Инженерно-геологические задачи и геофизические методы их решения

2.1 Изучение в плане и разрезе положения геологических границ

Определение рельефа поверхности скальных и мощности перекрывающих их дисперсных грунтов. Определение основано на скачкообразном изменении (сверху вниз) скоростей продольных и поперечных волн, удельных электрических сопротивлений (УЭС) и плотности контактирующих пород.

Основными методами исследования являются: сейсморазведка методом преломленных (МПВ) и отраженных (MOB) волн, электроразведка постоянным током в модификациях вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ), частотных электромагнитных зондирований (ЧЭМЗ) и зондирований становлением поля (ЗСП). Все виды геофизического профилирования входят в состав вспомогательных методов. При наличии скважин в комплексе должны использоваться те виды каротажа, которые фиксируют указанные различия контактирующих грунтов по перечисленным выше свойствам. Данные каротажа, лабораторных и параметрических измерений на образцах, керне и на обнажениях используются для более точной интерпретации результатов наземных наблюдений.

Расчленение разреза скальных и дисперсных пород на слои различного литолого-петрографического состава основано на различии пород по их физическим свойствам. Основными геофизическими методами решения этой задачи являются: электроразведка (ВЭЗ, ЗСП), сейсморазведка (МПВ и MOB), непрерывное сейсмическое профилирование (НСП) на акваториях, радиоволновое просвечивание (РВП) и большинство видов каротажа. Роль вспомогательных методов могут играть ЧЭМЗ, вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП), методы вызванной поляризации (ВП) и РЛЗ.

Определение глубины залегания подземных вод (уровня грунтовых вод) и мощности водоносных горизонтов в обломочных и трещиноватых скальных и полускальных породах. Основное отличие водонасыщенных пород от неводонасыщенных по электрическим свойствам проявляется в том, что первые характеризуются существенно более низкими значениями УЭС и более высокими значениями диэлектрической проницаемости. Наибольшие различия наблюдаются в песках, галечниках, трещиноватых скальных породах и значительно меньше - в дисперсных породах, содержащих большое количество частиц глинистой фракции, а также в нетрещиноватых скальных породах.

Скорости распространения продольных упругих волн на границе водонасыщенных и неводонасыщенных пород претерпевают скачкообразное увеличение, при этом скорости поперечных волн изменяются не так резко.

Основными геофизическими методами решения задачи являются: электроразведка постоянным током в модификациях вертикальных электрических зондирований методом сопротивления (ВЭЗ) и вызванных потенциалов (ВЭЗ ВП), сейсморазведка методом преломленных волн (МПВ), а также РЛЗ. Для количественных оценок содержания воды может быть использован метод протонного магнитного резонанса (ПМР).

Определение глубины залегания, мощности и распространения линз и горизонтов засоленных вод и криопэгов. Главной отличительной особенностью засоленных вод (растворов) является значительное понижение их УЭС при увеличении концентрации и незначительная изменчивость остальных характеристик.

Основным геофизическим методом решения этой задачи является ВЭЗ. В качестве вспомогательных методов используются ВЭЗ ВП, ЧЭМЗ, ЗС, РВП.

Определение в плане и разрезе положения границ мерзлых и немерзлых пород. Переход пород, содержащих в своем составе воду, в мерзлое состояние сопровождается скачкообразным увеличением их УЭС и скоростей упругих волн, величина которого тем больше, чем больше свободной воды содержится в породе.

Основными методами являются электроразведка методом сопротивлений в различных модификациях, частотные методы зондирования и профилирования (ЧЭМЗ, ДЭМП, ВЧЭП, НЭП, РВП, РЛЗ) и сейсморазведка (МПВ, СППБ, MOB, ВСП). Вспомогательными являются метод вызванных потенциалов (ВЭЗ ВП), естественных потенциалов (ЕП), радиокип.

Определение глубины залегания и мощности внутригрунтовых льдов и льдов, залегающих с поверхности. Лед наряду с мерзлыми песками характеризуется большими значениями УЭС и скоростями упругих волн, меньшей плотностью и меньшей диэлектрической проницаемостью по сравнению с влагонасыщенными породами. В отличие от слабомагнитных глин лед практически немагнитен.

