Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана
На основі застосування методів математичного моделювання показана перспективність використання сейсмічного методу з метою визначення будови куполоподібних структур, що є потенційними колекторами природного газу. Using methods of mathematical modeling we show the prospects for employing seismic metho...
Saved in:
| Published in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57263 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана / А.А. Глухов, А.И. Компанец, В.В. Трофимов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 2. — С. 399-422. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860058538408148992 |
|---|---|
| author | Глухов, А.А. Компанец, А.И. Трофимов, В.В. |
| author_facet | Глухов, А.А. Компанец, А.И. Трофимов, В.В. |
| citation_txt | Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана / А.А. Глухов, А.И. Компанец, В.В. Трофимов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 2. — С. 399-422. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | На основі застосування методів математичного моделювання показана перспективність використання сейсмічного методу з метою визначення будови куполоподібних структур, що є потенційними колекторами природного газу.
Using methods of mathematical modeling we show the prospects for employing seismic method to delineate the dome-like structures that are prospective natural gas reservoirs.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:03:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
399
УДК 550.834:622.12
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
СЕЙСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ УГЛЕПОРОДНЫХ
МАССИВОВ ПРИ ПРОГНОЗЕ ЗОН ВЕРОЯТНОГО
СКОПЛЕНИЯ МЕТАНА
Глухов А. А., Компанец А. И., Трофимов В. В.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
На основі застосування методів математичного моделю-
вання показана перспективність використання сейсмічного ме-
тоду з метою визначення будови куполоподібних структур, що є
потенційними колекторами природного газу.
Using methods of mathematical modeling we show the prospects
for employing seismic method to delineate the dome-like structures
that are prospective natural gas reservoirs.
Одним из наиболее важных резервов энергоресурсов, кото-
рые в настоящее время не используются в промышленных мас-
штабах, является метан угленосных формаций, прежде всего, До-
нецкого бассейна, где его запасы составляют (по разным подсче-
тами) от 12,0 до 25,0 трлн м3 на глубинах до 3,0 км [1]. Почти все
шахтные поля Донбасса, кроме восточных антрацитовых райо-
нов, характеризуются высоким содержимым метана в угле – от
8,0 до 35,0 м3/т сухой беззольной массы. Кроме того, в Донецком
бассейне в составе угленосной толщи широко развитые коллек-
торские горизонты и компактные структурно-тектонические
формы, в которых аккумулировались миграционные углеводные
потоки.
Несмотря на объективно высокий уровень естественной га-
зоносности угольных пластов, в Донецком бассейне существуют
трудности с локализацией залежей метана как для решения про-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
400
блем предварительной дегазации выемочных участков, так и
промышленной добычи горючих газов. Существующие в данное
время подходы к поиску перспективных газоносных площадей в
основном базируются на общей тенденции увеличения газонос-
ности по мере роста глубины и степени метаморфизма. При этом
методика поисков нетрадиционных структур, благоприятных для
скопления углеводородов, не разработана.
Поэтому в работе на основе применения математического
моделирования показана возможность использования сейсмоаку-
стического метода для разведки параметров куполообразных
структур, которые являются перспективными коллекторами ме-
тана. Расчеты были проведены на моделях реальной среды, соот-
ветствующей участку блока № 3 шахты «Западно-Донбасская»
Особенностью участка является куполообразная структура, раз-
рез которой схематически изображен на рисунке 1. Характерной
особенностью, которая должна быть учтена в модели, являются
пласты песчаника. Верхний из них, мощностью 5 – 10 м залегает
на глубине около 390 м на всем протяжении участка. Нижний,
мощностью около 20 м залегает только в одном из крыльев купо-
лообразной структуры на глубинах около 420 м. На рисунке 1 эти
слои песчаника схематически выделены цветом. Остальная толща
пород представлена переслаиванием алевролитов и аргиллитов. В
модели это переслаивание описывается однородной породой с
усредненными параметрами. В верхней части среды расположе-
ны наносы.
