 |
Астронет: Геологический факультет МГУ Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2 http://variable-stars.ru/db/msg/1173324/page21.html |
Глава 5. Инженерная геофизика
- 5.1. Геологическая среда и геофизические методы для ее исследования
- 5.2. Гидрогеологическая и почвенно-мелиоративная геофизика
- 5.2.1. Геофизические методы при гидрогеологических съемках
- 5.2.2. Поиски и разведка пресных подземных вод
- 5.2.3.Поиски и разведка термальных вод
- 5.2.4. Поиски и разведка минеральных вод
- 5.2.5. Изучение динамики подземных вод и водных свойств толщ горных пород
- 5.2.6. Изучение условий обводненности горных выработок
- 5.2.7. Гидромелиоративные и почвенно-мелиоративные исследования
- 5.2.8. Изучение минерализации подземных вод, литологии и флюидонасыщенности горных пород электроразведкой методом сопротивлений
- 5.3. Инженерно-геологическая геофизика
- 5.3.1. Общая характеристика инженерно-геологической геофизики
- 5.3.2. Инженерно-геологические съемки
- 5.3.3. Изучение условий строительства инженерных сооружений
- 5.3.4. Изучение тектонических нарушений
- 5.3.5. Изучение физико-геологических явлений и процессов
- 5.3.6. Изучение инженерно-геологических условий строительства на акваториях и берегах
- 5.3.7. Определение физико-механических свойств горных пород по данным сейсморазведки
- 5.3.8. Опpеделение деформационно-пpочностных свойств горных поpод по данным сейсморазведки и сейсмоакустических исследований
- 5.4. Мерзлотно-гляциологическая геофизика
- 5.4.1. Строение мерзлых пород и задачи их изучения
- 5.4.2. Физические свойства и строение мерзлотно-геофизических разрезов
- 5.4.3. Картирование мерзлых и талых пород
- 5.4.4. Расчленение мерзлых и талых горных пород
- 5.4.5. Изучение ледников
- 5.5. Археологическая и техническая геофизика
5.1. Геологическая среда и геофизические методы для ее исследования
Верхнюю оболочку земной коры (мощностью в первые тысячи метров), где в наибольшей степени проявляются природные, экзогенные геологические и антропогенно-техногенные процессы, геологи называют геологической средой, а геофизики - геофизической средой. По нашему мнению, ее следует называть экзотехносферой, так как здесь на почвы, грунты, горные породы воздействуют внешние, экзогенные, воздушные и водные процессы, влияют естественные и искусственные физические поля, проявляется антропогенная (инженерно-хозяйственная) деятельность человека. Геологическая среда и особенно ее верхняя часть разреза (ВЧР) мощностью в десятки, реже первые сотни метров является объектом исследований прикладного раздела геофизики, называемого инженерной или инженерно-гидрогеологической геофизикой [Огильви А.А., 1990].К геофизическим методам, используемым для изучения геологической среды, предъявляют специфические требования:
- высокую детальность изучения геологической среды на сравнительно небольших глубинах (от нескольких единиц до десятков, реже первых сотен метров) с изменяющимися в пространстве и во времени физическими свойствами, а значит, литологией, водно-физическими характеристиками, с широким проявлением природных процессов и инженерно-хозяйственной деятельности человека;
- использование портативных методов и облегченных измерительных установок для ускорения, удешевления геофизических работ и возможности проведения повторных наблюдений;
- применение нескольких (до 3-4) геофизических методов разной физической природы для повышения точности получаемой информации;
- широкое использование буровых скважин и горных выработок, проходка которых не сложна при небольших глубинах разведки.
Геологическая среда является объектом прямых исследований различных научно-прикладных дисциплин: гидрогеологии, почвоведения, инженерной геологии, мерзлотоведения, гляциологии, геоэкологии. Однако геофизика может дать дополнительную информацию, в результате чего повышается общая эффективность работ.
В соответствии с названными научно-прикладными направлениями инженерная геофизика подразделяется на гидрогеологическую, почвенно-мелиоративную, инженерно-геологическую, мерзлотную, гляциологическую. К ней можно отнести и экологическую геофизику. Однако возрастающее значение для человечества экологических проблем приводит к целесообразности выделения ее в отдельный научно-прикладной раздел геофизики.
5.2. Гидрогеологическая и почвенно-мелиоративная геофизика
Геофизические методы давно и с успехом используют для решения следующих гидрогеологических задач: гидрогеологических съемок разных масштабов; поисков и разведки грунтовых, пластовых, трещинно-карстовых и артезианских вод; изучения динамики подземных вод; выяснения условий обводнения месторождений полезных ископаемых и объектов строительства или реконструкции; определения минерализации грунтовых и подземных вод; проведения гидромелиоративных и почвенно-мелиоративных исследований. Методы решения этих и других задач исследований подземной гидросферы объединяют в гидрогеологическую геофизику, выделяя в ней почвенно-мелиоративное направление [Шарапанов Н.Н. и др., 1974].5.2.1. Геофизические методы при гидрогеологических съемках.
