В работе рассматривается применение метода межскважинного сейсмоакустического просвечивания (МСП) с использованием полноволновой инверсии (full-waveform inversion — FWI) для выделения малоразмерных низкоскоростных объектов в межскважинном пространстве. Цель исследования — преодолеть ограничения классической сейсмотомографии, основанной на временах первых вступлений, а именно: невозможность выделения объектов размерами менее зоны Френеля и эффект избегания низкоскоростных зон сейсмическими лучами. В работе авторов показано, что использование полной волновой записи, включая отраженные волны, в алгоритме FWI позволяет повысить разрешающую способность метода и выявлять мелкие неоднородности, которые невозможно выделить методом сейсмотомографии. Исследование выполнено на примере поиска нелегальных галерей в угольной шахте в Латинской Америке, где традиционные методы оказались малоэффективны из-за небольших размеров объектов и близости к высокоскоростным породам. Результаты показывают более детальное выделение тонких слабоконтрастных слоев и локальных аномалий пониженных скоростей, связанных с предполагаемыми галереями, что подтверждается априорной информацией и моделированием. Метод не зависит от глубины исследования, а разрешающая способность определяется параметрами системы съемки и расстояниями между скважинами. Несмотря на высокие вычислительные затраты и технологические сложности, предложенный подход расширяет возможности инженерной геофизики в детальном изучении среды, особенно в сложных условиях под зданиями и на глубинах, недоступных для наземных методов. Таким образом, исследование показывает перспективность интеграции МСП с FWI для решения актуальных задач выделения малых низкоскоростных объектов в межскважинном пространстве, открывая новые возможности для инженерно-геофизических и поисковых работ на ответственных объектах строительства и горной промышленности.

1. Болгаров А.Г., Рослов Ю.В., 2009. Межскважинная сейсмическая томография для решения инженерно-геологических задач. Технологии сейсморазведки, № 1, с. 105–111.
2. Владов М.Л., Стручков В.А., Судакова М.С., Шмурак Д.В., 2020. Томографические просвечивания при больших межскважинных расстояниях: негативные факторы. Инженерные изыскания, Том XIV, № 2, с. 42–51, https://doi.org/10.25296/1997-8650-2020-14-2-42-51.
3. Вязниковцев А.А., Ошкин А.Н., 2023. Опыт применения миграции данных межскважинного просвечивания в рамках инженерно-геофизических изысканий. Инженерная и рудная геофизика 2023, Материалы 19-й научно-практической конференции и выставки, Санкт-Петербург, 2023, c. 407–413.
4. Галушкин И.В., Рагозин Н.А., Стенин Д.В., Игнатьев В.И., 2018. Опыт применения сейсмоакустических методов исследования для построения детальной модели среды при проектировании особо ответственных объектов атомного строительства. Инженерные изыскания, Том XII, № 11–12, с. 52–62, https://doi.org/10.25296/1997-8650-2018-12-11-12-52-62.
5. Ефимова Е.А., 2005. Сейсмическая томография. Изд-во МГУ, Москва.
6. Ошкин А.Н., Ермаков Р.Ю., Рагозин Н.А., Игнатьев В.И., 2016. Межскважинное сейсмическое просвечивание — опыт, методология, аппаратура. Приборы и системы разведочной геофизики, Том 57, № 3, с. 37–47.
7. Потемка А.К., Токарев М.Ю., Буланова И.А., Кудинов А.А., Яковенко А.Д., Бабушкина К.В., 2023. Эффективность мультичастотных сейсмоакустических наблюдений для изучения разреза четвертичных отложений в северной части Карского моря. Геофизика, № 2, с. 2–9.
8. Чугаев А.В., 2024. Теоретические основы и практика малоглубинных скважинных сейсмических исследований при эксплуатации месторождений водорастворимых полезных ископаемых. Дис. … докт. техн. наук, Горный институт УрО РАН, Пермь.
9. Шишкина М.А., Фокин И.В., Тихоцкий С.А., 2015. К вопросу о разрешающей способности межскважинной лучевой сейсмической томографии. Технологии сейсморазведки, № 1, с. 5–21, https://doi.org/10.18303/1813-4254-2015-1-5-21.
10. Abubakar A., Hakami A., Nakata R., Nakata N., Girard A., Ichikawa M., Kato A., Lumley D., Xue Z., 2022. Time-lapse crosswell seismic monitoring of CO2 injection at the Nagaoka CCS site using elastic full-waveform inversion. Abstracts of the 2nd International Meeting for applied geoscience and energy, Houston, TX, USA, 2022, pp. 802–806, https://doi.org/10.1190/image2022-3744414.1.
11. Li G., 1994. Crosswell seismic processing: automatic velocity analysis, filtering, and reflection imaging. MSc Thesis, The University of Calgary, Alberta, Canada.
12. Nolet G.A., 2008. Breviary of seismic tomography. Cambridge University Press, New York, NY, USA.
13. Popovici A.M., Fomel S., Kamei R., Jang U.G., Lumley D., Takanashi M., Nakatsukasa M., Mouri T., Kato A., 2017. Time-lapse fullwaveform inversion for cross-well monitoring of microbubble injection. SEG Technical Program Expanded Abstracts, Houston, TX, USA, 2017, pp. 1439–1443, https://doi.org/10.1190/segam2017-17673630.1.
14. Smalley N.K., 1997. A new CDP coordinate system for the sorting, velocity analysis, and imaging of crosswell reflection data. PhD Thesis, Stanford University, Stanford, СА, USA.
15. Xu K., Greenhalgh S., 2010. Ore-body imaging by crosswell seismic waveform inversion: a case study from Kambalda, Western Australia. Journal of Applied Geophysics, Vol. 70, No. 1, pp. 38–45, https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2009.11.001.

ВЯЗНИКОВЦЕВ А.А.*
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, andrey.vyaznikovtsev@mail.ru
Адрес: Ленинские горы, д. 1, г. Москва, 119234, Россия
ООО «Неоген», г. Санкт-Петербург, Россия
Адрес: пр-кт Полюстровский, д. 59, г. Санкт-Петербург, 195197, Россия
ОШКИН А.Н.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, a.oshkin@mail.ru
ООО «Неоген», г. Санкт-Петербург, Россия

The paper considers the application of the crosshole seismic testing (CST) method using full-waveform inversion (FWI) to identify small-sized low-velocity objects in the inter-borehole space. The aim of the study is to overcome the limitations of classical seismic tomography based on the first wave arrival times, primarily the impossibility of identifying objects smaller than the Fresnel zone and the effect of seismic rays avoiding low-velocity zones. The authors demonstrate that the use of a full wave record, including reflected waves, and the application of the FWI algorithm can increase the resolution of the method and identify small heterogeneities that are hidden in standard velocity sections. The study is based on the example of searching for illegal galleries in a coal mine in Latin America, where traditional methods turned out to be ineffective due to the small size of objects and proximity to high-velocity rocks. The results show a more detailed identification of thin low-contrast layers and local low-velocity anomalies associated with the suspected galleries, which is confirmed by a priori information and modeling. The method does not depend on the depth of the study, and the resolution is determined by the parameters of the survey system and the distances between the boreholes. Despite the high computational costs and technological complexities, the proposed approach expands the capabilities of engineering geophysics in a detailed study of the environment, especially in difficult conditions under buildings and at depths inaccessible to ground-based methods. Thus, the study shows the promise of integrating CST with FWI to solve urgent problems of identifying small low-velocity objects in the inter-borehole space, opening up new opportunities for engineering geophysical and prospecting work at critical construction and mining sites.

1. Bolgarov A.G., Roslov Yu.V., 2009. Crosshole seismic tomography for solving engineering geological problems. Tekhnologii Seysmorazvedki, No. 1, pp. 105–111. (in Russian)
2. Vladov M.L., Struchkov V.A., Sudakova M.S., Shmurak D.V., 2020. Tomographic surveying at large cross-well distances: negative factors. Engineering Survey, Vol. XIV, No. 2, pp. 42–51, https://doi.org/10.25296/1997-8650-2020-14-2-42-51. (in Russian)
3. Vyaznikovtsev А.А., Oshkin A.N., 2023. Experience of using crosshole data migration in engineering geophysical surveys. Engineering and ore geophysics 2023, Materials of the 19th Scientific and practical Conference and Exhibition, Saint Petersburg, 2023, pp. 407–413. (in Russian)
4. Galushkin I.V., Ragozin N.A., Stenin D.V., Ignatev V.I., 2018. Experience of using seismoacoustic methods for a detailed modeling of geological environment at design of high criticallity objects of nuclear construction. Engineering Survey, Vol. XII, No. 11–12, pp. 52–62, https://doi.org/10.25296/1997-8650-2018-12-11-12-52-62. (in Russian)
5. Efimova E.A., 2005. Seismic tomography. Publishing house of the Moscow State University, Moscow. (in Russian)
6. Oshkin A.N., Ermakov R.Yu., Ragozin N.A., Ignatiev V.I., 2016. Crosshole seismic survey — experience, methodology, equipment. Pribory i Sistemy Razvedochnoj Geofiziki, Vol. 57, No. 3, pp. 37–47. (in Russian)
7. Potemka A.K., Tokarev M.Yu., Bulanova I.A., Kudinov A.A., Yakovenko A.D., Babushkina K.V., 2023. Efficiency of multi-frequency seismo-acoustic observations for research the section of quaternary sediments in the northern part of the Kara Sea. Geophysics, No. 2, pp. 2–9, https://doi.org/10.34926/geo.2023.29.13.001. (in Russian)
8. Chugaev A.V., 2024. Theoretical foundations and practice of shallow borehole seismic surveys during the exploitation of water-soluble mineral deposits. DSc Thesis, Mining Institute, Ural Branch, Russian Academy of Sciences, Perm. (in Russian)
9. Shishkina M.A., Fokin, I.V., Tikhotskiy S.A., 2015. Resolution of cross-well travel-time tomography. Seismic Technologies, No. 1, pp. 5–21, https://doi.org/10.18303/1813-4254-2015-1-5-21. (in Russian)
10. Abubakar A., Hakami A., Nakata R., Nakata N., Girard A., Ichikawa M., Kato A., Lumley D., Xue Z., 2022. Time-lapse crosswell seismic monitoring of CO2 injection at the Nagaoka CCS site using elastic full-waveform inversion. Abstracts of the 2nd International Meeting for applied geoscience and energy, Houston, TX, USA, 2022, pp. 802–806, https://doi.org/10.1190/image2022-3744414.1.
11. Li G., 1994. Crosswell seismic processing: automatic velocity analysis, filtering, and reflection imaging. MSc Thesis, The University of Calgary, Alberta, Canada.
12. Nolet G.A., 2008. Breviary of seismic tomography. Cambridge University Press, New York, NY, USA.
13. Popovici A.M., Fomel S., Kamei R., Jang U.G., Lumley D., Takanashi M., Nakatsukasa M., Mouri T., Kato A., 2017. Time-lapse fullwaveform inversion for cross-well monitoring of microbubble injection. SEG Technical Program Expanded Abstracts, Houston, TX, USA, 2017, pp. 1439–1443, https://doi.org/10.1190/segam2017-17673630.1.
14. Smalley N.K., 1997. A new CDP coordinate system for the sorting, velocity analysis, and imaging of crosswell reflection data. PhD Thesis, Stanford University, Stanford, СА, USA.
15. Xu K., Greenhalgh S., 2010. Ore-body imaging by crosswell seismic waveform inversion: a case study from Kambalda, Western Australia. Journal of Applied Geophysics, Vol. 70, No. 1, pp. 38–45, https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2009.11.001.

ANDREY A. VYAZNIKOVTSEV*
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia; andrey.vyaznikovtsev@mail.ru
Address: Bld. 1, Leninskie Gory, 119234, Moscow, Russia
Neogen LLC; Saint Petersburg, Russia
Address: Bld. 59, Polyustrovskiy Ave, 195197, Saint Petersburg, Russia
ALEXANDER N. OSHKIN
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia; a.oshkin@mail.ru
Neogen LLC; Saint Petersburg, Russia