Наука и технологические разработки: статья

СКВАЖИННЫЙ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫЙ МОНИТОРИНГ ПОРОДНОГО МАССИВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПТОВОЛОКОННЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
А.В. Чугаев 1 И.А. Санфиров 1 А.И. Кузнецов 1 Р.А. Богданов 2
1 Горный институт УрО РАН
2 ПАО “Уралкалий”
Журнал: Наука и технологические разработки
Том: 102
Номер: 4
Год: 2023
Страницы: 50-63
УДК: 550.834.08
DOI: 10.21455/std2023.4-3
Ключевые слова: распределенные акустические датчики, Верхнекамское месторождение, сейсморазведка, сейсмоакустика, межскважинное просвечивание, геомеханический мониторинг, оседания земной поверхности
Аннотация: На Верхнекамском месторождении солей реализована система мониторинга аварийного участка, включающая в себя распределенную оптоволоконную систему регистрации с длиной оптической линии 6 км и активным скважинным источником упругих колебаний. Мониторинг выполняется способом межскважинного акустического просвечивания. Применение специального кабеля, содержащего прямое и спиральное волокно, позволяет регистрировать как прямые, так и преломленные головные волны. На основании сравнения волновых полей локализуются участки изменения упругих свойств массива и дается количественная оценка таких изменений. Использование большого количества одновременно регистрирующих каналов позволяет добиваться необходимого пространственного разрешения в зависимости от поставленной задачи. Низкая стоимость оптоволоконного кабеля позволяет проектировать его перманентное заложение на аварийных участках с ограни-ченным режимом доступа. Предложенная система мониторинга может быть использована как для контроля сохранности разрабатываемого массива на проблемных участках, так и для мониторинга оснований ответственных зданий и сооружений, расположенных в зонах ускоренных оседаний подработанной территории.
Список литературы: Горбуленко В.В., Леонов А.В., Марченко К.В., Трещиков В.Н. Волоконно-оптическая систе-ма мониторинга “Дунай” // Фотон-Экспресс. 2014. № 5 (117). С.12–15.

Ли В.О., Владов М.Л. Анализ эффективности 2D сейсморазведки методом ОГТ при изуче-нии приповерхностной части разреза // Вестник Московского университета. Сер. 4: Геология. 2012. № 3. С.52–60.

Санфиров И.А., Бабкин А.И., Ярославцев А.Г., Прийма Г.Ю., Фатькин К.Б. Сейсморазве-дочные исследования условий разработки калийной залежи // Геофизика. 2011. № 5. С.53–58.

Чугаев А.В., Кузнецов А.И. Оценка возможностей распределенной оптоволоконной систе-мы регистрации со спиральным кабелем для проведения межскважинного сейсмоаку-стического просвечивания // Приборы и техника эксперимента. 2023. № 5. С.167–173. https://doi.org/10.31857/S0032816223050087

Чугаев А.В., Тарантин М.В. Амплитудно-частотный отклик распределенного акустическо-го сенсора DAS со спиральной намоткой волокна // Горные науки и технологии. 2023. Т. 8, № 1. С.13–21. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-06-10

Чугаев А.В., Лисин В.П., Бабкин А.И., Томилов К.Ю. Изучение скоростной характеристики околоскважинного пространства с помощью головных волн, регистрируемых при межскважинном просвечивании // Инженерная и рудная геофизика-2020: Тезисы до-кладов 16-й научно-практической конференции, Пермь, 14–18 сентября 2020 г. М.: ЕАГЕ ГЕОМОДЕЛЬ, 2020. С.72. https://doi.org/10.3997/2214-4609.202051092

Чугаев А.В., Санфиров И.А., Тарантин М.В. Трапезникова А.Б., Носков А.О. Получение сейсмических изображений в методе межскважинного просвечивания на основании углубленного анализа волнового поля // Инженерная и рудная геофизика 2022: Сбор-ник материалов 18-й научно-практической конференции и выставки, Геленджик, 5–8 сентября 2022 г. М.: ЕАГЕ ГЕОМОДЕЛЬ, 2022. С.411–421.

Alekseev A.E., Vdovenko V.S., Gorshkov B.G., Potapov V.T., Simikin D.E. A phase-sensitive op-tical time-domain reflectometer with dual-pulse phase modulated probe signal // Laser Phys-ics. 2014. V. 24, N 11. Art. 115106. https://doi.org/10.1088/1054-660X/24/11/115106

Bakulin A., Golikov P., Smith R., Erickson K., Silvestrov I., Al-Ali M. Smart DAS uphole acquisi-tion system for near-surface characterization and imaging // SEG Technical Program Ex-panded Abstracts. 2018. P.201–205. https://doi.org/10.1190/segam2018-2995883.1

Bakulin A., Silvestrov I., Pevzner R. Surface seismics with DAS: An emerging alternative to modern point-sensor acquisition // The Leading Edge. 2020. V. 39, Iss. 11. P.808–818. https://doi.org/10.1190/tle39110808.1

