Астронет > Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2

по текстам по ключевым словам в глоссарии по сайтам перевод по каталогу

Геофизические методы исследования земной коры

5.3.6. Изучение инженерно-геологических условий строительства на акваториях и берегах.

Изучение инженерно-геологических условий строительства разнообразных сооружений на акваториях морей, озер, рек невозможно без геофизических методов ( Литвинов Э.М., 1993).

1. Основные задачи инженерно-геологических исследований акваторий. Интенсивное освоение шельфа океанов и морей для подводной добычи нефти и газа, строительства разнообразных прибрежных и речных объектов (портов, плотин, дамб, газонефтепроводов, тоннелей, каналов, мостов и др.) привело к появлению инженерной геологии акваторий. Перед ней ставятся различные задачи:

расчленение прибрежных и донных осадков по литологии, возрасту, условиям осадконакопления;
определение глубины залегания коренных пород или мощности современных осадков;
восстановление палеогеографических условий формирования берегов, бухт, заливов и петрофизических свойств горных пород;
картирование тектонических нарушений, зон трещиноватости и закарстованности скальных пород;
изучение сейсмостойкости, физико-механических, прочностных и водно-физических свойств горных пород в массиве и на образцах;
анализ связи подземных вод на суше с водами окружающих акваторий;
оценка экологических последствий строительства.

Решение этих задач проводится на стадии предварительных изысканий под строительство, в ходе технического проектирования и эксплуатации сооружений.

В комплекс инженерно-геологических исследований акваторий входят: инженерно-геологическое картирование, геофизические исследования на акваториях и прибрежных участках, бурение скважин, проходка разведочных горных выработок с целью изучения горных пород в массиве и отбора образцов для лабораторных испытаний, геофизические исследования скважин.

2. Целевые и технологические комплексы геофизических методов инженерно-геологических исследований акваторий. Даже в самых благоприятных условиях один геофизический метод не может решить перечисленные в п. 1 задачи, поэтому одновременно используются несколько методов. Реализация комплексных геофизических исследований акваторий облегчается возможностью измерений нескольких геофизических параметров с одного движущегося судна, что во много раз сокращает стоимость и время проведения изысканий.

Расчленение горных пород по литологии, условиям залегания, физико-механическому состоянию, обводненности пресными или минерализованными водами осуществляется следующим акваториальным технологическим комплексом геофизических методов: сейсморазведкой методом непрерывного сейсмического профилирования (НСП), многоразносными электрическими (ВЭЗ-ДОЗ) и одноразносными электромагнитными (ЭМЗ) зондированиями, съемкой естественных электрического (ЕП) и температурного (ТП) полей. НСП служит для расчленения слоистых осадков, определения глубины залегания коренных (особенно скальных) пород, являющихся наилучшим основанием для сооружений, картирования тектонических нарушений и зон трещиноватости, оценки устойчивости и прочностных свойств массивов горных пород. ВЭЗ-ДОЗ и ЭМЗ дают информацию о физико-геологическом состоянии массивов пород, в том числе их закарстованности, трещиноватости, водонасыщенности. Метод ЕП позволяет разделить участки распространения скальных, песчаных и глинистых пород, отличающихся соответственно нулевыми, отрицательными и положительными естественными потенциалами. Метод ЕП служит также для изучения мест фильтрации вод из водохранилищ, рек или притока в них подземных вод. Совместное применение сейсморазведки и электроразведки позволяет решать практически все задачи, рассмотренные в 5.3.1.

Акваториальные (чисто водные) исследования сочетаются с наземными и скважинными геофизическими исследованиями на прибрежных участках.

Примером совместного применения наземного электропрофилирования (ЭП) и речных резистивиметрических наблюдений (определение электропроводности воды в реке) для изучения интенсивности карстовых явлений в хорошо растворимых породах могут служить исследования, выполненные вблизи одного из крупных химических заводов (рис. 5.7). Производство серной кислоты на этом заводе привело к непредвиденному привносу кислотных растворов в подземные воды, что повлекло за собой повышение агрессивности вод по отношению к присутствующим в разрезе гипсоносным породам. В результате процесс карстообразования в этих породах, залегающих на незначительной глубине, усилился. Стали увеличиваться существующие и возникать новые полости. Соединяясь между собой, они образовали протяженные водотоки, по которым растворенные вещества начали выноситься в реку. Повторные наземные наблюдения кажущихся сопротивлений ( $\rho _{ к}$ ) методом ЭП и измерений электропроводности воды в реке позволили выявить положение основных водотоков и оценить развитие карстового процесса во времени.

Рис. 5.7. Результаты наземного электропрофилирования и речной резистивиметрии для изучения техногенных карстовых явлений: а - план, б - графики $\rho _{ к}$ по профилю III в моменты времени $t _{ 1}$ и $t _{ 2}$ ; I-IV - профили наблюдений; 1 - водотоки, 2 - зоны разгрузки (повышен-ная проводимость воды) в реке

5.3.7. Определение физико-механических свойств горных пород по данным сейсморазведки.

