Роковая встреча в 1912 году лайнера «Титаник» и ледяного гиганта айс­берга подстегнула ум человека к новому изобретению, которое должно было в будущем предупреждать такие опасности. Прибор, «чувствовавший» айсберг на расстоянии, работал на основе физических свойств акустической волны. Вслед за тем волновая физика стала находить самые различные практические применения в жизни. Именно оттуда взяла своё начало и сейсморазведка – современный метод изучения недр, без которого поиски месторождений нефти и газа не увенчались бы успехом.

Когда волна нашла на камень

– Что-то такое наверняка все проходили во время курса школьной физики. Помните: от брошенного камешка в воде расходятся круги волн? А если вдруг на пути их препятствие – другой большой камень, помните, что происходит? Волны изменяют направление, меняются их свойства, – начиная беседу, пытается расшевелить нашу память Валентина Клыкова, и.о. директора Иркутского геофизического подразделения предприятия АО «Росгео». 

Её коллега Алексей Гилёв, главный геофизик «Иркутскгеофизики» (входит в «Росгеологию»), добавляет:

– Так и в твёрдой среде: после взрыва или мощного толчка возникает упругая волна. Она распространяется во всех направлениях. В зависимости от физических свойств горных пород (карбонаты, каменная соль, терригенные отложения), через которые проходит волна, меняются и её характеристики.

Оба героя «СЭ» – геофизики со стажем: Алексей Гилёв в сейсморазведку пришёл в 1985-м, получив специальность радиофизика в Иркутском госуниверситете. Валентина Клыкова опередила его на 10 лет. Работа первого – полевые сейсмические наблюдения, второго – обработка полученной полевой информации. Результат их совместного труда – сейсмограммы, карты, разрезы – та самая кардио­грамма Земли, которая позволяет заглянуть сквозь толщи древних пород, на километры в глубину. Исследования эти имеют не только научное, но и самое что ни на есть практическое значение.

– Просто так, наобум бурить глубокие скважины в поисках нефти и газа – дорогое удовольствие, – по­ясняют герои «СЭ». – Сейсморазведка позволяет сократить эти затраты.

Такие исследования нефти и газа в Иркутской области ведутся с 1949 года. За период активной советской, а потом и компьютеризированной российской сейсморазведки геофизики «прошли» 130 тыс. км профилей, а геологи построили более тысячи разведочных скважин.

Полевое рабочее место

Геофизики «закидывают сеть» сейсмоприёмников,
которые будут улавливать колебание недр после взрыва

Тем, кому доводилось проходить в кабинете врача процедуру ЭКГ – электрокардиографию, не составит большого труда представить процесс сейсморазведки в полевых условиях. По огромному полю раскинулась паутина – сеть проводов, соединяющих множество датчиков (приёмников).

– Чем больше таких устройств на изучаемой площади, тем лучше. Это как в фотографии – чем больше пикселей у фотоаппарата, тем красивее съёмка. Площадь покрытия исследуемых территорий приёмниками может составлять от 135 датчиков на квадратный километр, – рассказывает Гилёв.

Информация от каждого из этих приёмников, улавливающих колебания недр, поступает по проводам к единому центру – сейсмостанции. По сути своей сейсмостанция – это компьютер со специфическим программным обеспечением, но достаточно простым интерфейсом.

Полевым «офисом», где установлен такой компьютер, для геофизиков служит автомобиль с кунгом. Одно­временно он и служебный транспорт, который без проблем доставляет команду в самые отдалённые уголки сибирской тайги.

– В 1980-х, когда я пришёл в геофизику, сейсмостанции в общем-то уже были напичканы электроникой. Поэтому мне, радиофизику, легко было втянуться в процесс, – вспоминает Алексей Гилёв.