Методика расчетов базировалось на идеологии применения
идеально упругой модели Гука, в которой среда описывается
объемной плотностью и двумя модулями упругости для объем-
ных и сдвиговых деформаций (коэффициентами Ламе). Через них
выражаются три сейсмических параметра: плотность , скорости
распространения продольных Vp и поперечных Vs волн. Упругая
модель достаточно полно отражает неоднородности строения
среды и позволяет получить все используемые в практической
сейсморазведке типы волн. При решении задачи было сделано
допущение, что компоненты вектора перемещения частиц среды
в процессе распространения сейсмических волн зависят только от
времени, от величины проекции расстояния между сейсмоприем-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
401
ником и источником на плоскость напластования, и от величины
проекции этого расстояния на перпендикуляр к плоскости напла-
стования. В связи с этим можно перейти к плоской задаче, реше-
ние которой методом конечных разностей достаточно полно опи-
сано в специальной литературе и не требует дополнительного
рассмотрения [1 – 6]. В качестве модельной использовалась
двухмерная однородная, прямоугольная решетка, цепочки узлов
которой ориентированы вдоль осей х и декартовой системы коор-
динат. Ось z направлена вертикально вниз, а ось х – по направле-
нию вдоль моделируемого профиля сейсмических наблюдений.
Каждому из узлов решетки был поставлен в соответствие участок
исследуемой куполовидной структуры на участке блока № 3 шах-
ты «Западно-Донбасская» (см. рис. 2) с соответствующими физи-
ко-механическими параметрами.
Рис. 1. Фрагмент геологического разреза куполовидной
структуры, которая положена в основу физико-
математической модели
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
402
Рис. 2. Структура базовой модели
При проведении расчетов ставились следующие цели:
– обосновать возможность детектирования границ располо-
жения мощных слоев песчаника, распложенных на глубине около
420 м;
– изучить сравнительную информативность различных ти-
пов колебаний;
– выбрать наиболее информативный диапазон частот.
Поэтому при проведении расчетов моделировались ударные
источники, для которых направление удара совпадало с верти-
кальной осью (ось Z), а также с перпендикуляром к плоскости
разведывательного профиля (ось Y). Систему наблюдений со-
ставляют 48 сейсмоприемников, располагающихся с шагом 20 м.
В точках расположения сейсмоприемников фиксируются смеще-
ния в направлениях всех трех осей координат.
Особое внимание было уделено моделированию частотного
диапазона источников колебаний. Были использованы три типа
Песчаники
переслаивание алев-
ролитов и аргилли-
тов
Наносы
ПВ ПВ ПВ
48 – 96
переслаивание алев-
ролитов и аргилли-
тов
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
403
источника, функции смещения частиц среды и частотные харак-
теристики для которых изображены на рисунке 3. Максимумы
частотных характеристик располагаются на частотах 75, 105 и
140 Гц.
0 100 200
f, Гц
Рис. 3. Функции смещения частиц среды и частотные харак-
теристики источников, используемых при проведе-
нии расчетов
Конечно-разностное представление математической модели
сейсмоакустического поля упругих колебаний позволяет задавать
функцию источника в произвольном узле или группе узлов моде-
ли. Для моделирования ударного источника при использовании
МКР необходимо в соответствующем узле решетки задать функ-
ции u(t) , v(t) и w(t) описывающие x, y и z компоненты смещения,
соответственно. Для моделирования возбуждения волн по оси Y
необходимо задать дискретный набор значений vp
m,n. В общем
случае соотношение между up
m,n и wp
m,n для каждого из моментов
времени задаст направление смешения частиц среды в плоскости
50 25 t, мс
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
404
xz. Поляризацию колебаний в реальности очень сложно описать.
Если предположить, что все up
m,n во время действия источника
равны нулю, то такая постановка задачи будет соответствовать
удару тампером строго по вертикали.
Моделирование проходило в три этапа.
На первом рассчитывались теоретические сейсмограммы
при расположении источника колебаний непосредственно над
центром куполообразной структуры, а также на расстоянии 300 м
по обе стороны от этой точки. Вычисления проводились при ис-
пользовании функции источника с максимумом частотного спек-
тра на частоте 75 Гц. При этом были исследованы последова-
тельные картины волнового поля, формируемого в углевмещаю-
щей толще.
На втором этапе были построены теоретические сейсмиче-
ские разрезы на основе использования всех типов источника (75,
105 и 140 Гц) для каждой из компонент волнового поля.
На третьем этапе на основе использования наиболее инфор-
мативной из компонент (Z компонента) для каждого из типов ис-
точника были построены томографические картины распределе-
ния амплитуд волнового поля.
Рассмотрим последовательно результаты вышеперечислен-
ных этапов.
