Рекомендации по геофизическому исследованию закарстованности территорий, предназначенных для строительства - файл n1.doc

Рекомендации по геофизическому исследованию закарстованности территорий, предназначенных для строительства
Скачать все файлы (417 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc417kb.04.02.2014 01:41скачать

n1.doc

1   2   3
3. МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА КАРСТ

Выбор комплекса методов

В предыдущих главах указаны основные геологические предпосылки поиска карста геофизическими методами, отмечены некоторые особенности его обнаружения в зависимости от глубины распространения и описаны принципы, положенные в основу разработки методики геофизической разведки.

В зависимости от глубины распространения карстовых форм методика может несколько видоизменяться, тем не менее при изучении любого вида карста следует рекомендовать наиболее рациональный комплекс геофизических методов.

Геофизические исследования, учитывая их высокую мобильность и экономичность, должны предшествовать проведению детальных инженерно-геологических работ. Кроме того, обязательным является проверочное (параметрическое) бурение для привязки данных полевых геофизических работ.

Выбор комплекса методов, который позволяет наиболее полно решать задачу поисков и оконтуривания карстовых полостей, является весьма важным элементом проведения геофизических работ.

При этом необходимо учитывать геолого-гидрогеологические и геоморфологические данные по карстовому району, а также степень застроенности территории исследования и уровень электрических и механических помех.

При исследовании карста рекомендуется применять следующие полевые и скважинные (каротажные) геофизические методы:

электропрофилирование различных модификаций (СЭП, КЭП, АВfix , ДЭП);

вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ);

круговые модификации зондирования и профилирования (КВЗ, КВП);

сейсморазведку КМПВ;

радиоволновые методы (в благоприятных случаях электрический каротаж (КС и ЕП);

резистивиметрию;

сейсмический и сейсмоакустический каротаж;

ядерный каротаж (ГК, ГГК);

метод заряженного тела (МЗТ);

сейсмоакустическое просвечивание в скважинах.

В благоприятных случаях могут использоваться гравиметрия и магнитометрия (см. главу 1).

Перечисленный комплекс геофизических методов является наиболее полным и его рекомендуется применять в особо сложных условиях. К ним относятся:

большая глубина залегания карстующихся пород;

слабая физическая дифференциация карстовых зон и вмещающих пород;

наличие экранных слоев в вышележащих толщах и т.п.

При изучении поверхностных и неглубоких карстовых форм комплекс методов может быть существенно уменьшен, поскольку задача поисков и оконтуривания карста облегчается благодаря близкому залеганию его от поверхности.

В этом случае следует рекомендовать лишь полевые геофизические методы; электропрофилирование, ВЭЗ, КВЗ, одноканальную сейсморазведку. При изучении погребенных карстовых форм (глубина залегания карстующихся пород менее 30 м) можно использовать ту же методику, как и при исследовании поверхностного карста, но с привлечением некоторых скважинных методов: электрического каротажа, резистивиметрии. При электропрофилировании в этом случае следует значительно увеличивать длину разносов питающих линий (в 8-10 раз превышающих мощность четвертичных отложений).

Методика геофизических работ значительно усложняется при изучении погребенного карста (глубина исследования более 30 м). В этом случае рекомендуется применять весь комплекс геофизических методов для полного изучения геологии и гидрогеологии карста в данной зоне.

Электропрофилирование и электрозондирование

Основным методом исследования в карстовых районах является электропрофилирование различных видов: симметричное (СЭП), комбинированное (КЭП), градиентное (АВfix), дипольное (ДЭП). Наилучший вид электропрофилирования при съемке на карст - площадной.

К задачам, решаемым электроразведкой при изучении карста, относятся:

1) выявление и оконтуривание зон повышенной трещиноватости и закарстованности;

2) определение глубины распространения закарстованных пород;

3) обнаружение отдельных карстовых полостей и их оконтуривание.

Решение перечисленных задач возможно при следующих условиях:

первой задачи - в большинстве случаев;

второй задачи - при достаточной ширине зон, значительной глубине распространения закарстованности и трещиноватости и залегания закарстованных пород ниже УГВ;

третьей задачи - только в том случае, когда размеры карстовых полостей соизмеримы с мощностью покрывающих отложений.

