Высокоточная гравиразведка при измерении гравитационных эффектов малоглубинного происхождения
На правах рукописи
Юргин Олег Викторович
ВЫСОКОТОЧНАЯ ГРАВИРАЗВЕДКА
ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ГРАВИТАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ
МАЛОГЛУБИННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Специальность – 25.00.10 –
Геофизика, геофизические методы поисков
полезных ископаемых
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Пермь - 2006
Работа выполнена на кафедре геофизики ГОУВПО «Пермский государственный университет»
Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,
профессор О.Л. Горбушина
Официальные доктор физико-математических наук
оппоненты: А.С. Долгаль (Горный институт УрО РАН),
кандидат технических наук
А.В. Шумилов
(ОАО «Пермнефтегеофизика»)
Ведущая организация: ОАО «Противокарстовая и береговая защита»,
г. Дзержинск Нижегородской области
Защита состоится 29 июня 2006 г. в 13 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д212.189.01 при Пермском государственном университете.
Адрес: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15.
E-mail: [email protected]
Факс: (342) 237-16-11
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета.
Автореферат разослан «____» апреля 2006 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор технических наук,
профессор В.А. Гершанок
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Применение гравиметрического метода для измерения слабых гравитационных аномалий стало возможным в 1970 – 80-х годах, в связи с повышением качества измерительной техники и созданием новых методик проведения детальных съемок. В те годы началось также широкое использование повторных гравиметрических наблюдений с целью выявления временных неприливных вариаций гравитационного поля (Ю.Д. Буланже, А.Ш. Файтельсон, А.И. Волгина, С.П. Золина, В.Н. Розенберг, А.С. Беляев, В.С. Матвеев, Н.Л. Москвина и др.). Работы, проводившиеся в этих направлениях, оказали большое влияние на становление и развитие высокоточной гравиразведки и приблизили ее к возможности решения инженерно-геологических задач. Настоящая работа посвящена применению высокоточной гравиразведки для изучения особенностей гравитационного поля, создаваемых малоглубинными инженерно-геологическими объектами.
Актуальность работы
При строительстве и эксплуатации инженерных сооружений важную роль играют быстро развивающиеся экзогенные геологические процессы. В Нижегородском Поволжье по интенсивности проявления к числу таких процессов следует отнести, прежде всего, суффозионно-карстовый и оползневой процессы. Многочисленные примеры аварий и аварийных ситуаций на Горьковской железной дороге, в промышленной зоне химического производства г. Дзержинска, на трассах трубопроводов, в местах жилой застройки служат убедительным доказательством актуальности проблемы прогноза этих процессов. В настоящей работе, в частности,
изложен опыт применения детальной гравиразведки при изучении суффозионно-карстового и оползневого процессов.
Гравитационные аномалии, создаваемые инженерно-геологическими объектами, имеют слабую интенсивность (обычно несколько десятков микрогал). Их локализация и отделение от эффектов, связанных с погрешностями измерений, требуют применения высокоточной аппаратуры и особых методических приемов. Работы по этим направлениям проводились в 1970-х годах сотрудниками партии № 48 Специальной региональной геофизической экспедиции (СРГЭ) научно-производственного объединения «Нефтегеофизика» под руководством А.Ш. Файтельсона на закарстованных территориях. В 1980-х годах под руководством М.И. Лоджевского выполнялись микрогравиметрические съемки с целью изучения динамики суффозионно-карстового процесса, а также для поисков археологических объектов в исторической части Москвы. Аналогичные работы были проведены под руководством З.М. Слепака на территории Казанского кремля. Институтом «ВСЕГИНГЕО» (Матвеев В.С.) высокоточная гравиразведка использовалась для пространственного прогноза оползневого процесса. Под руководством автора диссертации детальные гравиметрические съемки на территориях развития карста и оползней выполнялись в составе ГП «Волгагеология» в 1990 – 96 гг. и в составе центра «Диагностика» Горьковской железной дороги с 1997 г. по настоящее время.
Цель работы
Разработка методических приемов измерения силы тяжести на базе существующей измерительной техники и их интерпретация применительно к инженерно-геологическим объектам.
В работе решены следующие задачи:
- Внедрены многократных гравиметрических измерений, обеспечивающих достоверность получения наблюденных значений силы тяжести.
- Доказано, что использование данных однократных измерений может приводить к получению ложных результатов.
