Введение к работе
А к ту а л ь ь о сть п р о о л і м ы.Неярерьтно расширяющийся иуслож-шпсщнися «рупадач я оодасти комплексного асьосшія торфяных- месторождений н в області! педгержанкт. прародяого равновесия зкологичгогих систем открывает иояы; гадмо'4'.л'Счґгч з развіти!; г:срсг,с*ггкзиых '.cocvkmx методов и мобильных технических срсдс.~ изучения гоолопччкуоЛ среды тсрфорастителыл.к хом-пл-гисо1; іабо;тоі,-аі:!.,.« терртггорий и таторфоаднннх регионов, агличаюшкхс* рч1з.-юо«;ъзиеч растительного ло/рова, стЭпГ-гт^).йей и саейстт;."жи торфчньк
Пр.і'-'С!чїс«і г;о. i;tva/!:i.; прнр-jj;,,' 6олого(_-ор:і.:о.'іатііі,чого ;і торфо-o6p'.'.j^ti:iie.T4>-j'"0 nix'"іхтл- :.'а.ч" іи,гііузооус."оялс^ігііх и азди>іосвк.?<шнмх между собой зг;енич; єдино": і-смгг:<ч<ххсТі цепи, рьссрити-' захсдочсриостсй этих процессов определит і?ггтіуа.".ьмііґ< тіоахсд з изучении '.-" осьо^іЖ торфяных vecTQ-рождсинГ:, г»:\«:о.:огичг.:;<оі'. оцеггої их состояния и лрогжяиеш опенки их дяль-пснідего '.ізмо.а.ик з устезл^х тсхкогечиогз дсздсйст?.''.5Г ( осушения; разработки и добычи торфа: строігтсл^стаа рдхмчти инженерных сооружений; организации сїіиіск бутогья к гіхі',/іі.іиі-.е!і):і« отходов; хеппуатхшин нефтяных и газовых месторождении, особенно- г. условиях, Зілзднсй Сибири и др.).
Торфянь,-:: ^есторот-к^снил кдстоЛіЮ мо:іньг." грчродный объект, что только тра-дициенш,:; иетедь: изучат* не могут сформировать достоверную шіформаии.н-ную базу о ("'X в полкой viepe. Это создает пре.~Ч'!:ьіяг»і к дополнительной разработке нетрадиционных зксохшнфорчаттшгых, л сффжтиїиих методов изучения торфяных месгоро'.хдгьнй. осеїекно а естественных условиях, основанных на 5олк по.'пюн учете всех геологкчесхнх isisiaa. и фекгороа, характеризующих гес.тог-ичвекуго оОстэшовку. Многолетне* лзучеапе данной ггроблсмЫ езм-детсльсгвует о ее аь'сексії кктуалыгагп» и белыми ішучі'ом и прахткческом назначении а самых различйых областях современного освоашя торфяных Местораж-Ясіпііі И рашіоіііиьного гіспильзчміШіїА сі^рьеаЬіх ресурсов болот.
Цель работ ьі. Провести физихо-пмдогичеасос магезироваїше внутргаа-дежной среды, научно оооскоззтъ w ралрЕботать телко.тогячгек.че и Тїдяичкехие решении с привлечением разнообразной геологической информации:
по изучетпо электрических сзойстз торфа в естестэенкоу залегании;
поэлектроиетричесхоиу опрооокнию торфяной залежи;
по экспресс- хоитролю состояния знутризалежнок среду;
по геометрической оцс-'кс строения зчутрюалежной срелд.: торф.ад месторождений
с практически*-; прилохемнел: к разаедхс. изысканиям, геоэкологическому картк-
рОВанИЮ ДЛЯ ПОСЛЄ;Г/ЮШЄГО ^^фсКТИйіїОГО И7. 0С6ОСКИЯ.