В табл. 1 приведены рекомендуемые методы электроразведки для большой (200 - 300 м и более) и малой (до 60 м) мощностей карстующихся пород при различных мощностях толщи покрывающих пород.

В результате проведения работ должны быть построены геоэлектрические разрезы, карты изоом с выделением закарстованных зон, графики УЭСК, или графики и карты градиентов УЭСК, полярные диаграммы КВЗ.

Таблица 1

Мощность карстующихся пород, м

Глубина залегания кровли пород, м

Возможность выделения закарстованности

Рекомендуемые модификации электроразведки

200 - 300 м и более

до 16

Выделяется

ВЭЗ, КВЗ, симметричное электропрофилирование

То же

15 - 100

 

ВЭЗ, КВЗ, электропрофилирование установкой АА’АІ МNВІВ’В (график для разноса АІВІ характеризует изменения сопротивление в покрывающих отложениях). При интерпретация рекомендуется строить график отношений r2/r1

То же

больше 100

Электроразведка практически не применима

-

до 60 м

до 10

Выделяется

ВЭЗ, КВЗ комбинированное профилирование установкой с двумя разносами, дипольное профилирование

до 60

больше 20

Обычно электроразведкой не выделяется. Иногда зоны могут быть обнаружены по вторичным изменениям в покрывающих породах.

Профилирование дипольной установкой или комбинированное в сочетании с опорными вэз (кВз)

Для выбора разносов профилирования предварительно проводятся геоэлектрические исследования методом ВЭЗ по редкой сети точек (200ґ200).

На основе анализа кривых ВЭЗ выбираются оптимальные разносы профилирования. Желательно иметь два-три разноса. Минимальный разнос охватывает зону пород, лежащих вблизи кровли карстующихся пород, второй разнос характеризует толщу закарстованных пород и третий - подстилающие породы.

Профилирование проводится по густой сети наблюдений с шагом, не превышающим 5 - 10 м. Расстояние между профилями должно быть таким, чтобы каждая карстовая форма или вторичные сопутствующие образования подсекались не менее, чем двумя-тремя профилями. В среднем расстояние между профилями не должно быть более 20 - 50 м. В этом случае, если застроенность территории достаточно большая, можно увеличить расстояние между профилями до 100 м.

Все ярко выраженные в рельефе понижения (ложбины, блюдцеобразные котловины, оседания поверхности) должны обязательно пересекаться геофизическими профилями с минимальным шагом исследования (наименьшим на данном участке работ).

Кроме того, желательно провести параметрические измерения с несколькими разносами профилирования вблизи карстовых воронок с тем, чтобы определить оптимальные параметры схемы в данной ситуации.

Наиболее употребительна для решения простых задач, связанных с поверхностным карстом, схема симметричного профилирования. В условиях плотной жилой застройки следует рекомендовать профилирование установкой АВfix. Хорошие результаты могут быть получены с установкой комбинированного профилирования.

Размеры измерительной линии следует брать, исходя из рекомендаций Б.К. Матвеева [10], который на основе опытных работ установил следующие пределы:

 при ,

где Н - средняя глубина залегания карстовых полостей;

h - мощность наносов.

Аномальные зоны, зафиксированные на соседних профилях, однозначно могут быть интерпретированы как обусловленные карстом. Форма аномалии в случае незаполненной полости может быть аналогична показанной на рис. 4. В случае, если полость заполнена вторичным материалом, аномалия над карстом характеризуется глубоким минимумом с двумя краевыми пиками высоких значений кажущихся сопротивлений. Такая аномалия характеризует узколокальную форму карстового проявления (рис. 5).



Рис. 4. Профиль сопротивлений по линии 1-1 (по А.М. Горелику)



Рис. 5. Форма аномалии rк в случае заполненной карстовой полости

Для оценки степени трещиноватости пород, а также преобладающего направления системы трещин рекомендуется круговое зондирование (КВЗ) по трем-четырем азимутам. Точки КВЗ следует равномерно располагать на всей исследуемой площади. В среднем расстояние между точками КВЗ рекомендуется принять равным 250 - 300 м. Расстояния между точками ВЭЗ при детальной съемке не должны превышать двухкратной глубины залегания предполагаемых карстовых полостей.