- Изучены источники ошибок в различных типах гравиметрических рейсов.
- Разработан комплекс приемов интерпретации данных профильных гравиметрических съемок.
- Обоснованы модели разуплотненных зон в зависимости от геологического разреза, которые пространственно приурочены как к локальным минимумам, так и локальным максимумам гравитационного поля.
- Установлена пространственная взаимосвязь между максимальными неприливными вариациями гравитационного поля на закарстованных территориях и локальными экстремумами силы тяжести.
Научная новизна работы
- Впервые выявлено, что зоны развития карста при выклинивании в разрезе казанских карбонатов или их залегании на сакмарских гипсах в виде останцов пространственно приурочены к локальным максимумам силы тяжести.
- Показано, что при измерении неприливных вариаций силы тяжести следует использовать специальную опорную сеть, состоящую из трех или более опорных пунктов, объединенных в полигон, и позволяющая учитывать временные изменения силы тяжести на исходном опорном пункте.
- Установлено, что динамика современного суффозионно-карстового процесса отражается в гравитационном поле не уменьшением силы тяжести во времени с постоянным градиентом, а ее квазипериодическими колебаниями.
Основные защищаемые положения диссертации:
- Методика гравиметрических наблюдений, основанная на многократных измерениях приращений и обеспечивающая достоверное выявление малоинтенсивных аномалий силы тяжести и вариаций гравитационного поля (глава I).
- Комплекс приемов качественной интерпретации, базирующийся на использовании относительных параметров аномалий и обеспечивающий получение максимальной информации из данных профильных съемок (глава II).
- Отражение динамики современного суффозионно-карстового процесса в квазипериодических колебаниях гравитационного поля (главы II и III).
Практическая ценность работы
Использование предложенной методики измерений и интерпретации позволило уверенно выявлять зоны карстового разуплотнения с целью их дальнейшего тампонажа или конструктивного усиления различных инженерных сооружений, находящихся в этих зонах. На основании режимных гравиметрических измерений выделяются участки, на которых в настоящее время наиболее интенсивно развивается процесс разуплотнения. Такие работы выполнены на многих участках Горьковской железной дороги, нефтепровода Горький - Рязань, на территории предприятий Дзержинской промзоны, в пределах Коровинско-Ясенецкой эрозионно-карстовой котловины. Федеральным государственным унитарным предприятием (ФГУП) «Волгагеология» высокоточная гравиразведка использовалась на застроенных территориях для оконтуривания искусственных пустот в приповерхностной части геологического разреза.
Апробация работы
Результаты исследований внедрены в практику изучения карстовых зон федеральным унитарным государственным предприятием (ФУГП) «Волгагеология» и центром «Диагностика» Горьковской железной дороги ; имеются соответствующие акты внедрения.
Основные положения диссертации были доложены на Третьих и Четвертых геофизических чтениях им. В.В. Федынского (Москва 2001, 2002), на Второй Уральской молодежной научной школе по геофизике (Пермь, 2001), на Международной научно-технической конференции «Горно-геологическое образование в Сибири. Сто лет на службе науки и производства» (Томск, 2001), на Второй Всероссийской конференции «Геофизика и математика» (Пермь, 2001), на региональной научно-практической конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2002). Наиболее важная из научных работ, посвященная достоверности наблюденных значений силы тяжести, опубликована в 2004 г. в Вестнике Пермского университета.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 8 без соавторов и 3 в соавторстве. Диссертант является соавтором 35 научно-производственных отчетов.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 118 страницах, содержит 43 рисунка и 8 таблиц. Список использованной литературы включает 91 наименование.
В основу диссертационной работы положены результаты детальных высокоточных гравиметрических исследований, выполненных партией № 48 СРГЭ под руководством к.г.-м.н. А.Ш. Файтельсона, ФУГП «Волгагеология» и центром «Диагностика» Горьковской железной дороги под руководством автора. При изучении оползневого процесса использовалась методика В.С. Матвеева, ВСЕГИНГЕО. Аппаратурные исследования выполнялись в содружестве с гравиметрической лабораторией ИФЗ АН СССР (Р.Б. Рукавишников, Л.В. Пущина, С.М. Баранова). Разработка вопросов методики полевых наблюдений базировалась на работах А.К. Маловичко, О.Л. Горбушиной, В.А. Гершанока и других пермских ученых.
