Содержание к диссертации
Введение
1. Принципы формирования физико-геологических моделей верхней части разреза 10
1.1. Обзор геофизических методов, применяемых при гидромелиоративных съемках, обоснование задач исследований 10
1.2. Методика формирования ФГМ на основе теории подобия и аппроксимации 14
2. Формирование частных априорных физико-геологических моделей 23
2.1. Геолого-петрофизическая характеристика пород верхней части разреза 23
2.2. Типизация моделей гидрогеологических разрезов криолитозоны 31
2.3. Логико-математическое обоснование комплекса геофизических методов 41
2.3.1. Математическое моделирование и регламен тация процесса автоматизированной обработки ВЭЗ 44
2.3.2. Особенности регистрации переходных процессов при изучении малых глубин 59
2.3.3. Обоснование сейсмических систем наблюдений с многократным перекрытием 65
3. Методика и результаты натурного моделирования 79
3.1. Сейсмическое опорное профилирование 79
3.1.1. Модернизация сейсморегистрирующей аппаратуры 79
3.1.2. Совершенствование способов возбуждения упругих колебаний 89
3.1.3. Обоснование интерпретационной схемы обработки материалов КМПЗ 106
3.1.4. Методика автоматизированной обработки материалов ОГП ІІ4
3.2. Электроразведочные исследования 126
3.2.1. Индукционные зондирования методом ЗСБ 127
3.2.2. Комплексная интерпретация материалов
ВЭЗ, ЗСБ и КМПЗ (ОГП) 130
3.3. Результаты натурного моделирования 138
Апостериорная физико-геологическая модель изученной территории 142
4.1. Обоснование рационального комплекса геофизических исследований І42
4.2. Количественные критерии подобия оценки типов грунтов и их водно-физических свойств 151
4.3. Методика и результаты комплексной интерпретации материалов геофизических исследований 163
Заключение 180
Литература
- Методика формирования ФГМ на основе теории подобия и аппроксимации
- Типизация моделей гидрогеологических разрезов криолитозоны
- Модернизация сейсморегистрирующей аппаратуры
- Количественные критерии подобия оценки типов грунтов и их водно-физических свойств
Введение к работе
"Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-85 гг и на период до 1990 года", принятые на ХХУТ съезде КПСС, и "Продовольственная программа СССР на период до 1990 года" предусматривают комплексную мелиорацию и сельскохозяйственное освоение новых земель.
В Иркутской области в связи с затоплением почти 20f пахотных земель водами Иркутского, Братского и Усть-Илимского водохранилищ возник дефицит окультуренных сельскохозяйственных угодий. Поэтому повышение эффективности всех отраслей сельского хозяйства в целях надежного снабжения населения Сибири продовольствием местного производства может быть осуществлено только за счет мелиоративного освоения земель, неиспользовавшихся ранее из-за заболоченности или недостаточного увлажнения. Первым этапом на стадии обоснования технического проекта строительства мелиоративных систем являются инженерно-геологические съемки, нацеленные на изучение и детальное картирование литологического состава, водно-физических, фильтрационных и физико-механических свойств пород верхней части геологического разреза. Выполнение основных требований, предусмотренных методическими руководствами по гидромелиоративным съемкам масштаба 1:50 000, возможно только при условии широкого привлечения прогрессивных геофизических методов.
Во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидрогеологии и инженерной геологии (ЗСЕГИНГЕО) разработана эффективная методика комплексных геофизических исследований при гидромелиоративных съемках территорий, подлежащих орошению, позволяющая при общем уменьшении стоимости съемки на 10^, сократить сроки работ на 40-50^ [l40| . Однако в Южном Приангарье при инженерно-
геологических съемках для целей мелиорации, потенциальные возможности методов разведочной геофизики и,в первую очередь, сейсморазведки, реализованы не в полной мере. Это обусловлено специфическими инженерно-геокриологическими условиями региона. Частая смена диалогических разностей пород и значительные контрасты мерзлотных условий, изменчивость минерализации подземных вод и наличие экранов, обусловленных островной многолетней и долгоживущей сезонной мерзлотой, приводят к формированию МНОГОСЛОЙНЫХ анизотропных разрезов, для которых зачастую характерно отсутствие резких физических границ. В этих условиях одним из путей повышения эффективности геофизических исследований является комплексирование методов, основанных на изучении физических полей различной природы, а также широкое привлечение ЭВМ на этапе обработки и интерпретации полевых материалов. *
Совместная реализация этих направлений возможна лишь при условии типизации геологических разрезов и корректного формирования их физико-геологических моделей (#ГМ).