В среднем следует располагать точки ВЭЗ через 50 м. Примерно такое же расстояние следует принять и между профилями.

Сейсморазведка

Сейсморазведочные работы на карст проводятся в комплексе с электроразведкой (ВЭЗ, ЭП) преимущественно для детализации аномальных участков, выявленных электроразведкой.

В случае изучения неглубоко залегающих карстовых образований (до 15 - 20 м) может применяться одноканальная сейсмическая аппаратура (ОСУ-1). При применении одноканальной аппаратуры рекомендуется проводить детальное сейсмическое профилирование. Расстояние между точками сейсмических наблюдений по профилю следует принять равным 15 - 20 м. При изучении карста одноканальной сейсморазведкой следует вести работы по системе встречных или нагоняющих годографов.

При исследовании погребенного карста (в пределах до 50 - 100 м) применяется многоканальная сейсмическая аппаратура (24-канальные станции типа «Поиск-1-24 КМПВ», ПСЛ-2 (СС-24П и др.). Сейсморазведка на карст в этом случае проводится по методике продольного профилирования.

Для возбуждения волн следует использовать взрывы в неглубоких закопушках и ямках. Величина зарядов составляет 0,01 - 1 кг. В этом случае, если по соображениям техники безопасности проводить взрывные работы нельзя, следует использовать ударный способ возбуждения сейсмических волн. Удары производят тяжелым падающим грузом с вершины передвижного копра или другого подъемника. Вес груза в среднем составляет 200 - 300 кг. В месте удара рекомендуется снимать рыхлый слой грунта до 1 м (рационально использовать станки ударного бурения типа УБП или «Джолос» и др.).

Каждая сейсмическая точка при продольном профилировании может отрабатываться из пяти пунктов взрыва (два у крайних приборов, один в центре установки и два выносных - для получения нагоняющих годографов). В случае наличия большого уровня микросейсм и промышленных помех наблюдения следует вести на узкой полосе при максимальных фильтрациях.

В различных почвенно-грунтовых условиях сейсмоприемники следует устанавливать, руководствуясь табл. 2.

Расстояние между сейсмическими профилями рекомендуется принять равным глубине залегания предполагаемых карстовых полостей. Расстояние между пунктом возбуждения (ПВ) и сейсмоприемниками (СП) должно быть менее 100 м.

При изучении карста сейсморазведкой, кроме методики продольного профилирования, можно рекомендовать способ просвечивания, когда сейсмические колебания возбуждают в одной горной выработке или скважине, а регистрация волн проводится в другой выработке или на поверхности земли. Для проверки результатов регистрации следует взаимозаменять положение пунктов возбуждения и приема. Запись волны на симметричной установке должна быть идентичной.

На рис. 6 приведен пример обнаружения карстовых полостей способом просвечивания.

Скважинные измерения

Скважинные методы исследования в карстовых районах призваны решать следующие основные задачи на детальном этапе работ:

выделение в разрезе скважин зоны активного водообмена, отдельных мест притока вод, водопоглощающих интервалов и кровли подстилающего водоупора;

оценка фильтрационных способностей отдельных толщ пород;

определение скорости потока подземных вод и его направления.

Таблица 2

Почвы или породы

Установка

Глубина установки

Значения способа установки

Почвенный слой, рыхлые породы

В ямках на утрамбованном песке и засыпка песком

20 - 30 см, (глубже в случае помех от ветра, дождя или снега)

При увеличении глубины установки до некоторого предела и при установке на песке расширяется полоса пропускания, повышается частота резонанса и усиливается затухание колебаний в системе почва- приемник

Толстый слой рыхлого снега

В уплотненном снегу

Наибольшая (в зависимости от толщины слоя снега)

Обеспечивается идентичность условий установки и снижается фон помех от ветра

Промерзший слой почвы

Примораживание к почве водой и засыпка снегом

Возможно на поверхности почвы

Расширяется полоса пропускания, повышается интенсивность регистрируемых колебаний и обеспечивается идентичность условий установки