Работа выполнена на кафедре геофизики Пермского государственного университета под руководством доктора геолого-минералогических наук О.Л. Горбушиной, которой автор приносит свою благодарность за ценные советы, замечания, всестороннюю помощь и поддержку.
Результаты выполненных исследований неоднократно обсуждались с д.т.н. К.Е. Веселовым, кандидатами г.-м.н. И.Н. Михайловым, М.И. Лоджевским, В.С. Матвеевым, к.т.н. Р.Б. Рукавишниковым, что способствовало устранению значительной части недостатков работы. Ценную помощь автору оказала к.г.-м.н. С.П. Золина. Всем перечисленным ученым автор выражает искреннюю признательность.
Автор приносит свою искреннюю благодарность сотрудникам ФГУП «Волгагеология» Н.Ю. Кежутиной, С.А. Трофимычеву, К.А. Высоцкому, А.Т. Калинину, С.И. Бариновой за предоставленные материалы, ценные советы и техническую помощь.
Глубокое уважение и благодарность испытывает автор к светлой памяти своего первого учителя, известного гравиметриста, замечательного ученого и человека, Арфия Шоломовича Файтельсона.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность поставленных задач, их научная новизна и практическая ценность.
Глава 1.Общие сведения о высокоточной гравиразведке [1, 3, 7-11]
Задачей гравиразведки при проведении инженерно-геологических изысканий является выделение гравитационных аномалий слабой интенсивности в верхней части геологического разреза. При проведении гравиметрического мониторинга задача работ состоит в выявлении достоверных неприливных вариаций силы тяжести (НВСТ), обусловленных процессами, протекающими в приповерхностном диапазоне глубин. По опыту проводившихся работ исследуемый диапазон глубин обычно лежит в пределах от первых метров до 50–60 м, лишь изредка превышая 100 м.
Задачей гравиразведки в комплексе инженерно-геологических исследований является получение площадной картины распространения плотностных неоднородностей и участков повышенных вариаций поля для оптимизации буровых и пенетрационных работ.
Показано, что реально достижимая в полевых условиях точность измерения приращений силы тяжести усовершенствованным отечественным гравиметром составляет 6-10 мкГал. Требуемая для инженерной геологии детальность съемок обеспечивается шагом наблюдений от первых метров до 10 м, реже до 25 – 50 м.
В разделе, посвященном исследованию ошибок, приводятся доказательства недостаточности вычисления точности измерений, основанной на разнице повторных наблюдений. Часто два измерения на одной точке имеют между собой хорошую сходимость и, тем не менее, среднее из них не соответствует истинному значению.
Рис. 1. Пример стабилизации арифметической середины при увеличении представительности числового ряда
Введено понятие достоверности измерений, как степени соответствия измеренного значения величине, обоснованно принимаемой за истинную. Под «истинным» значением понимается арифметическая середина представительного ряда наблюдений. На рис. 1 показано изменение среднего арифметического приращения силы тяжести при возрастании числа измерений от 1 до 24. В общем случае несоответствие вычисленных точностей измерений реальным объясняется применением формул теории ошибок к числовым рядам, содержащим очень ограниченное число членов (2-3). Как известно, достоверность значений, вычисленных по этим формулам, прямо пропорциональна представительности ряда.
Приведены результаты полевых и лабораторных исследований гравиметра с экспериментальной рабочей системой конструкции С.В. Вереды. Основное отличие данного прибора от систем серийных заводских приборов типа ГНУ-К заключается в том, что в нем измерительное устройство соединено непосредственно с осью вращения маятника без использования измерительной рамки. Практическое использование гравиметров конструкции С.В. Вереды показало их очень высокие эксплуатационные качества.
Методические особенности гравиметрических измерений, составляющие содержание первого защищаемого положения, сводятся к следующим моментам.
- Выбор длительности рядовых звеньев и расстояния между опорными пунктами осуществляется на основе особенностей смещения нуль-пункта прибора. В общем случае продолжительность звеньев рекомендуется ограничивать 40-50 минутами для учета приливных вариаций совместно с учетом дрейфа нуль-пункта.
- Размещение рядовых пунктов по профилю при съемочных работах не реже, чем через 10 м, независимо от особенностей геологического разреза, т.к. в инженерной геологии наиболее опасны мелкозалегающие плотностные неоднородности.
