Методы переменных электромагнитных полей

Из методов электроразведки переменными электромагнитными полями в практике инженерных изысканий чаще всего используются методы, основанные на измерении искусственных установившихся гармонических или неустановившихся полей различной частоты. Преимуществом методов переменного тока является возможность выполнять наблюдения без гальванического контакта (без заземлений).

Установившиеся гармонические поля используются в следующих методах:

- частотные электромагнитные зондирования (ЧЭМЗ) в различных модификациях;

- собственно частотные (ЧЗ), дистанционные (ДЗ), изопараметрические (ИЗ);

- при гальваническом или индуктивном способе возбуждения поля различных частот;

- дипольное индуктивное профилирование (ДИП). Другое используемое название - дипольное электромагнитное профилирование (ДЭМП);

- радиокомпарационный метод (радиокип);

- радиоволновое просвечивание (РВП). Другое используемое название - радиоволновая геоинтроскопия (РВГИ);

- электромагнитный каротаж (ЭМК), включающий диэлектрический (ДК) и индукционный (ИК).

Частотное электромагнитное зондирование (ЧЭМЗ) является методом, изучающим электрическую или магнитную составляющую электромагнитного поля, создаваемого гальваническим (с помощью заземления) или индукционным способом при помощи диполя или петли (рамки), питаемых переменным током. В зависимости от используемой модификации метода регистрируется напряженность компонентов магнитной (H_{x , y , z}) или электрической (E_{x , y , z}) составляющей поля (полного вектора, отдельных компонентов или их отношения) как функции периода переменного тока (), расстояния между излучателем и приемником (r), или обобщенного электромагнитного параметра p (p =| k |∙ r), где k - волновое число). Эффективное кажущееся сопротивление (p_ω), вычисляется из отношения измеренной разности потенциалов в приемном устройстве к силе тока в излучателе с учетом геометрического коэффициента установки. Уменьшая частоту тока, увеличивают глубинность исследования вследствие "скин-эффекта".

Методы интерпретации кривых частотного зондирования разработаны в основном для случая горизонтального строения разреза. В результате устанавливается положение горизонтальных или субгоризонтальных границ пород, характеризующихся отличающимися УЭС и (или) диэлектрической проницаемостью.

Геологическое истолкование получаемых материалов выполняется в основном на качественном уровне с использованием имеющихся сведений о зависимостях УЭС и диэлектрической проницаемости от состава и состояния исследуемых пород.

При дипольном индуктивном профилировании (ДИП) или дипольном электромагнитном профилировании (ДЭМП) изучается поведение измеряемого параметра электромагнитного поля (напряженность, отношение компонентов вектора напряженности) вдоль профиля наблюдений. Модификациями электромагнитного профилирования являются ВЧЭП (высокочастотное электромагнитное профилирование) и НЭП (непрерывное электромагнитное профилирование). Интерпретация данных профилирования позволяет установить положение геологических границ или локальных проводящих объектов в плане, а при благоприятных условиях оценить состав пород.

В радиокомпарационном методе (радиокип) изучается поле удаленных длинноволновых (ДВ) или сверхдлинноволновых (СДВ) радиостанций. Метод применяется в модификации профилирования с измерением электрических и магнитных составляющих поля и азимута вектора напряженности поля. По положению характерных аномалий на профиле фиксируются границы пород с разными УЭС и (или) диэлектрической проницаемостью.

В методе радиоволнового просвечивания (РВП) на выбранных оптимальных рабочих частотах измеряются компоненты электромагнитного поля (электрические или магнитные) и изучается поглощение энергии радиоволн породами, геологическими или техногенными образованиями, находящимися на трассе распространения волны, между приемной и излучающей антенной.

Передатчик и приемник с излучающей и приемной антеннами располагаются обычно в двух скважинах или в скважине и на поверхности, возможно также профилирование вдоль одной скважины. Анализ полученных данных позволяет определять удельное сопротивление и диэлектрическую проницаемость пород в естественном залегании и их распределение в изучаемом объеме среды. Диапазон применяемых частот (0,1-30 МГц) позволяет работать в породах с удельным электрическим сопротивлением от 20 Ом·м и выше при расстоянии между скважинами от 5 до 60 метров.

Особым условием применения метода является наличие скважин с обсадкой ствола радиопрозрачными (полиэтиленовыми) трубами с внутренним диаметром не менее 45 мм.