Основные задачи исследований:
фюико-гсо.кх ическне предпосылки :>лгкіро j-зрєлк-г: торфяных месторождений
разработать априорную фкэкхо-геологнчесхуи модель внутреннего строения болота;
математически обосноитк особенности зоілліного строенн.і и зонального раз&и-тия торфяной залежи з проіі хе роста rry. остого болотного ььссиьа <ак основу для оценки закономерностей просгракстзеїшсго распр-ізгленкм злаогрическид свойств торфа в естественном залггыоы;
установило и изучить оиіозньій подлижные формы свобод пах ютионо» во внутрипорояоы расі оре торфа, очгянть з.зііі5Ш&.ші. ж конйевтраши с процентным Содержанием рагтнтеЛ.ьЫх остагкои к с удельный электрическим сопоч/ткв-лением торфа;
разработать классификацию і>упп нормадьиОзольного торфа на основе состав
ляющие водного режима динамической часта залежи;
* разработать гтоздекгупчсеху.о модмь sn/гркмлїжюіі среды торфяных uecro-
рохдеку.і':-,
обосновать физихо-гемогмчятхие предпосьихи ^лсктрррвзнепки горфяных место -
рождений;
. Т':х;і.чісо~тс<;к>лог>?!?г<:і« рсионив
« разработать новый л:пя?ат>7<і*о-ігашо;!ргячкск-ій хокштежс по спределеиию элсктрнчгскт сзойїлз тс-р^л з змяи торфяных месторождений, объединяющий: портаг.ч»нъ;г т::л;т-:Є»:,.-<.- срегсгея, ксвый способ прогеденм налемпых эяектро-метрических ;iu6.:io;;?t!!;r,, сг.'гииа.тлгуто методику oSparvrmt н общий подход к
геологической и:ітсрг:рс~~ч;ин тозл^трпчсосой информизги;
s ингерпретнциоммь-чі хпчГмігкг звісти ноаые э;:схгромстричеси!с параметры;
информационные :!оічо;>;і',;сгн ліохтрор:іінилсчпогс «омплгкеа б натурных
условиях
устамезнть зихочомеркосш риатредмсии.ч э. .-кгричесхих сгоЙстз внутризалеж-
іісй ереды по ['(.омечрн'іс-сетм елгим и по глубине;
« исслеповать зозмоиаіосгк лсктрочетричесиого апробованих задики торфїіімх иесторо ждїннй;
испо-іьзсилпне разраиутачноі'о кочгиекга зля реикниа нрякгичгехях зедач
то^-якых усеторзждечий
на осиоас зхспернменталмочх исследований провести анализ основных результатов «эффективности примечания метода;
ocyimvrBHTb іі-:!!о.іьзоваіше результаті работы и их внедрение в проиіяодсгяаі-ных н прдккт!іо-іоьісхатачі>ск;іх организациях, научных учреждениях и в учебном ,
- проиесгс.
_ б - '
Решение практических задач электрорадвелки при изучении торф»-пых месторождений катодом сопротивлений основано на комплекс-uomrit эксперимента, использовании разработанных научных положений С привлечением процесса автоматизированной обработки данных.
Всего в полевш условиях проведено более семидесяти тысяч измерений.
Основные положения выносимые на защиту;
(. Из экспериментально-теоретических разработок - научное обобцдаше законацер-ностей по катиоиноиу составу внутрнпороаого раствора торфа, : кономерностей поведения электрических свойств торфа в естественном залегании и их статисти- . ' ческой изменчивости, в совокупности определяемих единством фнзкко-геологическнх предпосылок электроразведки по выявленным приоритетный направлениям ее практического применения.
-
Из иаучно-игтоднЧеаскх разработок .- ноцый спск^. иаземньк электрометрически наблюдений; специальные методики прогнозной оценки свойств торфа в есте-стаеїтом залегании; новые методики обработки и интерпретации геоэлектрк-ческой информации с привлечением ЭВМ; практические рекомендации к методические указания по производству наземных хзектрометрических наблюдений.
-
Иг научпо-темшческих разработок -новые конструкции полевых приборов и оборудования в составе цифровой портативной электрометрической аппаратуры для получения надежной и достоверной геоэлектрической информации; новая ме-тодаоса определения электрических свойств торфа в естественном залегании и способи элсктро-метрического опробования торфа в залежи; экспоесс-контролъ состояния геологической среды торфорастительных комплексов; результаты амед- -рения в практику разведки, изысканий, геоэкологическое картирование, научные исследования и учебный Пронесе.