Болото

На деревянных подставках, деревянных кольях забитых в минеральные слои

По возможности примерно 30 - 40 см

Устраняются собственные низкочастотные колебания в системе почва-приемник, возникающие при установке приемников непосредственно на болоте, повышается частота резонанса и усиливается затухание колебаний в системе

Сыпучий песок, галька, щебень

На деревянных кольях, забитых в наиболее плотные и однородные слои

По возможности глубже

Ослабляются затухания полезных колебаний в поверхностном слое

Крепкие породы (изверженные, метаморфические и др.)

Приклеивание сейсмоприемников к породе. Склеивающим материалом могут служить растворы гипса или глины, смешанные с песком, гудрон

-

Расширяется полоса пропускания, обеспечивается идентичность установки и устраняется возможность собственных колебаний



Рис. 6. Индикатрисы средних скоростей при просвечивании массива известняков

1 - горизонт рыхлых отложений; 2 - закарстованные известняки; 3 - возможные карстовые полости; 4 - карстовая полость, вскрытая скважиной

При исследованиях в скважинах рекомендуется применять следующий комплекс методов: электрический радиоактивный, резистивиметрический каротаж, а также метод заряженного тела.

При проведении электрического каротажа рекомендуется применять стандартный градиент-зонд М2А 0,25В (для скважин с минимальным диаметром более 200 мм) или М1А 0,1В (для скважин с минимальным диаметром менее 200 мм). В ряде случаев стандартные измерения следует дополнять микрокаротажными с помощью двух комплектов микрозондов: градиент-зонд А0,025 М0,025N и потенциал-зонда А0,05М. При исследовании закарстованности пород наряду с изучением гидрогеологических особенностей проводится изучение литологии, а также степени трещиноватости.

Наличие большой трещиноватости в карбонатных породах значительно уменьшает УЭС по сравнению с монолитными разностями. Установлено, что в условиях пресных насыщающих вод известняки трещиноватые и сильно разрушенные обладают УЭС около 40 - 50 ом.м. Водоносные слабо-трещиноватые известняки имеют УЭС около 75 - 250 ом.м. Монолитные безводные известняки характеризуются УЭС порядка 500 ом.м и более.

В условиях повышенной минерализации подземных вод с С і 1,5 г/литр NаСl экв. электрическая дифференциация пород значительно сглаживается.

При выделении в разрезе скважин трещиноватых пород и оценке их водоносности важным дополнением к методу сопротивлений служит метод естественной поляризации (ЕП), значение которого возрастает при решении задачи расчленения водонасыщенных и глинистых разностей известняков.

При буровых растворах высокой солености (rb Ј 2 ом.м) на контакте глин и карбонатных пород (известняков, доломитов и мела), насыщенных пресной водой, должны наблюдаться в основном максимумы, а при пресных растворах (rb > 2 ом.м) - минимумы потенциала естественной поляризации.

Трещиноватость пород не влияет на характер кривых ЕП, вследствие этого в однородных карбонатных массивах кривая ЕП обычно не представительна. Если же толща отложений неоднородна и в ней наряду с водоносными встречаются глинистые разности или отдельные прослои глин, роль метода ЕП в исследовании литологии пород резко возрастает.

Что касается резистивиметрического каротажа, то он является хорошим поисковым методом обнаружения зон активного водообмена, характерного для трещинно-карстовых вод. Этот метод применяется в условиях пресных или слабоминерализованных подземных вод. Резистивиметрические исследования ведутся, как правило, при естественном режиме фильтрации подземных вод особенно в неглубоких скважинах.

Методика резистивиметрических исследований заключается в следующем. После замера УЭС воды, соответствующего естественной минерализации подземных вод, вдоль всего ствола скважины вода в ней равномерно засолоняется.

Для этого в скважину вливается концентрированный раствор электролита в соответствии с количеством соли, необходимым для создания нужной концентрации раствора в скважине из расчета 0,5 кг на 1 пог.м заполненного водой участка ствола скважин (для совершенных скважин) и 0,05 кг на 1 пог.м (для несовершенных скважин). Сразу же после этой операции раствор перемешивают и снимают первый контрольный замер резистивиметром для проверки степени однородности раствора по всему стволу скважины.