Цель работы - разработка методики формирования ГМ зоны аэрации и совершенствование комплекса геофизических методов с целью повышения качества решения инженерно-геологических задач при гидромелиоративных исследованиях в условиях развития островной многолетней мерзлоты.
Задачи исследований.
провести петрофизические измерения грунтов в естественном залегании, на основе которых сформировать ФГМ основных типов геологических разрезов, характерных для Южного Приангарья;
путем анализа и обобщения материалов по моделям-аналогам, а также математического моделирования физических полей от различных $ГМ, оценить возможности, определить круг задач, решаемых сейсмическими и электроразведочными методами, сформулиро-
вать основные требования к методике полевых наблюдений, аппаратуре, оборудованию и сформировать рациональный комплекс геофизических исследований;
- на основе создания мобильных источников возбуждения
и многократных систем наблюдений разработать методику сейсмораз-ведочных работ, позволяющую изучать скоростное строение разреза в случае инверсии скорости с глубиной;
исследовать различные способы обработки и интерпретации геофизических материалов на ЭВМ, выработать рекомендации по их применению, разработать схему комплексной интерпретации, нацеленную на оценку водно-физических свойств грунтов и диалогическое расчленение разреза;
внедрить в практику работ производственных организаций комплекс наземных геофизических методов, апробированный путем натурного моделирования на мелиоративных массивах Южного Приан-гарья.
3 диссертации использованы результаты исследований, выполненных при непосредственном участии или под руководством автора в Иркутском политехническом институте, ВостСибТИСИЗе и Ангарской экспедиции ПГО "Иркутскгеология" в ходе реализации зада-
ний:Х1--~-- 9I-I - "Разработка методики формирования физико-
002(1) геологических моделей, количественного обоснования и оптимизации
рациональных типов минерального сырья" - проблемного плана НИР
и использования научно-технических достижений в производстве
Г т геологоразведочных работ на 1981-85 гг Мингео СССР и ~--±- -
"Разработка методики малоглубинной сейсморазведки с целью- решения инженерно-гидрогеологических задач в районах развития островной многолетней мерзлоты" - проблемного плана тематических работ Мингео РСФСР на 1981-85 гг. Научная новизна.
- разработана итеративная методика физико-геологического
7 моделирования грунтов криолитозоны, включающая ряд этапов и позволяющая на основе теории подобия и моделирования сформировать обобщенную полиморфную ГМ, отражающую геологическую обстановку и наделенную цифровыми характеристиками, необходимыми для обоснования технического проекта строительства мелиоративной системы;
обоснованы принципиальные возможности получения временных разрезов при изучении верхней части разреза по данным многократных сейсмических систем наблюдений, нацеленных на одновременную регистрацию нескольких преломленных волн в случае инверсии скорости с глубиной;
установлены корреляционные связи между геофизическими параметрами и водно-физическими свойствами грунтов Южного При-ангарья;
доказана высокая эффективность пороховых источников возбуждения упругих колебаний при изучении верхней части разреза (ВЧР) в условиях многолетней мерзлоты.
Практическая ценность исследований заключается в разработке методики комплексных геофизических исследований при решении задач мелиоративного освоения земель в условиях развития островной многолетней мерзлоты и получении новых геологических данных при ее использовании на различных мелиоративных массивах Южного Приангарья. Предлагаемая методика включает: рекомендации по рациональному комплексированию сейсмических и электроразведочных методов на различных этапах и стадиях инженерно-геологической съемки масштаба 1:50 000; применение пороховых источников возбуждения и многократных систем наблюдений при регистрации преломленных волн в случае инверсии скорости с глубиной; параметрические наблюдения на опорных профилях с целью определения корреляционных уравнений между геофизическими характеристиками и
водно-физическими свойствами грунтов; рекомендации по обработке и интерпретации геофизических материалов.
