авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


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 – Геофизик а, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата техническ их наук

Пермь - 2006

Работа выполнена на к афедре геофизики ГОУВПО « Пермский государственный университет»

Научный консультант: 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 «Пермнефтегеофизик а»)

Ведущая организация: ОАО «Противокарстовая и береговая защита», г. Дзержинск Нижегородской области

Защита состоится 29 июня 2006 г. в 13 час. 30 мин. на з аседании диссертационного совета Д212.189.01 при Пермском государственном университете.

Адрес: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15.

E-mail: info@psu.ru Факс: (342) 237-16-

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 из мерительной техник и и созданием новых методик проведения детальных съемок. В те годы началось также широкое использование повторных грав иметрических 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 прибл изили ее к возмож ности решения инж енерно геологических задач. Настоящая работа посвящена применению высокоточной гравиразведки для изучения особенностей гравитационного поля, создаваемых малоглубинными инж енерно геологическими объектами.

Актуальность работы При строительстве и эксплуатации инж енерных сооружений важную роль играют быстро развивающиеся экзогенные геологические процессы. В Нижегородском Поволжье по интенсивности проявления к числу таких процессов сл едует отнести, прежде в сего, суффоз ионно -карстовый и о ползневой процессы.

Многочисл енные примеры аварий и аварийных ситуаций на Горьковской железной дороге, в промышленной зоне химического производства г. Дзержинск а, на трассах трубопроводов, в местах жилой застройк и служат убедительным доказ ательством ак туальности проблемы прогноз а этих процессов. В настоящей работе, в частности, изложен опы т применения детальной гравиразведки при изучении суффоз ионно-карстового и оползневого процессов.

Гравитационные аномал ии, создаваемы е инж енерно геологическими объектами, имеют слабую интенсивность (обычно несколько десятков микрогал). Их локализ ация и отдел ение от эффектов, связанных с погрешностями измерений, требуют применения высокоточной аппаратуры и особых методических приемов. Работы по этим направлениям проводил ись в 1970-х годах сотрудниками партии № 48 Специальной региональной геофизической экспедиции (СРГЭ) научно -производственного объединения «Нефтегеофиз ика» под руководством А.Ш. Файтельсона на закарстов анных территориях. В 1980-х годах под руководством М.И.

Лоджевского выполнялись микрогравиметрические съемки с целью изучения динамик и суффоз ионно-карстового процесса, а также для поисков археологических объектов в исторической части Москвы.

Аналогичные работы были проведены под руководством З.М. Слепака на территории Каз анского кремля. Институтом «ВСЕГИНГЕО» (Матвеев В.С.) высокоточная гравиразведк а использовалась для пространственного прогноза ополз невого процесса. Под руководством автора диссертации детальные гравиметрические съемки на территориях развития карста и оползней выполнялись в состав е 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 из мерительной техник и и их интерпретация применительно к инженерно-геологическим объектам.

В работе решены следующие задачи:

1. Внедрены многократных гравиметрических из мерений, обеспечивающих достоверность получения наблюденных значений силы тяжести.

2. Доказано, что использование данных однократных измерений может приводить к получению ложных результатов.

3. Изучены источники ошибок в различных типах гравиметрических рейсов.

4. Разработан компл екс приемов интерпретации данных профильных гравиметрическ их съемок.

5. Обоснованы модели разуплотненных зон в зависимости от геологического разреза, которые пространственно приурочены как к локальным минимумам, так и локальным максимумам гравитационного поля.

6. Установлена пространственная взаимосвязь между максимальными неприливными вариациями гравитационного поля на закарстованных территориях и локальными экстремумами силы тяжести.

Научная новизна работы 1. Впервые выявлено, что зоны развития карста при выклинивании в разрез е каз анск их карбонатов ил и их залегании на сакмарских гипсах в виде останцов пространственно приурочены к локальным максимумам силы тяжести.



2. Показано, что при измерении неприливных вариаций силы тяжести сл едует использовать специальную опорную сеть, состоящую из трех или бол ее опорных пунктов, объединенных в полигон, и позволяющая учитывать временные изменения силы тяжести на исходном опорном пунк те.

3. Установлено, что динамик а 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:

1. Методика гравиметрических набл юдений, основанная на многократных из мерениях приращений и обеспечивающая достоверное выявление малоинтенсивных аномал ий силы тяжести и вариаций гравитационного поля (глава I).