Гидрогеологические съемки начинаются с обзорных и мелкомасштабных (мельче 1:500000) съемок крупных территорий, проводимых в ходе геологических съемок более мелкого масштаба. Их целью является районирование территорий с точки зрения выделения гидрогеологических бассейнов и структур с артезианскими, пластовыми, трещинными, пластово-трещинными, грунтовыми водами и грубой оценки ресурсов пресных, минерализованных и термальных вод [Полевые методы гидрогеологических, инженерно-геологических, мерзлотных и инженерно-геофизических исследований, 1982].
Специальные исследования геофизическими методами при этих съемках не проводят, а используют данные структурно-картировочных геофизических методов (см. 3.3). Результаты геофизических исследований целесообразно подвергать целенаправленной переинтерпретации с точки зрения выделения водоносных толщ и водоупоров, определения глубины залегания регионального водоупора (по данным сейсморазведки и электромагнитных зондирований), оценки водных свойств толщ по суммарным поперечным сопротивлениям и продольным проводимостям, рассчитываемым в результате интерпретации вертикальных и дипольных электрических зондирований (ВЭЗ, ДЭЗ).
Среднемасштабные гидрогеологические съемки (1:200000 - 1:100000) предназначены для попланшетного (полистного) изучения территории. Они служат для решения следующих гидрогеологических задач: гидрогеологической стратификации разрезов с выделением водоносных и водоупорных комплексов; изучения зон аэрации, грунтовых, пластовых и трещинных вод; выявления пресных, минеральных, термальных вод; выяснения изменений гидродинамических, гидрохимических, гидротермических и криологических условий в плане и по глубине; проведения работ по водоснабжению, сельскохозяйственной мелиорации и изучению инженерно-геологических условий территории.
При среднемасштабных гидрогеологических съемках используют данные дистанционных аэрокосмических (радиотепловых и радиотелеметрических) съемок, а также методов электромагнитных зондирований, профилирований и гравимагниторазведки. Выбор методов определяется природными условиями (аридные, гумидные области или территории распространения многолетнемерзлых пород), геолого-геофизическим строением, решаемыми задачами и глубиной залегания подземных вод.
Полевые работы ведут либо в виде сплошных площадных съемок с густотой сети зондирований около 1 x 1 км, либо путем изучения по более густой сети отдельных ключевых участков с интерполяцией результатов между ними. Профилирование с шагом до 100-200 м проводят по направлениям с наиболее контрастными изменениями геоморфологических и геолого-геофизических условий.
Интерпретация данных геофизических методов должна быть направлена не только на получение геометрических параметров разреза, но главным образом на геолого-гидрогеологическое истолкование результатов и, прежде всего, определение фильтрационных свойств пород (коэффициентов фильтрации, водопроводимости и др.). Для этого устанавливаются вероятностно-статистические связи между геолого-геофизическими свойствами по данным параметрического бурения, опорных геофизических наблюдений у скважин и выполнения ГИС в скважинах.
Крупномасштабные (1:50000 и крупнее) гидрогеологические съемки предназначены для решения конкретных задач питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения, обводнения пастбищ и мелиорации земель подземными водами. Гидрогеологические цели детальных крупномасштабных геофизических съемок те же, что и среднемасштабных. Они предназначены для технического проектирования водоснабженческих и мелиоративных мероприятий и поэтому должны отличаться: высокой точностью количественных определений физико-механических и водно-фильтрационных свойств, сравнимой с точностью, получаемой с помощью наблюдений в скважинах; ограниченными сроками проведения работ и меньшей стоимостью за счет сокращения в 2-5 раз бурения, но с обязательным проведением опытно-фильтрационных параметрических наблюдений в скважинах (или шурфах).
При крупномасштабных гидрогеологических съемках применяют комплекс полевых и скважинных геофизических методов, а также геолого-гидрогеологических опытных наблюдений. Основными полевыми геофизическими методами в рамках этого комплекса являются зондирования: электрические (ВЭЗ), электромагнитные частотные (ЧЗ) или становлением поля (ЗС) (в условиях распространения пресных вод), вызванных потенциалов (ВЭЗ-ВП) или сейсморазведки методом преломленных волн (МПВ) (в условиях распространения подземных вод повышенной минерализации). Вспомогательными методами служат электромагнитные профилирования.
Густота сети наблюдений при выполнении зондирований не должна превышать 200 x 500 м, а на ключевых участках 100 x 200 м. Шаг наблюдений при профилировании не должен превышать 50 м. Интерпретация данных крупномасштабных геофизических съемок, проводимых с целью решения гидрогеологических задач, сводится к построению разрезов и карт послойных или обобщенных геофильтрационных параметров. Их получают в результате корреляции геофизических и гидрогеологических параметров по опытно-фильтрационным наблюдениям в скважинах и в ходе геофизических работ около них.