Применение разработанной методики позволило в сложных геокриологических условиях получить информацию, уточняющую представление о характере и строении верхней части геологического разреза (ВЧР); определить круг задач, этапнооть и последовательность проведения комплексных сейсмоэлектрических наблюдений;повысить производительность труда на полевых работах и качество обработки геофизических материалов за счет широкого использования ЭВМ, а также существенно снизить вредное экологическое воздействие на окружающую среду за счет снижения объемов буровых работ.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы изложены в 3 научных отчетах. Разработанная методика внедрена в ПГО "Иркутокгеология",ВостСибТИСИЗе, ВостСибНЙЙГГиМСе, Иркутском политехническом институте и используется этими организациями при проведении инженерно-геологических и структурно-картировочных исследований в различных районах Восточной Сибири и Якутии. Основные положения разработанной методики излагаются в лекциях по спецкурсу "Сейсморазведка" и курсу "Геофизические методы изучения мерзлых толщ", читаемых автором студентам геофизической и инженерно-геологической специальностей на кафедре геофизических методов разведки Иркутского политехнического института.
Апробация.Основные положения диссертации докладывались на научно-технической конференции "Сейсмическая разведка" - новый перспективный метод инженерно-строительных изысканий" (.Свердловск, 1979), на IX, X и XI региональных конференциях молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири
9 (Иркутск, 1980, 1982, 1984), на седьмом Всесоюзном научно-производственном семинаре "Геофизические методы в гидрогеологии и инженерной геологии" (Вильнюс, 1983), третьей региональной конференции "Основные направления совершенствования комплексных геофизических исследований в Сибири и на Дальнем Востоке" (Иркутск, 1983), а также на ежегодных научно-технических конференциях Иркутского политехнического института (1979-19»).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 122 стр. машинописного текста, 51 рисунок, 9 таблиц и список отечественной и зарубежной литературы из 162 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору ГфС.Вахромееву за постоянную помощь в работе; доцентам И.Б.Кирзнеру, А.Ю.Давиденко, Н.О.Кожевникову за ценные советы и консультации; работникам ПГО "Иркутскгеология" и Вост-СибТИСИЗ Ю.К.Журавлеву, В.И.Таборову, А.В.Смирнову за предоставление материалов и помощь во внедрении научных разработок; работникам кафедры геофизических методов разведки ИПИ Н.М.Тирской, В.З.Сопп, Е.И.Китаєву за техническую помощь в оформлении диссертационной работы.
Методика формирования ФГМ на основе теории подобия и аппроксимации
Понятие"физико-геологическая модель" объекта геофизических исследований ($ГМ) достаточно широко используется при проектиро 15 вании и интерпретации комплексных геофизических съемок при изучении верхней части разреза в условиях развития мерзлоты [23,25, 56,58,119]. Под ФГМ понимают систему абстрактных возмущающих тел, обобщенные размеры, форма и физические свойства которых с той или иной степенью приближения аппроксимируют реальные геологические образования, подлежащие обнаружению. 3 случае инженерно-геологических исследований[92] под ГМ понимают модель геологической среды, включающую в себя: - пространственное положение геологических тел, сложенных различными горными породами с определенными физическими свойствами; - положение поверхностей и зон раздела между горными породами, находящимися в различном состоянии (степень увлажнения, засоленности, уплотнения, криогенные условия и т.п.); - количественные характеристики физико-механических и водно-физических свойств всего мелиоративного массива в целом и его отдельных литолого-генетических комплексов; - данные об условиях залегания, динамике и минерализации подземных вод; - характеристику состояния и развития физико-геологических процессов и явлений; - распределение и интенсивность природных и промышленных физических полей и явлений, влияние которых следует учитывать при проектировании.
