МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Пермский государственный национальный

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Пермский государственный национальный исследовательский университет (ПГНИУ) ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра инженерной геологии и охраны недр Краткая информация по курсу «ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОФИЗИКА» (Автор - доцент ШУВАЛОВ ВИКТОР МИХАЙЛОВИЧ) ПЕРМЬ - 2016

ПЛАН изучения курса «ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОФИЗИКА» 1. Основы методов геофизики их классификация и комплексирование. Физические свойства горных пород. Определение инженерно-геологических характеристик. Сокращенные названия геофизических методов и определение инженерно-геологических характеристик. Решаемые задачи и стадийность выполнения работ. Параметрическое обеспечение геофизических работ. 2. Основы интерпретации результатов геофизических исследований. Геолого-геофизический разрез, принципы его построения с целью выделения инженерно-геологических элементов и определения их физико-механических и водных свойств. 3. Нормативно-методическое обеспечение геофизических работ в инженерной геологии и гидрогеологии. Назначение методов исследований, выбор сети наблюдений, объемов и оценка стоимости работ. 4. Инженерно-геологическая геофизика. Изучение условий строительства инженерных сооружений и коммуникаций. Исследование тектонических нарушений, физико-геологических явлений и опасных геологических процессов. Изучение инженерно-геологических условий строительства на акваториях и береговых склонах. Определение деформационно-прочностных свойств горных пород. Исследования электрохимической защиты (ЭХЗ). 5. Гидрогеологическая геофизика. Изучение гидрогеологических условий и динамики подземных вод, их минерализации и флюидонасыщенности горных пород. 6. Мерзлотно-гляциологическая геофизика. Физические свойства мерзлых пород. Литологические построения, картирование мерзлых и талых пород. 7. Геотехническая геофизика. Обследование технического состояния зданий и инженерных сооружений. Определение глубин фундаментов и свай. Обнаружение скрытых объектов и определение их размеров. Контроль инъекционных работ. Картирование линейных объектов и коммуникаций. 8. Экологическая геофизика. Выявление и оконтуривание участков повышенной минерализации подземных вод. Поиск, картирование и геометризация техногенных скоплений углеводородов в приповерхностной геологической среде. Выявление утечек и мониторинговый контроль резервуаров, очистных сооружений, отвалов, терриконов, наземных и подземных хранилищ жидких отходов.

ОБЩАЯ СТРУКТУРА ИЗУЧЕНИЯ КУРСА «ИНЖЕНЕРНО-ГИДРО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОФИЗИКА» Электроразведка, Сейсморазведка, Магниторазведка, Гравиразведка, Термометрия, Радиометрия, Каротаж Полевые геофизические работы Обработка и интерпретация геофизических данных Решение инженерногеологических задач и комплексирование геофизических методов Общие сведения 1. Назначение, цели и задачи инженерной геофизики. 2. Разновидности геофизических полей Земли и их параметров. 3. Инженерно-геологические, водные и физические свойства пород. 4. Классификация методов инженерной геофизики. 5. Компьютерная обработка полевой геофизической информации. 6. Методика выполнения полевых геофизических работ. 7. Обработка и интерпретация геофизических данных. 8. Термины и сокращения, применяемые в инженерной геофизике. 9. Задачи инженерной геологии, решаемые геофизическими методами. 10. Применение комплекса инженерно-геофизических методов на стадии проектирования, строительства и эксплуатации жилых, промышленных, гидротехнических и других инженерных сооружений и коммуникаций

Приложение 2 СОКРАЩЕННЫЕ НАЗВАНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ Принятое обозначение АК АП АЭ БКЗ ВИЭП ВП ВСП ВЭЗ-ВП Название метода Акустический каротаж Акустическое просвечивание Акустическая эмиссия Боковое каротажное зондирование Векторное измерение электрического поля Метод вызванной поляризации Вертикальное сейсмическое профилирование Вертикальное электрическое зондирование Вертик. электр. зондир. методом вызванной поляриз. ВЭЗ-МДС Вертик. электр. зондир. по методу двух составляющих Г ГГМ Г-Э ГИС ДЗ ДИП ДЭМП ДЭП ЕИЭМПЗ ЕП ЗСП Гравиразведка Гамма-гамма метод Газово-эманационная съемка Геофизические исследования скважин Дистанционное зондирование (электромагнитное) Дипольное индукционное профилирование Дипольное электромагнитное профилирование Дипольное электропрофилирование Метод естествен. импульсов электромагн. поля земли Метод естественного электрического поля Зондирование становлением поля

ИЗ Кар Кр. ВЭЗ КМПВ (МПВ) КС КЭП М МДС МЗТ MOB МП МПВ МПП НМ НСП ОГТ ПМР ПС Рез Расх Радиокип РВП Изопараметрическое зондиров. (электромагнитное) Каротаж Круговое вертикальное электрическое зондирование Корреляционный метод преломленных волн Каротаж сопротивлений Комбинированное электропрофилирование Магниторазведка Метод двух составляющих Метод заряженного тела Метод отраженных волн Межскважинное прозвучивание Метод преломленных волн Метод переходных процессов Нейтронный метод Нейтрон нейтронный метод Непрерывное сейсмическое профилирование Метод общей глубинной площадки Метод общей глубинной точки Метод протонного магнитного резонанса Каротаж потенциалов собственной поляризации Резистивиметрия Расходометрия Радиокомпарационный метод Радиоволновое просвечивание

РЛЗ С СЗ СК СП СППБ СЭП Т° УЗК УКС ЧЗ ЧЭМЗ ЭДЗ ЭМК ЭП ЭП-ВП Радиолокационное зондирование Сейсморазведка (наземная) Сейсмозондирование Сейсмический каротаж Сейсмическое просвечивание Сейсмопрофилирование на постоянной базе Симметричное электропрофилирование Термометрия Ультразвуковой каротаж Ультразвуковая керноскопия Частотное зондирование Частотное электромагнитное зондирование Электродинамическое зондирование Электромагнитный каротаж Электропрофилирование методом вызванной поляризации ЭМП ЭП-МДС Электромагнитное профилирование Электропрофилирование по методу двух составляющих Решение инженерно-геологических задач с помощью основных и вспомогательных геофизических методов зависит от типа, характера и конечных целей исследований. От выбора рационального комплекса геофизических методов зависит результативность, экономическая эффективность и возможность сокращения многозначности решения геофизических задач при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях.

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Термин Аномалия (или полезный сигнал) Геологическая среда Геофизические методы Определение Отклонение измеренного параметра поля от нормального, в качестве которого принимается поле над однородным полупространством (при наблюдениях на поверхности) или в неограниченном пространстве (при СКВ. наблюд. ) Верхняя часть литосферы, представляющая собой многокомпонентную динамическую систему (горные породы, подземные воды, газы, физические поля), в пределах которой проводится инженерно-хозяйств. деятельность Способы и средства изучения строения, состава и состояния геологической среды путем измерения информативных параметров физических полей искусственного или естественного происхождения с последующей обработкой и интерпретацией получаемой при этом информации

Геофизические поля Геофизические условия Геоэлектрическое, геосейсмическое и др. строение Глубина исследований Различные физические поля в Земле (естественные и искусственно создаваемые), обусловленные взаимодействием нейтральных или заряженных материальных тел, элементарных частиц и квантов энергии. К геофизическим полям относятся: гравитационные, магнитные, электрические, электромагнитные, сейсмических волн, температурные, радиационные, параметры которых изменяются во времени и в пространстве Совокупность компонентов геологической среды, определяющих структуру и интенсивность геофизических полей, от которых зависят возможности различных геофизических методов исследования, а также условий, определяющих возможность выполнения геофизических наблюдений, и которые необходимо учитывать при выборе методики наблюдений и способов интерпретации получаемых материалов Распределение в изучаемом массиве соответствующих свойств, изучаемых данным методом геофизики - удельных электрических сопротивлений, скоростей упругих волн и др. Глубина, до которой характеризуется массив применяемым геофизическим методом или комплексом методов

Геоэлектрическое, геосейсмическое и др. строение Распределение в изучаемом массиве соответствующих свойств, изучаемых данным методом геофизики - удельных электрических сопротивлений, скоростей упругих волн и др. Глубина, до которой характеризуется массив применяемым геофизическим методом или комплексом методов исследований Глубинность геофизического метода Действующее расстояние измерительной установки Инженерногеологические условия Интерпретация геофизических данных Комплексирование Характеристика, определяющая возможности обнаружения аномалеобразующего объекта, выражаемая в единицах длины, и зависящая от размеров и свойств этого объекта В электроразведке - линейные размеры установки r, определяющие глубинность метода и разрешающую способность: для четырехэлектродных симметричных установок AMNB - r = АВ/2, трехэлектродных - r = АО, для дипольных - r = ОО', где О - центры питающих и приемных диполей; в частотных методах r - расстояние от излучателя до приемника Совокупность характеристик компонентов геологической среды исследуемой территории (рельефа, состава, состояния, условий залегания пород и подземных вод, их свойств, геологических и инженерно-геологических процессов и явлений), влияющих на условия проектирования, строительства и эксплуатации сооружений Определение параметров (физических и физико-механических свойств) пород, и пространственного их распределения в исследуемом массиве по измеренным параметрам изучаемого поля, а также путем использования соответствующих аналитических или корреляционных связей Использование нескольких методов в рамках одной задачи для уменьшения пределов неоднознач. её решения

Мониторинг природнотехнических систем Обратная задача Прямая задача Разреш. способность геофизич. метода Система стационарных наблюдений за состоянием природной среды и сооружений в процессе их строительства, эксплуатации, а также после ликвидации и выработка рекомендаций по нормализации экологической обстановки и инженерной защите сооружений Определение распределения в пространстве физических параметров среды по наблюденному физическому полю Определение параметров формирующегося физического поля по известным параметрам модели изучаемой среды Минимальные размеры объекта, обнаруживаемого данным методом при данных условиях модель (ФГМ) Обобщенное и формализованное описание пространственновременной изменчивости параметров среды, на основе которого устанавливается взаимосвязь параметров наблюдаемых физических полей и параметров моделей Эквивалентные решения Такие различные решения обратной геофизической задачи, которые удовлетворяют одному и тому же условию – и той же структуре и интенсивности изучаемого поля Физикогеологическая Эффективные и кажущиеся величины Величины, которые имеют размерность параметров среды, но являются при этом параметрами изучаемого поля, определяемыми в результате геофизических исследований, и совпадающие с параметрами изучаемой среды только в случае однородности последней

ОСНОВЫ МЕТОДОВ ГЕОФИЗИКИ ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК. Общие сведения • Предметом исследования инженерной геофизики является геологическая среда, представляющая верхнюю часть разреза (ВЧР) литосферы и представляющая многокомпанентную систему, которая находится под воздействием инженернохозяйственной деятельности человека. • ВЧР мощностью до 100 м называют экзотехносферой, которая изучается инженерно-геолого-геофизическими методами для промышленного и гражданского строительства, мерзлотных, гляциологических, гидрогеологических и почвенномелиоративных изысканий. Исследуют экзотехносферу малоглубинной высоочастотной геофизикой (более 10 МГц).

• Глубокие горизонты среды (первые тысячи метров) называют эндотехносферой, которая изучается региональной, рудной и скважинной геофизикой (низкой частоты, Килогерцы). • Эффективность изучения экзотехносферы и эндотехносферы геофизическими методами определяется выбором комплекса методов и создания физико-геологических моделей (ФГМ) среды, под которой в инженерной геофизике понимают обобщенное представление о геологическом, инженерно-геологическом, гидрогеологическом и геофизическом строении среды. • Для однозначности решения обратных геофизических задач используют ФГМ простой геометрической формы. Сложности возникают при изучении среды с малыми по сравнению с глубиной залегания геометрическими размерами и малоконтрастными физическими свойствами, сложностями, связанными с техническими, природными и геологическими помехами. Полезные аномалии на фоне помех выделяют помехозащищенной аппаратурой, накоплением полезных сигналов и статистическими способам обработки данных.

Назначение, цели и задачи инженерной геофизики • Инженерная геофизика изучает земную кору при решении задач инженерной геологии, гидрогеологии, гляциологии, геоэкологии и общей геологии. Разведочная геофизика и инженерная геофизика взаимосвязаны, так как литосфера является частью земного шара, а земная кора – частью литосферы. • Принципиальные возможности применения инженерногеофизических методов для решения задач инженерной геологии, гидрогеологи, поисках и разведке МПИ основаны на дифференциации физических свойств горных пород, которые характеризуются соответствующими физическими полями. Каждое физическое поле определяется своими параметрами, которые в свою очередь, изучаются с помощью различных геофизических методов. • Зная параметры поля, можно судить о свойствах горных пород, что дает возможность получить сведения о геологическом строении участка исследований.

Разновидности геофизических полей Земли и их параметров • Геофизические поля могут быть естественными и искусственными. Естественные поля возникают без участия человека. К ним относятся поля: силы тяжести – гравитационное поле (g), геомагнитное (Т, x, y, z) сейсмическое поле (от землетрясений); электромагнитное и электрическое поля Земли (E, H); геотермическое; радиоактивное поле. Искусственные поля возникают при возбуждения их специальными источниками постоянного электрического или переменного электромагнитного поля. Искусственными являются поля: упругих сейсмических колебаний (под действием взрывов, ударов и сотрясений земной поверхности : t, v), тепловых и радиоактивных источников. • Любые параметры геофизических полей могут регистрироваться на земной поверхности, на воде, в скважинах, в шахтах и горных выработках, в воздухе и в космосе. Физические поля и их параметры зависят от физических свойств пород и их пространственного расположения.

