Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Краткий обзор изученности инженерно-сейсмологических характеристик грунтов Восточной Сибири 8
1.1. Анализ изученности сейсмических свойств грунтов и мерзлотных условий Восточной Сибири 8
1.2 Факторы, влияющие на изменение сейсмических характеристик мерзлотно-геологического разреза 16
1.3 Изменение электрических характеристик мерзлотно-геологического разреза 26
1.4 Связь электрических и сейсмических параметров при изменении физического состояния мерзлотно-геологического разреза 29
ГЛАВА 2. Обоснование комплекса рациональных методов изучения инженерно-сейсмологических характеристик мерзлых грунтов и результаты их использования 34
2.1.Аппаратура и методика выбранного комплекса полевых и лабора торных исследований 37
2.2. Результаты комплексных инструментальных измерений инженер но-сейсмологических характеристик мерзлых грунтов 41
2.2.1 Режимные и полевые исследования 42
2.2.2 Лабораторные исследования 69
2.3. Анализ полученных экспериментальных данных и возможностей режимных измерений 97
ГЛАВА 3. Изучение инженерно-сейсмологических характеристик мерзлых грунтов с использованием физического и математического моделирования 108
3.1. Физико-геологические модели в сейсмогеокриологии 109
3.2. Физическое и математическое моделирование 112
З.З.Аппаратура и методика для проведения комплекса физического и математического моделирования 120
3.4. Результаты моделирования 125
ГЛАВА 4. Связь экспериментальных, модельных и теоретических иссле дований при изучении сейсмического состояния мерзлотно-геологического разреза 143
4.1.Использование сейсмических, электрических и геокриологических параметров при инженерно-сейсмологическом прогнозе на мерзлых грунтах Восточной Сибири 144
4.2. Разработка и создание банка данных скоростных цифровых трехмерных моделей для реализации инженерно-сейсмического прогноза 156
Заключение 173
Список литературы
- Факторы, влияющие на изменение сейсмических характеристик мерзлотно-геологического разреза
- Результаты комплексных инструментальных измерений инженер но-сейсмологических характеристик мерзлых грунтов
- Физическое и математическое моделирование
- Разработка и создание банка данных скоростных цифровых трехмерных моделей для реализации инженерно-сейсмического прогноза
Введение к работе
Данная работа посвящена изучению изменений сейсмических, электрических свойств и физического состояния мерзлых горных пород в верхней части геологического разреза (до 30 м) при проведении инженерно-сейсмологических исследований в районах Восточной Сибири, где приходится сталкиваться с целым рядом трудностей, обусловленных сложными геокриологическими условиями.
Актуальность темы. Вечномерзлые грунты с разной степенью прерывистости по простиранию, разной мощностью слоев и глубиной их залегания от поверхности, различным температурным режимом и влажностью (льдистостью) наблюдаются в Восточной Сибири повсеместно. Они в большинстве случаев используются в качестве оснований строящихся зданий и сооружений. Инженерно-сейсмологические характеристики грунтов прямым образом влияют на интенсивность их колебаний при землетрясениях, поэтому изучению сейсмических свойств мерзлых и талых грунтов уделяется особое внимание.
В таких условиях, проектирование, строительство и эксплуатация промышленных (ГЭС, ТЭЦ, АЭС, железных дорог и др.) и гражданских объектов для осваиваемых территорий должны проводиться с учетом вновь формирующихся мерзлотно-грунтовых и инженерно-сейсмологических показателей. Поэтому исследование изменений инженерно-сейсмологических характеристик мерзлых грунтов с применением новых методов изучения -одна из наиболее актуальных задач в инженерной геофизике.
В последнее время появилась новая геофизическая аппаратура (с/с «Диоген», «Электротест-С», «Электротест-СТ» и др.), позволяющая фиксировать и проводить обработку инструментальных данных с высокой точно-
стью. Это существенно при изучении и уточнении взаимосвязей между физическими параметрами в процессе промерзания и протаивания горных пород, которые необходимы для прогноза сейсмической опасности в случае деградации мерзлоты.