Научная новизна. 1о совокупности выполненных исследований, с уче
том ведущих естественно научных Направлений в области традиционного изуче
ния торфянм месторождений, разработаны геологические основы элек
троразведки; пюПбчаюіціїе: модель внутреннего ет, пения болота; водный режим ди-
панической част залежи; математическое обоснование осо^іннсеїсїї закономерного изменения границ смены топяного фитоценоза лесным » процессе роста простого болотного массива, отражающего зональное строение и зональное развитие залежи торфяного (лесгорождеїшя; классификацию групп нормальнозоль-ного торфа на основе составляющих водного режима динамической части залежи; геоэлектрнчгскую моделі, вііутризалежной среды торфяных месторождений,
Установлены основные формы свободных катионов кальция Си'и водорода , И й составе внутршіорово'гб раствора торфа и , в зависимости от степени троф-ности средылерфонакоша-шт, вдерпые показано раздельное влияние их концепт- , рации на величину УЭС.
В результате выявленных основных подвижных форм свободных катионов кальция Са' и водорода IV «составе истинной, составляющей внутрпп'орояого раствори торфа, определяющих -его электропроводность в естественном .залегании, установлены закономерносги. по оценке взаимосвязи концентрации эз их катионов с процентным содержанием растатепьпых остатков в составе торфа и с удельным электрическим сопроі пилением торфа в сстественном-Залепшни
Разработан новый ашіиратурно-тсхнологьческий комплекс по определе-нию электрических свойств торфа в залежи торфяных месторождений, объединяющий: іінфроную портативную электрометрическую аппаратуру, новый способ по производству электрометрических наблюдений и специальную методику обработки и интерпретации геоэлехтрнчесхой информации.
. Новый способ электрометрической оценки геологической среды торфяных месторождений позволяет характеризовать ее по совокупности общепринятого и группЫ специальных парамсгров: удельному электрическому сопропшлсиию УЭС; электрической неоднородности по латершін (горизонтали ДГ). электрической неоднородности но глубине ( вертикали & В), коэффициенту неоднородности Кн. Установлены закономерности в распределении удельного электрического сопротивления торфа в естественном природном состоянии по геометрическим слоям и по глубине залежи торфяного месторождения. .
Разработана методика элекгрометтдаидаого опроЄомкиї галежк торфяных месторождений по оценке зольности, кислстхчггк н степени разложения торфа в естественном залегании.
Разработан общий подход к интерпретации материалов, біиируюянРся на
единстве геологическихосцоз зло:;трорл!с;г;:г терфянух и-есторохлепий.
Новые и наиболее значимые результаты работы
получены новые закономерности по подзкжкыи фермам сгобог"ыд катионов во
внутрипороиаи растворе торфа, основанные на выделении осноекьк подвижных
фори н па азаимоезгаи их концентрации с процеютим содержанием растительных остатков в составе торфа и с удельным электрическим сопротивлением торфа.
на основе обобщения эхег.ериментальньгд данных по изучению электрических
свойств торфа в залежи торфяных месторождений & усяонилх искусственно соэ-
длнного-элекгромапнгпюго пол*, низкой частоты на разработанной портативной
электрометрической аппаратуре иселгдоаань; физико-геологические модели внут-
рнэалежной среды торфяных месторождений;
выполнена 'коивлехскал сцеп» электрических саойств торфа в условиях естественного залегакиї, установлена и оценена кафсригаиионнак мзкохкостъ и обобщены закономерности по изменчивости удельного электрического сопротивления УОС , электрической неоднородности по соризенпалч Д Г , электрической неоднородности по вертикали Л В и коэффициента неоднородноспі Кя;
.на ос.чоае разработанной гесолеюрической подели энутризадежной среды н на
оснозе эксперимента разработан новый способ проведения наземній электромет
рических наблюдений ( А.с. I2S5345 ).
получены новые результаты по распределению электрических свойств геологи
ческой ереді я торфяном массиве, на олове которых разработана специальная
методика интеряреташи геоэлектричесхой информации.
Практическая ценность. Результаты яыполиек лых теоретико-.экспериментальных нселедовашііі явились научной ос новой для разработки
геологических основ электроразведки торфяных месторождений с целью комплексного их освоения и рационального использования сырьевых ресурсов болот. Фіипхо-геологіічесхпг основы, методика и приборы включены в методические рекомендации, методические указания, учебные пособия к используются в производственных, проекгно-изыскаильских и научных организациях, в учебном процессе.