- Полигональная система измерений на опорной сети в соответствии с линейным размещением опорных пунктов вдоль профилей. Увязка опорной сети проводится по методике измерения отдельных приращений (МИОП).
- Использование методики многократных наблюдений для получения достоверных значений приращений силы тяжести на рядовых точках профилей. При невозможности последнего необходимо использовать методики тщательного учета нуль-пункта, в частности МИОП (А.К. Маловичко, М.С. Чадаев, В.И. Костицын, В.А. Гершанок). Наблюдения по МИОП выполняются с замыканием рейсов на исходную точку, что позволяет избежать накопления ошибок измерений.
- Выполнение высотной привязки пунктов наблюдений техническим нивелированием со среднеквадратической погрешностью 1-2 см.
- При изучении временных вариаций силы тяжести используется специальная опорная сеть, состоящая из нескольких опорных пунктов и позволяющая регистрировать возможные изменения поля на исходном опорном пункте.
Глава 2. Изучение экзогенных геологических процессов, влияющих на безопасность эксплуатации инженерных сооружений [2, 4-6]
В комплексе инженерно-геологических изысканий особое место занимают исследования динамического процесса карстования пород, обладающего значительным разрушительным потенциалом, развитие которого зачастую угрожает зданиям, сооружениям и самой жизни людей. Большой вклад в карстоведение и изучение закарстованных территорий внесли ученые Пермского государственного университета В.Н. Дублянский, Г.А. Максимович, Г.Н. Дублянская, К.А. Горбунов, В.Н. Катаев. Изученность карста в Среднем Поволжье базируется на работах таких видных ученых, как Б.В. Селивановский, И.А. Саваренский, А.Н. Ильин, В.В. Толмачев, В.П. Хоменко и др.
При изучении суффозионно-карстового процесса высокоточная гравиразведка используется как для картирования карстовых зон разуплотнения, так и для оценки динамики современного карстообразования.
Карстовые зоны разуплотнения представляют собой объекты, характеризующиеся неравномерной плотностью по всем направлениям и не имеющие четких границ раздела плотностей. Однако опыт проведенных работ показывает, что они достаточно уверенно локализуются гравитационными аномалиями интенсивностью от 30 до 150 мкГал. В условиях Нижегородского Поволжья основной гравитирующей границей в верхней части геологического разреза является контакт карстующихся и перекрывающих пород, что позволяет определять характер залегания кровли карстующейся толщи. Характерной особенностью геологического строения региона является спорадическое распространение пород казанского яруса верхней перми. Иногда казанские карбонаты выклиниваются в разрезе или залегают на сакмарских гипсах в виде останцов. Мощность перекрывающих татарских глин над казанскими карбонатами значительно меньше, чем над гипсами сакмарского яруса при отсутствии казанских отложений. В гравитационном поле появление в разрезе казанских пород отражается локальными максимумами силы тяжести (рис. 2). Однако суффозионно-карстовый процесс развивается именно в казанских карбонатах, т.к. сакмарские гипсы перекрыты более мощным пластом татарских глин. В описанном случае зоны карстового разуплотнения располагаются в пределах локальных максимумов силы тяжести, иногда налагая на них локальные минимумы более высокого порядка.
Малые глубины залегания пород, разуплотненных суффозионно-карстовым процессом, требуют высокой детальности гравиметрических наблюдений. Выполнение площадных съемок с шагом 5-10 м очень трудоемко, поэтому на практике чаще всего применяется гравиметрическая съемка по отдельным профилям. В этом случае количественная интерпретация аномалий силы тяжести теряет смысл, т.к. взаимное расположение профиля и центра аномального тела остается неизвестным.
Применяется следующий комплекс приемов качественной интерпретации, позволяющий оценить степень опасности зоны разуплотнения и составляющий содержание второго защищаемого положения.
1. Для разделения полей разных источников, определения интенсивности остаточных аномалий и ориентировочной оценки глубины залегания аномального тела используются пересчет потенциального поля в нижнее полупространство и построение псевдоразрезов гравитационного поля. При пересчете полей в нижнее полупространство используется программное обеспечение, разработанное А.С. Долгалем. Псевдосканирование поля основывается на методе усредненных градиентов Саксова – Нигарда (С.В. Погадаев) и усреднении по методу Андреева – Гриффина (О.В. Юргин).