При электромагнитном каротаже (ЭМК) возбуждение поля и его регистрация производится с помощью антенн - магнитных диполей (катушек), перемещаемых вдоль ствола скважины при постоянном расстоянии между ними. Регистрируемая разность потенциалов связана с УЭС пород и их диэлектрической проницаемостью. Условием выполнения работ является отсутствие металлической обсадки скважины. Оценка влажности пород производится по корреляционным зависимостям диэлектрической проницаемости от содержания воды, установленным для пород различного состава. ЭМК может выполняться как в скважинах, заполненных жидкостью (буровым раствором), так и в сухих.

Неустановившиеся или импульсные поля используются в следующих методах:

- метод переходных процессов (МПП);

- зондирование становлением поля (ЗСП);

- радиолокационное зондирование (РЛЗ);

- радиолокационная аэросъемка.

В методах зондирования становлением поля (ЗСП) и переходных процессов (МПП) регистрируется процесс стабилизации поля, возникающего при искусственном возбуждении его прямоугольными импульсами постоянного тока. Различают две модификации метода: в "ближней зоне" (ЗСБЗ), которая находит наибольшее применение в решении инженерно-геологических задач, и "в дальней зоне" (ЗСДЗ). По результатам изучения процесса становления определяются приведенные кажущиеся сопротивления (p_τ) и суммарная проводимость (S_τ) для различных времен становления поля (t), меньшее из которых отвечает верхней части разреза, а наибольшее - обобщенной характеристике разреза в целом. Интерпретации палеточным и машинным способом подвергаются графики зависимости p_τ и S_τ от . По результатам интерпретации выполняется расчленение разреза по вертикали на слои с различными УЭС.

При радиолокационном зондировании (РЛЗ) изучаются сигналы, являющиеся отражениями коротких радиоимпульсов от подповерхностных объектов. Изучаются кинематические и динамические характеристики, величина которых зависит от расстояния до отражающего объекта и электрических свойств среды. РЛЗ выполняется как в отдельных точках, так и при наблюдениях вдоль профилей. По результатам РЛЗ строятся временные разрезы, на которых отображается положение границ в координатах времени прохождения зондирующего сигнала. Они могут быть преобразованы в разрезы реальных глубин при наличии данных о скоростях распространения радиоволн во вмещающей среде. Для получения этих данных РЛЗ выполняется в режиме годографа, когда измерения проводятся при разносе приемного и передающего устройства. Динамические характеристики позволяют оценивать состав и состояние пород на трассе распространения сигнала.

Глубинность метода определяется диэлектрической проницаемостью и УЭС зондируемых пород. В водонасыщенных песчано-глинистых грунтах она исчисляется первыми метрами (приложение Р), в многолетнемерзлых породах, ледниках, сухих песках - десятками и сотнями метров.

Для РЛЗ иногда используются другие названия - георадиолокационное зондирование (ГРЛЗ); георадиолокационное подповерхностное зондирование (ГПЗ).

Радиолокационная аэросъемка представляет собой модификацию РЛЗ, в которой излучающая и приемная антенны располагаются на летательном аппарате, а облучению подвергается определенная площадь земной поверхности. Получаемые данные преобразуются в видеоизображения, подобные аэрофотоснимкам. Характерные особенности изображения (плотность тона, рисунок, структура и др.) позволяют судить о состоянии приповерхностного слоя пород или почв - в первую очередь о его обводненности.

Сейсмоакустические методы

Сейсмоакустические методы основаны на изучении динамических и кинематических характеристик упругих колебаний в среде, создаваемых искусственными источниками возбуждения. Предпосылкой применения сейсмоакустических методов является различие скоростей распространения упругих волн и характеристик их поглощения, обусловленное составом, свойствами и состоянием грунтов.

При сейсмоакустических исследованиях изучаются сейсмические свойства горных пород, к которым относятся скорости продольных (v_p), поперечных (v_s) и поверхностных (v_{R . L}) волн, соответствующие коэффициенты (декременты) поглощения , и , a также величины их отношений.

Сейсмоакустические методы по диапазонам используемых частот колебаний подразделяются на:

- сейсмические (диапазон частот менее 1 кГц);

- акустические (диапазон частот 1-17 кГц);

- ультразвуковые (диапазон частот более 17 кГц).

К сейсмическим наземным методам относятся сейсмическое зондирование, сейсмическое продольное и непродольное профилирование в модификациях МПВ (КМПВ), MOB, ОГТ, ОГП.