Разработанная цифровая поріст.ізііач электрометрическая алпара тура применима п сложных условных торфя;;і;к месторождении и позволяет оперативна получать банхи данных по торфяным местсрр",.< децияи, их запасам и характернсти-клм; проводить :::- спресе-конт рель за состоянием геологической среды торфо-рлстительных коми лекссв.
Достоверность результате!» и выводов в диссертации обеспечивается разработкой физико-геологических моделей внутризалежкой среды торфяных месторождений,- проверкой их адекватности в природных условиях, применением разработанных портативных технических средств измерений и нового способа по проведению электрометрических наблюдении, комплексностью, повторяемостью, воспроизводимостью и надежностью экспериментов, оогвест-вием многочисленных экспериментальных данных выдвигаемым научным положениям, прошедший проверку практикой..
Личный з к .1 а л затора. Работа содержит результаты многолетних хомплекспых исследований, выполненных лично, при непосредственном участии или под руководством автора з Тоер ском государственном техническом университете. Автор принимал активное участке в планировании и обеспечении работ, в апробации л внедрении результатоз разработок а России и ближнем зарубежье. Личное участие состоит .а постановке а разработке основной идеи и темы диссертации, в решении научно-технических и научно-методи ческих задач, планировании и постановке экспериментальных исследований, создании теологических основ электроразведки торфяных месторождений от постановки и формулирования задач до кон кретного практического приложения в области разпедкн, изысканна торфяных месторождений и геоэкологического картирования торфо растительных комплексов, Под научным руководством автора и лично разработаны конструктивные решения новых приборов и оборудова-лия, методики наземных электрометрических наблюдений н осуществгяена их прахтичесхая реализация и внедрение в производственных условиях, научных исследованиях н
- учебном процессе. Автор принимал а*тшзкод участие в планирования и обеспечении работ, з. апробации и внедрездк результатов разргботох з России и ближнем зарубежье. В работе использованы экспериментальные данные, полученные автором совместно с сотрудниками университета Н.П .МаслгхоЕЫм, АЛ.Ко.тонтаевым, ВАЛещезым, В-Н.Михеевыи, Н.В.Вессловым, которым гзтор вьгражает искрен-' шею благодарность! Материаты исследований вошли о созместкые публикации,
. Которые Приведена 3 ДИСССрТаЦИИ С СООТВеТСТЗуЮцуШИ ССКЛХ.ЗМИ.
'Реализация результатов.работы. Проведенные исследования позво
лили: .
опробоЕгть, внедрить и иегюльзоздть разработанную цифрову» портативную электрометрическую аппаратуру, специальную методику измерений к специальную обриботтсу данных в ПГО Ссвукргеологмя { г. Киса); проектном институте Ленгидролроехт ( г. Садагг-Петербург ); академических институтах геологии, биологии и леса Карельсісого филиала РАН ( г. Петрозаводск); Воронежском государственном университете на кафедре почвоведения ( г. Воронеж ); проектной институте Бслгипроводхоз ( г. Минск ); трс« ГРИИ ( г.Санкт-Петербург); Лен-НИИЛХ ( г.Сакхт-Петербург); ПГО Ссззапгеология .( г. Саіост-Петербург ); 'проектом институте СургутНИ ПИ нефть, п АО Сургутнефтьгаз { г. Сургут Тюменской области ): Тверском госудзретвеннрн техническом университете на кафедре геалогии, переработки торфа и сапропеля.
установить закономерности пространственного распределения удельного электрического сопротивления УЭС внутрнбологных образований в залежном слое торфяных, месторождений, определить статистическую изменчивость электрометрических параметров разнотипных торфяных отложений в различных климатических зонах;
в процессе электрометрического опробования залежного слоя торфяных месторождений по специальным методикам тровести прогнозную оценку свойств торфа в естсствснної залегании на степень рйзіюжааія, кислотность и зольность, содержание битумов на торфяных месторождениях Карелии; Ленинградской, Новго-
t родскоґі и Тверской областей; Эстонии; Украины.