2. Комплекс приемов к ачественной интерпретации, базирующийся на использовании относительных параметров аномалий и обеспечивающ ий получение максимальной информации из данных профильных съемок (гл ава II).

3. Отражение динамики современного суффозионно карстового процесса в квазипериодических колебаниях гравитационного поля (главы II и III).

Практическая ценность работы Использование предложенной методик и измерений и интерпретации позволило уверенно выявлять зоны карстового разуплотнения с целью их дальнейшего тампонаж а или конструктивного усиления различных инженерных сооруж ений, находящихся в этих зонах. На основании реж имных грав иметрических измерений выделяются участк и, на которых в настоящее время наибол ее интенсивно развивается процесс разуплотнения. Такие работы выполнены на многих участках Горьковской желез ной дороги, нефтепровода Горький - Рязань, на территории предприятий Дзержинской промзоны, в предел ах Коровинско-Ясенецкой эрозионно -карстовой котловины. Федеральным государственным унитарным предприятием (ФГУП) «Волгагеология» высокоточная гравиразведк а использовалась на застроенных территориях для оконтуривания искусств енных пустот в припов ерхностной части геологического разрез а.

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 полож ения 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 М еждународной 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 -прак тической 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 опубликов ано 11 работ, из них 8 без соавторов и 3 в соавторстве. Диссертант является соавтором научно -производственных отчетов.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 118 страницах, содерж ит 43 рисунк а и 8 таблиц.

Список использованной литературы включает 91 наименование.

В основу диссертационной работы положены результаты детальных высокоточных гравиметрических исследов аний, 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 использовал ась методика В.С. Матвеев а, 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 набл юдений баз ировалась на работах А.К.

Маловичко, О.Л. Горбушиной, В.А. Гершанока и других пермских ученых.

Работа выполнена на кафедре геофиз ики Пермского государственного университета под руководством доктора геолого минералогических наук О.Л. Горбушиной, которой ав тор приносит свою благодарность за ценные советы, замечания, всестороннюю помощь и поддержку.

Результаты выполненных иссл едований 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 з а предоставленные материалы, ценные советы и техническую помощь.

Глубокое уважение и бл агодарность испытывает автор к светлой памяти своего первого учителя, известного гравиметриста, замечательного ученого и человека, Арфия Шоломовича Файтельсона.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая харак теристик а работы, обоснов ана актуальность поставленных задач, их научная новиз на и практическ ая ценность.

Глава 1.Общие сведения о высокоточной гравиразведке [1, 3, 7-11] Задачей грав иразведки при проведении инж енерно-геологических изысканий является выдел ение гравитационных аномалий сл абой интенсивности в в ерхней части геологического разрез а. 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 леж ит в предел ах от первых метров до 50– м, лишь изредка превышая 100 м.

Задачей гравиразведк и в компл ексе инж енерно-геологических иссл едований является получение площадной картины распространения плотностных неоднородностей и участков повышенных вариаций поля для оптимиз ации буровых и пенетрационных работ.

Показано, что реально достижимая в полевых условиях точность измерения приращений силы тяжести усовершенствованным отечественным гравиметром составляет 6-10 мкГ ал. Требуемая для инженерной геологии детальность съемок обеспечивается шагом наблюдений от первых метров до 10 м, реже до 25 – 50 м.

В разделе, посвященном исследов анию ошибок, приводятся доказательства недостаточности вычисл ения точности из мерений, основанной на разнице пов торных набл юдений. Часто дв а измерения на одной точке имеют между собой хорошую сходимость и, тем не менее, среднее из них не соответствует истинному значению.

-1 6 среднее, мкГал -1 6 -1 7 -1 7 -1 8 1 4 7 10 13 16 19 число и зм е р е н и й Рис. 1. Пример стабилиз ации арифметической середины при увеличении представительности числового ряда Введено понятие достоверности измерений, как степени соответствия из меренного з начения вел ичине, обоснованно принимаемой з а истинную. Под «истинным» значением понимается арифметическая середина представительного ряда наблюдений. На рис. 1 показано изменение среднего арифметического приращения силы тяжести при возрастании числ а измерений от 1 до 24. В общем случае несоответствие вычисл енных точностей из мерений 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 пол евых и лабораторных исследований гравиметра с эк спериментальной 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 из мерительной рамк и.

Практическое использование гравиметров конструкции С.В. Вереды показало их очень высокие эксплуатационные качества.

Методические особенности гравиметрических измерений, составляющие содержание первого защищ аемого положения, сводятся к следующим моментам.