Рис. 2. Графики приращений силы тяжести в редукции Буге по профилям 1 и 2 участка «Свайное поле»
- локальный минимум, связанный с выклиниванием казанских карбонатов
2. Вычисляются горизонтальные градиенты Vzx по формулам Маловичко и Ланцоша. По способу соотношения разных производных гравитационного потенциала (В.С. Миронов) определяется глубина залегания и форма аппроксимирующего тела. Применение данного способа особенно оправдано при профильных наблюдениях, т.к. при смещении профиля от центра аномального тела, происходит пропорциональное уменьшение Vz и Vzx, и их отношение остается постоянным.
3. Для оценки степени потенциальной опасности выявленных зон карстового разуплотнения и определения очередности проведения противокарстовых мероприятий разработана методика определения коэффициента опасности по параметрам выявленных гравитационных аномалий. Пpи этом считается, что максимальной степенью опасности обладают аномалии с большими интенсивностями gост., большими амплитудами графиков Vzx и меньшей глубиной залегания центра аномального тела. Относительный коэффициент опасности зоны по гравиметрическим данным (kоп.гр.) рассчитывается по эмпирической формуле
kоп.гр. = gост. х Vzx/hср.
В 1984 году А.Ш. Файтельсоном была высказана мысль, что временные уменьшения силы тяжести в пределах карстовых зон отражают протекающий в настоящее время процесс разуплотнения. Опыт наших многолетних наблюдений показывает, что обычно на фоне тенденции уменьшения силы тяжести во времени отмечаются квазипериодические колебания ее значений (рис. 3). На наш взгляд колебания силы тяжести связаны с изменением режима трещинно-карстовых вод.
Рис. 3. Графики приращений силы тяжести в редукции Буге по профилю V участка Ворвань, 1991-95 гг.
1 – 1991 г., 2 – 1992 г., 3 – 1993 г., 4 – 1994 г., 5 – 1995 г.,
6 – граница пассивной и активной частей профиля
Таким образом, об интенсивности современного процесса разуплотнения мы судим не по величине уменьшения силы тяжести, а по амплитуде ее квазипериодических колебаний, считая, что интенсивность водообмена в карстующейся толще пропорциональна скорости растворения пород и выноса материала. Данный вывод составляет содержание третьего защищаемого положения.
Для количественной оценки временных вариаций силы тяжести необходимо использовать твердые, статистически обеспеченные значения приращений в каждой серии наблюдений. Печальный опыт изучения НВСТ по разовым наблюдениям в серии, на наш взгляд, полностью дискредитировал методику пространственного прогноза оползневых деформаций.
Методика В.С. Матвеева («ВСЕГИНГЕО») базировалась на статистическом анализе рядов, состоящих из трех членов, каждый из которых являлся однократно измеренным приращением силы тяжести. По величине стандартного отклонения в этих рядах делался вывод о принадлежности точки наблюдения тому или иному морфологическому элементу оползневого тела или оползневого склона. Точность измерений определялась по разнице повторных наблюдений, выполненных на части рядовых пунктов в одном рейсе. Проведенный нами анализ полученных результатов показал, что разброс измеренных значений приращений силы тяжести связан с особенностями работы данного гравиметра в данном рейсе и не зависит от расположения точки наблюдения на том или ином элементе оползневого склона. Иначе говоря, В.С. Матвеев считал достоверными данные, полученные при 30, 50 или 100% контрольных наблюдений, и точность измерений, вычисленную указанным способом. Реально же естественный разброс измеренных значений был почти на порядок выше получаемых погрешностей.
Глава 3. Высокоточная гравиразведка в комплексе инженерно-геологических изысканий [2, 4-6]
При выполнении инженерно-геологических изысканий, особенно на урбанизированных территориях, иногда возникает необходимость оконтуривания различных искусственных полостей (подвалы, туннели, коммуникации и т.п.) или находящихся в земле остатков строений. Задача осложняется тем, что обычно нет возможности ввести поправки за гравитационное влияние близкорасположенных зданий и сооружений из-за отсутствия соответствующих данных. Однако опыт наших работ показывает возможность эффективного решения подобных задач. В этом случае шаг наблюдений обычно составляет 1-3 м. Применяются только многократные наблюдения, т.к. гравитационный эффект от маломощных полостей небольшой площади, залегающих даже очень близко к поверхности, обычно не превышает первых десятков микрогал.