Изучение динамики изменения геологической среды в процессе изменения геокриологических условий с помощью комплекса различных геофизических методов и служит предметом исследования данной работы. Кроме того, при исследовании инженерно-сейсмологических характеристик грунтов, более достоверные и с меньшими финансовыми затратами могут быть получены сведения при использовании данных физического и математического моделирования.
Цель работы. Обосновать выбор научно-методических приемов для обеспечения эффективного внедрения геофизических методов и цифровой компьютеризированной аппаратуры при решении инженерно-сейсмологических задач в пределах Восточной Сибири.
Для этого в настоящей работе решались следующие задачи:
Изучить связь геофизических параметров (Vp,Vs, УЭС) с температурой и влажностью грунтов в полевых и лабораторных условиях в процессе их промерзания и оттаивания.
Выполнить физическое моделирование для получения сейсмограмм и кривых ВЭЗ в криокамере наиболее вероятных мерзлотно-грунтовых разрезов с целью повышения точности их интерпретации.
Используя данные натурных, модельных и лабораторных измерений для определенных районов Восточной Сибири, построить трехмерные физико-геологические модели для естественных и прогнозируемых состояний пород.
Методы исследования. Для проведения натурных измерений использовался комплекс методов малоглубинной геофизики: сейсморазведочные -
для изучения скоростей распространения продольных (Vp) и поперечных (Vs) волн в грунтах; электроразведочные - для изучения удельного электрического сопротивления (УЭС) пород; радиоизотопные и термометрические - для измерения плотности и температуры грунтов в скважинах.
При проведении лабораторных исследований выполнялось физическое моделирование в криокамере. Изучались взаимосвязи физических свойств мерзлых грунтов и их динамика в процессе промерзания и оттаивания слоев горных пород различного состава и влажности.
Научная новизна работы
Создана методика и аппаратурный комплекс для проведения физического трехмерного моделирования с целью определения эффективности методов обработки сейсморазведочных и электроразведочных измерений в условиях мерзлоты.
Установлены взаимосвязи между упругими, электрическими свойствами и физическим состоянием различных по классификации грунтов.
Предложен новый подход к методике построения моделей прогнозных карт приращения балльности, необходимых для оценки изменения сейсмической опасности мерзлых грунтов в результате влияния на них при-родно-техногенных факторов.
Практическая значимость выполненных исследований заключается в обосновании комплекса эффективных геофизических методов и программ обработки, используемых для оценки инженерно-сейсмологических условий строительных площадок, как для естественного их состояния, так и для прогнозируемого во времени - с учетом природно-техногенного воздействия.
Фактический материал получен в результате проведения инженерно-геофизических (сейсморазведка, электроразведка, термометрия и др.) исследований в районах Восточной Сибири и Монголии, начиная с 1981 года,
где автор принимал участие как один из ответственных исполнителей. Большой объем комплексных геофизических исследований (1997-2001гт.) с использованием новой цифровой аппаратуры был выполнен автором совместно с коллегами для конкретных объектов: это участок строительства железнодорожного пути от ст. Новая Чара до ст. Чина, расположенного в зоне распространения вечномерзлых грунтов (сейсмический потенциал территории 9-11 баллов); участок строительства щебеночного завода и подъездного железнодорожного пути в районе п. Таксимо (Муйская впадина). В районе п. Баяндай (Ирк. обл.) в зоне островного распространения мерзлоты измерения проводились для сравнения сейсмических свойств твердомерзлых и пластично-мерзлых однотипных грунтов и для целевого изучения динамики их физических свойств при годовых колебаниях температур.
Автором получен экспериментальный материал при изучении упругих и электрических свойств различных по классификации грунтов в лабораторных условиях и при физическом моделировании натурных условий в криокамере.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Обоснование методов рационального комплекса инженерно-
геофизических исследований и моделирование системы обработки полевых
измерений при изучении динамики физического состояния территорий с
мерзлыми грунтами.