Но электронная аппаратура на тот момент ещё не была массовым явлением. Поэтому геофизикам нередко приходилось работать и по старинке – на аналоговых сейсмостанциях, к которым тянулись огромные толстые косы, сплетённые из множества проводов. Сегодня труд геофизиков заметно облегчился – вместо тяжёлых громоздких сплетений сейсмические данные передаются всего по одному-двум проводам. Это стало возможным после того, как информацию человек научился «упаковывать» в цифру.

– Изначально, на первом этапе развития сейсморазведки, данные о волне записывались не в цифровом виде, как сейчас, а в виде графиков на обычной или фотографической бумаге, в так называемом аналоговом виде, – рассказывает Алексей Гилёв.

Это был единственный, бесценный экземпляр – итог всей трудной и долгой работы в полевой период. И если вдруг бумага потерялась, значит, сезон прошёл зря.

– Цифровая запись появилась сначала в виде плоских магнитных полос, затем – на девяти дюймовых магнитных лентах с плотностью записи 800 бит на каждый дюйм. Но технологии всё ещё были несовершенны – результаты цифровой записи переводили в бумажный вариант, с которым приходилось работать уже геофизику-интерпретатору, – делится Валентина Клыкова.

Бобины с цифровыми записями до сих пор хранятся в специальном помещении в Иркутском геофизическом предприятии: длинные полки от пола до потолка вместили знания и труд иркутской сейсморазведки. «Они востребованы и сейчас», – отмечает Клыкова.

Источник возбуждения

После того как сейсморазведочная скважина готова,
её заряжают взрывчатым веществом

Погоня за волной составляет главный профессиональный интерес для полевиков-геофизиков. Но всё же здесь не сёрфинг на воде: волна не налетает просто так, чтобы вызвать колебания в недрах земли, необходимо потрудиться.

– Для возбуждения упругих колебаний используется два основных способа, – объясняет Гилёв.

Так, советские сейсморазведчики по объективным причинам предпочтение отдавали взрывной волне. Она имеет больший спектр частот по сравнению с остальными, что и является её «конкурентным» преимуществом: чем больше частот, тем больше данных получит сейсморазведка. Взрыв проводился прямо в сейсморазведочной скважине, глубина которой от 10 до 25 м.

– Порой нам приходилось заряжать до 25 кг взрывчатых веществ. А сейчас хватает и килограмма – техника и технологии шагнули далеко вперёд, чувствительность приёмников, улавливающих волну, увеличилась, – говорит главный геофизик «Иркутскгеофизики».

– На поверхности при мощном взрыве можно было слышать дрожь земли? – интересуется «СЭ».

– На самом деле опасности никакой нет. Даже при мощном взрыве возникали только небольшие глубинные разрушения. К тому же мы, если работаем относительно недалеко от населённого пункта, предупреждаем жителей и просим их не заходить на территорию.

Второй способ возбуждения волны – вибрационный. Он слабее взрыва и поэтому требует повторных манипуляций, чтобы суммировать сигналы и получить общий результат.

– Это своего рода искусственное землетрясение?

– Можно и так сказать. Представляете: тяжеленное устройство поднимается на специальной плите, которая за счёт гидравлического поршня начинает вибрировать.

Самые первые такие вибромашины, которые использовали когда-то иркутские геофизики, давали усилие в 5 тонн. Сейчас «малыши» подросли – масса одной машины составляет уже 30 тонн. Таким образом, воздействие на поверхность увеличилось, и «землетрясение» даёт дополнительную информацию о строении недр.

Земля становится прозрачнее

Но до великой трансформации – когда сейсмограмма (для большинства это непонятные ломаные графики) превратится, скажем, в новое месторождение нефти и газа на карте Иркутской области – должен пройти ещё долгий период. И значительная его часть приходится на обработку «полевых» материалов. В былые бескомпьютерные времена этот процесс и вовсе растягивался на месяцы.

– Люди возвращались с полей, и начиналась бумажная работа: рулоны кальки, миллиметровка, бумага – всё это висело, лежало горами на столах, стенах, полках в каждом рабочем кабинете, – вспоминает Валентина Клыкова.

