Введение к работе
Актуальность работы. Роль и значение гидрогеологических, инженерно-геологических и геоэкологических исследований постоянно возрастает в связи с практическими потребностями освоения новых территорий, промышленного и гражданского строительства, сельскохозяйственной деятельности, а,также в результате решения проблем неблагоприятного техногенного воздействия на геологическую среду. Геологе—экономическая эффективность этих исследований монет, быть повышена за счет использования геофизических методов, которые позволяют расширить круг решаемых задач, увеличить информативность работ, сократить их сроки и стоимость. При этом для решения каадой задачи важно найти оптимальные сочетания дорогостоящих традиционных и дешевых геофизических технологий, доступных-как для крупных предприятий, так и для небольших фирм, специализирующихся на проведении исследований в области инженер- ' ной геологии, гидрогеологии, геоэкологии.
Актуальность работы .заключается в развитии общих вопросов методологии инженерно-геофизических исследований, разработке и внедрении новых методов и целевых геофизических комплексов, перспективных ври проведении инженерно-геологического, гидрогеологического и экологического картирования, изучении геологических и техногенных процессов, оценке технического состояния инженерных сооружений, решении ряда гидротехнических, гидромелиоративных и геоэкологических задач.
Целью работы является расширение областей применения и повышение геолого-экономической эффективности геофизических иссле- ' дований в области гидрогеологии, инженерной геологии, геоэкологии на основе разработки новых технологий, формирования и практического внедрения целевых геофизических комплексов.
Задачи исследований. Для достижения указанной цели было необходимо решить следующие основные задачи:
разработать общие методологические принципы инженерно-геофизических исследований на основе системного подхода к объектам исследований и комплексного применения методов различной физической и технологической основы;
обосновать физические предпосылки применения геофизических методов для решения ряда задач инженерной геологии,, гидрогеологии, гидромелиорации, гидротехники и геоэкологии;
разработаїь новые технологии малоглубинных инженерно-гео-
физических исследований;
разработать приемы комплексной интерпретации геолого-гео-физичесной информации, получаемой на уровнях космос-воздух-земля-скважина для целей инженерно-геологического, гидрогеологического и экологического картирования и районирования;
разработать и внедрить ряд целевых комплексов геофизических методов в практику гидрогеологических, инженерно-геологических, гидротехнических и геоэкологических исследований.
Методы и объекты исследований. С целью решения поставленных задач автором проводились теоретические и экспериментальные исследования, в том числе физическое и математическое моделирование природных и техногенных процессов; лабораторное изучение электрофильтрационных полей и электропроводности цементного камня; конструирование оборудования для малоглубинных наземных и аквальных геофизических наблвдений;.опытно-методические и научно-производственные исследования; натурные режимные наблюдения; комплексная обработка и системный интегрированный анализ многомерных данных.
В качестве объектов исследования изучались артезианские и межпластовые воды ( Мордовия, Белоруссия, Узбекистан ); условия повышенной обводненности угольных месторождений ( Мосбасс ); инкенерно-геологические и гидрогеологические условия урбанизированных территорий ( ЮЛА, Подмосковье ); повышенная фильтрация из водохранилищ и каналов ( Армения, Узбекистан ), земляные плотины и противофильтрационные завесы ( Армения, Узбекистан, Таджикистан, Подмосковье ); дренажные устройства ( Армения, побережье Кавказа и Крыма, Молдова, Узбекистан ); карст ( Мосбасс, Подмосковье, Москва ); загрязнение геологической среды ( Москва, Подмосковье, Сочинский район ).
Научная новизна. I. Выявлен ряд новых задач гидрогеологии, инженерной геологии, гидротехники и геоэкологии, успешно решаемых геофизическими методами; обоснованы физические предпосылки их применения и геологическая эффективность.
2. Разработаны методологические принципы комплексирования геофизических методов для изучения сложных природных и техногенных объектов и оценки пространственно-временной изменчивости геологической среды. Показаны возможности использования разномасштабной геолого-геофиэической информации, получаемой на уровнях космос-воздух-земля- скважина для решения задач пространственного картирования и данных режимных наблвдений,- для изучения
геологических и техногенных процессов.
3\.Экспериментально изучены злектрофильтрационние поля, возникающие при движении маломинерализованных вод в пористых в трещиноватых средах,- Установлены услозия возникновения температурных аномалий в водоемах над участками разгрузок подземных и поглощения поверхностных асд; оценены параметры стоковых течений вблизи сосредоточенных утечек. Изучены зависимости электропроводности цементных растворов и цементного камня в зависимости от состава исходных смесей, времена твердения и нарастания прочности.