Установленные взаимосвязи и закономерности изменений сейсмических и физических параметров грунтов по данным физического моделирования, лабораторных и натурных измерений в процессе их промерзания и оттаивания.
Новый подход к методике создания банка данных цифровых трехмерных физико-геологических моделей для решения задач инженерно-сейсмологического прогноза.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались: на II всесоюзной научной конференции "Проблемы геокриологии Забайкалья", г. Чита (1984 г); на всесоюзном совещании "Геокриологический прогноз при строительном освоении территорий" г. Воркута (1985 г.); на международной научной конференции "Город: прошлое настоящее, будущее", г. Иркутск (1998 г., 2004 г.); на международной научной конференции, посвященной памяти профессора О.В. Павлова в г. Иркутске (2000 г.); на II конференции геокриологов России, г. Москва (2001 г.); на международной конференции "Консервация и трансформация вещества и энергии в крио-сфере Земли", Пущино (2001 г); на III российско-монгольской конференции по астрономии и геофизике, Иркутск (2002 г.); на всероссийском совещании по подземным водам востока России, г. Красноярск (2003 г.).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 27 работах, включая 2 коллективные монографии.
Автор выражает благодарность: научному руководителю Джурику Василию Ионовичу за постоянную помощь при написании работы, в начальной и конечной постановке описанных исследований; Потапову Владимиру Антоновичу, всегда помогавшему автору советом и ценными критическими замечаниями; Дреннову Александру Федоровичу за помощь при оформлении результатов работы; Сизых Виталию Иннокентьевичу и Юшкиной Галине, оказавшим неоценимую моральную поддержку автору; Имаеву B.C., Мельникову А.И., Никифорову СП. за идейную поддержку автора; Басову А.Д., Серебренникову СП., Баскакову B.C., Ескину А.Ю. за помощь при проведении полевых работ.
Факторы, влияющие на изменение сейсмических характеристик мерзлотно-геологического разреза
Многие мерзлотные процессы и явления, характерные для этих районов, существенно осложняют природный комплекс территории. В южных и западных районах Прибайкалья с сейсмичностью до 9 и более баллов ( Живая тектоника..., 1966; Сейсмическое районирование..., 1968; Сейсмическое микрорайонирование, 1984) вечномерзлые грунты распространены преимущественно в виде крупных массивов, островов и линз. Мощность мерзлых толщ в основном 15-18 м, местами 100-300 м (Лещиков и др., 1968; Основы геокриологической..., 1973; Павлов, 1987). Линзы мерзлых грунтов имеют мощность от 0,5-1 м до 6-10 м. Температура вечномерзлых грунтов в этих районах от-0ДС до -2С. Льдонасыщенность колеблется в пределах от 2-5% до 50% и более к весу сухого грунта. Наиболее насыщены льдом иловато-глинистые и оторфованные разновидности грунтов. Криогенные физико-геологические процессы и явления, сопутствующие развитию мерзлых грунтов (морозное растрескивание, курумы, солефлюкция, пучение, термокарст и наледи), вносят определенные осложнения в мерзлотно-инженерно-геологические условия этих районов. Особо сложное мерзлотно-геологическое строение характерно для впадин байкальского типа: Тункин-ской, Баргузинской, Верхнеангарской, Муйской и Чарской, расположенных в 9-10-балльных сейсмических районах. В низинах впадин граница вечной мерзлоты на заболоченных участках лежит на глубине 0,5-10 м. В сухих песчаных массивах она опускается до глубины 100 м и более. Мощность мерзлой толщи возрастает от краевых к центральным частям впадин от первых метров до 200-300 м и более (Геология и сейсмичность зоны БАМ, 1985).