На рисунках 4 – 6 представлены последовательные картины
распространения волнового поля в моменты времени (75, 150,
200 и 250 мс). Показаны X, Y и Z компоненты соответственно.
Источник сейсмических волн расположен строго над центром ку-
полообразной структуры. В момент времени 75 мс волновое поле
пересекло границу наносов. Волновые фронты для всех компо-
нент волнового поля имеют строго сферический характер. В по-
следующий момент времени (150 мс) волновые фронты пересек-
ли верхний слой песчаника. Продольные волны достигли нижне-
го песчаника. Симметрия волнового поля пока не нарушилась.
При распространении колебаний через песчаник наблюдается
смещение фазы.
Представляет интерес тот факт, что при этом отраженная
волна для Z и X колебаний сравнительно слаба. Её амплитуда не
превышает 25 – 30 % от амплитуды падающей волны. К тому же,
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
405
распространяющийся за фронтом продольных волн фронт попе-
речных волн смазывает волновую картину. Представляют инте-
рес волны, отраженные от границы наносов, достигшие свобод-
ной границы и отразившиеся от нее интенсивной волной. Эти
волны в реальности не будут столь интенсивны ввиду суще-
ственного поглощения в верхних слоях пород.
Рис. 4. Последовательные картины распространения волно-
вого поля X компонента колебаний
Для Y компоненты волнового поля картина существенно
иная. Она отличается своей четкостью и наглядностью. На гра-
75 мс
150 мс
200 мс
250 мс
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
406
нице верхнего песчаника образуется интенсивная (до 50 % от ам-
плитуды падающей волны) отраженная волна, которую отчетливо
видно. Вторичные волны, отраженные от дневной поверхности
также присутствуют, причем достаточно интенсивны. По линиям
сдвига и потери фаз отчетливо прослеживаются границы наносов,
а также верхний слой песчаника.
Рис. 5. Последовательные картины распространения волно-
вого поля Y компонента колебаний
В момент времени 200 мс волновые фронты уже пересекли
нижний слой песчаника. Волновое поле существенно изменилось.
Для всех компонент волнового поля в той части модели, где при-
сутствует нижний слой песчаника, наблюдается интенсивная от-
75 мс
150 мс
200 мс
250 мс
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
407
раженная волна. Её амплитуда составляет до 30 % от амплитуды
падающей волны. Интерес представляет тот факт, что при рас-
пространении колебаний через мощный песчаник практически не
наблюдается смещение фазы. Волны, отраженные от свободной
границы также приближаются к данным глубинам. На Z и X ком-
понентах волнового поля видны и волны, которые на своем пути
дважды отразились от свободной границы. Их фронт накладыва-
ется на общую картину колебаний в верхней частим модели, что
приводит к потере фаз информативных фронтов волн, отражен-
ных от песчаников.
Картина в момент времени 250 мс существенно не отличает-
ся от предыдущей. Информативные волны, отраженные от слоя
нижнего песчаника, сформировались и ушли в направлении по-
верхности, где могут быть зарегистрированы сейсмоприемника-
ми.
Таким образом, последовательные картины распростране-
ния сейсмических колебаний в рассматриваемой модели говорят
о том, что наличие мощных слоев песчаника с одной из сторон
куполообразной структуры приводит к формированию информа-
тивной отраженной волны, амплитуда которой достаточна для её
надежной идентификации и последующего анализа. При этом, на
наш взгляд, наиболее информативным является возбуждение сей-
смических колебаний в направлении, перпендикулярном разве-
дочному профилю (Y компонента). Далее по информативности
следует способ возбуждения колебаний в вертикальном направ-
лении.
В дополнение к этому рассмотрим наборы теоретических
сейсмограмм, полученных для 48 сейсмоприемников при распо-
ложении источников колебаний непосредственно над центром
куполообразной структуры, а также на расстоянии 300 м по обе
стороны от этой точки. Они изображены на рисунках 7 – 9.