По существующим классификациям [7і] ФГМ относится к разряду, концептуальных логико-математических моделей, формирование которых осуществляется методом последовательных приближений. На конечном этапе исследований должна быть сформирована единая полиморфная ФГМ всей изучаемой территории, которая, в максимальной степени отражая геологическую обстановку, с учетом изменения температурного режима грунтов, давала бы цифровой и картографический материал, необходимый для обоснования технического проекта строительства мелиоративной системы. Целесообразно формирование ГМ проводить на основе строгого математического аппарата теории подобия и моделирования [_2Ч \ , использование которого создает реальную возможность для количественных прогнозов действия многофакторных геологических процессов, обеспечивает конкретность и достоверность взаимосвязей между геологическими факторами и геофизическими параметрами, позволяет обоснованно производить идентификацию и аналогизирование геологических ситуаций по геофизическим данным[25].
Исходя из общих методологических принципов инженерной геофизики, развитых А.А.0гильви[92_], была разработана специализиро ванная последовательность формирования ФГМ мелиоративных массивов, основные этапы и стадии которой приведены на рис. І.І.
Исходя из задач, поставленных перед геофизическими исследованиями, на первом этапе формирования ФГМ определяют атрибутивные (качественные) критерии геологического подобия [из] , которые описывают механизм геологических процессов, характеризуют тип, генезис, состояние, физические свойства и литологию пород, структурные, тектонические и мерзлотные особенности территории, а также минерализацию, химические ассоциации и условия залегания грунтовых вод. Исходную геолого-геофизическую информацию для формирования атрибутивных критериев подобия получают путем анализа и обобщения результатов предшествующих работ. Нужные данные отбираются с учетом глубинности исследований, которая ограничивается залеганием первого регионального водоупора [83,84)
Типизация моделей гидрогеологических разрезов криолитозоны
Элювий ( eQ , ) слагает остаточные поверхности выравнивания плоских и пологих водоразделов. Верхняя часть этих отложений представлена бурыми суглинками мощностью до 2 м, почти не содержащими включений. 3 нижней части - обломки подстилающих пород, содержание которых увеличивается книзу.
Южное Приангарье расположено в пределах Ангаро-Ленекого краевого прогиба, в зоне перехода от байкальской складчатой области к платформе [зо]. Приуроченность района к стыку равнинной части Средне-Сибирского плоскогорья и Байкальской горной области является основной особенностью геоморфологии района. Ведущее значение в формировании рельефа имели эрозионные и денудационно-тектонические, в меньшей степени - аккумулятивные процессы, структурно-литологические, мерзлотные факторы и карст. Возникновение основных форм рельефа относится к кайнозойскому времени и связывается с тектоническими движениями, определившими характер, направленность и интенсивность экзогенных факторов - эрозии и денудации [зі].
По генетическим признакам рельеф региона подразделяется на денудационный, эрозионно-аккумулятивннй и аккумулятивный типы. Наиболее древние поверхности (реликты) исходного пенеплена сохранились от размыва на водораздельных пространствах, разделяющих кайнозойские впадины. Они занимают абсолютные отметки 820-1100 м. Значительная роль в процессах современного рельефо-образования приходится на долю карстовых, суффозионных и геокриологических процессов. Это выразилось в образования бугристого рельефа, а также различных по форме и размерам воронок, западин и озер[бо].
По условиям обводнения пород и характеру движения в них подземных вод выделены следующие водоносные комплексы [зо]: - водоносный комплеко современных аллювиальных отложений распространен по долинам рр.Манзурки, Куды, Мурин и их крупных притоков. Аллювиальные отложения нередко проморожены на значительную глубину, отчего меняется мощность обводненной части. Глубина залегания водоносных горизонтов в современном аллювии рек от 1-2 до 4-5 м; - воды спорадического распространения средне-верхнечетвертичных отложений. Безнапорные воды в этих отложениях вскрыты на гдубине 20-38 м. Отложения в значительной степени проморожены и содержат слабопроницаемые глинистые слои; - водоносный комплекс манзурской свиты представлен валун-но-галечным материалом на глубине от 19,7 м до 34 м; - воды спорадического распространения в отложениях неогена. Эти воды относятся к порово-пластовым. Водовмещающие породы -пески, галечники, переслаивающиеся с глинами и песчаниками. Мощность водоносных слоев 4,2 - 8,0 м. Глубина вскрытия - 20-110 м.
В геокриологическом отношении Южное Приангарье отнооится к области островного распространения многолетнемерзлых пород, тяготеющих преимущественно к долинам рек, заболоченным участкам и северным склонам [7б]. Для района характерны высокотемпературный тип мерзлоты (0,1 -0,8) и значительные контрасты мерзлотных условий. На небольших расстояниях в речных долинах и на склонах гор наблюдаются большие градиенты мощности мерзлоты и резкие переходы от многолетнемерзлых пород к талым.
3 долинах рек на территории развития карбонатных и терри-генно-карбонатных пород палеозоя мерзлыми в основном являются перекрывающие их рыхлые отложения. Оттепление карбонатных и прилегающих к ним рыхлых отложений происходит за счет протекания в них физико-химических процессов и конвекционного теплообмена с нижележащими горизонтами [124] . В северо-восточной части территории и на участках, где рыхлые отложения подстилаются терригенны-ми отложениями кембрия и юры, а также в пределах развития неогеновых отложений наблюдаются более суровые мерзлотные условия. В этом случае, как правило, проморожены и верхние горизонты коренных глинистых пород. Мощность мерзлоты в районе колеблется от 5-7 до 40-45 м. Сезонная мерзлота развита повсеместно. В зависимости от поверхностных условий и состава пород глубина сезонного промерзания изменяется от Ем в суглинках до 3 м в песках, в то время как глубина летнего протаивания колеблется от 0,6 м в торфах до 3,5 м в песчаногравийных отложениях. В связи с этим между сезонномерзлыми и многолетнемерзлыми породами зачастую отмечается слой талых пород мощностью от 0,3 до 2 м. Особенно это характерно для участков, где на поверхности залегают хорошо фильтрующие песчаные и супесчаные грунты, а глубже - глинистые отложения. Среднегодовая температура сезонномерзлого слоя в зависимости от литологического состава колеблется от +0,5 до +3С [7б].
З целом Южное Приангарье характеризуется развитием двух гидромелиоративных зон. Склоны гор и водоразделы относятся к зоне отсутствия мерзлоты, недостаточного увлажнения и глубокого (более 40 м) залегания грунтовых вод. Долины же рек, по которым развита многолетняя мерзлота, наоборот, переувлажнены и заболочены.
Именно эти факты (влажность и температурный режим)оказыва-ют основное влияние на электрические, упругие и плотностные свойства рыхлых образований. Из таблицы 2.2, составленной по материалам автора и литературным источникам [5,31,35,37,44,60, 76,135,135] видно, что литологичеокие разности грунтов по совокупности различных физических свойств достаточно уверенно дифференцируются как при положительных температурах, так и в мерзлом состоянии. В то же время специфические геокриологические условия Южного Приангарья и высокотемпературный характер мерзлоты в отдельных случаях за счет увеличения числа статистических совокупностей затрудняют идентификацию и определение типов грунтов по геофизическим данным. Так, в области температур -0,3 - 0,5С электрические и упругие характеристики водонасы-щенных песчано-глинистых отложений соизмеримы с физическими свойствами дезинтегрированных терригенных образований юрского и верхнекембрийского возраста [7б].
Модернизация сейсморегистрирующей аппаратуры
Натурное моделирование на опорных параметрических профилях, предусмотренное четвертым этапом формирования ГМ (см. рис.1.1), было проведено в пределах Муринского мелиоративного массива. Комплексные геофизические исследования, включающие методы ВЭЗ, ЗСБ, КМПЗ и ОГП, выполнены на трех профилях общей длиной около 27 км, заданных на основе морфоструктурного анализа рельефа вкрест простирания основных структур района и охватывающих практически вое физико-гидрогеологические условия региона.