Для районов и участков, где вечномерзлые грунты отсутствуют или залегают глубоко от земной поверхности, характерно глубокое сезонное промерзание грунтов. Его глубина, зависящая от литологического состава и влажности грунтов, вида и густоты растительного покрова, толщины и плотности снежного покрова, температурного режима приземного слоя воздуха, составляет от 1,5-2 м во влажных глинистых отложениях до 3-5 м в песках и галечниках. Пучение и растрескивание сезонно-мерзлых грунтов в отдельных случаях могут оказать заметное влияние на оценку сейсмической опасности строительных площадок.
Обобщение результатов мерзлотных исследований в Восточной Сибири, с учетом указанных выше особенностей мерзлотных условий (Зарубин, 1977), позволяет составить схему распространения вечномерзлых грунтов на ее территории (рис. 1.1). Для наглядности она совмещена с картой сейсмического районирования Восточной Сибири (Сейсмическое районирование..., 1997). В районах со сплошной вечной мерзлотой распространены преимущественно твердомерзлые грунты, обладающие наиболее благоприятными сейсмическими свойствами. Однако под зданиями с большим тепловыделением могут возникнуть чаши протаивания. Такие искусственно возникшие талики способны в значительной степени усилить сейсмический эффект землетрясения (Павлов, 1987).
В районах с крупными массивами мерзлоты развиты, в большинстве, высокотемпературные пластично-мерзлые грунты, при подчиненном положении твердомерзлых грунтов. Благоприятными сейсмическими свойствами обладают пластично-мерзлые мелкозернистые высокольдистые грунты со слоистой и сетчатой текстурой. В пластично-мерзлых грунтах при определенных значениях их мощностей могут возникнуть резонансные явления на частотах, опасных для большинства сооружений (Павлов, 1987; Джурик и др. 2000). Наиболее сложные инженерно-сейсмологические условия возникают в районах островного распространения мерзлоты (редкие районах островного распространения мерзлоты (редкие острова и линзы мерзлых грунтов). Они обусловлены, при осуществлении строительства, с положительным теплообменом и как следствие практической невозможностью принятия мер по сохранению мерзлых грунтов в основаниях зданий и сооружений, в связи с неизбежным образованием мощных таликовых зон.
Однако даже в случае сохранения естественного режима мерзлых грунтов их сейсмические свойства, как будет показано дальше, остаются неблагоприятными. В Восточной Сибири мы встречаемся с широким спектром петрографических и литологических типов грунтов.
Верхняя зона рыхлых отложений в большинстве изученных районов представлена гравийно-галечными и песчаными отложениями, супесями и суглинками (см. рис. 1.2). В районах сплошного распространения вечной мерзлоты встречаются грубообломочные ледниковые отложения. Измерения скоростей распространения сейсмических волн в рыхлых отложениях показали, что их значения определяются гранулометрическим составом, плотностью и влажностью для разновидностей, находящихся в талом состоянии. В мерзлых отложениях, кроме состава и влажности (льдистости), на величины скоростей значительно влияет их температура, во многом определяющая сейсмические свойства мерзлых рыхлых грунтов (Зарубин, 1977: Джурик, 1985).
Крупнообломочные грунты слагают, как правило, аллювиально-пролювиальные конусы выноса горных рек и делювиальные образования наклонных предгорных равнин во впадинах Байкальской рифтовой зоны. Представлены они гравийно-галечными и валунными отложениями, в состав которых входят гравий, галька, дресва, щебень, крупные обломки, валуны и глыбы. Заполнитель представлен глинистыми, песчаными и пылеватыми частицами. Мощность крупнообломочных отложений достигает 30-40 м и более. Их объемный вес 1,9-2,2 г/см (Павлов и др., 1981).