Возможность использования сейсморазведки MOB обусловлена существованием отличия акустической жесткости льда от вмещающих пород. Вспомогательные методы - гравиразведка и магниторазведка используются в случае достаточно крупных скоплений льда.

Основными методами определения мощности ледников и крупных наледей являются радиолокационное зондирование и сейсморазведка (МПВ и MOB).

Выявление и оконтуривание зон повышенной трещиноватости, тектонических нарушений и активных разрывных структур. Основным способом наблюдений является профилирование. В качестве основных методов исследования используются: ЭП, ВЭЗ, МПВ, MOB, ОГТ, ДЭМП, Г-Э, М, Г, а в качестве вспомогательных - ВСП, НСП, Кар, ЧЭМЗ, РЛЗ, ВЭЗ ВП, РВП, ЕИЭМПЗ.

Обнаружение и оконтуривание в плане и разрезе карстовых полостей и подземных выработок. Основными методами являются: ВЭЗ, ВИЭП, РВП, МПВ, ОГТ, СП, микрогравиразведка, РЛЗ. В качестве вспомогательных методов применяются Г-Э, ЕП, резистивиметрия, МЗТ, ЕИЭМЗ, АЭ.

Обнаружение и оконтуривание в плане и разрезе отдельных ледяных тел различной морфологии (пластовых, повторно-жильных) и зон повышенной льдистости. Наряду с основными методами, аналогичными используемым при решении задач п.6.1.9, в качестве вспомогательных используются МПП, РВП, высокоточная гравиразведка и, при наличии магнитной восприимчивости у вмещающих пород, - высокоточная магниторазведка.

Оконтуривание и определение мощности таликов, перелетков и мерзлых пород среди талых. Эти задачи решаются методами, перечисленными в п.6.1.8 и базирующимися на тех же физических основах.

Определение в плане и разрезе положения границ загрязненных пород (в том числе радиоактивными веществами). Выбор методов осуществляется на основе априорного знания свойств пород, претерпевших изменения и степени изменений. Целесообразно выполнение специальных параметрических измерений. Выбранные методы в зависимости от конкретных задач используются в модификациях зондирования или профилирования. При загрязнении радиоактивными веществами основным методом является радиометрическая съемка.

Локализация мест разгрузки подземных и техногенных вод, мест фильтрации вод через земляные сооружения. Выход подземных вод на поверхность и все процессы фильтрации сопровождаются появлением естественных потенциалов, как правило, положительных в местах разгрузки.

Основными методами являются: резистивиметрия, ЕП, термометрия, ВЭЗ ВП; РВП, а вспомогательными - электропрофилирование, МПВ на продольных волнах.

Л окализация мест коррозии или опасности коррозии подземных металлических сооружений (ПМС). Решение задачи локализации мест коррозии основано на появлении в этих местах аномальных электрических потенциалов электрохимического генезиса. Основным методом является профилирование или съемка методом ЕП.

Оценка коррозионной опасности в результате действия блуждающих токов и агрессивности вмещающей среды по отношению к стальным подземным сооружениям производится путем специальных измерений, выполняемых в соответствии с ГОСТ 9.602-89*. В основе метода лежит измерение разности потенциалов между эталоном из стали или самого ПМС и электродом сравнения.

Наличие блуждающих токов в земле определяется с помощью измерения разности потенциалов между двумя точками на поверхности земли при разносе измерительных электродов равном 100 м, располагающихся в двух взаимноперпендикулярных направлениях через каждые 1000 м трассы. Замеры производятся через каждые 5-10 секунд в течение 10-15 минут.

Обнаружение и локализация в плане и разрезе отдельных технических объектов (инженерных коммуникаций, погребенных фундаментов и пр.). Выбор методов осуществляется на основе априорных знаний о свойствах искомого объекта. Наиболее информативными могут быть РЛЗ, микромагнитная съемка, ЕП, ДЭМП, ДИП.