Через 5 - 15 мин после контрольной регистрируется следующая кривая, а затем периодически с интервалом 15 - 30 мин и более проводятся последующие регистрации. Резистивиметрические измерения рекомендуется вести при движении снаряда сверху вниз. Места притоков подземных вод отмечаются повышением УЭС раствора. Для определения истинной скорости подземного потока по методу вымывания электролита используются данные последних кривых перед полным восстановлением УЭС воды на изучаемом участке.

Места притоков подземных вод отмечаются повышением УЭС раствора. Для определения истинной скорости подземного потока по методу вымывания электролита используются данные последних кривых перед полным восстановлением УЭС воды на изучаемом участке (рис. 7).

Совокупность данных о местах притоков подземных вод, полученных резистивиметрическим методом на ряде скважин, может быть использована для выделения и прослеживания по профилю границ зоны активной циркуляции подземных вод, характерной для сильно трещиноватых и закарстованных пород.



Рис. 7. Результаты исследований в скв. 466Г (СУБР)

1 - кривая сопротивления воды до засоления; 2 - 7 - кривые после засоления (через каждые 60 мин); q - удельное водопоглощение; k - коэффициент фильтрации по данным налива; а - известняк; б - известняк кремнистый; в - сланец песчаный; г - доломит

По данным электрокаротажа и резистивиметрии также хорошо отбивается нижняя граница закарстованных пород, которые могут подстилаться или монолитными породами той же фракции, или водонепроницаемыми глинистыми отложениями (рис. 8).



Рис. 8. Выделение водопроницаемых известняков

а - по кривым КС, ПС, 1Г; б - по данным резистивиметрии. Скважина находится в Крымской обл. d = 108 мм; rc = 120 ом.м; q = 6,4 м3/ч; С = 628 мг/л; 1 - кривая КС (зонд МА1А0,1В); 2 - кривая ПС; 3 - кривая 1Г; 4 - кривая rс до засоления воды в скважине; 5 - то же тотчас после засоления воды; 6 - то же через 15 мин после засоления воды; 7 - то же через 30 мин после засоления воды; 8 - то же через 65 мин после засоления воды

Каротаж по методу естественной гамма-активности (ГК) применяется для выделения в разрезе карстующихся пород относительно чистых и плотных, а также глинистых разностей этих пород.

Наиболее трещиноватые и обводненные известняки отмечаются на диаграммах ГК низкими значениями интенсивности, наоборот глинистые разности фиксируются максимальными значениями. Относительно чистые, плотные разности известняков характеризуются промежуточными значениями интенсивности естественного гамма-излучения.

Хорошие результаты по оценке степени трещиноватости слагающих пород дает гамма-гамма-каротаж (ГГК) (так называемый «плотностной каротаж»).

На диаграммах ГГК сильно трещиноватые разности известняков фиксируются повышенными значениями интенсивности вторичного (или рассеянного) гамма-излучения. Чем выше интенсивность, тем больше трещиноватость пород.

Каротаж ГГК рекомендуется сопровождать кавернометрическими измерениями по скважине для получения характеристики изменения диаметра скважин.

Для оценки направления подземных потоков в неглубоких трещиноватых (карстующихся) породах хорошие результаты дает метод заряженного тела (МЗТ), при котором в скважине создается раствор электролита (поваренной соли) повышенной концентрации с помощью мешка с солью, подвешенного в верхней части обводненного участка ствола скважины (оборудованного фильтром). Питающий электрод А располагается в скважине вблизи мешка с солью, другой питающий электрод на поверхности земли удаляется на десятикратное расстояние измерительной установки. Затем измеряются потенциалы поля вокруг скважины и проводятся линии равных потенциалов. Через определенный интервал 0,5 - 2 часа измерения повторяются и по смещению линий равного потенциала оценивают направление и скорость выноса подземным потоком зоны с растворенным электролитом. Метод позволяет прослеживать отдельные крупные трещины, по которым идет поток.

1   2   3
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации