м по каждой линии. Частота выборки записи 200 мкс и количество выборок 2000, длина записи 400 мс.
С помощью этой системы наблюдения можно получить распределение скоростей упругих волн в околоскважинном пространстве, имеющем форму перевернутой пирамиды с основанием на поверхности наблюдения. По мере приближения скважины увеличивается глубина исследуемого участка пространства, но уменьшаются его поперечные размеры в горизонтальной плоскости.