-
Разработаны новые технологии малоглубинных геофизических исследований: для картирования утечек'и подсчета фильтрационных потерь из водохранилищ, для картирования зон разгрузок подземных вод в руслах малых рек и з прибрежных зонах морей; для изучения и прогноза оползневых перемещений; Для контроля качества технического состояния земляных плотин в период их эксплуатации; для контроля качества цементации рыхлых и скальных грунтов.
-
Предложены новые приемы комплексной интерпретации гео-лсго-геофизическоГ; и дистанционной информации, использующие мно-гоурозенный анализ и системный интегрированный анализ многомерных данных. Показана высокая эффективность указанных приемов интерпретации при изучении погребенного рельефа, тектонических разломов, трещиноватых и ослабленных зон, гидрогеологических "окон", зон развитая неблагоприятных инженерно-геологических процессов,
і также прк картировании техногенного загрязнения геологической среды.
Достоверность научных положений обеспечивается физической обоснованностью использованных методов исследования, большим объемом лабораторных и натурных экспериментов, полевых работ; сопоставимостью полученных результатов с данными независимых исследований; успешно*: проверкой геофизических материалов с помощью традиционных методик, широкой апробаций и внедрением геофизических комплексов и технологий в производство.
Практическая значимость работы. На основании выполненных исследований разработаны и внедрены в практику инженерно-геологических, гидрогеологических, гидротехнических и гидромелиоративных работ эОект"зные малоглубанные геофизические технологии для картирования сосредоточенных утечек поверхностных и разгрузок подземных зод; для изучения и прогноза оползневых перемещений; для оценки технического состояния и суффозионной устойчивости
земляных плотин; для контроля качества цементации рыхлых и скальных пород.
Разработаны и внедрены в производство целевые геофизические комплексы, обладающие высокой геолого-геофизической эффективностью при выполнении регионального и детального инаенерво-геологического, гидрогеологического и геоэкологического картирования; при районировании урбанизированных территорий; изучение оползневых процессов; исследовании эксплуатируемых гидротехнических сооружений ( водохранилищ, каналов, земляных плотин ); при проектировании и оценке эффективности противофильтрацйонаых мероприятий; при выполнении мониторинга .техногенного загрязнения геологической среды.
Реализация работы. В числе организаций, использовавших результаты разработок автора - ЇЇГ0 "Союзгипроводхоз" Ыинводхоза СССР, институт ВПиР и Гипроводхоз Минводхоза АрмССР, институт САНИИРИ Минводхоза УзССР, инженерно-геофизическая партия-УГ при СМ Молдавской ССР, геофизическая экспедиция УГ при СМ Белорусской ССР, институт Гидроингео и Гидрогеофизическая экспедиция Мингео Узбекской ССР, ИГО "Центргеология", ПГО "Гидроспецгеоло-гия", Ш1ГО "Нефтегеофизака" Мингео СССР, ВНИИгеосистем Геолкома РФ.
Экономический эффект от внедрения разработок в народное хозяйство составил ( в ценах 1990 года ) более 2 млн.руб. Часть этого эффекта подтвердцена актами о внедрении.
В процессе внедрения геофизических комплексов в практику натурных исследований на гидротехнических объектах в трех организациях ( Институт САНИИРИ Минводхоза Узбекистана, Институт "Гидроингео" Мингео Узбекистана, Армгипроводхоз ) при участии и консультациях соискателя были организованы специализированные геофизические службы. Результаты исследований использовались специалистами и геологическими службами ЧССР, ФРГ, США, Индии, Судана, Египта, Сирии, Исландии, Болгарии, Мексики, Кубы.
На основании выполненных исследований созданы курсы "Инженерная геофизика", "Комплексироваяие геофизических методов при решении гидрогеологических и инженерно-геологических задач","Методы ГИС в гидрогеологии и инженерной геологии", читаемые в течение многих лет на геологическом факультете МТУ.
Личный вклад автора. Работа является обобщением исследований, выполнявшихся с 1962 по 1992 гг. на отделении геофизики
9-mi ?
Геологического факультета.МГУ. Все результаты получены автором лично, либо под его руководством и при непосредственном участии во всех этапах проектирования и проведения полевых работ в экспедициях,,при лабораторных исследованиях, обработке и интерпретации результатов,, а также при подготовке публикаций. В работах, написанных в соавторстве, соискателю принадлежат:
обоснование физических .предпосылок и технологических основ малоглубинных инженерно-геофизических исследований ( в рабо- , > тахсА.А.Огильви, З.Н.Кузьминой);
разработка принципов комплексирования геофизических, дистанционных, гидрогеологических, инженерно-геологических исследований ( в работах с Д.Ы.Трофимовым, Е.Б.Ильиной,Э.Н.Кузьминой, А.Д.ілгалишм, Н.А.Страховой ); .. ..