Метод преломленных волн (МПВ) и корреляционный метод преломленных волн (КМПВ) основаны на регистрации продольных и поперечных волн - преломленных (головных) и рефрагированных, формирующихся в разрезах, где наблюдается увеличение скоростей с глубиной (). Благоприятным для применения МПВ (КМПВ) являются горизонтально-слоистые среды с небольшим числом слоев, характеризующихся большой дифференциацией по скоростям. МПВ (КМПВ) является основным методом при инженерных изысканиях, при определении глубины залегания подземных вод и при изучении упругих свойств грунтов.

Основным видом наблюдений является сейсмическое продольное профилирование. Реже используется непродольное профилирование (изучение вертикальных и крутопадающих контактов, в том числе сбросов, разломов, погребенных русел рек и т.п.). При продольном профилировании применяются системы наблюдений с получением встречных и нагоняющих годографов. Выносные пункты удара (возбуждения колебаний) желательно размещать на расстояниях, равных или кратных длине сейсмической косы. При детальном изучении верхней части разреза пункты удара (ПУ) располагаются не только на концах сейсмической косы, но и внутри интервала наблюдений.

При решении простых задач используется наблюдение при постоянной базе (расстоянии) между пунктом возбуждения и приемником (СППБ) или отдельными сейсмическими зондированиями (СЗ). При исследованиях на акваториях методические особенности применения МПВ связаны с необходимостью использования донных приемных устройств и достаточно мощных источников возбуждения.

Интерпретация сейсмических данных разделяется на два этапа:
- корреляция волн, построение годографов, введение поправок и увязка систем годографов (первый этап);

- расчет по годографам глубины залегания сейсмических границ, изучение характера изменения скорости упругих волн с глубиной и вдоль профиля - так называемое решение обратной задачи (второй этап).

Метод отраженных волн (MOB) основан на регистрации упругих волн, отраженных от достаточно протяженных границ изменения волновых сопротивлений. Этим границам обычно соответствуют литологические и тектонические поверхности разделов геологических сред. При измерениях по методу MOB изучаются кинематические (времена прихода, скорости распространения) и динамические (амплитуды, частоты) характеристики отраженных волн. Полевые исследования выполняются по системе многократных перекрытий. Для решения инженерно-геологических задач используются преимущественно фланговые наблюдения с 12-24-кратными перекрытиями. На участках с наиболее сложным строением выполняют наблюдения по системе 48-кратного перекрытия. Обработка данных MOB полностью автоматизирована и выполняется на компьютерах. Окончательный результат обработки представляется в виде временных и глубинных разрезов, в некоторых случаях в виде пространственных картин расположения отражающих поверхностей. MOB используется для определения глубины и характера залегания границ раздела геологических напластований, выявления структурных неоднородностей в строении массива пород.

Метод общей глубинной точки (ОГТ) является модификацией MOB, применяющейся при работах в сложных сейсмических условиях при больших наклонах и несогласиях отражающих границ. Метод применяется как при работах на суше, так и на акваториях. В методе ОГТ для ослабления влияния многократно отраженных волн применяют суммирование сейсмических записей, относящихся к общим глубинным точкам одноименных отражений (середине расстояния источник-приемник) и получаемых с помощью системы многократных перекрытий. Избыточность системы многократных перекрытий позволяет решать задачу ослабления регулярных (многократных, обменных) и нерегулярных волн - помех, что используется в алгоритмах компьютерной обработки.

В случае инверсного скоростного разреза (верхний слой имеет большую скорость, чем нижележащий) эффективно применение метода отраженных волн в варианте ОГТ на поперечных волнах, обеспечивающего высокое разрешение при прослеживании границ в верхней части разреза.

Метод общей глубинной площадки (ОГП) является аналогом метода ОГТ в случае, когда анализу подвергаются преломленные волны, а регистрация проводится при малых базах наблюдений. Методика ОГП основана на многократном перекрытии при фланговых системах наблюдений с выносом и суммированием по общей (центральной) глубинной площадке, аналогично ОГТ. Вынос источника равен абсциссе начальной точки для преломленной волны, соответствующей наиболее глубокой изучаемой границе. Это позволяет изучать при одной системе наблюдений несколько границ и представлять первичные данные в виде временных разрезов.

Скважинные методы включают сейсмический каротаж (СК), вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП), сейсмическое просвечивание (СП).