Baryakh A.A., Samodelkina N.A. Geomechanical estimation of deformation intensity above the flooded potash mine // J. Mining Sci. 2018. V. 53, Iss. 4. P.630–642. https://doi.org/10.1134/S106273911704262X

Baryakh A.A., Sanfirov I.A., Fedoseev A.K., Babkin A.I., Tsayukov A.A. Seismic-geomechanical control of water-impervious strata in potassium mines // J. Mining Sci. 2017. V. 53, Iss. 6. P.981–992. https://doi.org/10.1134/S1062739117063041

Chen Y., Zong J., Liu Ch., Cao Zh., Duan P., Li J., Hu G. Offshore subsurface characterization enabled by fiber-optic distributed acoustic sensing (DAS): An East China Sea 3D VSP sur-vey example // Front. Earth Sci. 2023. V. 11. Art. 1033456. 11 p. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1033456

Chugaev A.V., Sanfirov I.A., Tarantin M.V. Cross-well reflection imaging at the Verkhnekam-skoe potash deposit // Rus. Geol. Geophys. 2023. V. 64, N 2. P.243–255. https://doi.org/10.2113/RGG20214406

Correa J., Egorov A., Tertyshnikov K., Bona A., Pevzner R., Dean T., Freifeld B., Marshall S. Analysis of signal to noise and directivity characteristics of DAS VSP at near and far offsets – A CO2CRC Otway Project data example // The Leading Edge. 2017. V. 36, Iss. 12. P.994a1–994a7. https://doi.org/10.1190/tle36120994a1.1

Dean T., Cuny T., Hartog A.H. The effect of gauge length on axially incident P-waves measured using fibre optic distributed vibration sensing // Geophys. Prospect. 2017. V. 65, Iss. 1. P.184–193. https://doi.org/10.1111/1365-2478.12419

Gorshkov B.G., Alekseev A.E., Simikin D.E., Taranov M.A., Zhukov K.M., Potapov V.T. A cost-effective distributed acoustic sensor for engineering geology // Sensors. 2022a. V. 22, Iss. 23. Art. 9482. 12 p. https://doi.org/10.3390/s22239482

Gorshkov B.G., Alekseev A.E., Taranov M.A., Simikin D.E., Potapov V.T., Ilinskiy D.A. Low noise distributed acoustic sensor for seismology applications // Applied Optics. 2022b. V. 61, Iss. 28. P.8308–8316. https://doi.org/10.1364/AO.468804

Hartog A.H. An Introduction to Distributed Optical Fibre Sensors. CRC Press, 2017. 442 p. https://doi.org/10.1201/9781315119014

Kuvshinov B.N. Interaction of helically wound fibre-optic cables with plane seismic waves // Geophys. Prospect. 2016. V. 64, Iss. 3. P.671–688. https://doi.org/10.1111/1365-2478.12303

Mateeva A., Mestayer J., Cox B., Kiyashchenko D., Wills P., Lopez J., Grandi S., Hornman K., Lumens P., Franzen A., Hill D., Roy J. Advances in distributed acoustic sensing (DAS) for VSP // SEG Technical Program Expanded Abstracts. 2012. P.1–5. https://doi.org/10.1190/segam2012-0739.1

Parker T., Shatalin S., Farhadiroushan M. Distributed Acoustic Sensing – a new tool for seismic applications // First Break. 2014. V. 32, Iss. 2. P.61–69. https://doi.org/10.3997/1365-2397.2013034

Tertyshnikov K., Bergery G., Freifeld B., Pevzner R. Seasonal effects on DAS using buried heli-cally wound cables // EAGE Workshop on Fiber Optic Sensing for Energy Applications in Asia Pacific, Kuala Lumpur, November 9–11, 2020. 5 p. https://doi.org/10.3997/2214-4609.202070007

Van Zaanen L., Bona A., Correa J., Tertyshnikov K., Dean T., Pevzner R. A comparison of borehole seismic receivers // SEG Technical Program Expanded Abstracts. 2017. P.5974–5978. https://doi.org/10.1190/segam2017-17799478.1

Vantassel J.P., Cox B.R., Hubbard P.G., Yust M. Extracting high-resolution, multi-mode surface wave dispersion data from distributed acoustic sensing measurements using the multichannel analysis of surface waves // J. Appl. Geophys. 2022. V. 205. Art. 104776. https://doi.org/10.1016/

j.jappgeo.2022.104776

Willis M.E., Barfoot D., Ellmauthaler A., Wu X., Barrios O., Erdemir C., Shaw S., Quinn D. Quantitative quality of distributed acoustic sensing vertical seismic profile data // The Lead-ing Edge. 2016. V. 35, Iss. 7. P.605–609. https://doi.org/10.1190/tle35070605.1

Wu X., Willis M.E., Palacios W., Ellmauthaler A., Barrios O., Shaw S., Quinn D. Compressional- and shear-wave studies of distributed acoustic sensing acquired vertical seismic profile data //The Leading Edge. 2017. V. 36, Iss. 12. P.987–993. https://doi.org/10.1190/tle36120987.1