показать, что применение азастрометрического опробования торфа з залежном сгое торфяньд месторождений к'з степень раздоже.- . с пбевлютной погрешностью в 5,6% дает возможность в 12 раз енгаапь затрать! труда по традиционной оценке степени разложения торфа ( механическое опробование н лаборатор-ное'опредгление стелит разложения методом центрифугирования наобразцах);
установить особенности коррозионной опасности внутриболотнон геологической среды гіо величине удельного 'электрического сопротивления й пределах различных климатичсоих.зон.
выделять пог.сглносп.4" .'. внутризалежное гндрохтаичесхое загрязнение геоло-гическоіі средм терфор^стетелькых коипдгксоз методой электрометрии при наземном геоэкологической картировании свалок бытовых и промышленных отходов н сопредельных с ними территорий, полигонов -if эксплуатационных уча-
. стков по производству, оурозых работ на месторождениях нефтн и газа.
Апробация работы осуществлялась ігри геологоразведочных работах и изыскан;'з- ча торфяных месторождениях, при-геоэкологическом картировании торфорас.-'.ельрых комплексов, в научных исследованиях.
Основные положе;-"'»- -нссерт2цнонной рьооты и результаты исследований докла-дыпаллсь на науч«гщиктнчесхих и научно-технических конференциях молодых ученых ( 'ІСалинин,і97&,І932,|935,198;>М]шо:,198б ), гіпутривузовашх научно*' технических конференциях ППС, аспирантов и сотрудников института ( Калинин, 1979,1980, І9&6,1992 ), ХХХУ Междунартдзюй'горно-метаяігургической конференций (Фсаибсрг,1984), Всесоюзних совещаниях, конференциях ниа;"Шр« технических ceW.ttарах ( Ростой-на-Дону,!986; Западная Двина Тверской области,1987; Симферополь.1987; Москва, 1988; Калинин-град,№9; Таллинн, 1989; Москва ВДНХ,і990; То»«зс,199І; Центральный государственный биосферный заповедник, г.НЬяидово,1991; r.JuiM-ПИ Ленинградской сбласти.1992 ), VIII Международном конгрессе по торфу ( Саі!<'а>Пгтербург,1?88 ); Международной геофизической коїнЬерсниии н выставке ( Совинцентр, Москва, 1993 ). Получено олію' jatnpcKne- егїіиетсіьетпо. Очектрометрпческад аппаратура постоянно экс-
поїшровалась на ВДНХ, Международкчх, Всесоюзных, областньгх И ягутркву-зовсюях виставках.
Публикации. Основна научные попорених и практические результаты диссертационной; работы опублихевдны в 39 статьях, 2 учебных пособиях, 7 методических рекомендациях, 3 методических, указаниях, Новизна методических решений подтверждена авторским свидетельством «а изобретение.
Структура н о б г « м диссертации. Работа состоит ил двух кннт, включающих зэеденке, 6 глаз заключение; содержит 388 страниц машинописного текста ( книга і - 126 страниц, книга 2 - 262 страницы ), а том числе 123 рисунков, 19 табтзд, библиографию го 250 наимеиозаиий, 26 приложений.
В первой книге проводится, обосчоаание предпосылок электроразведки торфя
ных месторождений' , то есть устанівливгетея способность метода исследовать
торфяное месторождение е соо пигтегаик с его природой и эта способность vocer
быть реализована только черо: кзучаїкс ебщдх закономерностей обьгхти; изуче
ние.закономерностей состага ;: слоисто Торфі і характері» их распределения' з за-
жякком слое торфяных месторождений; изучение физических и к;>ррсмц.чонн;ых
загшснмостг.~ .«гаду геологическими и лоехтроиетричесхимк параметрами. Обос
нование предпосылок і совокупности: создает единую Кетодачесхуга базу и си
стему дій разработай геологических основ злектрораззедхи торфяных ксс-
торо: дсмий.
Во второй книге ггрикдены исследования по разработке технологических к техшіческіїх решений-иетояа для изучения электрических свойств торфа » естественном залегании, которые включают: новый способ по производству наземных электрометрических наблюдений; портативные технические средства измерений к вспомогательное оборудование; специальную методику обработки к иіперігрста-Щ1Н геоэлсктрической информации; экспериментальные исследования метода, .іо-зволизшке оценить его информационные возможности и установить основные приоритетные направлених практичесхг1"о использовании при комплексной освоении торфяных месторождений.