Результаты комплексных инструментальных измерений инженер но-сейсмологических характеристик мерзлых грунтов
Одной из задач инженерно-сейсмологических исследований в районах распространения мерзлоты является изучение физических свойств грунтовых отложений верхней части разреза, которая в большей степени обусловливает различие в проявлении землетрясений на поверхности (Медведев, 1962). В связи с этим возникает необходимость детального изучения физических параметров ВЧР и их связей с инженерно-геокриологическими характеристиками грунтов. Совместное использование натурных и лабораторных измерений, во-первых, выявляет новые особенности во взаимосвязях физических и сейсмических характеристик грунтов и, во-вторых, обеспечивает получение достаточно надежных величин относительных изменений упругих, электрических и сейсмических параметров мерзлых грунтов при нарушении их природного состояния.
Отмеченные сведения позволяют не только оценивать точность и устойчивость изменений сейсмических характеристик грунтов, полученных косвенными методами, но и прогнозировать по ним изменение их сейсмической Скорости сейсмических волн и УЭС в слое сезонного промерзания и оттаивания изучались в различных районах. Измерения проводились в периоды экстремальных температур (максимальные - май, апрель; минимальные - сентябрь). Полученные результаты показывают, что диапазон колебаний скоростей сейсмических волн и УЭС зависят от лйтологи-ческого состава грунта, его влажности и пределов годовых колебаний температур.
По данным натурных измерений получены изменения величины УЭС и скоростей сейсмических волн, которые могут быть вызваны годовыми колебаниями температуры в слое сезонного промерзания - оттаивания при фазовых переходах воды в лед (Баулин и др., 1995).
Ниже слоя сезонного промерзания в пределах годовых колебаний температуры физические свойства мерзлых грунтов меняются менее динамично. Изменение свойств обусловлено различными градиентами в верхней зоне разреза: температурой, давлением, влажностью, перекристаллизацией, перераспределением льда и т.д., что ведет к сезонному и длительному изменению физических свойств горных пород.
Выявить общие закономерности пространственно-временных изменений сейсмических и электрических параметров пород слоя годовых колебаний температур можно в ходе режимных инженерно-геофизических, инженерно-геологических, гидрогеологических и тепло-физических наблюдений.
В нашем случае режимные и полевые исследования проводились с целью усовершенствования методов регистрации и интерпретации геофизических измерений во времени (годовые) и использования комплекса геофизических методов для оценки изменения реакции мерзлотно-геологических разрезов на внешние сейсмические воздействия (Джурик и др., 2000). Учитывая мерзлотные и сейсмические условия Восточной Сибири (рис 1.1), приведем некоторые результаты изменения электрических и сейсмических параметров при годовых колебаниях температур.
В районе п. Баяндай, Иркутская обл., где мощность мерзлых грунтов достигает 10-30 м и входит в категорию островного распространения вечномерзлых грунтов (мелкие острова и линзы мерзлых грунтов). Сейсмическая опасность 8 баллов. Режимные исследования выполнялись в периоды наибольшего промерзания и оттаивания грунтов (рис. 2.3-2.9).
Результаты режимных инженерно-геофизических исследований в районе п. Баяндай, скв-1 (суглинок лессовидный 0-2 м; суглинисто-щебенистые отложения с включением гальки 2 -3,5 м; глина с прослоями песка 3,5-4,5 м; песок 4,5-5 м; глина черная 5-8 м; глина песчаная 8-9 м) приведены на рис. 2.3-2.6. На рисунке 2.3а показаны кривые изменения температуры грунта по месяцам. Границы нулевых колебаний температур (-0ДС) вблизи скважины находятся на глубине 7-8 м (рис. 2.3а), основные их изменения характерны для верхнего слоя мощностью до 3 м. Максимальная температура (сентябрь) на глубине 3 м достигает +0,7 С, минимальная (конец апреля) снижается до -1,9С.
Сейсмокаротаж этой скважины, проведенный в сентябре, выделяет 4 слоя (рис. 2.36): первый слой до Зм, Vp=700 м/с и Vs=400 м/с; второй слой -от 3 м до 5 м, скорости продольных волн равны 1250 м/с, поперечных - 800 м/с; третий слой - от 5 м до 7 м, Vp= 1750 м/с, Vs= 1100 м/с;
Физическое и математическое моделирование
Процедура физического и математического моделирования (в нашем случае - сейсмомоделирования) (рис. 3.1) независимо от типа модели заключается в выборе модели, ее исследовании, перенесении информации, полученной при изучении модели, на оригинал. В различных науках способы осуществления этих элементов моделирования разработаны по-разному. В физике и технике существуют достаточно обоснованные и оправдавшие себя методы. Так, для выбора и обоснования моделей применяется метод размерностей и подобия. Перенос информации от модели к оригиналу также осуществляется с помощью теории подобия. Понятие подобия может быть распространено на любые физические процессы. Можно говорить, например, о подобии движения тел или потоков жидкости; о подобии сил, вызывающих подобные между собой движения; о подобии температур и тепловых потоков и т. д. Однако, чтобы использовать понятие подобия, необходимо знать условия подобия рассматриваемых явлений.
1. Понятие подобия физических явлений применимо только к явлениям одного и того же рода, которые качественно одинаковы и аналитически описываются одинаковыми уравнениями как по форме, так и по содержанию. Если же аналитические описания двух каких-либо явлений одинаковы по форме, но различны по физическому содержанию, то такие явления называются аналогичными.
2. Обязательной предпосылкой подобия физических явлений должно быть геометрическое подобие. Последнее означает, что подобные явления всегда протекают в геометрически подобных системах.
3. При анализе подобных явлений сопоставлять между собой можно только однородные величины (имеющие один и тот же смысл и одинаковую размерность) и лишь в сходственных точках пространства и в сходственные моменты времени.
4. Подобие двух физических явлений означает подобие всех физических величин, характеризующих рассматриваемые явления. Это означает, что любая физическая переменная первого явления в сходственных точках пространства и в сходственные моменты времени пропорциональна однородной с ней величине второго явления.
Рассмотрим основные условия подобия, когда модели строятся с сохранением условий подобий или с известной степенью отклонения от этих условий. Волновые сейсмические поля натуры (Н) и модели (М) можно описать тождественными безразмерными дифференциальными уравнениями, которые являются инвариантными относительно любых пар динамически подобных волновых явлений, то есть определяют критерий и константы подобия (Ивакин, 1969). Применительно к инженерному диапазону частот ранее были рассмотрены особенности моделирования натурных условий в криокамере и, в соответствии с размерами модели, определены моделируемые частоты и моделируемые отношения размеров к длине сейсмической волны (Джурик В.И., 1986). В продолжение этих исследований ниже рас 115сматривается обоснование выполненного нами моделирования.
Константы подобия для скоростей (Cv), плотности (Ср), расстояние (Сп), времени (Ct), частоты (Ссо);. Cvp= Урш/VpiM, Cvs= VsiH/VSiMt (скорости), (3.1) Ср= Рін/рш» (плотности), (3.2) Ch= hjn/hiM. (расстояния), (3.3) Ct =Ch/ Cv = hmViM/hiMVm, (времени), (3.4) Cra = Cv/Ch = «н/ « M , (частоты), (3.5) где і - текущий номер слоя упругой среды (і = 1, 2 ... ,п).
Моделирование природных процессов и явлений основано на предположении, что в одном и том же классе физических процессов может быть установлено однозначное соответствие между процессами в натуре и в модели. Условия однозначности при этом определяются строго на основе теории подобия и размерностей и заключаются в том, что определяющие критерии подобия в натуре и в модели должны быть равны между собой. К критериям подобия относятся критерии геометрического подобия и критерии физического подобия. Число определяющих критериев устанавливается в соответствии с известной я-теоремой Букингема, согласно которой это число равно разности между числом параметров, определяющих процесс, и числом размерностей, описывающих эти параметры. Сами критерии являются безразмерными комбинациями параметров и процессов. Отношение параметров в модели к параметрам в натуре определяет масштаб модели.