1. Выбор длительности рядовых звеньев и расстояния между опорными пунктами осуществляется на основе особенностей смещения нуль-пунк та прибора. В общем случае продолжительность звеньев рекомендуется ограничивать 40 50 минутами для учета приливных вариаций совместно с учетом дрейфа нуль-пункта.

2. Размещение рядовых пунктов по профил ю при съемочных работах не реже, чем через 10 м, нез ависимо от особенностей геологического разрез а, т.к. в инженерной геологии наибол ее опасны мелкозалегающие плотностны е неоднородности.

3. Полигональная система из мерений на опорной сети в соответствии с л инейным размещением опорных пунктов вдоль профилей. Увязка опорной сети проводится по методике измерения отдельных приращ ений (МИОП).

4. Использование методики многократных наблюдений для получения достоверных значений приращ ений силы тяжести на рядовых точках профил ей. При невозмож ности 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.

5. Выполнение высотной привязки пунктов набл юдений техническ им нивелированием со среднеквадратической погрешностью 1-2 см.

6. 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 инж енерно-геологических изыск аний особое место занимают иссл едования динамического процесса карстования пород, обладающего значительным разрушительным потенциалом, развитие которого зачастую угрожает зданиям, сооружениям и самой жиз ни людей. Большой вклад в карстоведение и изучение зак арстованных территорий внесли ученые Пермского государств енного университета В.Н. Дублянский, Г.А. Максимович, Г.Н. Дублянская, К.А. Горбунов, В.Н. Катаев. Изученность карста в Среднем Поволжье баз ируется на работах таких в идных ученых, как Б.В. Селивановский, И.А.

Саваренск ий, А.Н. Ильин, В.В. Толмачев, В.П. Хоменко и др.

При изучении суффоз ионно-карстового процесса высокоточная гравиразведк а 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 направл ениям и не имеющие четк их границ раздела плотностей. Однако опыт проведенных работ показывает, что они достаточно уверенно локализуются гравитационными аномалиями интенсивностью от 30 до 150 мкГал. В условиях Ниж егородского Поволжья основной гравитирующей границей в верхней части геологического разреза является контакт к арстующихся и перекрывающих пород, что позволяет определять характер залегания кровли карстующейся толщи. Харак терной особенностью геологического строения региона является спорадическое распространение пород казанского яруса верхней перми. Иногда к азанские карбонаты выклиниваются в разрезе или залегают на сакмарских гипсах в виде останцов. Мощность перекрывающих татарск их глин над каз анскими карбонатами значительно меньше, чем над гипсами сакмарского яруса при отсутствии к азанских отложений. В гравитационном поле появление в разрезе к азанских пород отражается локальными максимумами силы тяжести (рис. 2). Однако суффоз ионно -карстовый процесс развивается именно в казанских карбонатах, т.к. сакмарские гипсы перекрыты более мощным пл астом татарск их глин. В описанном случае зоны карстового разуплотнения располагаются в предел ах локальных максимумов силы тяжести, иногда налагая на них локальные минимумы более высокого порядка.

Малые глубины зал егания пород, разуплотненных суффозионно карстовым процессом, требуют высокой детальности гравиметрических наблюдений. Выполнение площ адных съемок с шагом 5-10 м очень трудоемко, поэтому на практике чаще в сего применяется гравиметрическ ая съемк а по отдельным профилям. В этом случае количественная интерпретация аномалий силы тяжести теряет смысл, т.к. взаимное располож ение 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 аномал ий и ориентировочной оценки глубины залегания аномального тел а 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 Саксов а – Нигарда (С.В. Погадаев) и усреднении по методу Андреева – Гриффина (О.В. Юргин).

мкГ ал Пк 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -3 0 -40 -50 -60 -7 0 -80 - 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 потенциал а (В.С. Миронов) определяется глубина залегания и форма аппроксимирующего тел а. Применение данного способа особенно оправдано при профильных набл юдениях, т.к. при смещении профиля от центра аномального тела, происходит пропорциональное уменьшение Vz и Vzx, и их отнош ение остается постоянны м.

3. Для оценки степени потенциальной опасности выявленных зон карстового разуплотнения и определения очередности проведения противокарстовых мероприятий разработана методик а определ ения 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 высказ ана мысль, что временные уменьшения силы тяжести в предел ах карстовых зон отражают протек ающий в настоящее время процесс разуплотнения.