На теоретических сейсмограммах X и Z компонент пред-
ставлены следующие типы волн:
– прямые волны, распространяющиеся от источника к сей-
смоприемникам вдоль свободной границы (если для Z компонен-
ты колебаний основную роль играют продольные волны, то для X
компоненты четко наблюдается и поперечная волна);
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
408
Рис. 6. Последовательные картины распространения волно-
вого поля Z компонента колебаний
– интенсивные волны, сформированные на границе наносов
(на обоих компонентах представлены как продольные, так и по-
перечные волны; причем для сейсмоприемников, расположенных
в непосредственной близости от пункта возбуждения, первые
приходят приблизительно через 60 – 65 мс, а вторые – через 150 –
160 мс);
75 мс
150 мс
200 мс
250 мс
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
409
а) б)
в)
Рис. 7. Наборы теоретических сейсмограмм Z компоненты
волнового поля при расположении источника коле-
баний в 300 м от центра куполовидной структуры
над участком, где есть мощный слой песчаника (а); в
300 м от центра куполовидной структуры над участ-
ком, где такового нет (б); по центру структуры (в)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
410
а) б)
в)
Рис. 8. Наборы теоретических сейсмограмм Y компоненты
волнового поля при расположении источника коле-
баний в 300 м от центра куполовидной структуры
над участком, где есть мощный слой песчаника (а); в
300 м от центра куполовидной структуры над участ-
ком, где такового нет (б); по центру структуры (в)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
411
а) б)
в)
Рис. 9. Наборы теоретических сейсмограмм X компоненты
волнового поля при расположении источника коле-
баний в 300 м от центра куполовидной структуры
над участком, где есть мощный слой песчаника (а); в
300 м от центра куполовидной структуры над участ-
ком, где такового нет (б); по центру структуры (в)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
412
– слабые продольные волны, отраженные от верхнего слоя
песчаника, достигающие сейсмоприемников, расположенных в
непосредственной близости от пункта возбуждения через 200 –
250 мс (сравнительно более четко они проявляются на сейсмо-
граммах Z компоненты колебаний);
– продольные волны, отраженные от нижнего песчаника до-
стигающие сейсмоприемников, расположенных в непосредствен-
ной близости от пункта возбуждения приблизительно через 250 –
300 мс (они также больше проявляются на сейсмограммах Z
компоненты колебаний).
На теоретических сейсмограммах Y компоненты представ-
лены следующие типы волн:
– прямые волны, распространяющиеся от источника к сей-
смоприемникам вдоль свободной границы;
– волны, отраженные от границы наносов;
– волны, отраженные от верхнего слоя песчаника.
Представляет интерес тот факт, что волны, отраженные от
нижнего песчаника практически не заметны. Они имеют очень
слабую амплитуду.
Таким образом, анализ теоретических сейсмограмм позво-
ляет оценить сравнительную информативность волн различных
типов и выделить временные диапазоны их наблюдения. Судя по
результатам анализа теоретических сейсмограмм, наиболее ин-
формативна Z компонента волнового поля.
Методика проведения расчетов позволяет во временной об-
ласти промоделировать теоретические сейсмические разрезы.
Для этого моделируется возбуждение сейсмических колебаний
непрерывной цепочкой из 96 источников, располагающихся на
расстоянии 10 м друг от друга. При этом в центральной части мо-
дели на определенном расстоянии от этой цепочки формируется
единый линейный фронт, представляющий собой, по сути, плос-
кую волну, распространяющуюся от поверхности вглубь пород.
На краях цепочки такая волна не формируется, однако эта об-
ласть и не рассматривается. Как показывает опыт использования
такого подхода, в средней части модели располагается информа-
тивная часть шириной около 500 м (центральные 40 – 60 сейсмо-
приемников).
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
413
На рисунках 10 – 11 представлены рассчитанные во времен-
ной области теоретические сейсмические разрезы для Z, Y и X
компонент волнового поля соответственно. Для каждой из ком-
понент представлены разрезы, полученные для источников с раз-
личной частотной характеристикой.
Представленные сейсмические разрезы отражают часть
толщи горных пород, начиная с глубин 350 – 370 м и более. Неза-
висимо от компоненты, на разрезах четко различим верхний слой
песчаника, с характерным изгибом в центре модели. Соответ-
ствующие отражения прослеживаются на временных сейсмиче-
ских разрезах X и Z компонент на 180 – 200 мс, а на временных
сейсмических разрезах Y компоненты на 230 – 250 мс. Нижние,
мощные слои песчаника различимы на сейсмических разрезах Z
(220 – 270 мс) и Y (300 – 350 мс) компонент, и практически не
различимы на сейсмических разрезах X компоненты.
Анализ теоретических сейсмических разрезов показывает
существенно различную информативность компонент волнового
поля, а также, что заслуживает особого внимания, нелинейную
зависимость разрешающей способности сейсмоакустического
прогноза от частоты колебаний источника.