Разработка и создание банка данных скоростных цифровых трехмерных моделей для реализации инженерно-сейсмического прогноза
Основным объектом исследований служили наиболее распространенные в Восточной Сибири скальные, грубообломочные, песчаные и суглинистые грунты различного генезиса и состояния. Нужно отметить, что само по себе детальное изучение свойств этих грунтов создает физическую основу для любых теоретических расчетов, связанных с надежностью строительства в Восточной Сибири. Задачи ведения государственного мониторинга (ГМСН) - это оперативная оценка состояния недр, прогноз изменения этого состояния во времени под воздействием динамично изменяющихся природных и техногенных факторов. Решение этих задач невозможно без знания строения геологической среды и протекающих в ней процессов. В процессе исследования мы оперируем трехмерными моделями, которые затем преобразуем в набор двумерных срезов для того, чтобы записать всю информацию на твердый носитель. При этом происходит потеря части ин формации. До недавних пор это воспринималось как неизбежность, однако, в последнее время появилась возможности минимизировать потери.
Создание цифровых трехмерных моделей строения мерзлотно-геологической среды должно базироваться на анализе и обработке полевых, режимных, лабораторных данных и физического моделирования. Все эти данные можно объединить в четырехмерное пространство (XYZT), в котором четвертая составляющая - время. Эффективный анализ четырехмерного пространства невозможен без использования компьютерных технологий, которые позволяют хранить четырехмерную информацию и использовать ее при различных математических расчетах.
Для изучения параметров среды, изменяющейся во времени может служить пространственная модель (XYZT), но для анализа эти же данные можно представить и в виде набора цифровых трехмерных моделей (XYZ) при фиксированном параметре Т (время). Таким образом, не изменяя структуры хранения данных, появляется возможность анализа параметров, характеризующих динамику мерзлотно-геологической среды.
Варианты связи пространственной и атрибутивной информации для разных типов геофизических данных представлены в корреляционной или интегрированной форме. Точки поверхности, границы раздела геологической среды по геофизическим параметрам (Vp, Vs, УЭС), однозначно проецируемые на горизонтальную плоскость, рассматриваются как точки двухмерной модели, тогда как точки геологического массива пород считаются точками трехмерной модели. Это позволяет в дальнейшем выборочно применять двумерные или трехмерные методы интерполяции, такие, как метод обратных расстояний, точечный или индикаторный кригинг, интерполяцию по сетке треугольников и т. д. В результате формируются интерполяционные двухмерные модели поверхностей раздела среды или трехмерные модели геологического строения среды. Последние называют блочными, регу лярными и нерегулярными моделями. Одним из вариантов регулярной блочной трехмерной модели мерзлотно-геологической среды является матрица слоев. Матрица слоев представляет собой регулярный массив значений геофизических параметров в слое. В одном элементе матрицы имеется набор значений - геофизических параметров, это скорость распространения сейсмической волны, удельного электрического сопротивления в 1-ом слое, во 2-ом слое,... в N-ом слое. Порядок следования слоев задается относительно уровня земной поверхности. Слои представляются в одном элементе матрицы только раз и могут изменять свои физические свойства, что ведет к изменению сейсмических и электрических параметров слоя. Такой подход к хранению информации позволяет структурировать данные и получать информацию о мерзлотно-геологической среде и изменении её физических свойств в любой точке поверхности земли, покрываемой матрицей слоев, с максимальной эффективностью и точностью (Васильев и др.,2001).
Отображение на плоскости используется для визуализации и решения по параметрам матрицы слоев необходимых задач. Матрица слоев визуализируется по принципам, цветовая палитра и изолинии несут геофизическую информацию о геологическом строении среды (состав пород, физические свойства и др.). Слои модели мерзлотно-геологического разреза отображаются в соответствии с цветовой палитрой в легенде матрицы (каждый цвет несет определенное значение геофизических параметров).
Приведем скоростные цифровые трехмерные модели, полученные нами в различных районах Восточной Сибири (см. рис. 1.1 - 1.2) на основании результатов полевых и лабораторных исследований с использованием матрицы слоев.