В качестве примера приведены результаты оконтуривания искусственной полости, вскрытой разведочной скважиной при изыскательских работах на одной из строительных площадок Н. Новгорода. Полость имеет вертикальную мощность 4 м, верхняя граница полости расположена на глубине 0.7 м. По результатам высокоточной гравиметрической съемки выявлен локальный минимум силы тяжести и намечена предполагаемая конфигурация полости в плане.
В ФГУП «Волгагеология» высокоточная гравиразведка используется в комплексе инженерно-геологических изысканий при обследовании действующих трасс нефте- и газопроводов. Метод применяется как для картирования карстовых зон разуплотнения, так и для оценки динамики современного суффозионно-карстового процесса. В главе приведены результаты гравиметрических работ на двух участках нефтепровода Горький – Рязань. На участке «Свайное поле» по гравиметрическим данным были выделены зоны повышенных неприливных вариаций силы тяжести, в которых прогнозировалась активизация суффозионно-карстового процесса. Гравиметрический прогноз нашел свое подтверждение в образовании двух новых карстовых воронок в пределах зоны максимальных временных изменений силы тяжести.
На участке перехода нефтепровода Горький – Рязань через р. Сережа локальные минимумы силы тяжести зафиксированы в пределах узла пересечения двух неотектонических зон субширотного и субмеридионального простираний. Наиболее интенсивный гравитационный минимум (около –230 мкГал) картирует зону депрессионного проседания пермских толщ. Наиболее значимое временное уменьшение силы тяжести, выявленное по повторным измерениям, оказалось пространственно приурочено к прибортовой части водораздельного пространства, севернее тектонической границы депрессионного проседания пермских толщ. Этот результат позволил спрогнозировать направление общего последовательного продвижения фронта формирования карстовых воронок вверх по склону водораздела при сохранении режима воздымания площади неотектонического узла.
Инженерно-геологической службой Горьковской железной дороги высокоточная гравиразведка используется в комплексе инженерно-геологических исследований на закарстованных территориях. Так, при производстве плановых геофизических работ по данным высокоточной гравиразведки на 396 км перегона Сейма - Доскино был выявлен локальный минимум силы тяжести интенсивностью 60 – 80 мкГал, изображенный на рис. 4. Этот минимум был интерпретирован как зона карстового разуплотнения. На этом основании в экстренном порядке была произведена укладка рельсоукрепительных пакетов. Выполненные позднее сейсморазведочные работы МПВ (рис. 4) полностью подтвердили данные гравиразведки, зафиксировав зону пониженных скоростей не только в карстующихся породах, но и в перекрывающей толще. Первая из разведочных скважин (№ 82), заложенная в центре локального минимума силы тяжести, вскрыла зону полного поглощения промывочной жидкости на глубине 12 м, что, как видно из рис. 4, выше уровня грунтовых вод. Это обстоятельство создавало реальную
Рис. 4. Сопоставление результатов гравиразведки, сейсморазведки и бурения: а) график gб; б) геологический разрез; в) зона разуплотнения по данным сейсморазведки; 1 - аллювиальные отложения I и II надпойменных террас (пески, гравий, суглинки, глины, торф), QIII; 2 - гипс-ангидритовая толща, Р1s; 3 - номера разведочных скважин; 4 - интервалы частичного поглощения промывочной жидкости; 5 - интервалы полного поглощения промывочной жидкости; 6 - интервалы провала бурового снаряда (полость); 7- верхняя граница разуплотненных пород; 8 - зона пониженных скоростей продольных волн в обводненных песках и гипсах; 9 - уровень грунтовых вод.
опасность возникновения карстового провала, т.к. сухие пески зоны аэрации обладают малой несущей способностью и быстро вовлекаются в процесс вертикальной суффозии. После проведения разведочного бурения были начаты тампонажные работы. При этом скважина № 82 приняла более 1000 м3 тампонажного раствора.
Статистическая оценка эффективности применения гpавиpазведки для каpтиpования зон pазуплотненных поpод была выполнена нами по материалам высокоточной съемки, проведенной на 395 - 396 км Горьковской железной дороги в 1997 г., с использованием данных бурения около 70-ти скважин.
В пределах выявленных локальных минимумов силы тяжести осpедненный коэффициент опасности (без дифференциации интервалов по степени разуплотнения) составил kоп. = 0.91, а на участках невозмущенного поля - kоп = 0.15.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные научно-практические результаты исследований, выполненных по теме диссертационной работы, состоят в следующем.