При скважинных сейсмических измерениях прием или возбуждение волн осуществляется непосредственно в скважинах и, наряду с прямыми проходящими волнами, используются отраженные и преломленные.

Сейсмическим каротажом (СК) называется метод определения средних скоростей путем измерения времени распространения проходящих волн, возбуждаемых у устья скважины или на некотором расстоянии от нее, до скважинного сейсмоприемника, опускаемого на разную глубину. Методика обработки СК включает осреднение ломаной линией вертикальных годографов, получаемых в результате проведенных измерений. По точкам излома годографа определяются границы выделенных пластов, а по наклону - величины скоростей.

Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) является эффективным методом околоскважинных и межскважинных исследований в сейсморазведочном диапазоне частот при распространении сейсмических волн во внутренних точках реальных сред. При ВСП используется система наблюдений, состоящая из источника колебаний и приемников (или одиночного приемника) упругих волн. Обычно в скважине перемещаются приемники, смонтированные в виде косы (приемник), а на поверхности земли перемещается, удаляясь от устья скважины, источник упругих колебаний (ПУ). Изучаются волны разных типов: продольные, поперечные и обменные. Анализируются не только первые вступления волн, но вся сейсмограмма.

По расположению сейсмоприемников различают прямое ВСП (сейсмоприемники располагаются в скважине), обращенное ВСП (сейсмоприемники находятся на земной поверхности, а возбуждение упругих колебаний происходит в скважине) и комбинированное ВСП.

По технике записи различают однокомпонентное ВСП (Z) и трехкомпонентное (поляризационная модификация).

По системам наблюдений выделяют односкважинное и многоскважинное ВСП.

В подземных методах применяются те же модификации, что в наземных и скважинных исследованиях.

Наличие скважин и горных выработок позволяет изучать грунтовый массив путем сейсмического просвечивания (СП). При этом может проводиться межскважинное просвечивание с использованием проходящих волн. Просвечивание осуществляется между скважиной или другой горной выработкой и дневной поверхностью. Сейсмоприемники устанавливаются в одной из выработок (скважине), удары (взрывы) производятся по стенке в другой выработке (скважине). При этом используются скважинные электроискровые и пневматические источники.

В дисперсных породах расстояние между выработками (скважинами) должны быть не менее первых метров и не более нескольких десятков метров. В более плотных породах базы могут быть увеличены.

Интерпретация сейсмического просвечивания (СП) проводится по временам первых и последующих вступлений проходящих волн. Определяется скоростное строение массива, анализ которого позволяет выделять неоднородности во внутренних точках массива. Резкие локальные уменьшения скоростей упругих волн для определенных направлений указывают на наличие зон с пониженной скоростью (карст, зоны тектонических нарушений и т.п.). Компьютерная обработка осуществляется по стандартным программам с получением томографического изображения.

Непрерывное сейсмическое профилирование (НСП) является модификацией MOB, используемой при исследованиях на акваториях с движущегося судна с использованием невзрывных источников и пьезокос в качестве приемных устройств. Частотный диапазон исследований составляет 150-750 Гц. Исследования выполняются по отдельным профилям или по системе профилей (площадная съемка). Специфические помехи, характерные для НСП, убираются с помощью различных средств (технических, методических и программных при машинной обработке).

В акустических методах используются колебания сравнительно высоких частот (до 20 кГц), которые сильно поглощаются в исследуемой среде, поэтому изучаемые базы (глубины) невелики. Они варьируют от первых метров до первых десятков метров. Разрешающая способность методов (минимальные размеры изучаемых объектов) зависит от длительности и частоты изучаемого сигнала, глубины залегания исследуемых объектов, уровня помех и эффективности их подавления.

При акустических исследованиях, как правило, проводят комплексные измерения по методикам просвечивания и профилирования. При просвечивании получают надежные данные о скоростях продольных волн. Профилирование используют для определения скорости волн Релея, по которым рассчитываются скорости поперечных волн.

Акустические методы используются при изучении скальных массивов и песчано-глинистых пород в шурфах, котлованах, канавах. При исследовании пород в мерзлом состоянии широко используют методику продольного и кругового профилирования.

Акустический каротаж (АК) является одним из основных акустических методов и применяется в двух модификациях: точечный и волновой.

Точечный акустический каротаж обычно проводят многоканальным зондом, позволяющим вычислять интервальные скорости продольной (Р) и поверхностной (R) волн, которые после сглаживания используют для литологического расчленения разреза, выделения зон трещиноватости, расчета упругих и других физико-механических характеристик.