Впервые в Восточной Сибири сейсмические наблюдения при решении задач гидромелиоративной съемки были проведены автором на эталонных участках с известным геологическим строением в пределах Манзурского [зз], а в широких производственных масштабах (по опорным профилям и по площади) на Муринском мелиоративных массивах.
Работы выполнялись с целью определения возможностей сейсморазведки при решении частных задач мелиорации, выбора и модернизации сейсморегистрирующей аппаратуры, способа возбуждения упругих колебаний и систем наблюдений, а также формирования интерпретационной схемы.
Специфика инженерно-гидрогеологических исследований и организационно-технические причины предъявляют следующие, зачастую противоречивые требования к сейсморегистрирующей аппаратуре: - высокая чувствительность; - помехоустойчивость; - портативность и мобильность; - многоканальность; - возможность работы с маломощными несинхронизируемыми источниками возбуждения; - простота управления и надежность работы; - возможность регистрации динамических характеристик сейсмических волн; - возможность автоматизированного ввода получаемой информации в ЭВМ,
При прочих равных условиях многоканальная аппаратура обеспечивает более качественный первичный материал, позволяет использовать его более полно и получить в конечном итоге более надежные результаты. Именно поэтому, а также в связи с отсутствием отечественной серийной специализированной аппаратуры широкое применение при инженерно-геологических исследованиях находят сей-смостанции типа СМП, "Поиск", ССЦ, "Прогресс" и др., изначально предназначенные для глубинных сейсмических исследований методами отраженных волн [l5, 34, 9l] .
Эти сейсмостанции в основном отвечают вышеперечисленным требованиям, хотя и не свободны от недостатков. Они имеют ограниченный частотный диапазон, большую массу и высокую стоимость. Применение такой аппаратуры, обычно монтируемой на автомобиле, требует большого обслуживающего персонала, зачастую неоправдано экономически, а в районах широкого развития пахотных земель и горно-таежных условиях иногда искючено полностью. Кроме того, при изучении самой верхней части разреза эти станции, как правило, не обеспечивают требуемой точности. Более эффективными здесь являются одноканальные установки. Поэтому в настоящее время оптимальное решение задач мелиорации возможно лишь при совместном использовании одноканальных сейсмических установок и многоканальных станций. Из многоканальных систем наиболее широкое применение нашли сейомостанции типа СМП-24 с промежуточной магнитной записью. Они характеризуются минимальной из всех станций этого класса потребляемой мощностью (менее 80 Вт), небольшим весом (4037 кг) и невысокой стоимостью [I2CJ1 . 3 случае необходимости станция может транспортироваться вручную.
Поканальное воспроизведение магнитограмм на этих станциях осуществляется на бумажную ленту с помощью перописца. Однако, такой способ визуализации обладает целым рядом недостатков. Это связано с низкой динамической выразительностью и высокой плотностью записей (27 трасс на 90 мм). Использование перописца ограничивает возможность регистрации высоких частот, существенно искажает форму записи. Невысокая скорость воспроизведения снижает точность отсчета времён на сейсмограммах. Кроме того, при КМПВ запись на магнитную ленту обычно ведется открытым каналом без АРУ и ПИТ, поэтому на трассах, расположенных в непосредственной близости от пункта возбуждения имеют место интенсивные нелинейные искажения. От этих недостатков практически свободна осцилло-графическая запись. В связи с этим, для сейсмостанции типа СМП-24 автором была разработана блок-приставка (рис. 3.1), которая позволяет без изменения схемы сейсмостанции параллельно с записью на магнитную ленту регистрировать волновую картину на шлейфовый осциллограф с одновременной поканальной регулировкой амплитуд [45].
Количественные критерии подобия оценки типов грунтов и их водно-физических свойств
Количественные критерии геологического подобия относятся, как это уже отмечалось ранее, к приближенным критериям подобия сложных систем [26j. Если определены представляющие показатели, вывод таких критериев возможен на основе анализа размерностей или методом относительных единиц. Примеры вывода критериев подобия при изучении переработки берегов водохранилищ, аналогизи-ровании железорудных месторождений, формировании ГМ минимального по промышленным запасам месторождения имеются в работах Л.Б.Розовского, М.К.Косыгина, Г.С.Вахромеева и др. [24,69,ИЗ].