Например, для Z компоненты колебаний при использовании
источников с максимумами на частоте 75 и 105 Гц нижний слой
песчаника просматривается достаточно четко, причем с ростом
частоты информативной волны от 50 до 100 Гц разрешающая
способность метода возрастает. Однако при последующем увели-
чении частоты информативность прогноза падает. При использо-
вании источника с максимумом на частоте 140 Гц нижний слой
песчаника просматривается очень слабо.
Для Y компоненты картина подобна. При несущей частоте
75 Гц отражений от исследуемого песчаника практически не
наблюдается, в равной степени, как и при 140 Гц. Только при ис-
пользовании источника с характерной частотой 105 Гц информа-
тивная волна присутствует с амплитудой, достаточной для анали-
за.
Для Х компоненты даже при использовании источника с ха-
рактерной частотой 105 Гц информативная волна не обладает
устойчивостью.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
414
а)
б)
в)
Рис. 10. Теоретические сейсмические разрезы для Z компо-
ненты волнового поля для источников с максиму-
мом частотной характеристики на частотах 75 (а),
105 (б) и 140 (в) Гц
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
415
а)
б)
в)
Рис. 11. Теоретические сейсмические разрезы для Y компо-
ненты волнового поля для источников с максиму-
мом частотной характеристики на частотах 75 (а),
105 (б) и 140 (в) Гц
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
416
а)
б)
в)
Рис. 12. Теоретические сейсмические разрезы для X компо-
ненты волнового поля для источников с максиму-
мом частотной характеристики на частотах 75 (а),
105 (б) и 140 (в) Гц
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
417
Таким образом, анализ показывает, что оптимально исполь-
зование несущей частоты источника с максимумом частотной ха-
рактеристики на частотах около 100 Гц.
Рассмотрим результаты томографического анализа. На ри-
сунке 13 представлены результаты сейсмической томографии,
рассчитанные на основе использования теоретических сейсмо-
грамм всей совокупности компонент волнового поля. В основе
использованного подхода лежит идея, заключающаяся в том, что
строение углевмещающей толщи может быть описано путем об-
работки волновых пакетов, отраженных от залегающей ниже рез-
кой акустической границы. В данном случае в качестве отража-
ющей границы принята нижняя часть модельной решетки.
Исследуемый участок разбивается на зоны eij. В настоящей
модели размеры зоны составляли 10×10 ячеек решетки. Для каж-
дой из eij выбирается совокупность K сейсмотрасс, лучи которых
проходят через данную зону. На основе значений характеристик
Ak (в данном случае это амплитуда информативных волновых па-
кетов), длин путей лучей от источника до приемника Rk и длин их
путей rk,ij по eij оценивается то значение характеристики Аij, кото-
рое было бы у сейсмотрасс в том случае, если бы вся среда имела
бы такие же параметры, как в зоне eij. При этом при обработке
сейсмотрасс предполагается, что колебания распространяются от
пункта возбуждения до отражающей границы, а также от отра-
жающей границы по сейсмопиемников по прямой линии.
Предпосылками целесообразности применения данного
подхода являются следующие положения:
– на сейсмограммах, полученных в результате теоретиче-
ских расчетов всегда можно точно определить природу волновых
пакетов;
– используемые при анализе информативные волновые па-
кеты разных типов волн можно разделить по временам прихода;
– в рамках методики расчета с необходимой точностью
можно вычислить путь, пройденный каждым волновым пакетом.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
418
а)
б)
в)
Рис. 13. Результаты сейсмической томографии, рассчитан-
ные на основе использования теоретических сей-
смограмм всей совокупности компонент волнового
поля. Максимум частотной характеристики на ча-
стотах 65 Гц (а), 105 Гц (б), 140 Гц (в)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
419
Кроме этого, следует указать еще на один фактор. В ряде
работ [7 – 12] теоретически обоснован тот факт, что сейсмогеоло-
гические модели угленосной толщи, характерные для условий
Донбасса имеют определенные особенности, которые являются в
реальных условиях предпосылками для успешного применения
предлагаемого подхода:
– наличие резкой акустической границы на глубинах от
600 м и более, образованной мощными слоями плотного песча-
ника (значение резкости акустической границы изменяется от
наиболее слабого значения 0,95 до наиболее сильного 0,78);
– сравнительная однородность углевмещающей толщи выше
данной акустической границы вплоть до зоны малых скоростей
(средние значения резкостей акустических границ между отдель-
ными породными пластами ниже зоны малых скоростей 0,93 –
0,97).
В данном случае при проведении вычислений использовался
алгоритм, упрощенно сводящийся к нескольким этапам. К обра-
ботке принято 864 сейсмотрассы (3 источника, 3 компоненты по
96 сейсмоприемников). На 774 из них была выделена волна, об-
разованная колебаниями, отраженными от нижней границы мо-
дели. 90 сейсмотрасс, проходящих по краевым областям (по 30
для каждой компоненты) не учитывалось. Для каждого из сей-
смотрасс, по априори известному расположению источника и
приемника было вычислено расстояние Rm, которое проходят со-
ответствующие колебания и получено значение амплитуды Am.
Затем среднее значение амплитуды было определено по формуле
[8, 9]:
M
m
m
M
m
mm
R
RA
A
1
1 .
Как уже описано выше, участок модели был разбит на пря-
моугольные зоны eij, где i и j их номера по осям X и Z соответ-
ственно, размерами 10×10 ячеек. Для каждой зоны из совокупно-
сти отобранных 774 сейсмотрасс автоматически выбираются K
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
420
проходящих через нее. На основе значений их амплитуд (Ak) и
длин их путей rk,ij по eij оценивается то значение амплитуды (Аij),
которое было бы у сейсмотрасс в том случае, если бы вся среда
имела бы такие же параметры, как в зоне. Используется формула:
K
k
ijk
K
k
ijkk
ij
r
rA
A
1
1 .
Выводимые на представленном выше рисунке (рис. 13) в ка-
честве результата относительные отклонения характеристик от
фонового значения были вычислены по формуле:
100
A
AA
A ij
ij .
Использованные в соотношениях значения Rm и rk,ij вычис-
ляются с необходимой точностью, из предположения прямоли-
нейности лучей на участках от источников до отражающей гра-
ницы и от неё до сейсмоприемников, поскольку имеется исчер-
пывающая априорная информация о распределении в модели
скоростных характеристик пород.
Анализ полученных томограмм показывает, что использова-
ние томографии на отраженных волнах позволяет определить
структуру массива горных пород в данных рассматриваемых
условиях практически во всем исследуемом частотном диапазоне.
Однако, поскольку предлагаемый томографический подход в
данных условиях основывался на практически идеальной для
рассмотрения информационной волне (отражение от границ мо-
дели), он нуждается в дальнейшем изучении.
Таким образом, в результате исследований были проведены
расчеты процесса распространения сейсмических колебаний на
моделях реальной среды, соответствующей участку блока № 3
шахты «Западно-Донбасская». При этом были рассчитаны теоре-
тические сейсмограммы при расположении источника колебаний
непосредственно над центром куполообразной структуры, а так-
же на расстоянии 300 м по обе стороны от этой точки. Вычисле-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
421
ния проводились при использовании функции источника с мак-
симумом частотного спектра на частоте 75 Гц. Расчеты показали,
что наличие мощных слоев песчаника с одной из сторон куполо-
образной структуры приводит к формированию информативной
отраженной волны, амплитуда которой достаточна для её надеж-
ной идентификации и последующего анализа. Наиболее целесо-
образным является возбуждение сейсмических колебаний в
направлении, перпендикулярном разведочному профилю (Y ком-
понента) либо возбуждения колебаний в вертикальном направле-
нии. По результатам анализа теоретических сейсмограмм, наибо-
лее информативна Z компонента волнового поля.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Глухов А. А. Автоматизация расчета поля сейсмических ко-
лебаний в угленосной толще при решении задач шахтной сей-
сморазведки / Наукові праці Національного технічного уні-
верситету. –– Донецьк : ДонНТУ, 2006. –– Вип. 106. ––
С. 131––139.
2. Калиткин Н. Н. Численные методы. –– M. : Наука, 1978. ––
512 с.
3. Самарский А. А. Теория разностных схем. –– M. : Наука,
1983. –– 616 с.
4. Пилипенко В. Н. Численный метод полей времен для построе-
ния сейсмических границ // Обратные кинематические задачи
взрывной сейсмологии. –– М. : Наука, 1979. –– С. 118––181.
5. Анциферов А. В. Конечно-разностный подход моделирования
сейсмических колебаний в угленосной толще // Геотехничес-
кая механика. –– Днепропетровск : ИГТМ, 2002. –– Вып. 35.