Волновой акустический каротаж проводят в скважинах, заполненных буровым раствором или водой, с непрерывной цифровой регистрацией волнового акустического сигнала и с последующей компьютерной обработкой. Этот громоздкий и сложный в производстве метод применяется для решения специальных задач в инженерной геологии.

Акустическое просвечивание (АП) между скважинами основано на изучении характеристик поля упругих колебаний с частотой до 10 кГц. При этом исследуются массивы пород до первых десятков метров. Межскважинное просвечивание позволяет подробно дифференцировать разрез. Эта особенность позволяет применять межскважинное просвечивание для изучения сложнопостроенных сред в тех случаях, когда малоэффективны традиционные методы сейсморазведки. В качестве источников сигнала могут использоваться скважинно-электроискровые.

Ультразвуковой метод применяется для измерения скоростей упругих волн в скальных, полускальных и мерзлых породах в лабораторных (на образцах пород) и естественных условиях (в обнажениях, стенках горных выработок, в разведочных шурфах и скважинах), с использованием частоты обычно свыше 25 кГц. В связи с большим затуханием упругих волн ультразвуковой частоты, исследуемые базы не превышают первых метров. При ультразвуковых исследованиях применяются те же методические приемы, что и в акустических методах. Разнообразие систем наблюдения при измерениях можно свести к двум основным - профилированию и просвечиванию.

Ультразвуковой каротаж (УЗК) является специальным видом наблюдений в скальных породах и мерзлых грунтах, выполняемых по методике профилирования со встречной системой годографов. При этом одновременно прослеживаются продольные и поперечные или поверхностные волны. Измерения производят с помощью многоточечных каротажных снарядов (5-7 датчиков) в сухих не обсаженных скважинах.

УЗК выполняет с целью расчленения разреза и определения характеристик состава, строения и свойств массива.

Ультразвуковое просвечивание между скважинами выполняется, как правило, в скальных и мерзлых породах на базах 1-1,5 м с получением продольных и поперечных волн в субгоризонтальном направлении.

Магниторазведочные методы

Магниторазведочные методы применяются для целей геологического картирования в условиях магнитоактивных пород (основные изверженные, некоторые метаморфические и песчано-глинистые с содержанием обломков пород с повышенной магнитной восприимчивостью).

Микромагнитная съемка применяется для расчленения по литологическим признакам осадочных пород и четвертичных отложений, изучения трещиноватости скальных пород и геодинамических процессов на оползневых и карстоопасных участках. Используются приборы повышенной чувствительности (протонные, квантовые магнитометры) и специальные приемы обработки материалов.

Наземная профильная магниторазведка для целей картирования проводится в зависимости от масштаба съемки и стадии (этапа) проектирования при расстоянии между профилями 20-100 м.

Микромагнитная съемка на площадках проводится в зависимости от масштаба съемки и стадии (этапа) проектирования при расстоянии между профилями 5-10 м с шагом наблюдений по профилю 2-2,5 м, на отдельных обособленных профилях - с шагом 2-5 м, на оползневых участках - по сети от 1х1 до 2х2 м.

Микромагнитная съемка при изучении геодинамических процессов, связанных с подвижками отдельных частей массива грунтов и (или) перераспределением напряжений, проводится на закрепленных пунктах с периодичностью, обеспечивающей контроль за изменяющейся во времени геодинамической обстановкой.

Гравиразведочные методы

Гравиразведочный метод (гравиразведка) основан на изучении поля силы тяжести (v_z), аномалии которого связаны с изменением плотности пород. Отличительная особенность метода при инженерно-геологических изысканиях заключается в производстве наземных наблюдений на ограниченных площадках с целью поиска грунтовых неоднородностей. Наблюдения выполняются чувствительными высокоточными гравиметрами с применением методик регистрации и обработки, позволяющих оценить локальную аномалию с точностью несколько микрогал (10^-8 мс^-2). В ряде случаев для большей дифференциации изучаемой среды возможно использование вторых производных силы тяжести (v_zz), что на практике достигается разновысотными наблюдениями с помощью специальной вышки.

По результатам профильной или площадной съемок, выполняемых рейсами, начинающимися и заканчивающимися на опорных пунктах, после введения всех необходимых поправок строятся графики или карты аномалий силы тяжести в редукции Буге (Δ g _Б).