По скоростям продольных (желательно и поперечных) упругих волн, получаемым в результате полевой и акваториальной сейсморазведки, а также сейсмоакустических исследований скважин, определяются физико-механические свойства горных пород (плотность, пустотность, пористость, заполнитель пустот) [Комплексные инженерно-геофизические исследования при строительстве гидротехнических сооружений, 1990; Ляховицкий Ф.М. и др., 1989; Полевые методы гидрогеологических, инженерно-геологических, мерзлотных и инженерно-геофизических исследований, 1982; Савич А.И., Ященко З.Г., 1979].

Плотность ( $\sigma$ ) горных пород, зависящая от плотности породообразующих минералов, пустотности, водо-, нефте-, газонасыщенности, может быть оценена по известным скоростям продольных упругих волн и литологии с помощью табл. 1.1 или рис. 5.8.

Рис. 5.8. Графики зависимостей скоростей продольных волн ( $V _{ p}$ ) от плотности ( $\sigma$ ) по данным разных авторов: теоретические данные для осадочных пород (1); экспериментальные данные для магматических и метаморфических пород (2), глин (3), песчано-гравийных отложений (4), песков (5), песчано-глинистых грунтов (6), неводонасыщенных грунтов (7)

Пустотность магматических и метаморфических пород мала (0,01-5%). Если пустоты заполнены воздухом или водой, то пустотность называется открытой. Она может быть оценена через скорости продольных волн $V _{ p}$ (в км/с) по следующей эмпирической формуле $П = а / V _{ р} - b$ , где $а$ = 0,3, $b$ = -0,5 (при заполнении пор воздухом) и $а$ = 0,4, $b$ = -0,06 (при заполнении пор водой).

Пористость ( $n$ ) песчано-глинистых пород через $V _{ p}$ (в км/с) можно рассчитать по эмпирической формуле В.И.Бондарева: $n = a\lg (3,5/ V _{ p} )$ , где $а$ = 0,5 (для сухих) и $а$ = 1,7 (для водонасыщенных пород). Погрешности в определении плотности, пустотности и пористости составляют около 20% [Н.Н.Горяинов Н.Н. и др., 1992].

Относительную пустотность (трещиноватость) массива скальных пород можно оценить по коэффициенту сохранности $q _{ c} \equiv 0,5( V _{ p} / V _{ pmax} ) ^{ 2}$ , где $V _{ p}$ и $V _{ pmax}$ - скорость продольных волн на данном участке и максимальная скорость продольных волн на той части изучаемой площади, где залегают заведомо массивные породы. Сохранность пород считается хорошей при $q _{ c} \gt$ 70% и плохой при $q _{ c} \lt$ 30%.

Насыщенность пустот воздухом, водой, вторичными продуктами разрушения по-разному влияют на $V _{ p}$ и $V _{ s}$ . В целом с увеличением пустотности (пористости и трещиноватости) скорость продольных волн уменьшается в большей степени для сухих пород и в меньшей - для полностью водонасыщенных. Например, для магматических пород увеличение пустотности от 0,1-0,3% до 0,3-1%, т.е. в три раза, уменьшает $V _{ p}$ на 10-20% для водонасыщенных пород и на 30-50% - для газонасыщенных. При постоянной открытой пустотности (П) скорость продольных волн возрастает с ростом водонасыщенности ( $K _{ в}$ ) в 1,5-6 раз соответственно при П < 1% - П > 30%. Поскольку часть пор и трещин в полускальных и рыхлых породах заполнены вторичными продуктами разрушения с $V _{ p}$ на порядок меньшими, чем в твердом скелете породы, то $V _{ p}$ сложным образом зависит от П, $K _{ в}$ и заполнителя пор. Так, для скальных и полускальных пород, массивных ( $V _{ pм}$ ) и трещиноватых, насыщенных водой ( $V _{ рв}$ ), вторичными продуктами их разрушения ( $V _{ рп}$ ) или воздухом (газом) ( $V _{ рг}$ ) справедливо соотношение: $V _{ рм} \geq V _{ рв} > V _{ рп} \geq V _{ рг}$ . Величины неравенств в зависимости от литологии и пористости бывают разными.

Таким образом, по скоростям продольных волн определить $K _{ в}$ сложно, а скорости поперечных волн еще меньше зависят от заполнителя пор. Например, увеличение $V _{ s}$ на 10-30% соответствует росту $K _{ в}$ от 0 до 100%.

Назад| Вперед

Публикации с ключевыми словами: геофизика - Земля - земная кора
Публикации со словами: геофизика - Земля - земная кора

См. также:

Земля из межпланетного пространства

Заход Земли с "Ориона"

Противосумеречные лучи и фестиваль планет

Восход Земли: видео

Ударный кратер Маникуаган: вид из космоса

Земля и Луна: вид с другой стороны

Снежная буря 1938 года в Верхнем Мичигане

Все публикации на ту же тему >>

Обсудить эту публикацию

Версия для печати

Астрометрия - Астрономические инструменты - Астрономическое образование - Астрофизика - История астрономии - Космонавтика, исследование космоса - Любительская астрономия - Планеты и Солнечная система - Солнце