Опыт наших многолетних набл юдений показывает, что обычно на фоне тенденции уменьшения силы тяжести во времени отмечаются квазипериодические кол ебания ее значений (рис. 3). На наш взгляд колебания силы тяжести связаны с изменением режима трещинно карстовых вод.

gб, мкГа л 3 5 П К, м 0 20 40 60 80 100 12 0 140 1 60 180 2 00 220 240 260 2 Рис. 3. Графики приращений силы тяжести в редукции Буге по профил ю 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 вел ичине уменьшения силы тяжести, а по амплитуде ее квазипериодических кол ебаний, считая, что интенсивность водообмена в карстующейся толще пропорциональна скорости растворения пород и выноса материала. Данный вывод составляет содерж ание третьего защищаемого полож ения.

Для количественной оценк и 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 анал изе рядов, состоящих из трех членов, каждый из которых являлся однократно измеренным приращением силы тяжести.

По величине стандартного отклонения в этих рядах дел ался вывод о принадлежности точки наблюдения тому или иному морфологическому элементу оползневого тел а или оползневого склона. Точность измерений определялась по раз нице повторных наблюдений, выполненных на части рядовых пунктов в одном рейсе.

Проведенный нами анал из полученных результатов показ ал, что разброс из меренных значений приращений силы тяжести связан с особенностями работы данного гравиметра в данном рейсе и не зависит от расположения точки набл юдения на том или ином элементе оползневого склона. Иначе говоря, В.С. Матвеев считал достоверными данные, полученные при 30, 50 или 100% контрольных набл юдений, и точность измерений, вычисленную указ анным способом. Реально же естеств енный разброс из меренных значений был почти на порядок выше получаемых погрешностей.

Глава 3. Высокоточная гравиразведка в комплексе инженерно геологических изысканий [2, 4-6] При выполнении инженерно-геологическ их изысканий, особенно на урбанизированных территориях, иногда возникает необходимость оконтуривания различных искусственных полостей (подвалы, туннел и, коммуник ации и т.п.) или находящихся в земле остатков строений.

Задача ослож няется тем, что обычно нет возможности ввести поправки за гравитационное влияние близкорасполож енных зданий и сооружений из-з а отсутствия соответствующих данных. Однако опыт наших работ пок азывает возможность эффектив ного решения подобных задач. В этом случае шаг набл юдений обычно составляет 1- м. Применяются только многократные набл юдения, 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 скваж иной при изыскательских работах на одной из строительных площадок Н.

Новгорода. Полость имеет вертик альную мощность 4 м, верхняя граница полости расположена на глубине 0.7 м. По результатам высокоточной гравиметрической съемк и выявлен локальный минимум силы тяжести и намечена предпол агаемая конфигурация полости в плане.

В ФГУП «Волгагеология» высокоточная гравиразведка используется в компл ексе инж енерно-геологических изысканий при обследовании действующих трасс нефте- и газопроводов. Метод применяется как для картирования карстовых зон разуплотнения, так и для оценки динамики современного суффозионно-к арстового процесса. В гл аве приведены результаты гравиметрических работ на двух участках нефтепровода Горький – Рязань. На участке «Свайное поле» по гравиметрическ им данным были выделены зоны повышенных неприливных вариаций силы тяжести, в которых прогнозировал ась ак тивиз ация суффозионно-карстового процесса.

Гравиметрический прогноз нашел свое подтв ерждение в образовании двух новых карстовых воронок в пределах зоны максимальных временных изменений силы тяжести.

На участк е перехода нефтепровода Горький – Рязань через р.

Сережа локальные минимумы силы тяжести зафик сированы в предел ах узла пересечения двух неотек тоническ их зон субширотного и субмеридионального простираний. Наибол ее 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 пермск их толщ. Этот результат позволил спрогноз ировать направление общего последовательного продвиж ения фронта формиров ания карстовых воронок вверх по склону водораздела при сохранении режима воздымания площади неотектонического узла.

Инженерно-геологической службой Горьковской железной дороги высокоточная гравиразведка используется в комплексе инж енерно геологических иссл едований на з акарстованных 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 – мкГал, изображенный на рис. 4. Этот минимум был интерпретирован как зона карстового разуплотнения. На этом основании в экстренном порядке была произведена укл адка рельсоукрепительных пак етов.