Интерпретация гравиметрии, при которой анализируются графики и карты аномалий поля силы тяжести, производится на качественном и количественном уровнях. В последнем случае на основе априорной геоплотностной модели изучаемой среды, базирующейся на информации о плотности пород и форме объекта, определяют его геометрические и плотностные характеристики. Кроме того, при проведении режимных наблюдений, выполняемых на закрепленных пунктах, высокоточная гравиразведка позволяет обнаруживать активные разрывные структуры.

Современная точность гравиметров позволяет фиксировать в верхней части разреза (до глубины 10 м) неоднородности, отличающиеся друг от друга по плотности на 0,02-0,03 г/см³.

Ядерно-физические методы

Ядерно-физические методы (радиоизотопные) базируются на существовании связей ядерных свойств пород с их плотностью, влажностью и глинистостью. Наиболее широко используются: гамма-гамма метод (ГГМ) определения плотности, нейтрон-нейтронный метод (ННМ) определения влажности и метод естественной радиоактивности для определения глинистости, как правило, в модификации скважинного и пенетрационного каротажа. Работы первыми двумя методами требуют использования искусственных радиоактивных источников.

ГГМ основан на рассеянии и ослаблении гамма-излучения на электронах атомов вещества, пронизываемого гамма-излучением. Источником гамма-квантов является цезий-137. Используются два способа: просвечивания (метод ослабления первичного гамма-излучения) и метод рассеянного первичного излучения. В обоих случаях измеряется плотность потока, или интенсивность (прошедших или рассеянных) гамма-квантов. Плотность определяется пересчетом по градуировочной зависимости в соответствии с ГОСТ 23061, регламентирующим выполнение градуировки.

ННМ основан на эффекте замедления быстрых нейтронов на атомах водорода и заключается в регистрации потока замедленных надтепловых и тепловых нейтронов. В методе используется плутониево-бериллиевый источник быстрых нейтронов и гелиевый или сцинтилляционный счетчик в качестве детектора медленных нейтронов. Методика, требования к соблюдению мер безопасности при работе и к градуировке приборов регламентируются ГОСТ 23061.

Метод естественной радиоактивности для определения глинистости дисперсных пород основан на зависимости естественного гамма-излучения от содержания глинистой фракции в породах. Для расчета содержания глинистой фракции используются корреляционные связи интенсивности естественного гамма-излучения и величиной . Естественная радиоактивность измеряется в соответствии с ГОСТ 25260*

Метод протонного магнитного резонанса (ПМР) основан на возбуждении осциллирующего суммарного магнитного момента протонов и последующего детектирования электромагнитного поля, создаваемого этим осциллирующим магнитным моментом. В процессе работы антенной больших размеров создается импульсное магнитное поле внутри исследуемого объема. Частота заполнения импульса выбирается равной частоте прецессии магнитных моментов протонов вокруг магнитного поля Земли. Измерение наведенного прецессирующего магнитного момента после окончании действия возбуждающего магнитного поля осуществляется той же антенной. Основным носителем протонов в грунте является вода, поэтому метод рассчитан на детектирование воды.

Сигналы от различных слоев воды, различающихся по глубине и времени релаксации, складываются друг с другом в интегральном выражении. Распределение влажности по глубине определяется специальной обработкой получаемых материалов. Метод позволяет оценивать количество воды в пределах цилиндра глубиной D и диаметром 2D, где D - диаметр антенны.

Газово-эманационные методы

Газово-эманационные методы используются для определения уровня содержания радиоактивных газов - радона, торона и их соотношения, а также содержания газов в подпочвенном воздухе. В зависимости от стадии проектирования и задач инженерных изысканий проводится профильная или площадная съемка в модификации эманационных (радон-тороновых) или совместных (газово-эманационных) измерений. Отбор проб подпочвенного воздуха в зависимости от масштаба съемки и стадии (этапа) проектирования выполняется по сетке от 5 м x 5 м до 20 м x 20 м.

На основе анализа материалов газово-эманационной съемки, рассматриваемых в совокупности с геологическими и другими геофизическими данными, проводится структурно-геодинамическое картирование. Выделяются устойчивые блоки пород, геодинамические зоны с различным уровнем активности, связанной с разрывной тектоникой, трещиноватостью и участками перераспределения напряжений в массиве пород и грунтов, обусловленными протекающими естественными геологическими процессами и техногенной нагрузкой.