- На основании анализа большого фактического материала показано, что при высокоточных гравиметрических съемках необходимо применение многократных измерений, т.к. однократные измерения, выполненные даже высокоточными отечественными гравиметрами, дают случайную величину приращения силы тяжести, которая может варьировать в диапазоне, превышающем предельную ошибку измерений.
- Разработан комплекс мероприятий, обеспечивающий контроль за временными изменениями силы тяжести на исходном опорном пункте при проведении повторных гравиметрических измерений, направленных на выявление неприливных вариаций силы тяжести (НВСТ).
- Установлено, что для условий Нижегородского Поволжья карстовые зоны разуплотнения пространственно приурочены к локальными максимумами силы тяжести при выклинивании в разрезе карбонатных пород казанского яруса или их залегании в виде отдельных останцов.
- Установлено, что участки максимальных неприливных вариаций гравитационного поля в районах развития карста пространственно совпадают с локальными экстремумами силы тяжести.
- Установлено, что временные изменения силы тяжести на участках развития суффозионно-карстового процесса носят квазипериодический характер. Очевидно, это связано с изменением гидродинамического режима вод трещинно-карстового горизонта. Предполагается, что интенсивность НВСТ зависит от степени проницаемости разуплотненной зоны и характеризует степень разуплотнения карстующихся и перекрывающих пород.
Список публикаций по теме диссертации
- Результаты лабораторных и полевых исследований гравиметра с экспериментальной рабочей системой // Использование новых геофизических методов для решения инженерно-геологических и гидрогеологических задач. М.:ВСЕГИНГЕО, 1989. С. 61-62. (соавторы С.П. Золина, Л.В. Пущина).
- Высокоточная гравиразведка при картировании карстовых зон // Геофизические методы поисков и разведки месторождений нефти и газа: Межвуз. сб. науч. тр. Перм. ун-т. Пермь, 2001. С. 60-66.
- К вопросу о создании отечественного гравиметра класса А // Геофизические методы поисков и разведки месторождений нефти и газа: Межвуз. сб. науч. тр. Перм. ун-т. Пермь, 2001. С. 66-76. (соавторы С.П. Золина, Р.Б. Рукавишников).
- Гравиметрический мониторинг суффозионно-карстового процесса // Геофизика XXI столетия: 2001 год. Сборник трудов Третьих геофизических чтений имени В.В. Федынского (22-24 февраля 2001 г. Москва). - М.: Научный мир, 2001. С. 258-263.
- Гравиметрический мониторинг суффозионно-карстового процесса // Геофизические методы поисков и разведки. Технология и техника геологоразведочных работ, горное дело: Материалы международной научно-технической конференции “Горно-геологическое образование в Сибири. 100 лет на службе науки и производства” / Ответственный редактор Л.Я. Ерофеев. Томск: Изд-во ТПУ, 2001. С. 199-205.
- Гравиметрический мониторинг суффозионно-карстового процесса // Вторая Уральская молодежная научная школа по геофизике. Пермь: Горный институт УрО РАН, 2001. С. 192-194.
- Оценка эффективности применения методики измерения отдельных приращений при высокоточных профильных гравиметрических наблюдениях // Четвертые геофизические чтения имени В.В. Федынского (28 февраля - 2 марта 2002 г., Москва). - М.: Научный мир, 2002. С. 456-460.
- Оценка эффективности применения методики измерения отдельных приращений при высокоточных профильных гравиметрических наблюдениях // Геофизика и математика: Материалы Второй Всероссийской конференции, Пермь, 10-14 декабря 2001 г. / Под ред. акад. В.Н. Страхова. - Пермь: Горный институт УрО РАН, 2001. С. 400-404.
- О невязках гравиметрических рейсов, выполненных по МИОП // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: Материалы региональной научно-практической конференции/ Перм. ун-т. Пермь, 2002. С. 118-122.
- Методика детальных гравиметрических наблюдений и обработка результатов с целью картирования кровли соли // Геофизические исследования и мониторинг месторождений нефти, газа и калийных солей: Сборник учебно-научных материалов студентов кафедры геофизики. Перм. ун-т. Пермь, 2003. С. 36-41. (Соавтор: О.Ю. Лепихин).
- О достоверности наблюденных значений силы тяжести. Вестник Пермского университета, 2004. Вып. 3. Серия «Геология». С. 106-110.