Руководил проектом старший геофизик, вместе с ним коротали долгие зимние дни за работой инженеры, техники, оформители, которые переносили весь материал, записанный в полях, на бумагу. Потом полуготовые документы направлялись в фотолабораторию, существовавшую при геологическом предприятии. Штатный фотограф делал снимок готовой карты, и именно фотоснимок уже вставлялся в текстовую часть отчётов. А на устройствах ЭРА (прототип ксерокса) выполнялось «синькование» больших масштабных отчётных карт. 

Технические средства того периода не позволяли геофизикам быть более точными. По полевой информации гео­физикам удавалось главным образом определить лишь глубину залегания.

И всё же электронные технологии потянули за собой прогресс и в этой отрасли геологоразведки – земля становится всё прозрачнее и прозрачнее.

 – Изменились технологии. Очень многое позволяет сделать современная математика: разработана теория современных исследований, созданы алгоритмы, новые схемы обработки и интерпретации данных. Теперь мы определяем не только глубину залегания, но и физические свойства пласта, его коллекторские свойства (пористость, мощность, плотность). Изучаем особенности осадконакопления, вероятность наличия «ловушек» углеводородов, – говорит директор Иркутского геофизического предприятия Валентина Клыкова.

Точнее удаётся определять и место для будущих добывающих скважин. При этом обработкой материалов теперь может заниматься всего один человек – перед монитором компьютера.

– Сейчас наши специалисты за месяц обрабатывают данные по 5–7 геологическим профилям (поперечный разрез слоёв земной коры). А раньше за месяц – лишь один профиль, – рассказывает Валентина Клыкова.

4D, 3С и далее – по нарастающей 

Полевым «офисом», где установлена сейсмостанция, для геофизиков служит автомобиль с кунгом

Однако геофизика не останавливается в своём развитии. Ещё совсем недавно результаты исследования внутреннего строения Земли отображали в плоскостном изображении – в разрезе. Сегодня сейсморазведка позволяет увидеть «внутренности» потенциального месторождения в объёмном, трёхмерном изображении на компьютере – куб, который можно, кликая мышкой, вертеть и осматривать с разных сторон, почти как глобус. 

Но даже это вчерашний день. На помощь 3D-сейсморазведке уже спешит формат 4D: проводятся повторные сейсмические исследования, чтобы понять, как изменяется среда под внешним влиянием, к примеру, после начала добычи сырья.

Кроме традиционного метода исследования отражённых продольных волн осваивают геофизики и трёхкомпонентную съёмку.

– По классике мы регистрируем продольные волны, но есть ещё поперечные – сопоставляя данные о тех и других, тоже можно оценить структуру недр, – говорит Гилёв. – Это трёхкомпонентное исследование, или 3C. Такие опытные работы с трёхкомпонентными приёмниками мы уже проводили на Ковыкте. Они точнее, информативнее, но всё же затратнее по сравнению с существующими методами. Поэтому в нашем регионе трёхкомпонентная съёмка большого применения не нашла.

Не без критики и скептицизма, но всё же опробован в Иркутске и совсем необычный ещё метод Анчар. По версии идеологов этого способа, нужно просто послушать эхо Земли, чтобы составить представление о её строении на конкретном участке.

– На земле так же, как при классическом способе сейсморазведки, располагаются приёмники, один раз возбуждается среда, и далее нужно следить за акустической волной, например, в течение получаса. Если под землёй есть углеводороды, то они, по теории метода Анчар, должны реагировать на возбуждение, даже если в окружающей среде всё уже стихло. 

Вспоминая о существующих в Иркутской области запасах нефти и газа, только самый отвязный оптимист не скажет сегодня: «Стакан наполовину пуст!» Но иркутские геофизики уверены: при необходимости наполнить его не составит труда, и они к этому труду всегда готовы.