разработка- щжемов комплексной интерпретации геолог.о-гесфизи- ' ческой-информации ( в работах с А.А.Огиль'ви, В.К.Хмелевским, Е.Б.Ильиной);
совершенствование приемов системного геофизического районирования геологической.среда, урбанизированных территорий ( в работах с А.А.Огильви, Е.В.Карусом, Э.Н.Кузьминой).
Апробация работы. Основные результаты'работы и ее отдельные' положения докладывались и обсуздались на международных, всесоюзных, республиканских, ведомственных совещаниях, симпозиумах л семинарах, в том числе на 27 Международном геологическом конгрес^ се ( Москва, 1984 ); на .30,., 39, 40/, 42, 43, 44 и 46 Международных конференциях Европейской ассоциации, геофизиков ( Зальцбург, 1968; Загреб, 1977; Дублин, 1978; Стамбул, 1980; Венеция,.1981; Канны, .1982; Лондон, 1984 );на 33 и 34 Международных горнометаллургических конгрессах, (. Фрейберг.^ 1982; 1984 ); на 22 Меддуна-' родном геофизичерком симпозиуме ( Прага, 1857 ..);,чна Ежегодной '* конференции Мексиканской ассоциации разведочной., геофизики ( Me- i хико, 1989 );.vHa I—II Всесоюзных.семинарах-совещаниях по'применению геофизических методов в гидрогеологии и инженерной:геологии (;Москва, 1964, 1966, 1968;..Ташкент, 1973; феван,м1976',1985; Тбилиси,. 1982; Вильнюс, 1983; Донецк-, 1987;Шосква, 1989;' Таи- :" кент, I99L ), на Всесоюзном'научно-техническом совещайии'гіо геотермическим,, методам исследований'в гидрогеологии"(-Москва,.>';1975);-на Всесоюзной конференции,."Проблемы; инженерной -геологии'в свя- зи с „рациональный -.использованием.' геологаческра', среды"-.(; Ленинград, 1-976 ):',.> на--республиканском совещании ; по внедрению теофй-. зических методов изысканий для строительства ( Новгород, 1976 ); v
на. Всесоюзном семинаре "Режимные инженерно-геологические и гидрогеологические наблюдения в городах" ( Сочи-Лазаревское, 1983); на Всесоюзном совещании " Проблемы контроля техногенных изменений геологической среды на урбанизированных территориях'( Одесса, 1984 ); на Всесоюзном отраслевом семинаре "Проблемы геофизического прогнозирования обводненности и нарушенное угольного пласта, осушения. и проведения выработок в особо сложных гидрогеологических условиях" ( Новомосковск, 1981 ); на 3 Всесоюзном техническом Совещании. " Современная тектоническая активность и проблемы сейсмичности" ( Москва, 1986 ); на Всесоюзной школе передового опыта " Изучение инженерно-геологических 'условий месторождений твердых полезных ископаемых геофизическими методами" ( ВСЖЖГВО, 1987 ); на Всесоюзной конференции "Геолого-геофи-зические исследования при решении экологических задач" ( Москва, 1991 ); на Ломоносовских чтениях Геологического факультета МГУ ( Москва, 1968, 1969, 1970, 1971, 1979, 1982, IS85, 1990 ); на заседаниях Московского филиала Географического общества ( 1974, 1981 ); Московского общества испытателей природы ( 1Э71, IS8I ); на Общемосковских семинарах по инженерно-гидрогеологической геофизике ( 1974, 1976, 1978, 1981, 1987 ); на Общемосковском семинаре " Геологические проблемы Московского региона " ( 1966 ).
Автор был руководителем и соруководителем четырех кандидатских диссертаций по проблемам комллексирования геофизических методов при решении гидрогеологических и инженерно-геологических задач ( L.B.Нечаев, 1974, М.Т.Тоноян, 1980, Л.Т.Гугов ( НРБ ), 1985, К.П.Сшлута Піексика ), 1985 ).
Публикации. Но результатам выполненных исследований автором опубликовано более 130 работ. Список основных научных трудов, обобщенных в диссертации, содержит 8Q наименований, включающих 4 монографии и 76 научных статей и докладов.
Структура работы, диссертационный доклад состоит из трех разделов, в которых последовательно рассматриваются защищаемые автором методологические принципы комплексировання методов инженерно-гидрогеологической геофизики, новые технологии малоглубинных инженерно-геофизических исследований, целевые геофизические комплексы для решения гидрогеологических, инженерно-геологических и экологических задач.