Сложность взаимосвязей между литологическими характеристиками, водно-физическими свойствами и геофизическими параметрами грунтов не позволяет выделить представляющие показатели и определить вид универсальных критериев подобия при инженерно-геологических исследованиях для целей мелиорации. В этих условиях на основе корреляционного анализа и распознавания образов возможен вывод частных критериев подобия, отражающих взаимосвязи отдельных свойств и явлений для отдельных элементов сформированных ГМ ВЧР мелиоративных массивов.
Привлечение аппарата корреляционного анализа предусматривает необходимость проведения определенного объема совмещенных параметрических определений литологических показателей, водно-физических и петрофизических свойств грунтов. При этом сравнение всех показателей и свойств правомерно при соблюдении следующих условий [бб]: - определения показателей и свойств должны относиться к одному и тому же фиксированному объему среды; - для выявления количественных корреляционных критериев по 152 добия должны использоваться равновеликие по объему парные (множественные) определения; - направления изучения водно-физических и геофизических свойств должны совпадать.
Эти требования, а также состав комплекса площадных геофизических исследований и существующие способы определения инженерно-геологических показателей регламентируют методику параметрических наблюдений.
Поскольку наиболее детального изучения требуют условия дре-нированности территории и характер водообмена через зону аэрации, в условиях Южного Прибайкалья основной интерес представляют водно-физические характеристики, а в меньшей степени засоленность и прочностные свойства грунтов. В связи с этим параметрические наблюдения при изучении геологических разрезов, аппроксимируемых ФГМ первого и второго типов, были нацелены на получение взаимосвязей между такими геофизическими параметрами, как плотность ((3), скорость распространения продольных ( VP ) и поперечных ( Vg ) волн, удельное электрическое сопротивление ( ) и глинистостью (Г ), пористостью (я ), влажностью (W), а также фильтрационными свойствами (К9) грунтов зоны аэрации. На участках развития ФГМ третьего-пятого типов особое внимание было обращено на определение параметров мерзлотных экранов и прогноз изменения водно-физических свойств грунтов в процессе уничтожения мерзлоты.
Основным способом изучения фильтрационных характеристик верхней части разреза являются наливы. Поэтому сопоставимые результаты определения геофизических показателей могут быть получены только в естественном залегании с помощью измерений петро-физических параметров микроустановками в шурфах и скважинах.
Именно такая методика определения Vp , V$ , д , 3 применялась на Манзурском и Муринском мелиоративных массивах [47]. Изучение характера изменения плотности и электрического сопротивления грунтов с глубиной проводилось путем погоризонтных измерений через 20-50 см в процессе углубления шурфов, предназначенных для наливов и отбора монолитов.
Измерения плотности осуществлялись по дну шурфа с помощью приставного гамма-плотномера ПГП-2 трехминутными циклами счета количества импульсов рассеянного гамма-излучения с последующим определением средней скорости счета на данной глубине. Плотность грунтов определялась относительным способом, путем сравнения замеров на контрольно-транспортном устройстве (КТГ) ив точке опробования.
Измерение электрического сопротивления проводилось при трех взаимно перпендикулярных ( X , У , Z ) положениях микроустановки А20МШ20В . Такая методика позволила определить продольное, поперечное сопротивление грунтов и коэффициент микроанизотропии, кото рый для ВЧР Муринского мелиоративного массива изменяется в пределах от 1,05 до 1,27.
При сейсмических .исследованиях применялась сейсмостанция СНЦ-І. Сейсмоприемники располагались вдоль стенки шурфа с шагом 20-50 см при возбуждении продольных и поперечных волн.
Похожие диссертации на Физико-геологические модели зоны аэрации в условиях многолетней мерзлоты (на примере решения гидромелиоративных задач в Южном Приангарье)