Физические свойства горных пород • Электромагнитное поле определяется удельным электрическим сопротивлением пород (УЭС, ρ, Ом∙м), диэлектрической (ε) и магнитной (μ) проницаемостями, электрохимической активностью (а) и поляризуемостью (η, %). Гравитационное поле зависит от плотности пород (σ, г/см 3), магнитное поле – от магнитной восприимчивости (æ, н. Тл), остаточного намагничивания (I, н. Тл) и магнитной проницаемости (μ). Упругое поле зависит от скорости распространения сейсмических волн (V, км/с), а последние, в свою очередь, от плотности (σ) и упругих констант среды (модуля Юнга Е; коэффициента Пуассона δ и Ламе). Термическое поле зависит от теплопроводности , теплоемкости, тепловой инерции, а радиоактивное поле – от радиоактивности.

• Физические свойства пород иногда меняются в узких пределах (плотность – от 1 до 3, 6 г/см 3), а чаще свойства меняются в широких пределах (УЭС – от 10 -4 до 1015 Ом∙м). В зависимости от ряда факторов одна и та же порода может иметь различные физические свойства, а разные породы могут не отличаться по своим свойствам. Например песчаные отложения выше уровня грунтовых вод (УГВ) имеют высокие УЭС, а породы расположенные ниже УГВ наоборот – низкие. УЭС глинистых отложений мало зависят от их расположения по отношению к УГВ. Связь характеристик грунтов с геофизическими параметрами Оценка инженерно-геологических характеристик среды возможна по результатам параметров, измеренных различными геофизическими методами.

Классификация методов инженерной геофизики • Геофизические поля и их параметры изучаются соответствующими методами. Электрическое и электромагнитное – электроразведкой, поле упругих колебаний – сейсморазведкой. • Наибольшей точностью обладает сейсморазведка, но она является дорогостоящим методом. Любой геофизический метод несравнимо экономичнее, производительнее и информативнее бурения. • Гравитационное поле изучается гравиразведкой; геомагнитное – магниторазведкой; поле нагревания и охлаждения – термометрией; радиоактивное – радиометрией. В скважинах геофизические поля изучаются с помощью каротажа или геофизических исследований скважин (ГИС). • При ГИС применяются методы: электрические, радиоактивные, сейсмические, термические и магнитные. В каротаже можно: 1) оценить УЭС бурового раствора или жидкости в водоносных горизонтах (резистивиметрия); 2) измерить диаметр ствола скважины (кавернометрия); 3) определить углы наклона ствола скважины по отношению к горизонту (инклинометрия); 4) взять пробы пород из нужных пластов (пробоотбор); 5) выполнить «прострел» обсадных труб (перфорация); 6) расширить диаметр буровой скважины в забое (торпедирование) и другие работы. • Наибольшей производительностью и простотой наблюдения отличаются магниторазведка и гравиразведка. Электроразведка является основным методом в решении задач инженерной геологии и гидрогеологии.

Примечание: Методы (ЭМЗ). ВЭЗ − вертикальное электрическое зондирование, ВЭЗ-ВП − в модификации вызванной поляризации; ДЭЗ − дипольное, ОЭЗ − ортогональное; РВЗ − радиоволновое; Ч 3 − частотное; ЗСП − зондирование становлением поля и ЗСБ − в ближней зоне; МТ 3 − магнитотеллурическое зондирование. Методы (ЭМП). СЭП − симметричное профилирование, ДЭП − дипольное, КЭП − комбинированное; ЭП -СГ − по методике срединного градиента, ЭП-ВП − вызванной поляризации, ЕП − естественного поля. ДЭМП − дипольное электромагнитное, НП − незаземленной петли, ДК − длинного кабеля, МПП − метода переходных процессов, ИНФАЗ-ВП − поля вызванной поляризации при инфранизких частотах, МТП − магнитотеллурическое профилирование, ПЕЭМП − переменного естественного электромагнитного поля, АЭРП − аэроэлектроразведочное профилирование. Скважинные методы. ДЭМПС − дипольное электромагнитное профилирование в скважине, ЭПС − электрическое постоянное поле, ВПС − вызванной поляризации, ЕПС − естественного поля, МЭК − метода электрической корреляции, МПЭ − метода погруженных электродов, МЗ − метода заряда, НПС − незаземленной петли в скважине, МПФВ − метода противофазного возбуждения поля, СРП − скважинного радиопросвечивания, МЗМ − метода заряда с измерением магнитного поля.

• На конечном этапе геологического истолкования результатов геофизической интерпретации основная и решающая роль остается за интерпретатором. Машинная обработка полевых материалов служит для облегчения труда и сокращения времени работы при решении поставленных задач. Компьютерная обработка полевой геофизической информации • Электронно-вычислительные машины (ЭВМ) или персональные компьютеры (ПК) играют большую роль при обработке больших объемов полевой информации. Развитые автоматизированные системы обработки геофизических данных позволяют поставить обработку и интерпретацию результатов геофизических наблюдений на индустриальную основу. • Эти системы базируются на математическом обеспечении ЭВМ и на вычислительных алгоритмах. За счет них возникла вычислительная геофизика, которая позволила исследовать математические модели геофизических явлений, использование

ИНЖЕНЕРНЫЕ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ КОМПЛЕКСОМ ОСНОВНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ Оценка Изучение геологичес- местоположения, гидрогеолосостава, геологического (и глубины гических состояния и ких процессов криогензалегания и условий свойств и их ного) формы грунтов изменений строения локальных (карст, массива неоднородностей оползни и др. ) Электроразвед- Сейсмораз. Каротаж; Сейсморазразведка: ВЭЗ, Кр. ВЭЗ, ведка: Сейсмораз- ведка: МПВ, ЭП, ВЭЗ; ЕП, ЭП; МПВ; ведка: МПВ, ОГП, ВСП; Сейсмораз- Сейсморазведка: Электро. ВСП; Каротаж; ведка: МПВ, МОГТ, разведка: Электрораз- Гравиразвед. МПВ, ВСП; ВЭЗ, ЭП, ведка: ВЭЗ, ка; МОГТ; Каротаж; МЗТ, ЕП; ЭП, ЕП, Электрораз. Каротаж Гравиразведка; Каротаж измерения ведка: ЭП, Магниторазведка блуждающих ВЭЗ, ЕП токов

ОСНОВЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ. Общие сведения о физико-геологической модели (ФГМ) изучаемого объекта • Геологические объекты в виде рудных тел, разломов, нефтяных куполов, надсолевых толщ пород, водоносных горизонтов, инженерно-геологических объектов и коммуникаций создают геофизические аномалии, характер и амплитуда которых зависят: от дифференциации физических свойств искомых объектов и вмещающих пород, их взаимного пространственного расположения и геометрических параметров (размеров, формы и элементов залегания). • Геофизические поля изучаются различными методами геофизики, которые учитывают четкую дифференциацию физических свойств объекта и вмещающих его пород, малое экранирование перекрывающих толщ и низкий уровень помех.

На рис. 1 приведен пример составления геолого– геофизического разреза карстующихся скальных пород по параметрам, измеренным основными геофизическими методами ВЭЗ, ВЭЗ-ВП и МПВ. Рис. 1. Результаты комплексных геофизических исследований на участке карстующихся пород, залегающих под рыхлыми отложениями: 1 − уровень капиллярного поднятия по данным ВЭЗ-ВП; 2 − поверхность грунтовых вод по данным ВЭЗ, ВЭЗ-ВП и МПВ; 3 и 4 − кровля скальных пород (известняков) по данным ВЭЗ и соответственно сохранных пород по данным МПВ (Vг − граничная скорость)

НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ. • В обязательном приложении представлена информация о объемах геофизических методов, применяемых в области инженерной геологии и гидрогеологии в соответствии со сводом правил выполнения геофизических работ.

Приложение (обязательное) ОБЪЕМЫ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ РЕШЕНИИ ОСНОВНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ Объемы Электроразведка Стадии (этапы) проектирования Профилирование Зондирование Расст. Шаг по Кол-во между профил. , ф. н. профил. , м на 1 км 2 м Сейсморазведка Магниторазв. Газово. Скв. гравиразв. эманац. съемка метод. Зондирование Расст. Кол-во (СЗ) между Шаг по точек профи- проф. на Расст. Шаг по м Кол-во лями, лю, м лями, 1 км 2 между профил. , 2 м м на 1 км проф. , м м Профилирование 1. Изучение в плане и разрезе субгоризонтальных геологических границ, обусловленных сменой литологического состава, степени трещиноватости, обводненности, состояния (талое мерзлое) т. п. Предпроектная 500 - 750 10 - 20 5 - 10 - - 2 - 10 Проект. 50 - 250 5 - 10 20 - 50 50 - 250 2 - 10 10 - 20 - - 10 - 50 2. Изучение в плане и разрезе негоризонтальных геологических границ Предпроектная 100 - 300 10 - 20 20 - 50 500 - 700 10 - 20 50 - 100 10 - 25 25 - 50 5 - 10 Проект. 25 - 50 5 - 10 50 - 100 - 500 2 - 10 20 - 40 2 - 15 20 - 50 5 - 10 10 - 20 5 - 10 25 -100

3. Обнаружение и изучение в плане и разрезе локальных неоднородностей, связанных с результатами тектонической деятельности, процессами выветривания, карстообразования, мерзлотными явлениями и техногенезом Предпро- 100 - 500 ектная Проект. 25 - 50 10 - 20 20 - 50 100 - 500 10 - 20 20 - 50 20 - 100 2, 5 - 5, 0 25 - 50 5 - 10 2 - 15 5 - 10 50 - 100 20 - 50 2 -5 100 - 500 5 - 10 1, 0 - 2, 5 10 - 20 5 - 10 25 100 4. Определение состава, строения, состояния и свойств грунтов Предпроектная - Проект. - - - - - 2 - 15 - Согл. с заказч. - - - - 15 100 5. Изучение геологических и инженерно-геологических процессов Предпро- 160 - 500 ектная Проект. 25 - 50 10 - 20 20 - 50 2 -5 10 - 20 20 - 100 2, 5 - 5, 0 25 - 50 5 - 10 50 - 100 2 -5 20 - 50 2 - 10 1, 0 - 2, 5 10 - 20 5 - 10 2 - 10 Примечания: 1) При назначении объемов необходимо учитывать количества профилей и точек наблюдения, выполненных ранее. 2) Густота сети в пределах указанных диапазонов зависит от масштабов съемки, определяемого сложностью инженерно-геологических условий и степенью ответственности проектируемого сооружения

Пример № 1 составления сметы на выполнение геофизических работ СМЕТА исполнительная на изыскательские работы на стадии Проектная документация Наименование объекта стадии этапа изыскательских работ Застройка общественно-жилого комплекса по ул. Решетниковский спуск, 1 в Дзержинском районе г. Перми. 1 очередь строительства: Многоэтажные жилые дома со встроенными помещениями и автостоянкой- Модуль 1 Наименование изыскательской организации ООО НИППППД «Недра» Наименование организации заказчика ООО «Уралинстрой» На Сборник цен 1982 г. И дополнения к нему. Пост № 22 от 01. 03. 90 г. Письмо Госстроя № 21 -Д от 25. 12. 90 г. именование и характеристика работ. Обоснование стоимости работ Объем Стоим. , Наименование и характеристика работ. Обоснование стоимости работ. №№ частей, глав, таблиц, §§, пунктов. Расчет работ Полевые работы (О. У п. 8 в к=1. 25) стоимости в руб. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ 1. Плановая и высотная привязка при расстоянии между геологическими выработками или точками, м Табл. 78, 3 кат. сл. , т. 2, § 3 § 1 до 50 м 3, 7 1 3, 7 200 740 § 2 50 – 100 м 4, 2 110 462 2. Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ), переноска, длина АВ 110 м, помехи, Табл. 267, § 3, Табл. 265 Глава 16 Кат. сл. 2, § 2 § 3 § 4 п. 5 п. 6 № 22 Глава 15 1, 2 1, 3 1, 1 1, 21 3. Георадарные исследовани Табл. 262 § 1 Табл. 2 , § 3 Табл. 2, § 3 1 Кат. сл. 0, 96 я 1 ИТОГО полевые инженерно-геофизические работы ПРОЧИЕ РАСХОДЫ 4. Внутренний транспорт Табл. 4 § 5 Доп. П. 8 1, 25 5. Внешний транспорт Табл. 5 § 5 0% 6. Организация – ликвидация П. 13 0 У Доп. п. 13 11, 0 % 1, 5 ИТОГО полевые инженерно-геофизические работы Часть V 11. Базовые цены на камеральные работы Глава 21. Камеральная обработка материалов полевых и лабораторных Камеральная обработка материалов: Стр. 288 Обработка результатов ВЭЗ п. 15 ОУ № 22 30% 1, 15 1, 21 8. Составление отчета. Электроразведка Табл. 294 п. 10 Прим. П. 15 ОУ № 22 0, 1 1, 15 1, 21 ИТОГО камеральных работ 11. Районный укоэффициент Табл. 3, § 2, 8% Базовая стоимость инженерно-геологических работ Инфляц. индекс на изыскат. работы (Прил. № 2 к письму Минрегиона России № 28203 -КК/08 от 26. 07. 10 г. ) 36, 12 ИТОГО ПО ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИМ РАБОТАМ 39, 3989 110 4334 0, 95 2000 1900 7436 0, 1875 0 7436 8830 1394 0 0, 165 8830 1457 10287 0, 41745 7436 3104 0, 18368 3104 570 3674 0, 08 13961 1117 15078 544617 36, 12