Выполненные позднее сейсморазведочные работы МПВ (рис. 4) полностью подтвердил и данные гравиразведки, зафиксировав зону пониженных скоростей не только в карстующихся породах, но и в перекрывающ ей толще. Первая из р азведочных 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 (песк и, гравий, суглинки, s глины, торф), QIII;

2 - гипс-ангидритовая толща, Р 1 ;

3 - номера разведочных скважин;

4 - интерв алы 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 провал а, т.к. сухие песк и зоны аэрации обладают малой несущей способностью и быстро вовлекаются в процесс в ертик альной суффозии. После проведения разв едочного бурения были начаты тампонаж ные работы. При этом скважина № приняла более 1000 м3 тампонажного раствора.

Статистическ ая оценка эффек тивности применения гpавиpазведки для каpтиpования зон pазуплотненных поpод была выполнена нами по материал ам высокоточной съемки, проведенной на 395 - км Горьковской железной дороги в 1997 г., с использованием данных бурения около 70-ти скважин.

В предел ах выявленных локальных минимумов силы тяжести осpедненны й коэффициент опасности (без дифференциации интервалов по степени разуплотнения) составил kоп. = 0.91, а на участк ах невозмущенного поля - kоп = 0.15.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные научно-практические результаты исследований, выполненных по теме диссертационной работы, состоят в следующем.

1. На основании анализ а большого фактического материал а показ ано, что при высокоточных грав иметрических съемк ах 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.

2. Разработан комплек с мероприятий, обеспечивающий контроль за временны ми изменениями силы тяжести на исходном опорном пункте при проведении повторных гравиметрических из мерений, направленных на выявление неприл ивных вариаций силы тяжести (НВСТ).

3. Установлено, что для условий Нижегородского Поволжья карстовые зоны разуплотнения пространственно приурочены к локальными мак симумами силы тяжести при выклинивании в разрезе карбонатных пород казанского яруса или их залегании в виде отдельных останцов.

4. Установлено, что участки мак симальных неприл ивных вариаций гравитационного поля в районах развития карста пространственно совпадают с локальными экстремумами силы тяжести.

5. Установлено, что временные из менения силы тяжести на участках развития суффозионно-карстового процесса носят квазипериодический характер. Очевидно, это связано с изменением гидродинамического реж има вод трещинно карстового горизонта. Предпол агается, что интенсивность НВСТ зависит от степени проницаемости разуплотненной зоны и характеризует степень разуплотнения карстующихся и перекрывающих пород.

Список публикаций по теме диссертации 1. Результаты лабораторных и полевых исследований гравиметра с экспериментальной рабочей системой // Использование новых геофиз ическ их методов для решения инженерно -геологическ их и гидрогеологических задач.

М.:ВСЕГИНГЕО, 1989. С. 61-62. (соавторы С.П. Золина, Л.В.

Пущина).

2. 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.

3. 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).

4. 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.

5. Гравиметрический мониторинг суффозионно карстового процесса // Геофизическ ие методы поисков и разведки. Технология и техник а 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.

6. Гравиметрический мониторинг суффозионно карстового процесса // Вторая Уральская молодежная научная школа по геофизике. Пермь: Горный институт УрО РАН, 2001. С. 192-194.

7. Оценк а эффективности применения методики измерения отдельных приращений при высокоточных профильных гравиметрическ их набл юдениях // Четвертые геофиз ические чтения имени В.В. Федынского (28 февраля - марта 2002 г., Москва). - М.: Научный мир, 2002. С. 456-460.

8. Оценк а эффективности применения методики измерения отдельных приращений при высокоточных профильных гравиметрических наблюдениях // Геофиз ика и математика: Материалы Второй В сероссийской конференции, Пермь, 10-14 декабря 2001 г. / Под ред. акад. В.Н. Страхова. Пермь: Горный институт УрО РАН, 2001. С. 400-404.

9. О невязках гравиметрических рейсов, выполненных по МИОП // Геология и полезны е ископаемые Западного Урала: Материалы региональной научно -прак тической конференции/ Перм. ун-т. Пермь, 2002. С. 118-122.

10. Методика детальных гравиметрических набл юдений и обработка результатов с целью картирования кровли соли // Геофизические исследования и мониторинг месторождений нефти, газ а и к алийных солей: Сборник учебно-научных материалов студентов кафедры геофизик и. Перм. ун-т. Пермь, 2003. С. 36-41. (Соавтор: О.Ю. Лепихин).

11. О достов ерности набл юденных з начений силы тяжести. Вестник Пермского университета, 2004. Вып. 3.

Серия «Геология». С. 106-110.



 

Похожие работы:


 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.