–– С. 108––116.
6. Глухов А. А. О программном комплексе моделирования сей-
смических колебаний в угленосной толще / Наукові праці На-
ціонального технічного університету. –– Донецьк : ДонНТУ,
2005. –– Вип. 88. –– С. 106––113.
7. Тиркель М. Г., Глухов А. А. Томография на отраженных вол-
нах при сейсмическом прогнозе строения горного массива //
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
422
Зб. наук. праць «Проблеми гірського тиску». –– Донецьк :
ДонНТУ, 2004. –– № 12. –– С. 14––25.
8. Тиркель М. Г. О границах применения наземной сейсмораз-
ведки для прогноза аномалий залегания угольных пластов на
основе анализа волн, отраженных от нижезалегающих гори-
зонтов // Зб. наукових праць “Проблеми гірського тиску”. ––
Донецьк : ДонНТУ, 2005. –– № 13. –– С. 102––120.
9. Тиркель М. Г. Новый вариант томографии при сейсмическом
прогнозе строения горного массива // Тезисы Междунар. нау-
чно-практ. конф. «Инженерная геофизика-2005». –– Гелен-
джик : ГНЦ «Южморгеология», 2005. –– С. 227––237.
10. Тиркель М. Г., Глухов А. А. Теоретическое обоснование но-
вого способа описания аномалий при сейсмическом прогнозе
строения горного массива // Зб. наукових праць “Проблеми
гірського тиску”. –– Донецьк : ДонНТУ, 2004. –– № 11. ––
С. 29––41.
11. Анциферов А. В., Тиркель М. Г., Анциферов В. А. Использо-
вание сейсмической разведки для картирования тектоничес-
кой нарушенности угольных пластов // Проблеми гірського
тиску. –– Донецьк : ДонДТУ, 2001. –– № 5. –– С. 42––47.
12. Многоволновые сейсмические исследования угольных место-
рождений Донбасса / Хохлов М. Т., Харитонов О. М., Трифо-
нов П. Г., Козельский И. Т., Байсарович М. Н. // Отв. ред.
В. Б. Сологуб. –– К. : Наукова думка, 1990. –– 132 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57263 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:03:10Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Глухов, А.А. Компанец, А.И. Трофимов, В.В. 2014-03-05T15:18:42Z 2014-03-05T15:18:42Z 2013 Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана / А.А. Глухов, А.И. Компанец, В.В. Трофимов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 2. — С. 399-422. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57263 550.834:622.12 На основі застосування методів математичного моделювання показана перспективність використання сейсмічного методу з метою визначення будови куполоподібних структур, що є потенційними колекторами природного газу. Using methods of mathematical modeling we show the prospects for employing seismic method to delineate the dome-like structures that are prospective natural gas reservoirs. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана Mathematical Modeling of Coal-Rock Mass Seismic Images in Prediction of the Zones of Expected Methane Accumulation Article published earlier |
| spellingShingle | Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана Глухов, А.А. Компанец, А.И. Трофимов, В.В. |
| title | Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана |
| title_alt | Mathematical Modeling of Coal-Rock Mass Seismic Images in Prediction of the Zones of Expected Methane Accumulation |
| title_full | Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана |
| title_fullStr | Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана |
| title_full_unstemmed | Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана |
| title_short | Математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана |
| title_sort | математическое моделирование сейсмических изображений углепородных массивов при прогнозе зон вероятного скопления метана |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57263 |
| work_keys_str_mv | AT gluhovaa matematičeskoemodelirovanieseismičeskihizobraženiiugleporodnyhmassivovpriprognozezonveroâtnogoskopleniâmetana AT kompanecai matematičeskoemodelirovanieseismičeskihizobraženiiugleporodnyhmassivovpriprognozezonveroâtnogoskopleniâmetana AT trofimovvv matematičeskoemodelirovanieseismičeskihizobraženiiugleporodnyhmassivovpriprognozezonveroâtnogoskopleniâmetana AT gluhovaa mathematicalmodelingofcoalrockmassseismicimagesinpredictionofthezonesofexpectedmethaneaccumulation AT kompanecai mathematicalmodelingofcoalrockmassseismicimagesinpredictionofthezonesofexpectedmethaneaccumulation AT trofimovvv mathematicalmodelingofcoalrockmassseismicimagesinpredictionofthezonesofexpectedmethaneaccumulation |