Пример № 2 составления сметы на выполнение геофизических работ СМЕТА исполнительная на изыскательская работа на стадии Проектная документация Наименование объекта стадии этапа изыскательских работ Расширение трубопроводной системы «Восточная Сибирь-Тихий океан» , Участок ГНПС «Тайшет» НПС «Сковородино» до 50 млн. т/год Наименование изыскательской организации ООО НИППППД «Недра» Наименование организации заказчика ООО «Уралинстрой» Расчет Стоим. , стоимости в руб На Сборник цен 1982 г. И дополнения к нему. Пост № 22 от 01. 03. 90 г. Письмо Госстроя № 21 -Д от 25. 12. 90 г. именование и характеристика работ. Обоснование стоимости работ ПОЛЕВЫЕ РАБОТЫ (О. У п. 8 в к=1. 25) ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА а) МЕТОД ВЭЗ симметричная установка АВ (Табл. 267, п 4) длиной св. 250 до 500 м (Табл. 265 п. 1) в местности IV категории (стр. 252, п. 6) при переноске до 200 м (Стр. 252, п. 5) в условиях помех с удлиненными электродами (Табл. 265, п. 2) б) МЕТОД ВЭЗ (круговые) симметричная установка АВ (Табл. 267, п 12) длиной св. 500 до 1000 м (Табл. 265 п. 1) в местности IV категории (Стр. 252, п. 6) при переноске до 200 м (Стр. 252, п. 5) в условиях помех (Табл. 265, п. 2) с удлиненными электродами при 4 -х азимутах (Табл. 265, п. 15) в) ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ (блуждающих токов) физ. точек -31 х4 (Табл. 283, п 1) г) ИЗМЕРЕНИЕ УЭС грунта четырехэлектродн. установкой (3 изм. ) при расстоян. между точками до 100 м в местности III категории сложности (Табл. 282, п. 1) ИТОГО ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ 101 х17 х1, 1 х Х 1, 1 х1, 15 х1, 1 2628 5 х34 х1, 1 х Х 1, 15 х1, 1 х3, 2 833 124 х 2, 3 х1, 3 300 х1, 3 х1, 5 371 585 ИТОГО ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ, c K=1. 21 КАМЕРАЛЬНЫЕ РАБОТЫ 1, 21 5345 а) ВЭЗ, ЭП 30% от полевых работ (Стр. 288 пр. 2) б) Обработка разности потенциалов (Табл. 293, п. 2) в) определение УЭС грунтов (Табл. 293, п. 1) ИТОГО КАМЕРАЛЬНЫХ РАБОТ 5345 х30%х1, 15 124 х0, 27 х1, 15 30 х). %!х1, 15 1844 39 18 1901 СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММЫ РАБОТ коэффициент к табл. 294, п. 2, письмо 21 -Д СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОТЧЕТА 10% камеральных работ коэффициент к табл. 294, п. 10, Прим. 3 400 х0, 5 х1, 15 1000+190 1, 15 х1, 2 х0, 5 230 5345 х30%х1, 4 2245 5345 х0, 11 х1, 5 882 10373 х1, 41 х1, 25 19333 х 35, 26 10373 18282 681691 4417 ИТОГО по камеральным работам ВНЕШНИЙ ТРАНСПОРТ расст-е от 4000 км коэффициент к табл. 5 (Стоимость полевых работ + внутр. тран) п. 9 ОУ табл. 5 п. 7, -30%, Доп. К СЦ от01. 03. 1990 ОРГАНИЗАЦИЯ, ЛИКВИДАЦИЯ РАБОТ 6% и 5% полевых работ коэфф. Изысканий до 2000 р. (Стоимость полевых работ + внутр. тран) п. 13 Общ. указ. табл. 6. п. 3 Прим, к табл. 6(Доп. к СЦ) ИТОГО ВСЕГО по геофизике с районным коэффициентом табл. 3 $ 7 ВСЕГО по геофизике с коэффициентом индексации цен ИТОГО по смете 821 2952

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОФИЗИКА. (Изучение условий строительства инженерных сооружений и коммуникаций. Исследование тектонических нарушений, физико-геологических явлений и опасных геологических процессов. Изучение инженерно-геологических условий строительства на акваториях и береговых склонах. Определение деформационно-прочностных свойств горных пород. Исследования электрохимической защиты (ЭХЗ)

Инженерно-геологические съемки • Обзорные, мелко- и среднемасштабные инженерногеологические съемки выполняют после геолого-геофизических работ для типизации территорий с целью изучения инженерногеологических свойств пород в массиве, физико-геологических явлений и инженерно-геологических процессов. Их проводят с помощью аэрокосмических, гравитационных, магнитных и электромагнитных съемок. При крупномасштабных (1: 50000 и крупнее) инженерногеологических съемках: 1) изучаются поверхностные, аллювиальные, делювиальные, озерные, моренные отложения для выяснения их литологического состава, мощности и обводненности; 2) производится расчленение верхней (до 100 м) толщи пород с оценкой мощности и литологии слоев, глубины залегания коренных отложений; 3) обнаруживаются по площади и глубине зоны тектонических нарушений, трещиноватость и выветрелость коренных пород;

4) разведываются и оконтуриваются древние долины; 5) выявляются зоны закарстованности, пустоты естественного и искусственного происхождения; 6) выявляются и изучаются оползни; 7) оцениваются УГВ, мощности водоносной толщи, определяются наличие водоупорных слоев, степень обводненности, динамика подземных вод и их минерализация; 8) оцениваются механические, прочностные и водные свойств пород в массиве; 9) ведутся поиски и разведка месторождений строительных материалов и их запасов; 10) проводится инженерно-геологическое и сейсмическое микрорайонирование участков тоннелей. Задачи 1, 2, 4, 6, 7, 9 решают одним-двумя методами МПВ, ВЭЗ-ВП, ЗСБ, РЛЗ; задачи 3, 4, 5 – гравитационными, магнитными и ЭМП; задачи 8, 9, 10 – сейсмоакустическими методами.

Рис. 4. 1. Геолого-геофизический разрез на участке выемки: 1 – почвенно-растительный слой, 2 – щебенисто-дресвяный грунт с супесчаным наполнителем, 3 – суглинок, 4 – супесь, 5 – сланец хлорит-серицитовый, 6 – граница между мерзлыми и талыми породами по данным сейсморазведки, 7 – кровля коренных пород по сейсморазведки, 8 – границы геоэлектрических разрезов Рис. 4. 2. Результаты ЭП и ВЭЗ, полученные при изучении дорожного покрытия

Рис. 4. 3. Результаты МПВ вдоль ж/д насыпи: 1 – железнодорожное полотно, 2 – песчано-гравийная толща, 3 – суглинистое ядро насыпи, 4 – границы слоев, выделенных по сейсмическим данным, 5 – скорость продольных волн • Геофизическая аппаратура, применяемая на эксплуатируемых дорогах, должна быть помехоустойчивой, надежной, а методы информативными и точными. Применяют МПВ, электрические методы, радиометрию и различные виды ГИС. Применение методов геофизики проектировании, строительстве промышленных, гражданских зданий и сооружений • На стадии строительства и эксплуатации различных сооружений применяют ультразвуковой каротаж (УЗК) в шпурах и сейсмопрофилирование (СП), которые оценивают мощности зоны съема в строительных котлованах, ослабленные зоны в тоннелях (Табл. 5 и 6).

Применение комплекса инженерно-геофизических методов на стадии проектирования, строительства и эксплуатации жилых, промышленных, гидротехнических и других инженерных сооружений и коммуникаций Рациональный комплекс инженерно-геофизических изысканий Таблица 5 Комплекс геофизических методов, применяемых для решения некоторых инженерно-геологических задач Задачи исследований Методы Скальн. породы Рыхлые породы 1. Изучение строения исследуемого участка Выделение и прослеживание в плане и в разрезе СЭП, КЭП, ДЭП, ВЭЗ СЭП, КЭП, ДЭП, КМПВ, ГИС, ВЭЗ, ГИС, геологических тел: Радиокип, М, ВЭЗ-ВП ЭП-МДС, ВЭЗ-МДС - Радиокип, ЭП-ВП, КМПВ ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, СЭП, ГИС, а) расчленение разреза песчано-глинистого б) выявление и оконтуривание переуглубленных долин ЭП-МДС, КЭП, СЭЗ, КЭП, ВЭЗ-МДС, Радиокип СЭП, ВЭЗ, КЭП, в) выявление и оконтуривание интрузивных и эффузивных тел КМПВ, Г ВЭЗ, СЭП, КЭП, М, КМПВ, Г КМПВ ВЭЗ, СЭП, М, Г, г) определ. мощн. зоны выветрив. АК, УЗК, ВЭЗ - д) выявление и трассирование зон тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости КЭП, СЭП, ВЭЗ, КМПВ, КВЭЗ, ДЭП, - ЭП-СГ, Радиокип КМПВ, КЭП

П Изучение свойств и состояния горных пород 1. Определение физико-механических, динамических, статических параметров и модулей деформации 2. Изучение анизотропии, неоднородностей и трещиноватости горных пород АК, КМПВ, УЗК, СП, ВЭЗ АК, КМПВ, СК АК, МПВ, УЗК, СП, СК, КВЭЗ, М, Кр. ЭП - 3. Оценка напряженного состояния горных пород в массиве 4. Изучение прочностных показателей на образцах и естественных условиях 5. Оценка плотности, пористости и водонасыщенности песков АК, УЗК, СП - АП, УП, КМПВ - - НМ, ГГК, АК, СК, УЗК, ЭДЗ 111. Изучение гидрогеологических условий 1. Определение положения уровня грунтовых вод (УГВ) 2. Обнаружение и оконтуривание водонасыщ. зон в рыхлых породах ВЭЗ, СП СП, ВЭЗ, ЭДЗ - ВЭЗ, СЭП, ВП 3. Выявление обводненных трещиноватых зон в скальных породах ВЭЗ, ВЭЗ-МДС, КМПВ 4. Определение направления и скорости движения подземных вод 5. Оценка минерализации и температуры подземн. вод 6. Локализация мест разгрузки и поглощения подземных вод ЕП, МЗТ, Рез. Поверх. Рез. , Т 0 ЕП, Поверх. Рез. , Т 0 С, ГИС, М -

1 У. Изучение физико-геологических явлений 1. Изучение закарстованности пород, суффозионных полостей и выработок ВЭЗ, СЭП, КМПВ, Кр. ВЭЗ, Г, М, ГИС - 2. Исследование оползней АК, КМПВ ВЭЗ, СЭП, КМПВ, ЭП-МДС, ВЭЗ-ВП, ЭДЗ, ЕП, УЗК У. Изучение многолетней мерзлоты а) определение кровли и подошвы мерзлых пород б) литологическое расчленение толщи мерзлых пород ВЭЗ, ГИС, КМПВ ВЭЗ, ГИС ВЭЗ, КМПВ, ГИС в) оценка льдистости пород г) оконтуривание подземных льдов, островной мерзл. , таликов и зон высокотемпературной мерзл. д) определение температуры ВЭЗ, ГИС ЭП, ВЭЗ, КМПВ, ЭПМДС ВЭЗ, ГИС ЭП, ВЭЗ, КМПВ, Т 0 ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, ГИС ЭП-МДС, Рез. , М, ЕП, МЗТ, Т 0 Примечание: 1) Подчеркнуты основные для данной задачи геофизические методы исследования

Таблица 6 Комплекс инженерно-геофизических методов исследований, используемых на различных стадиях строительства инженерных сооружений и коммуникаций Обоснование проекта Основные Комплекс геофиз. задачи методов Строительство Основные Комплекс задачи геофиз. Эксплуатация Основные Комплекс геофиз мет. задачи метод. 1. Гидротехнические объекты: плотины, тоннели, каналы, ГЭС, водохр. Создание схемы физикогеологической модели Для Оценка мощн. конкретных зоны съема в условий котловане. эффектив-ные Оценка коэф. методы, упругого указанны в отпора. Табл. 5 Контроль качества мелиорации грунтов АК, СП, УЗК, ГИС, ЭП, ВЭЗ Контроль за СК, УЗК, АК, изменением СП, состояния систематич. пород в измерения УЭС. основании Выявление сооружений мест утечки воды. ЕП, поверхн. Резистивим. П. Линии электропередач ЛЭП Линейные изыск. для оценки УЭС заземлителей - - -

Обоснование проекта Основные задачи Комплекс геофиз. методов Строительство Основные задачи Комплекс геофиз. методов Эксплуатация Основные задачи Комплекс геофиз. методов 111. Транспортное строительство 1. Линейные изыскания и исследования Изучение ВЭЗ и ЭП Изучение Методы Контроль геологич. во всех физикоданы за строения и модификац механичессостоянием в определе. Кр. ВЭЗ, ких железнодо. Табл. 5 ние УГВ по Кр. ЭП, параметров рожного проектир. горных полотна С трассе пород ВЭЗ, ЭДЗ 2. Поиски источников водоснабжения Выявление участков, перспективных для водоснабжения ВЭЗ, С, ГИС Выделение в буровых скважинах интервалов для водозабора Рез. , МЗТ, ГИС Наблюдения за измененением депрессион. поверхностей подземных вод их минерализ. и температуры на откачке ГИС, ВЭЗ, СП, ЕП

Обоснование проекта Основные Комплекс задачи геофиз. методов Строительство Основные задачи Комплекс геофиз методов Эксплуатация Основные задачи Комплекс геофиз методов 1 У. Промышленное и гражданское строительство. Строительство АЭС Создание Методы Контроль физикоданы за геологическ. в Табл. 5 состоянием модели пород и (ФГМ) участ. качеством строительмелиорац. ства АК, СП, УЗК, ЭДЗ Контроль СК, за УЗК, изменением системат. пород в измерения основании УЭС фундамента У. Изучение инженерно-геологических условий по трассам трубопроводов Изучение коррозии ВЭЗ, ЭП, ЕП Изучение физикомехан. св-в грунтов Методы даны в Табл. 5 Выявление мест коррозии ЕП

Геофизические исследования при промышленном и гражданском строительстве • Геофизические исследования проводят на всех стадиях работ: составлении предпроектной документации; создании проекта; подготовке рабочих документов. Вначале применяют аэрокосмические методы, изучая инженерно-геолого-гидрогеологические условия участка. В сложных условиях применяют электро-, сейсмо-, гравиметрию. На второй стадии используют геофизику при проходке горных выработок. Детальность геофизических методов повышается с увеличением категории сложности работ: простой, средней и высокой. Имеет значение и класс проектного объекта по категориям (I, III). Изыскания под строительство тепловых электростанций • Проектирование тепловых электростанций и изыскания ведут по стадиям: технико-экономическое обоснование (ТЭО); разработка и составление проекта и рабочей документации. На всех стадиях изыскания ведутся с использованием геологической съемки, при геотехнических изысканиях применяют электро- сейсмо- магниторазведку, радиокип, ГИС. При технико-экономическом обосновании ТЭО и создании проекта изучают разрезы, выделяют закарстованные, тектонические зоны, оценивают глубины УГВ. При составлении проекта изучают физико-механические свойства пород, их деформацию, устойчивость грунтов в основаниях.