Газово-эманационная съемка может проводиться в режиме повторения измерений с выбранными периодами с целью мониторинга отслеживаемых процессов.

Термометрия

Термометрия основана на изучении температурного поля грунтов. Информация, полученная с ее помощью, используется при интерпретации геофизических данных (особенно в районах распространения мерзлых грунтов, где ее применение является обязательным). Кроме того, результаты измерения температуры в грунтовом массиве или в толще воды могут использоваться для решения инженерно-геологических и гидрогеологических задач, таких как:

- получение температурных данных для выбора типов фундаментов и выработки рекомендаций по выбору принципа использования многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований фундаментов;

- выявление зон воздействия термальных вод;

- выявление зон нарушения режима подземных вод за счет утечек из водонесущих коммуникаций;

- обнаружение мест протекания и действия физико-химических процессов, влияющих на загрязнение геологической среды;

- оценка и прогноз устойчивости территорий освоения.

Термометрия осуществляется как полевыми, так и лабораторными методами.

Полевые измерения следует выполнять в соответствии с ГОСТ 25358-82. Измерения температуры должны выполняться в заранее подготовленных и выстоянных скважинах. Для измерения температуры грунтов не допускается использование скважин, заполненных водой или другой жидкостью.

При термометрии используются термометры любого типа (термометры расширения, термоэлектрические приборы, термометры сопротивления - металлические или полупроводниковые приборы), имеющие следующую инструментальную погрешность:

- ±0,1 °С в диапазоне температур ±3 °С;

- ±0,2 °С в диапазонах температур +3 - +10 °С и -3 - -10 °С;

- ±0,3 °С в диапазонах температур свыше +10 °С и ниже -10 °С.

Результаты термометрии следует оформлять в табличной форме в виде сводной ведомости и в виде графиков распределения температуры по глубине по каждой скважине при одноразовых измерениях или в виде графиков термоизоплет (в координатах глубина и время) для режимных измерений по отдельным скважинам. Для однократных измерений по ряду скважин строятся графики изотерм (в координатах глубина и расстояние между скважинами). Графики изотерм, как правило, следует совмещать с геологическим разрезом, на котором показываются границы раздела талых и мерзлых грунтов, полученные по результатам инженерно-геологической и геофизической разведки, с указанием времени проведения этих работ.

Сопутствующие методы

Кавернометрия выполняется для измерения фактического диаметра скважин, который может быть как больше номинального (при проходке рыхлых песков, сильнотрещиноватых пород, кавернозных известняков и т.п.), так и меньше номинального (в интервале проходки пластичных глинистых грунтов).

Диаметр скважины измеряется с помощью каверномеров, оценивающих средний диаметр скважины, и каверномеров-профилемеров, определяющих форму сечения скважины на разных участках. Кавернометрическая аппаратура выпускается в виде отдельных приборов и в комплексе с каротажными приборами и станциями. Перед началом измерений кавернометрическая аппаратура должна проходить градуировку. В процессе измерения диаметра скважины записывается кавернограмма, обычно регистрируемая в масштабе глубин 1:200 и 1:500. Масштаб записи диаметра чаще выбирается 5 см/см, и при детальных исследованиях - 1-2 см/см.

В геофизике данные кавернометрии используются для интерпретации материалов БКЗ и радиоактивного каротажа.

Инклинометрия выполняется для измерения искривления скважины с целью контроля за смещением оси скважины от заданного направления. Искривление скважины определяется по двум углам: зенитному углу φ отклонения скважины от вертикали и азимуту вертикальной плоскости, в которой лежит ось скважины. Измерение угла и азимута искривления скважины производится с помощью инклинометров двух типов. Наиболее распространены инклинометры с дистанционным электрическим измерением, основой которых являются отвес и магнитная стрелка. Второй тип - это гироскопические инклинометры, в которых применены гироскопы с тремя степенями свободы.

По результатам измерения угла и азимута искривления скважины строится инклинограмма - проекция оси скважины на горизонтальную плоскость, выполненная последовательно по отдельным интервалам, как правило, в масштабе 1:200.

Инклинометрия в инженерной геофизике применяется как вспомогательный метод при производстве скважинных измерений. Инклинометрия используется для точного определения расстояния между скважинами при сейсмическом, акустическом и радиоволновом просвечиваниях, а также при наблюдениях за геодинамическими процессами (оползнями, сейсмогенными, криповыми и другими смещениями пород и грунтов).