Изыскания под строительство атомных электростанций (АЭС) • Проектирование АЭС проводят по стадиям: технико-экономическое обоснование (ТЭО), разработка проекта (РП), создание рабочей документации (РД). При изысканиях под строительство АЭС используются различные методы геофизики, при этом границ между стадиями нет. Вначале работ выбирают площадки для размещения АЭС. Выявляют тектонические нарушения различных порядков. Работу проводят электро-сейсмо-магниторазведкой и ГИС. При наличии карста выполняют электроразведку и ГИС для поиска и оконтуривания зон закарстованности, трещиноватости и анизотропии. Работы в основном ведут на выбираемых площадках. Расчленяют разрез с выделением тонких прослоев по данным ГИС. Разрез изучается электроразведкой, сейсморазведкой, скважинным, сейсмическим и радиоволновым просвечиванием, гравиметрией. Детально исследуют ВЧР. При рыхлых грунтах выделяют участки песков, суглинков, оценивают их деформационные свойства. На основании сейсмоакустических и ультразвуковых исследований на образцах, в скважинах и на участках просвечиваниями оценивают прочность отдельных разностей пород. При расположении АЭС на рыхлых грунтах сейсморазведкой оценивают глубину залегания УГВ. Изучают пористость, плотность и влажность пород. Используют ГИС. При оценке свойств сухих рыхлых грунтов по статистическим данным дают прогноз о тех же свойствах этих пород в случае их увлажнения и обводнения (подъема УГВ). • При выборе площадок под АЭС изучают сейсмичность района, сейсмические свойства грунтов и пород, скорости сейсмических волн и их скорости затухания. • Особенно тщательно выбирают участки для хвостохранилищ. Изучают фильтрацию ложа, так как в хвостохранилищах нельзя допускать утечек.

Изучение обводненности горных выработок • Обводненность горных выработок исследуется при подземной разработке твердых месторождений полезных ископаемых (МПИ). Выявление обводненных зон необходимо при бурении водопонизительных скважин и проектировании осушительных мероприятий. Обводненные зоны имеют локальный характер и приурочены к увеличениям в разрезе толщ песчаных коллекторов или карстовых водонасыщенных полостей и трещиноватых зон. • Степень обводненности горных выработок изучается методами ВЭЗ, ВЭЗВП, МПВ, ЭП, ЕП, ПЕЭМ. • Методика полевых работ включает площадные съемки с организацией сети наблюдений (100 – 500) х (100 – 500) м. • Глубинность разведки превышает глубины выработок. При интерпретации материалов учитывают характеристики геофильтрации водоносных горизонтов или толщ, вмещающих МПИ. • Осушение месторождения с помощью откачек из скважин эффективно при проходке в обводненных породах, поэтому выявление на шахтных полях мест с высокими водопритоками имеет большое значение. Бурение по сети скважин (глубиной до 100 м) дорого и неэффективно из-за локальности закарстованных и обводненных зон. При выявлении участков с различными водопритоками и обводненности применяют метод ВЭЗ с сетью 300 х1000 м.

Скопления трещинно-карстовых вод выявляют подземным электрозондированием (ПЭЗ), просвечиваниями на постоянном токе и с использованием радиоволн. При этом методами ЭП и просвечиванием выявляют проводящие зоны или участки с повышенной диэлектрической проницаемостью (в методе РВП), наличие может быть обусловлено распространением обводненных пород около выработки. С помощью трехэлектродных подземных зондирований последовательной и обращенной установками можно выявить обводненные зоны перед выработкой. Изучение гидрогеологических и инженерногеологических условий в криолитозоне • Для детального картирования зон развития мерзлых и талых пород на шахтных и рудничных полях применяют шпуровую терморазведку (ШТР), инфракрасную съемку с помощью тепловизоров, ЭМП: ДЭМП (ДИП), ЕП, ЭП, ВП и др. Изучение объемного строения толщи, расчленение пород на мерзлые и талые, оценка их глубин и мощностей, выявление льдистости и водоносных слоев ведется скважинной терморазведкой, ГИС, ВЭЗ-ВП, РЛЗ, МПВ. Геодинамические и гидрохимические свойства межмерзлотных и подмерзлотных вод изучаются теми же полевыми методами и наблюдениями в скважинах: используются термометрия, расходометрия, резистивиметрия и боковые зондирования.

• Для изучения горных выработок и межскважинного пространства применяют радиоволновые и сейсмоакустические просвечивания, подземные ВЭЗ и ЭП. • Инженерно- геологические и физико- механические свойства, геометрия криоструктур исследуются сейсморазведкой и сейсмоакустикой, а изучение гидрогеологии ведется методами ВЭЗ, ВП, ЕП. Работы в летне-осенний период. эффективны при непрерывных режимных наблюдениях. Изыскания при проектировании и строительстве тоннелей • Перед строительством тоннелей в сейсмически опасных районах производят сейсмическое микрорайонирование (СМР). Геофизические методы используют при проектировании тоннелей, при детальном картировании, оценке глубины коренных пород и мощности наносов, выявлении нарушений, трещиноватых, закарстованных и обводненных зон. • Выполняют детальную геофизику на территориях вдоль трассы и по двум профилям, параллельным трассе и отстоящим друг от друга на расстоянии меньшем глубины тоннеля. Применяют методы эманационной и гаммасъемки, ЕП, ДИП, радиокип, магниторазведку, ВЭЗ и сплошные электрозондирования (СЭЗ), ГИС, сейсморазведку, аэрокосмическую съемку.

Изучение явлений физико-инженерно-геологического характера (карста, оползней и др. ). Изучение карста, подземных полостей и горных выработок • Геофизикой карст изучают на поверхности Земли, в скважинах, горных выработках и полостях. Карстующиеся породы отличаются от некарстующихся по свойствам: УЭС, плотности и скорости упругих волн. • Карстовые полости, заполненные рыхлыми породами отличаются от коренных пород физическими свойствами. Заполнителями могут быть воздух, вода, глинистые и другие отложения. В зоне аэрации воздух, сухой песок и лед имеют высокие УЭС, а полости, заполненные водой и глинистым материалом – пониженные УЭС. Скорость упругих волн в любом заполнителе ниже, чем во вмещающих породах. Плотность всегда ниже у заполнителя по сравнению с плотностью окружающей среды. Выявление карстующихся участков с помощью георадаров • Оценка карстующихся участков железной дороги в Пермском крае выполняется методами георадиолокации. На рис. 4. 5 выделена и оконтурена на план структура глубиной до 3, 1 м. Установлена локальная карстовая, суффозионная или эрозионная структура. Обнаружены отражения волн от естественных и искусственных границ, выделено 7 георадарных комплексов, которые подтверждаются геофизическими методами и бурением скважин.

Рис. 4. 5. Георадарные работы вдоль железнодорожного полотна в районе 1495 км Пермского края

Георадарные исследования по выявлению подземных горных выработок • В Пермском крае проведена георадарная съёмка по выявлению подземных горных выработок и построены разрезы (рис. 4. 6) для изучения среды. Светлое поле указывает на плотные участки разреза, темные участки – обводнение и разуплотнение. На радарограммах на глубине 3 – 10 м на 20 – 30 ПК видны интенсивные красно-синие аномалии. Бурение подтвердило заполненный водой участок в середине разреза. В верхней части отмечен строительный мусор в виде разуплотнения и переувлажнения участка. Рис. 4. 6. Георадиолокационные разрезы по профилям 1, 2, пройденным антенной АБ-150 для выявления подземных горных выработок

Изучение карста и выявление подземных полостей с помощью геофизических методов разведки • При изучении карста и полостей применяют ВЭЗ и ЭП. По численным значениям КС полости обнаруживаются, если их размеры соизмеримы с мощностью перекрывающих пород. Но часто над карстовыми зонами и полостями залегают породы, имеющие измененные физические свойства и эти породы создают дополнительную аномалию, что позволяет выявлять полости с размерами меньше тех, которые теоретически могут быть вычислены. • Пример выявления зон развития суффозии и карста приведен на рис. 4. 7. Эта зона видна в разрезе нормированного градиента, на геоэлектрическом разрезе и поле остаточных аномалий. • По аналогии изучались участки с оползневыми явлениями. Анализом нарушенности и обводненности пород выявлены устойчивость склона и смещение горных пород. • Аналогично изучались модели среды на участках анодной защиты, переходов трасс нефтепроводов через водные преграды. • На рисунках 4. 8 – 4. 19 приведены результаты применения методов разведочной геофизики при изучении закарстованности пород, выявлении и картировании подземных полостей и горных выработок в различных регионах России и на территории Пермского края.

Рис. 4. 7. Фрагменты результатов интерпретации при решении задач выделения зон повышенной суффозионной активности и карстообразования: а – поле КС, б – анализ параметрического ВЭЗ, в – разрез полного нормированного градиента, г – геоэлектрический разрез, д – фрагмент поля остаточных аномалий (по В. П. Колесникову, 2007)

• На рис. 4. 8 дана информация об изучении карстовой полости по результатам съемки методом гравиразведки. Сечение изоаномал на карте равно 0, 1 м. Гл. Рис. 4. 8. Изучение карстовой полости по данным гравиразведки

• Электроразведка является одним из основных методов геофизики при изучении карста и выявления подземных карстовых полостей. • На рис. 4. 9 – 4. 12 показаны результаты интерпретации кривых ВЭЗ, полученные при изучении карста на площадке № 195 Кокуйского месторождения нефти и газа в Пермском крае. Эти результаты позволяют создать способ преобразования шкалы полуразносов питающей линии АВ/2 в шкалу глубин Н. Этот способ основан на увязке результатов интерпретации ВЭЗ и параметрической скважины. • В основу способа преобразования взяты вычисленные электроразведочные параметры, связанные со второй (параметр альфа – α) и третьей производной электрического потенциала (параметр альфа-штрих – α 1), которые вычисляются по данным КС, измеренных на двух или трех смежных разносах питающих линий при электрозондировании.

Рис. 4. 9. Преобразование шкалы АВ/2 в шкалу глубин Н по данным параметрического бурения и результатов интерпретации кривой ВЭЗ: а – графики параметра альфа и его сглаженного значения, б – график КС, в – графики параметра альфа-штрих и его сглаженного значения, г – разрез параметрической скважины, д – график эффективной глубины зондирования аф=f(r)=f(АВ/2) (по В. М. Шувалову, 1983)

• На рис. 4. 10 – 4. 12 даны результаты интерпретации данных ВЭЗ, полученные по профилям № 3 и № 1 на площадке № 195 Кокуйского нефтегазового месторождения с целью выявления и картирования карстовых полостей в разрезе. Рис. 4. 10. Результаты интерпретации ВЭЗ: а – графики сглаженных параметров альфа-штрих, б – график изменения погрешностей «с» вычисления сглаженных параметров альфа-штрих, в – геолого-геофизический разрез, составленный по данным интерпретации электроразведки и параметрического бурения (штриховкой показаны зоны сильно-закарстованных пород с наличием возможных подземных полостей (по В. М. Шувалову, 1983)

Рис. 4. 11. Изучение карста и подземных полостей на нефтегазоносном Кокуйском месторождении на площадке № 195 по профилю № 3: а – электрический разрез КС по данным равным ρк/ ρ1, б – электрический разрез по параметру альфа (по В. М. Шувалову, 1983)

• Пример совокупных результатов интерпретации кривых ВЭЗ в виде разрезов, построенных по различным электрическим параметрам (КС. Альфа, вертикальные графики альфа-штрих, геоэлектрический разрез) представлен на рис. 5. 8. Рис. 4. 12. Результаты качественной интерпретации кривых ВЭЗ, полученные при изучении закарстованности пород на Кокуйском месторождении нефти и газа: первыйх слой – четвертичные отложения, второй и третий слои – гипсы и ангидриты, заштрихованная зона – закарстованные породы, оцифровка – значения кажущихся сопротивлений (КС) (по В. М. Шувалову, 1983)

• Результаты опытных электроразведочных наблюдений в виде планов, карт, разрезов и схем, выполненных над Кунгурской Ледяной пещерой в Пермском крае показаны на рис. 4. 13 – 4. 14. Рис. 4. 13. Карта графиков изоом КС и альфа: а – схематическая карта изоом для АВ=500 м, б – карта графиков параметра альфа; 1 – КС меньше 200 Омм, 2 – 200 <КС<400 Омм, 3 – КС >400 Омм, 4 – графики альфа

Рис. 4. 14. Расположение существующих и предполагаемых ходов Кунгурской пещеры: известные ходы пещеры отмечены сплошными линиями и штриховкой, предполагаемые ходы – штриховыми линиями (по В. М. Шувалову, 1983)

• Результаты электроразведочных наблюдений вдоль одной из трасс нефтегазопровода на территории Кокуйского месторождения представлены на рис. 4. 15 – 4. 16. Рис. 4. 15. Результаты интерпретации данных ВЭЗ в виде схематической карты трассы нефтегазопровода на Кокуйском месторождении: а – изолинии кровли карстующихся пород, б – мощности (изолинии даны в метрах) первого слоя отложений (по В. М. Шувалову, 1983)

Рис. 4. 16. Схема районирования горных пород с различной степенью закарстованности вдоль трассы нефтепровода на территории Кокуйского нефтегазоносного месторождения: линиями обозначены электроразведочные профили, точками и кружочками – участки и площадки, где выполнялись полевые работы, одиночная штриховка – средняя закарстованность, двойная штриховка – сильная закарстованность пород (по В. М. Шувалову, 1983)

• Качественная интерпретация данных гравиразведки и магниторазведки при изучении заброшенных подземных горных выработок плитчатых известняков в п. Левшино Пермского края (участок № 2) на берегу Камского водохранилища показана на рис. 4. 17 – 4. 19. Рис. 4. 17. Изучение и картирование подземных горных выработок, оставшихся после добычи плитчатых известняков на участке № 2 методами гравиразведки и магниторазведки: а – данные гравиразведки, б – магниторазведки (по В. М. Шувалову, 1983)

• Результаты качественной интерпретации данных электроразведки при изучении заброшенных подземных горных выработок плитчатых известняков в п. Левшино Пермского края (участок № 1) на берегу Камского водохранилища даны на рис. 4. 18. Рис. 4. 18. Методы ВЭЗ, ЭП и радиопросвечивания по выявлению горных выработок по добыче плитчатых известняков: точками и кружками обозначены скважины, зоны развития провала грунта – штриховкой, подземные горные выработки – двойными линиями (по В. М. Шувалову)

• План схемы выполнения комплекса методов геофизических работ по изучению и картированию заброшенных подземных горных выработок, оставленных после добычи плитчатых известняков на берегу Камского водохранилища близ п. Левшино в Пермском крае представлен на рис. 4. 19. • Выявленные подземные горные выработки обозначены сплошными линиями, предполагаемые выработки отмечены штриховыми линиями, зоны провалов – заштрихованы, скважины обозначенные точками – вскрывшие полости и кружками – не встретившие подземные полости. Рис. 4. 19. Схема расположения выявленных подземных выработок по добыче плитчатых известняков (по В. М. Шувалову, 1983)

• Простирание трещиноватых закарстованных зон оценивается по Кр. ВЭЗ. Большая ось круговой диаграммы совпадает с направлением трещин и простиранием водоносных зон. • На картах изоом плотные не разрушенные породы отмечаются высокими УЭС, а разрушенные и обводненные зоны - пониженными значениями КС. Над этими зонами уменьшаются скорости волн, гравитационные и магнитные поля. Для проверки аномалий применяют бурение. • Изучение направления трещиноватости и закарстованности горных пород проводят с помощью круговых наблюдений по данным Кр. ЭП или Кр. ВЭЗ, а пример этой оценки дан на рис. 4. 20. Рис. 4. 20. Изучение трещиноватости горных пород по данным Кр. ВЭЗ: а – вид кривых ВЭЗ, б – круговые диаграммы кривых ВЭЗ, в – график отношения численных значений КСmax/КСmin

• В инженерной геологии и гидрогеологии карст имеет двойное значение. Он ухудшает прочность оснований сооружений, но служит и источником подземных вод. Геофизика изучает зоны карста, полости, деформационные и фильтрационные свойства этих зон. Затруднения в исследовании карста обусловлены тем, что массив карстующихся пород перекрыт более молодыми отложениями. Карстовые зоны и полости имеют разнообразную форму, размеры, разные и виды заполнителей карстовых форм (воздух, вода, глина, обломки пород и др. ). При изучении закарстованных пород используют электро- и сейсморазведку, в меньшей мере гравитационную и микромагнитную съемку, а при детализационном исследовании – все виды ГИС и межскважинное просвечивание. • Карстовые и трещиноватые зоны при заполнении полостей и трещин рыхлым материалом имеют низкие КС, а зоны с незаполненными полостями и трещинами – высокие КС. • Конфигурация КС зависит от сохранности скальных пород, от УЭС покровных отложений и от изменения их мощностей.

• Возможности комплексных скважинных геофизических исследований при изучении карстово-суффозионных процессов показаны на рис. 4. 21. Рис. 4. 21. Результаты комплексных скважинных геофизических наблюдений при изучении карстовосуффозионного процесса: а – геологический разрез, б – каротажные диаграммы и графики изменения во времени комплексного показателя, в – режим средних значений комплексного показателя в изучаемом интервале глубин; 1 – пески, 2 – глины, 3 – закарстованные известняки, 4 – карстовые полости, 5 – уровень грунтовых вод

Изучение оползневых массивов и оползней • При изучении оползневых массивов геофизическими методами дифференцируют физические свойства пород тела оползня и массива. Электроразведка и сейсморазведка позволяют выявить зеркало скольжения оползня, границы бортового отпора, изучить степень разрушенности пород, оценить направление скольжения пород и гидрогеологические условия в теле оползня (рис. 4. 22 и 4. 23). • Оползни выдавливания, срезания и скольжения имеют четкую поверхность скольжения в глинистых отложениях. При переходе через зеркало скольжения наблюдается уменьшение УЭС. Для оползней течения характерно наличие переувлажненного материала, который смещается по плотному ложу, состоящему из глин или скальных пород. При наличии минерализованных вод резкого скачка УЭС на границе скольжения нет, поэтому возможно применение МПВ при исследовании оползневых массивов.

• Результаты комплексных геофизических и геодезических наблюдений на оползне представлены на рис. 4. 22. Рис. 4. 22. Комплексное изучение оползня методами геофизики и геодезии: 1 – контур стенки отрыва, 2 – граница каньона, 3 – направления смещения магнитных реперов, 4 – 6 – за три последовательных периода наблюдений, 7 – направление смещения аномалии естественного поля (ЕП), 8 – направление смещения геодезических реперов

Рис. 4. 23. Изучение оползневого массива на р. Кама вблизи пос. Усть-Гаревая (по В. И. Каченову и В. М. Шувалову, 1975): 1 – точки ВЭЗ, 2 – изоомы, 3 – предпологаемая зона бортового отпора, 4 – зона низких значений КС, 5 – уровень реки Камы, 6 – уровень подземных вод (УГВ)

• Геофизическими методами: 1) оценивается структура оползня при изучении зеркала скольжения, зоны отрыва, оценивается мощность нарушенной толщи; 2) изучаются гидрогеологические условия; 3) динамика оползня. • В процессе исследования успешно применяют сейсмо-, магнито-, электроразведку, ГИС и термометрию. • МПВ изучает зеркало скольжения, так как нарушенные породы имеют меньшую скорость упругих волн, чем породы в целике. Деформации смещения захватывают зону скольжения. В ее пределах отмечается уменьшение скоростей волн и УЭС. • ВЭЗ и МПВ применяются для оценки УГВ, а при глинистом разрезе - увлажнения грунтов оползня. Для изучения влажности по площади оползня применяют производительный ЕП, термометрию, ВЭЗ, ЭП, ГИС и режимные наблюдения в отдельных точках оползня. • Скорость смещения оползневых массивов оценивают по магнитным реперам (магнитная съёмка), помещенным в буровые скважины.

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОФИЗИКА. (Изучение гидрогеологических условий и динамики подземных вод. Изучение минерализации подземных вод, литологии и флюидонасыщенности горных пород) Гидрогеологические виды съемок • В гидрогеологии при всех видах съемок применяют геофизические методы, в том числе съемки обзорные и мелкомасштабные (1: 500000). Обзорное гидрогеологическое картирование территории крупных регионов предполагает районирование территорий для выделения бассейнов и структур с артезианскими, пластовыми, трещинными и грунтовыми водами. Оцениваются ресурсы пресных, минерализованных и термальных вод.

• Разрезы расчленяют на зону аэрации, водоносные зоны и водоупорные толщи. • В гидрогеологии при обзорном картировании используют структурно-картировочные съемки с помощью аэрокосмических, гравиметрических, магнитных и сейсмических методов. • Среднемасштабные съемки (1: 200000) применяют для изучения водоносных и водоупорных комплексов, зон аэрации, пластовых, трещинных, пресных, минеральных и термальных вод, гидрохимических, термических и криологических условий. • Выбор методов геофизики определяется многими факторами и условиями (аридные, гумидные и мерзлотные), глубинностью исследований, наличием данных предыдущих мелкомасштабных съемок и опытом изучения районов со сходными условиями.

Применение геофизических методов для изучения динамики подземных вод • Резистивиметрия − это измерения УЭС промывочной жидкости в скважине, по которой оценивают места подтока подземных вод, их минерализацию и скорость фильтрации вод. Практические примеры оценки направления и скорости течения подземных вод показаны на рис. 5. 1 – 5. 3. • При малых различиях минерализации подземных вод и скважинного электролита искусственно повышают концентрацию электролита и в местах подтока на графиках наблюдаются четкие максимумы. При высокой минерализации подземных вод в скважину закачивают пресную воду, а подток вод будет отмечаться минимумами КС. • Метод заряженного тела (МЗТ) оценивает скорость и направление движения вод в скважине, в которую помещают электрод А, электрод В выносят в ∞. По разным азимутам на лучах находят точки равного ΔU. . Затем проводят засолку скважины.

• Ореол раствора соли перемешается в сторону течения вод и изменяет электрические свойства среды, что отражает линия ΔU. По максимальному смещению изолиний судят о направлении и скорости течения подземного водного потока V =ΔR / Δt. • Результаты работ методом заряженного тела (МЗТ) при изучении динамики подземных вод в районе Мосбасса даны на рис. 5. 1. Рис. 5. 1. Изучение динамики подземных вод по МЗТ: а – изолинии потенциала, б – график смещений изолиний вдоль направления движения подземных вод

• На рис. 5. 2 представлен подробный схематический пример оценки направления и скорости течения подземных вод с использованием диаграмм и графиков методом заряженного тела (МЗТ) или метода заряда (МЗ). Рис. 5. 2. Круговые диаграммы МЗТ и графики оценки скорости движения подземных вод по одной скважине: а – план изолиний, б – график смещения изолиний, в – график скоростей движения вод • Водопроницаемость пород и динамику вод отражают коэффициент фильтрации kф и скорость движения вод (Vв). С использованием ВЭЗ, ВЭЗВП и МПВ получают параметры ρ, η, ρ/η и Vpi. Имея данные kф по откачкам или наливам, оценивают корреляционные связи kфi , ρ, 1/η, ρ/η или Vpi (песчаные и песчано-глинистые), kфi с 1/η, η/ρ или 1/Vp i(валунногалечниковые и скальные).

• Послойную оценку коэффициентов фильтрации оценивают резистивиметрией в скважинах с засолением подземного потока. Направление и действительные скорости движения пресных подземных (рис. 5. 1 – 5. 3) вод изучают методами заряженного тела (МЗТ) или методом заряда (МЗ). При неглубоком залегании уровня грунтовых вод (УГВ) направление их движения оценивают по круговым наблюдениям метода естественного поля (ЕП). • Использование подземных вод для водоснабжения, гидротехнического, промышленного и гражданского строительства обусловливает увеличение объемов и повышения качества гидрогеологических изысканий. Большую помощь для гидрогеологии играют комплексные исследования геофизическими методами, наиболее важная роль отведена электроразведке.

Геофизические методы в инженерной геологии и гидрогеологии • Методы геофизики подразделяют на полевые и скважинные. С использованием этих методов: I) уточняется геологическое строение территории, выделяются в её пределах основные гидрогеологические структуры; 2) изучаются гидрохимические условия; 3) исследуются коллекторские и фильтрационные свойства пород и динамика подземных вод; 4) изучаются геокриологические условия. Оценка глубины залегания уровня грунтовых вод (УГВ) с помощью георадара и других методов геофизики • Для оценки уровня грунтовых вод (УГВ) применима георадиолокация (рис. 5. 3). Рассмотрим пример на участке г. Перми, расположенном на месте строительной площадки под жилой дом, определен УГВ, который очень четко выделяется на обработанных радарограммах (рис. 5. 3) и прослеживается в соответствии с увеличением амплитуд электромагнитных волн. Глубина УГВ меняется от 2 до 4, 3 м.

Рис. 5. 3. Георадиолокационный разрез вдоль профиля

• Следующий наглядный пример: сводный геологогеофизический разрез по профилю на участке поймы р. Кодзь в Коми-Пермяцком округе (рис. 5. 4), данные (рис. 5. 4) по участку профиля 3 подтверждены бурением. Результаты, полученные методом георадиолокации на этом участке, позволили сократить объемы бурения до 60%, что значительно снизило затраты на производство работ. В то же время детальность изучения разреза осталась очень высокой (10 см вдоль изученного профиля). Рис. 5. 4. Сводный геологорадиолокационный разрез по профилю № 3

• Геофизические методы в гидрогеологии применяются при поисках и разведке подземных вод: метод заряда (МЗ), ВЭЗ, Кр. ВЭЗ, ЭП, ЕП, ВЭЗ-ВП, КМПВ, резистивиметрия, термометрия, гравиразведка и магниторазведка повышенной точности, радиометрия. • При изучении артезианских бассейнов применяют методы ТТ, МТЗ, МТП, ЗСП и Ч 3 для изучения величины продольной проводимости рыхлых пород. • Полное исследование достигается комплексным исследованием методов геофизики и бурения. Выбор рационального комплекса методов определяет оптимальную сеть наблюдений, где аномалия должна быть пересечена одним-двумя профилями и зафиксирована 2 − 3 точками по профилю.

• При поиске глубоких горизонтов подземных вод используют результаты ВЭЗ-ВП (см. рис. 5. 5). Рис. 5. 5. Результаты интерпретации данных каротажа ВЭЗ-ВП: 1 – пески; 2 – суглинки; 3 – суглинки с гравием и галькой; 4 – глины; 5 – известняки; 6 – обводнение

На рис. 5. 6 представлены результаты ВЭЗ, полученные для целей изучения глубоко залегающих скоплений подземных вод Рис. 5. 6. Результаты ВЭЗ на участке поиска подземных вод: 1 – точки ВЭЗ; 2 – изогипсы водоупорного горизонта, обладающего высокой электропроводностью; 3 – вероятное тектоническое нарушение; 4 – абсолютные отметки, м; 5 – скважина, планировавшаяся по данным электроразведки; 6 – скважина, пробуренная после выполнения электроразведки; 7 – область, благоприятная для бурения скважины под воду

• Изучение линз пресных вод среди минерализованных выполняют методами ВЭЗ. На рис. 5. 7 показана такая выявленная крупная линза в пустыне. Рис. 5. 7. Изучение методом ВЭЗ пресных вод в линзе минерализованных вод: 1 – радиусы зондирований; 2 – изоомы (АВ=220 м) в Омм; колодцы (цифры – минерализация воды, г/дм 3); 3 – с пресной водой; 4 – с соленой водой; буровые скважины; 5 – с пресной водой; 6 – с соленой водой; песчано-глинистые породы; 7 – насыщенные минерализованными водами; 8 – насыщенные пресными водами • Анализ программы «ЗОНД» для обработки параметрических ВЭЗ показал, что водосодержащие породы имеют низкие УЭС в трещиноватых, выветрелых известняках с прослоями песчаника (рис. 5. 8). • Трехмерное поле КС изображено на (рис. 5. 8 б, в). Высокие значения КС связаны с наличием слабообводненных пород (насыпной грунт из песка), а низкие КС – с обводненной болотистой частью. С глубины 20 – 26 м в югозападной части выявлена зона низких КС. • На геоэлектрических разрезах (рис. 5. 8 г - е) и картах КС по горизонтам с учетом данных ВЭЗ выделены участки для водозаборных скважин.

Рис. 5. 8. Фрагменты результатов интерпретации ВЭЗ при решении задач поиска подземных вод: а – обзорная карта участка работ; б, в – фрагменты поля КС по региональному участку; г, д, е – геоэлектрические разрезы по отдельным профилям трех детализационных участков (по В. П Колесникову, 2007)

Исследование трещинно-карстовых, жильных и пластовых вод • Изучение электроразведкой трещиноватой зоны в серпентинитах и вертикальный разрез КС показана на рис. 5. 9. Рис. 5. 9. Изучение трещиноватой зоны методом ВЭЗ: Серпентиниты: 1 – плотные; 2 – разрушенные; Значения КС даны в Омметрах

• На рис. 5. 10 даны результаты изучения трещинных вод методом магниторазведки в тектонически ослабленной зоне. Рис. 5. 10. Изучение трещинных вод методом магниторазведки

• Результаты комплексных работ методами геофизики показаны на рис. 5. 11, где выделены сложные границы раздела сред по поиску и разведке трещинно-жильных вод по данным КС и МПВ. Аномалии графиков КС и МПВ обнаружены около ПК № 100, ориентировочно в интервале пикетов № 40 – 140. Для этого участка характерна резкая смена формы годографов и резкие повышенные КС (АМN) и понижение КС (МNB). Таким образом, разгрузка трещинно-жильных вод происходит в районе ПК № 40 – 140. Рис. 5. 11. Изучение сложных границ при поисках трещинно-жильных вод МПВ и ВЭЗ

• Георадиолокация (МЛ. Владов и др. , 2007) эффективно изучает мощность органогенных илов (рис. 5. 12), в которых содержание тяжелых металлов, углеводородов и других вредных веществ превышает уровень ПДК. Рис. 5. 13 отражает результаты исследований с открытой воды и со льда. • Глубинность изучения георадарами зависит от УЭС воды, увеличиваясь с ростом сопротивления. При УЭС до 30 Омм изучают глубины до 3 м (рис. 5. 14), а при УЭС более 60 Омм глубина изучения до 10 м (рис. 5. 12). При загрязнении водоемов, наличии суглинков и глин глубинность изучения уменьшается и на радарограммах регистрируется только их кровля. Рис. 5. 12. Определение мощности современных органогенных илов при работе с воды: 1 – дно; 2 – подошва слоя органогенных илов; 3 – регулярные помехи

• На рисунках 5. 12 – 5. 17: по горизонтали – пикеты, м; по вертикали – глубина, м и двойное время, нс. Рис. 5. 13. Определение мощности современных органогенных илов при работе со льда

Рис. 5. 14. Фрагмент георадиолокационного профиля, полученного при низком УЭС воды (20 – 30 Ом·м). В центральной части профиля глубина воды составляет 5, 5 м

Рис. 5. 15. Фрагмент георадиолокационного профиля, полученного при высоком УЭС воды (более 60 Ом·м): 1 – кровля коренных пород (граниты); 2 – песчаная линза (максимальная мощность до 2, 3 м)

• Россыпные месторождения полезных ископаемых (МПИ) в кровле коренных отложений долин рек отражает рис. 5. 16. • Неглубокие слои и строение разреза до глубины 30 м изучают радиолокацией совместно с сейсморазведкой непрерывным сейсмическим профилированием (НСП). Глубина водоема не превышала 2 м, а кровля известняков (рис. 5. 17) вблизи дна. Радиолокационными методами кровля установлена на 0, 8 – 1 м ниже дна канала. Положение подошвы известняков определены по данным НСП. Рис. 3. 16. Фрагмент георадиолокационного профиля долины реки с палеоруслом: 1 – кровля коренных пород (граниты); 2 – оси синфазности

Рис. 5. 17. Определение положения кровли известняков под водоотводным каналом в г. Москве

Изучение основания плотин • Разработку проектов плотин проводят в три стадии: разработка технико-экономической документации (ТЭД), куда входят технико-экономический расчет (ТЭР) и техникоэкономическое обоснование (ТЭО); создание технического проекта (ТП); создание рабочей документации (РД). • В ТЭД освещают геологическое строение участка (в ТП оценивают физико-технические данные пород и сейсмичность). • На стадии подготовки РД проводят проектирование, изучают физико-технические данные пород и их сейсмичность. • Для качественной будущей цементации плотины ГЭС (рис. 5. 18) изучается почва с использованием электроразведки. Максимальный объем работ проводят на перспективных участках и изучают геолого-тектоническое строение участка, свойства пород в массиве, гидрогеологические и физические условия. • При изучении геолого-тектонического строения участка производят литологическое расчленение разреза, изучение

переуглубленных долин, интрузивных и эффузивных тел, трассирование зон тектонических нарушений и трещиноватости, мощности зоны выветривания. • Исходя из полученных графиков КС (рис. 5. 18), построенных вдоль линии гребня плотины, качество цементационной завесы по профилю отмечается неодинаково. Рис. 5. 18. Изучение качества цементации плотины ГЭС

• По наблюдениям, выполненным через 1 и 2 месяца после цементации плотины, отмечено повышение прочности плотины в правой части профиля (рис. 5. 18). Из наблюдений СЭП, выполненных через 3 месяца после цементации качество цементации возрастает на всех пикетах. Таким образом, качество цементации на участке первых восьми пикетов ниже по сравнению с качеством на конечных точках профиля. • Для расчленения осадочных пород применяют ВЭЗ, МПВ и ГИС. При расчленении песчано-глинистых почв применяют ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, ВЭЗ-МДС, ЭП, ГИС, ЭП –МДС. • При выявлении переуглубленных долин применяют ЭП, ВЭЗ, МПВ, реже магнито-, гравиразведку. При выявлении интрузивных и эффузивных тел применяют те же методы, но эффективнее - магнито-, и гравиразведка. • При выявлении и трассировании зон тектонических нарушений и трещиноватости применяют ЭП, КЭП, ДЭП, ВЭЗ, МПВ, сейсмические профилирования. Комплекс методов выбирают таким, чтобы методы дополняли друга.

Изучение трасс каналов • При изучении трасс каналов применяют электроразведку и сейсморазведку. Из-за большой протяженности участков работ экономично заменять сейсморазведку электроразведкой. • На стадии разработки технического проекта (ТП) для всестороннего изучения геологических условий на участках узлов–плотин, насосных станций – исследуют несколько профилей для изучения строения участка. • На стадии подготовки рабочей документации (РД) работы проводят на выбранной трассе канала. Изучают геологическое строение узкой полосы вдоль трассы и профили располагают вдоль оси канала. • Методами сейсморазведки изучают территорию поверхностного залегания фундамента.

• Совместное использование данных МПВ и ВЭЗ отражает рис. 5. 19, где представлен непрерывный разрез вдоль выбранной трассы канала. Рис. 5. 19. Геолого-геофизический разрез по МПВ и ВЭЗ по трассе канала: 1 – суглинки, 2 – глины, 3 – песчаники, 4 – порфириты, 5 – зона выветривания, 6 – дно проектируемого канала ( «врезка» )

МЕРЗЛОТНО-ГЛЯЦИОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОФИЗИКА. (Физические свойства мерзлых пород. Литологические построения, картирование мерзлых и талых пород) Изучение мерзлых пород, подземных льдов и ледников • В породах с малым содержанием замерзающей воды (песок, гравий, галечник) повышение УЭС и скоростей упругих волн отмечается при переходе через нулевую температуру. В мерзлых глинах, супесях, суглинках отмечается изменение параметров при отрицательной температуре. У массивных пород при отрицательных температурах возрастают УЭС и скорости волн. Для зон пород вечной мерзлоты характерно наличие границ изменений УЭС и скоростей упругих волн при переходе от талых к мерзлым породам. • При изучении мерзлоты оценивают верхнюю границу по данным ВЭЗ и МПВ.

На кривых ВЭЗ мерзлота отмечается резким увеличением УЭС, а нижняя граница отмечается по правой нисходящей ветви кривой ВЭЗ. При изучении мерзлоты геофизики ведут: I) оценку мощности, степени промерзания и протаивания; 2) картирование таликов и островной мерзлоты; 3) картирование и оценку элементов залегания льдов; 4) поиск и разведку подземных вод в зоне мерзлоты; 5) исследуют мерзлоту для целей проектирования и эксплуатации крупных сооружений и воздействия их на мерзлую толщу. • Мерзлоту дифференцируют по вертикали: I) слой сезонного промерзания и протаивания до 4 м; 2) мерзлый слой сезонных колебаний отрицательных температур мощностью до 30 м; 3) стационарный слой мерзлых пород, залегающий ниже слоя колебаний температур.

Картирование мерзлых и немерзлых пород • Для изучения границ мерзлых и немерзлых пород (в плане) применяют методы ЭП, реже − сейсморазведку и магниторазведку. Чаще применяют СЭП, дипольное ЭП двусторонними установками. • Для мерзлотных изысканий применяют дипольное электромагнитное профилирование (ДЭМП), высокочастотное электрическое профилирование (ВЧЭП) и аналог его – непрерывное электропрофилирование (НЭП), бесконтактное измерение электрического поля (БИЭП), длинноволновое и сверхдлинноволновое радиокомпарационное профилирование (ДВ-РК и СДВ -РК) и другие. Эти виды профилирования позволяют проводить бесконтактные измерения в зимнее время, при работах с поверхности льда.

• Кроме ЭП используют ЭП-ВП для детального картирования границ мерзлых пород разного состава и выявления подземных льдов. Метод ЕП используют для картирования мерзлых и немерзлых пород и для получения информации о зонах питания, транзита и разгрузки вод. Резистивиметрию применяют для выявления участков разгрузки подземных вод. • Для изучения мерзлотных и геологических границ применяют площадное сейсмическое профилирование (ПСП). • При выявлении мерзлотных границ мелкого и среднего масштабов геофизические исследования проводят на отдельных ключевых участках. • Хорошо выделяются мерзлые и талые породы по результатам электрического каротажа (рис. 6. 1). В мерзлых породах кривая произвольной самополяризации (ПС) не дифференцируется. При переходе к талым породам на кривой ПС наблюдается скачок в ту или иную сторону (десятки м. В). При наличии глинистых пород применяют комплекс методов – КС, ПС, БКЗ, термометрию и кавернометрию.

Рис. 6. 1. Изменение электрического потенциала на границе мерзлых и талых пород

Изучение ледников • В гляциологии методы геофизики используют для измерения мощности и оценки морфологии подошвы ледников, их внутреннего строения и для изучения подледниковой толщи. Методы зондирований ВЭЗ и ЧЗ применяют при исследовании маломощных ледников. • Сейсмозондирования (СЗ) ледников проводят МПВ и МОВ. Первый перспективен при исследовании мощных ледниковых покровов, второй – при изучении маломощных ледников. СЗ имеет важное значение при изучении шельфовых ледников и позволяет оценить глубину непроницаемых для радиоволн морских вод подо льдом. • Результаты исследования методом ИМР отражает рис. 6. 2 по профилю ледника от Мирного к Пионерской (по В. В. Богородицкому). Расхождения в оценке толщины ледника по данным ИМР и МОВ не превышают 5 %.

Рис. 6. 2. Изучение ледника импульсным методом радиолокации (ИМР): 1 – ледник; 2 – ложе ледника; 3, 4 – подошва ледника по основному и контрольному измерению воздушным вариантом ИМР

Изучение условий залегания, строения и мощности мерзлых пород • Для оценки глубины кровли и подошвы многолетнемерзлотных пород, изучения строения надмерзлотной, мерзлотной и подмерзлотной частей разреза, грунтовых, межмерзлотных и подмерзлотных вод применяют ГИС, ВЭЗ-ВП, РЛЗ, МПВ и МОВ. Ведущим является метод ВЭЗ. • Мерзлые породы влияют на изменение УЭС и скорости упругих волн (V). С увеличением глубины изменения температуры, льдистости, плотности и мощности слоев имеют сезонные изменения в процессе промерзания-оттаивания. Поэтому «летние» и «зимние» кривые ВЭЗ резко отличаются. Результаты интерпретации ВЭЗ представляют в виде геоэлектрических разрезов с выделением границ

мерзлых и немерзлых пород, слоев различного УЭС и различной льдистости. • Кривые «зимних» ВЭЗ из-за отсутствия экранирующего влияния сезонно-талых пород более дифференцированны и информативны. • Сезонный характер электроразведки и трудность измерений в зимних условиях ограничивают применение ВЭЗ. • Детальное расчленение рыхлых отложений проводят по методу ВЭЗ-ВП в соответствии с изменением поляризуемости разреза. Метод ЧЗ обладает большей разрешающей способностью и имеет преимущества по сравнению с ВЭЗ. • Измерения по магнитной компоненте исключают экранирующее влияние льдистых прослоев мерзлых пород.

ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ ГЕОФИЗИКА. (Обследование технического состояния зданий и инженерных сооружений. Определение глубин фундаментов и свай. Обнаружение скрытых объектов и определение их размеров. Контроль инъекционных работ. Картирование линейных объектов и коммуникаций) Оценка глубины и положения обводненной ослабленной поверхности аварийного участка фундамента • Результаты оценки глубины обводненной ослабленной зоны аварийного фундамента приведена на рис. 7. 2, в районе аварийной трубы видна разуплотненная зона, развитая в рыхлых и плотных породах. Аномальное (тёмные пятна) геофизическое поле (разуплотненение) приурочено к аварийной разуплотненной зоне и перекрывает участок видимых просадок. • На стадии проекта применяют площадную съемку и все виды электроразведки, МПВ, MOB, микромагнитную съемку, ГИС, межскважинное просвечивание. На стадии составления рабочей документации геофизическими методами изучают коррозию грунтов и агрессивность вод.

Рис. 7. 2. Георадиолокационный разрез по профилям 13 и 15 по оценке глубины забивки свай

Оценка глубины залегания фундаментов инженерных сооружений с помощью электроразведки • Оценивается УЭС заземленной части фундамента R, равное отношению напряжения на нем в месте ввода тока к стекающему с него току, УЭС окружающих его пород ρ и рассчитывается параметр равный L = ρ / PR , где Р – измеренный параметр глубины фундамента. В зависимости от априорной формы Заземленную часть фундамента можно оценить по специальным номограммам. Для оценки глубины забивки свай проводится георадарная съёмка. При этом оцениваются скрытые и явные дефекты стен, положение подземных инженерных коммуникаций. • На рис. 7. 1 показаны три сваи. Свая (СВ-1) выступает над землей на 0, 8 м, СВ-2 – на 0, 9 м, а СВ-3 – на 1 м. На одних профилях сваи видны хорошо, на других – плохо. Это связано с влажностью грунта. Заглубление сваи оценивают по основанию «прогиба» под ее нижним концом, который на радарограммах отмечен на глубине забивки сваи около 11 м,

Рис. 7. 1. Георадиолокационные разрезы по профилям

Применение геофизических методов для контроля при строительстве гидротехнических сооружений • Контроль цементации горных массивов. Для прочности оснований сооружений используют укрепительную цементацию путем нагнетания жидкого цемента через специальные скважины. Цемент, проникая в трещины, затвердевает, и массив становится монолитным, а фильтрация воды через основание уменьшается. Для контроля качества цементации массива используют сейсмические, ультразвуковые и геоэлектрические методы. Процесс цементации приводит к возрастанию скоростей волн. Изменение УЭС зависит от характера заполнителя трещин и пор (вода, воздух и др. ).

• Распространена методика сейсмического просвечивания массива. Работы ведут до цементации (определяют скорость t 0) и после цементации (скорость t >1 м). • Разработана методика применения электроразведки для контроля сплошности и устойчивости противофильтрационных цементационных завес. Завесы сооружают в основании плотин. Цементный раствор должен иметь низкие значения УЭС. С момента схватывания цемента его прочность и УЭС постепенно возрастают. Эти процессы взаимосвязаны, и это позволяет контролировать качество цементации на основе повторных измерений кажущихся сопротивлений (КС) горных массивов. • Наблюдения ведут СЭП или ДИП. Измерения повторяют через 2 – 3 месяца для контроля упрочнения и сохранности завесы. • При нежелательных фильтрационных явлениях также применяют методы геофизики.

• В табл. № 7. 1 приведены примеры изменения упругости характеристик и конфигурации потока фильтрации в теле плотины. По повторным наблюдениям изучают суффозионные явления и переотложение грунтов методами ЭП, ЕП и МПВ. • Для закрепления песков и других рыхлых грунтов используют метод инъекций в грунт твердеющих растворов цемента. Таблица 7. 1 Контроль за уплотнением земляных плотин, дамб и оснований сооружений • При сооружении земляных плотин и дамб искусственно уплотняют грунт катками и с помощью взрывов. У зернистых грунтов скорости Vp и Vs увеличиваются с уменьшением пористости. У материалов искусственных сооружений (насыпи, плотины) наблюдается изменение характеристик упругости со временем за счет процессов цементации (табл. 7. 1).

Рис. 7. 3. Результаты контроля качества цементационной завесы плотины водохранилища по данным электропрофилирования ЭП (при АВ=200 м): а – графики ЭП по четырем параллельным профилям; б – режимные наблюдения ЭП: 1 – графики КС, 2 – то же через 3 месяца, 3 – зоны некачественной цементации

Изучение напряженного состояния пород методами геофизики • Для изучения напряженного состояния пород используют: а) геологические методы (тектонический анализ); б) геотехнические методы (тензометрия); в) геофизические методы (сейсмометрия и геоакустика, электро- и магнитометрия, термо- и радиометрия). Сейсмическими и акустическими методами изучают изменение скоростей VPi (или VSi) вблизи горной выработки или склона долины, а также оценивают скорость волн в ненарушенном массиве (нормальное поле – Vн). Далее по отношению Vi/Vн = kt выделяют зоны ослабления (kt < 1) или повышения (kt > 1) напряженного состояния горных пород. Выделяют интенсивную (kt ≤ 0, 4), среднюю (kt= 0, 4 ÷ 0, 6) и слабую разгрузку (k = 0, 6 ÷ 0, 8).

Изучение акустической эмиссии горных массивов • Акустическая эмиссия (АЭ) − процесс излучения упругих волн, образующихся в горных породах в результате возникновения механических импульсов, вызванных динамической перестройкой внутренней структуры среды. Источниками АЭ в породах, находящихся под нагрузкой, является образование трещин, их рост, разрыв старых и образование новых. Для оценки АЭ используют сейсмо- и пьезоприемники. К параметрам акустической эмиссии относят амплитуду импульса, его длительность, время прихода сигнала. Акустическая эмиссия (АЭ) изучает деформации, предупреждающие разрушения. • Землетрясениям и горным ударам предшествует излучение упругих волн. Частота волн меняется: от долей герц при землетрясениях до сотен килогерц при разрушении пород. На этом основан прогноз землетрясений и горных ударов в шахтах. В инженерной геологии АЭ применяется для изучения деформаций в тоннелях и на оползневых склонах.

• Метод основан на эффекте существования у горных пород «памяти» на ранее действовавшие напряжения. При превышении значений действовавших ранее напряжений возрастает интенсивность акустической эмиссии (АЭ), что позволяет оценить эти значения при нагружении образцов породы в лаборатории. Изучение сейсмичности районов строительства • Методы инженерной геофизики применяются при проектировании сейсмостойких гражданских, промышленных и энергетических сооружений. При сейсмостойком строительстве используют карту общего сейсмического районирования (ОСР). Карта отражает интенсивность сейсмовоздействий в баллах. Сейсмическая интенсивность – это макросейсмический эффект воздействия землетрясения на поверхность, он оценивается по повреждениям сооружений, деформациям земли, воздействиям на предметы и по ощущениям людей.

Сейсмическое микрорайонирование для гражданских объектов • Сейсмическое микрорайонирование (СМР) для строительства проводится в высокосейсмичных районах (7 – 9 баллов). Объектами изучения методами сейсмического микрорайонирования (СМР) являются города, населенные пункты и участки перспективного строительства. В результате строят карту СМР в баллах, служащую для оценки типов застройки, этажности зданий и необходимых мероприятий по их антисейсмическому усилению. • В высокосейсмичных районах регистрируют землетрясения, возникающие при действии малых энергий и взрывов, изучают микросейсмы, скорости распространения и поглощения сейсмических волн в грунтах. Для эталона выбирают скальные (I категория) или «средние» (II категория) грунты. К последним относят песчаные, песчано-глинистые и обломочные породы при УГВ не менее 15 м. Для изучения тектонических нарушений и зон высокой трещиноватости применяют комплекс сейсморазведки и электроразведки.

Детальное сейсмическое районирование и микрорайонирование для строительства гидротехнических сооружений • При расчетах сейсмостойкости высоких плотин и АЭС требования к исходной сейсмологической информации возрастают. Необходимы данные сейсмических воздействий в баллах, характеристики типов воздействия на строительной площадке. Для перехода от карты масштаба 1: 1000 при сейсмическом микрорайонировании для ГЭС и АЭС, к картам масштаба 1: 25 000 и крупнее требуется детальное сейсмическое районирование (ДСР). • Задачами ДСР являются уточнение региональных сейсмических условий района строительства, выявление очагов землетрясений (ВОЗ), изучение их размеров, глубины заложения, изучение ранних землетрясений, их интенсивности. • Для примера на плотине Ингури ГЭС выделено семь инженерно-геологических зон, различающихся по физикомеханическим свойствам (см. табл. 7. 2).

Таблица 7. 2

Детальное сейсмическое районирование и микрорайонирование для ответственных энергетических сооружений • Сейсмическое микрорайонирование (СМР) для ответственных энергетических сооружений (ОЭС), включая АЭС, крупные ТЭЦ, энергетические комплексы (ЭК) должно удовлетворять повышенные требования к безопасной эксплуатации этих объектов. При этом учитывают на площадке: проектное землетрясение (ПЗ) и максимальное расчетное землетрясение (МРЗ). Средний период повторения воздействия в первом случае составляет 100 лет, во втором – 10 000 лет. ПЗ и МРЗ характеризуются балльностью и наборами акселерограмм аналоговых или синтезированных (рис. 7. 4).

Рис. 7. 4. Форма и оценка сигналов, зарегистрированных при землетрясении: ∆t. S, p<10 c, скорость протяжки магнитной ленты V=30 мм/с

Оценка динамического воздействия ударных установок, взрывов и сотрясений грунта на существующие близлежащие здания и сооружения при забивке фундаментных свай • Дана оценка сейсмической опасности для существующих зданий и сооружений при забивке фундаментных свай. • Для безопасного ведения работ на стройплощадках выполняют: 1) анализ спектров собственных колебаний объектов в широком диапазоне частот; 2) анализ обработки инструментальных измерений; 3) анализ скоростей на объектах с оценкой эффектов резонанса сейсмических воздействий; 4) соблюдение рекомендаций по безопасности работ, выявление характера воздействия ударов, взрывов и сотрясений грунта на здания и сооружения.

Общие положения при оценке сейсмических воздействий • Забивные ударные работы выполняют в непосредственной близости от жилых зданий и сооружений. При воздействии сейсмических волн от взрывов в конструкциях зданий и сооружений возникают нагрузки, вызывающие напряжения и деформации. Если здания окажутся непрочными, то в них формируются трещины. Для избежания повреждений зданий и сооружений расстояния от них до ударных установок, взрывов или сотрясений грунтов должны быть меньше безопасных радиусов сейсмоопасных зон. В табл. 7. 3 приведены допустимые значения скоростей смещения грунта. Допуск скоростей смещения принят в пределах 1 – 3 см/с.

• Допустимая скорость колебаний и смещения грунта даны в соответствии с рангом и классом сооружения. • Класс сооружений «к» оценивается их важностью: I класс – особо важные здания и вблизи них ведут взрывные работы лишь в исключительных случаях; II класс – важные промышленные сооружения (шахты, водонапорные башни) и здания со скоплением людей (жилые здания, кинотеатры, магазины, школы); III класс – сооружения малых размеров в плане и не выше трех этажей; здания с малым скоплением людей; IV класс – здания, где нарушения не угрожают сооружениям, жизни и здоровью людей. • Суммарные ранги в диапазоне от 1 до 8 и допустимые скорости зависят от ранга и класса (табл. 7. 4). Оценка воздействий по 12 - балльной шкале сотрясаемости дана в табл. 7. 5.

Таблица 7. 3 • Выводы базируются на инструментальных исследованиях сейсмического эффекта от ударов и взрывов, носят статистический характер и учитывают действующие факторы.

Таблица 7. 4 • В табл. 7. 4 дана информация интенсивности сейсмических воздействий.

Таблица 7. 5

Особенности технологии создания динамических нагрузок при ударах, взрывах и сотрясениях грунтов • Динамические нагрузки при забивке свай создают ударной установкой с массой молота до 2, 7 т. Максимальные динамические нагрузки при достижении сваи несущего слоя пород достигают 80 т. • Обычно при взрывах используют аммонит или смесь аммиачной селитры с дизтопливом. • Сейсмологические исследования в жилых зданиях фиксируются специальной аппаратурой, как на грунте, так и в точках для пространственного измерения сейсмических воздействий. Краткая характеристика объектов исследования • Отработанный участок расположен в поселке Крохалево в г. Перми. Геологический разрез: насыпной грунт, глины, гравийные отложения, песчаник (мощностью до 8 м). Жилой район застроен зданиями малой этажности. Все объекты II класса (здания с большим скоплением людей). • Примеры некоторых объектов приведены в табл. 7. 6. Здания отнесены к четвертому рангу сооружений (крупноблочные, кирпичные здания с небольшими трещинами в стенах) с допустимой скоростью смещений 10 мм/с. Для старых зданий и сооружений допустимые скорости смещений грунтов снижены до 6 мм/с.

Таблица 7. 6 Расстояния от эпицентра взрыва до объекта измеряются в метрах.

Рис. 7. 5. Палетка для оценки уровня максимальных сейсмических воздействий при технологических взрывах на Сарановской шахте "Рудная"

Изучение трасс линий электропередач (ЛЭП) • При изучении трасс ЛЭП основное внимание обращают на площадки ЛЭП. Используют ВЭЗ, МПВ и ГИС. Вдоль трассы выполняют ЭП. Основная задача – получение данных для оценки устойчивости оснований опор. Данные электроразведки используют для оценки КС заземлений опор и для оценки сопротивления растеканию тока с электрических проводов. С помощью КС поверхностного слоя оценивают напряжения проектируемой ЛЭП: чем больше напряжение, тем больше должна быть мощность изучаемой толщи. Изучение трасс трубопроводов • Изыскания под трассы трубопроводов не отличаются от работ при дорожном строительстве. Специально оценивают коррозионные свойства грунтов. По трассе выполняют ЭП, оценивая КС и величину UE методом ЕП. По значениям ρк и UE вдоль трассы выделяют участки с различной коррозионной активностью.

• Электроразведкой изучают трассы для трубопроводов (рис. 7. 6) при высокой коррозионной активности пород, влажности и наличии блуждающих токов. • По результатам ВЭЗ составляют карты КС или разрезы (рис. 7. 7), отображающие изменение физического состояния трубы по трассе. • Активной коррозии металлов подвержены участки трубопроводов, в пределах которых наблюдаются минимальные значения (КС –min), т. е. участки с высокой проводимостью. Кроме того, признаком, указывающим на активную коррозию, является наличие катодных зон (ЕП – max) – участков, в пределах которых ток поглощается из грунта или почвы. В данном случае, наиболее подверженными к коррозии металла являются участки трубопровода, расположенные начиная от 30 до 40 пикетов. Именно в этих местах зафиксированы минимальные значения КС и максимальные значения ЕП.

Рис. 7. 6. Результаты ЭП и ЕП при изучении зон вдоль трасс трубопроводов

• На рис. 7. 7 представлены результаты электроразведки, полученные вдоль трассы трубопровода. Рис. 7. 7. Разрез КС (а) и геоэлектрический разрез (б) вдоль одного из участков планируемой трассы трубопровода

• Величина и характер изменения КС вдоль трассы (рис. 7. 7) отражают особенности разреза: 1) участки выхода скальных пород; 2) зоны аргиллито-алевролитовых и песчаных толщ; 3) участки льдистости пород и линз льда; 4) локальные зоны разрывных нарушений с выветрелыми и трещиноватыми породами. • На рис. 7. 8 представлены результаты изучения георадарами дна водоемов и обнаружения трубопроводов разной сохранности. Трубы на разрезе определяются по дифрагированной волне, а по годографам – глубину расположения трубы. Приведен фрагмент георадарного профиля, полученного при поиске трубопровода и его привязки на местности. Глубина залегания трубы составила 1, 4 м от поверхности воды.

Рис. 7. 8. Фрагмент георадиолокационного профиля над трубопроводом на одном из участков р. Москвы. Стрелкой показана гипербола над трубой. По горизонтали – пикеты, м; по вертикали – двойное время, нс

Выявление пересечек проектируемой строительной площадки с подземными коммуникациями с помощью георадара • Для выявления подземных коммуникаций в Пермском крае проведена георадиолокация и на проектируемой строительной площадке пройдены профили (рис. 7. 9), расположенные парами для подтверждения пересечек. • По результатам интерпретации разрезов, полученных при георадиолокации, выяснено, что исследуемый участок пересекают несколько труб и кабелей. Выявление трубопровода по данным ВЭЗ • Переход трассы нефтепровода через р. Лену изучен с помощью метода ВЭЗ (рис. 7. 10). Контакт электродов с водой осуществляли через скважины, пробуренные со льда. Толщина льда составляла до 1, 1 м, толщина снежного покрова – до 0, 7 м. У пикета № 1 выполнено параметрическое ВЭЗ (результаты приведены на рис. 7. 10 а (по Колесникову В. П. ). • Геоэлектрический разрез (рис. 7. 10 в) отображает строение и свойства пород на глубине от поверхности льда до 60 м.

Рис. 7. 9. Георадиолокационные разрезы по профилям 6, 7, 8 и 9 с антенной АБ-400

Рис. 7. 10. Пример интерпретации ВЭЗ на участке перехода трубопровода через водную преграду: а – параметрическое ВЭЗ, б – разрез КС и в – геоэлектрический разрез

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОФИЗИКА. (Выявление и оконтуривание участков повышенной минерализации подземных вод. Поиск, картирование и геометризация техногенных скоплений углеводородов в приповерхностной части геологической среды. Выявление утечек и мониторинговый контроль резервуаров, очистных сооружений, отвалов, терриконов, наземных и подземных хранилищ жидких отходов) Геолого-экономическая эффективность и возможности геофизических методов при решении геоэкологическиз задач • Важной задачей в геологии является высокая геологическая эффективность геофизических методов, которая определяется: 1) превышением величин полезных сигналов по отношению к помехам и надежностью разделения изучаемых объектов разного класса, т. е. разрешающей способностью; 2) информативностью и эффективностью различных методов при их сравнении.

• Экзогенное загрязнение среды происходит от химпрепаратов, используемых в сельском хозяйстве и применением их в борьбе с вредителями. Опасные вещества в среде изучают по величинам УЭС и поляризуемости. Физические естественные поля (ЕП) выявляют места проницаемости и фильтрации подземных вод, Участки с песчано-глинистыми породами имеют высокие УЭС и отрицательные ЕП (инфильтрация). • Участки загрязнения воды промышленными отходами изучаются электроразведкой (рис. 8. 1). Зоны загрязнения имеют минимумы КС, так как воды в этих зонах имеют повышенную минерализацию, уменьшающую УЭС среды. Непродуманная мелиорация ведет к вторичному засолонению грунтов, которое характеризуется низкими значениями УЭС. • Для контроля фильтрации подземных вод измеряют ЕП. Вертикальный дренаж, получаемый за счет откачки воды из скважин вызывает деформации поля и образование положительной аномалии вокруг скважины площадью равной депрессионной воронке (на ЕП имеет зеркальное отображение).

• Участки загрязнения воды в реке промышленными отходами приурочены к местам с пониженными значениями КС и локализованы в районе пикета 4, а также в интервале от 27 до 34 пикетов (рис. 8. 1). Рис. 8. 1. Результаты электроразведки методом резистивиметрии при изучении зон экологического загрязнения воды в реке

Геоэкологические исследования • Из-за негативных воздействий жизнедеятельности человека на геологическую среду экологические проблемы стали очень актуальными. Одна из них связана с хлоридным и углеводородным загрязнением приповерхностной части литосферы и гидросферы, возникающим при освоении и разработке нефтегазовых месторождений. Техногенные утечки углеводородов представляют экологическую опасность и приводят к потере сырья. Для их изучения применяют электроразведку, дающую высокую контрастность по (УЭС) между продуктами загрязнения и вмещающими породами. • Экологические исследования ведутся методами электроразведки с использованием системы «ЗОНД» .

Зоны хлоридного загрязнения подземных вод • Зоны хлоридного загрязнения подземных вод на участках активного водообмена (до 60 м), связанного с засолением пресных подземных вод даны на примере эксплуатации нефтегазового месторождения в Пермском крае. На участке имеется много трубопроводов и более 800 скважин. В комплекс методов входили ВЭЗ, ЗСБ и метод техногенных электромагнитных полей (МТЕП). Метод ВЭЗ оказался базовым и информативным при оценке УЭС. На первом этапе сделаны региональные ВЭЗ (до 50 м) для изучения территории по степени засолонения подземных вод и выделения участков с высокой их минерализацией. На втором этапе выполнены (до 100 м) детальные работы на аномальных участках. При компьютерной обработке по системе «ЗОНД» получены геоэлектрические модели (ВЧР) нефтегазового месторождения, построены карты минерализации (рис. 8. 2). Минерализация подземных вод приповерхностного разреза меняется от долей до 10 г/куб. дм, локальные зоны (до 30 м) – имеют (до 20 г/куб. дм).

Рис. 8. 2. Карта минерализации подземных вод, залегающих в интервале глубин 25 – 55 м, построенная на основе результатов количественной интерпретации ВЭЗ: 1 – точки ВЭЗ; 2 – скважины (по Колесникову В. П. , 2007)

• Конфигурация аномалий свидетельствует о единой природе и единых источниках соляного загрязнения подземных вод. • Хлоридное загрязнение приповерхностного разреза связано с разуплотненными отложениями в водопроницаемых зонах и на трещиноватых участках. Высокая минерализация (до 30 г/куб. дм) указывает на основные источники хлоридного загрязнения на участках 1 и 2 (рис. 8. 3). Рис. 8. 3. Геоэлектрический разрез по профилю с фрагментами детализационных (1, 2) участков с загрязнением среды

Утечка приповерхностных техногенных скоплений нефтепродуктов • Утечка приповерхностных техногенных скоплений нефтепродуктов на предприятиях их переработки и хранения проводит к загрязнению подземных вод, водоемов и территорий. • Предпосылкой выявления углеводородов методом ВЭЗ является контрастность электрических свойств объекта относительно вмещающих пород (рис. 8. 4 а-в). На рисунке отражены результаты интерпретации ВЭЗ и объемные поля КС, отображающие наличие углеводородов, выявленных по высоким КС (более 20 Ом·м), в приповерхностных отложениях с низкими КС (до 8 Ом·м) в обводненной нижней части разреза. • По результатам ВЭЗ составлена прогнозная карта содержания углеводородов (рис. 8. 4 г) в приповерхностной части ( до 7 м) разреза. Аномалии указывают на источник загрязнения среды – эстакада для заливки нефтепродуктов в железнодорожные цистерны.

Рис. 8. 4. Горизонтальные сечения поля КС, отображающие особенности проявления углеводородных продуктов приповерхностной части геологической среды (а, б, в) и прогнозная карта содержания углеводородов в интервале глубин 4 ‒ 7 м (г), полученная по результатам количественной интерпретации. 1 ‒ области высокого, 2 ‒ повышенного и 3 ‒ фонового содержания углеводородов; 4 – точки ВЭЗ (по Колесникову В. П. , 2007

• Приповерхностные техногенные скопления углеводородов на закарстованном участке нефтяного месторождения отражены на рис. 8. 5. Электроразведкой изучено физическое состояние пород в приповерхностной части до УГВ (около 50 м) и выявлены зоны миграции углеводородов. • Поле КС (рис. 8. 5 б, в, г) делится на две зоны. Одна из них отображает низкоомные КС в приповерхностном слое (повышение трещиноватости), вторая имеет глубинный характер. Высокие значения КС указывают на углеводородные флюиды, являющиеся изолятором для электрического тока. Наличие их в наблюденном поле – следствие увеличения аномальной зоны за счет миграции газообразных компонент в трещиноватые и закарстованные зоны. Линейная вытянутость зон говорит о концентрации углеводородов в карстовых образованиях вдоль русла подземной реки. • По аномальным полям выделено два источника загрязнения среды углеводородами (один - за пределами северо-восточной окраины, другой − за пределами юго-восточной части).

Рис. 8. 5. Выделение углеводородов на закарстованном участке (по Колесникову В. П. , 2007)

Приповерхностные скопления углеводородного газа • Приповерхностные скопления углеводородного газа на площадке переработки нефти в районе нефтяного месторождения Пермского края, возникшие в результате аварийного взрыва газа показаны на рис. 8. 6. • На карте видны УЭС для песчаниковых необводненных отложений, являющихся коллектором газа и отображающихся высокими КС на сечениях объемного отображения поля КС (рис. 8. 6 а). Аномальная зона, выделенная по комплексному параметру G, совпала с участком, на котором произошла авария (рис. 8. 6 б) на глубине 12 м. Карта параметра G использовалась для прогноза предполагаемых аварий на изученных территориях (Колесников В. П. , 2007).

Рис. 8. 6. Изучение зон скопления углеводородного газа

Контроль состояния резервуаров складирования жидких нефтяных отходов • Пример контроля состояния резервуаров складирования жидких нефтяных отходов с помощью электроразведки приведен на рис. 8. 7. Целью полевых электроразведочных работ было выявление зон возможных утечек жидких нефтяных отходов из наземных резервуаров их складирования (Колесников В. П. , 2007). • Складируемые жидкие отходы состоят из двух компонентов – слоя воды высокой минерализации, залегающей в нижней части резервуара, и перекрывающей ее толщи нефтяных продуктов. • Вероятным продуктом утечки мог быть водный высокоминерализованный раствор, находящийся в нижней части резервуара и имеющий низкое УЭС.

Рис. 8. 7. Пример использования ВЭЗ для контроля состояния резервуаров складирования нефтяных отходов: 1, 2, 3 – резервуаров складирования жидких отходов; 4 – площадка для складирования твердых нефтяных отходов

• Выделены (рис. 8. 7 а, б) три аномально пониженные зоны КС, с водами высокой минерализации (более 15 г/куб. дм). Эти зоны возникли в результате утечки жидких нефтяных отходов. Первые две зоны носят приповерхностный характер – жидкие отходы не проникли на глубины более 2, 5 м. Третья зона проявляется с глубин более 3, 5 м. Понижение КС и увеличение аномальной зоны глубиной до 25 м и указывает на наличие рассолосодержащих отходов на участке исследования. • В заключение отметим, что необходимо строгое выполнение правил и рекомендаций по охране окружающей среды и техники безопасности производстве всех видов геофизических работ.

Скачать презентацию МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Пермский государственный национальный

Для студПрезИнжГФ 2016 г..pptx

Количество слайдов: 162