Экспериментальное исследование эффективности комплексирования сейсморазведки на отраженных SH-волнах и георадарного профилирования при картировании кровли карбонатных пород на территории крупных городов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.12, кандидат технических наук Анур Абделькадер

• Анур Абделькадер
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Анур Абделькадер

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и постановка задачи

1.1 Типичные сейсмогеологические условия задачи картирования кровли карбонатных пород

1.2 Геоэлектрические условия

1.2.1 Электрофизические свойства горных пород

1.2.2 Георадиолокационные модели среды

1.3 Концепция комплексирования сейсморазведки и георадиолокационных исследований для картирования кровли карбонатных отложений

1.3.1 Постановка задачи исследований

1.3.2 Комплексирование методов сейсморазведки и георадиолокации при решении поставленной задачи

1.4 Сейсмические методы исследований

1.4.1 Метод преломленных волн

1.4.2 Метод отраженных волн

1.4.3 Требования к аппаратуре при малоглубинных сейсмических исследованиях

1.5 Георадиолокационный метод исследований

1.5.1 Круг задач, решаемых с помощью георадара

1.5.2 Принципы и ограничения метода георадиолокационных исследований

1.5.3 Распространение электромагнитных волн в реальных средах

1.5.4 Некоторые примеры применения георадарного метода

1.5.5 Аппаратурно-технологическая база георадиолокационного метода

ГЛАВА 2. Сейсмические исследования на отраженных 8Н-волнах для картирования кровли карбонатов в условиях московского разреза

2.1 Обоснование методики работ на БН-волнах

2.2 Система наблюдений

2.3 Аппаратура для сейсмических исследований

2.4 Обработка сейсмического материала

ГЛАВА 3, Георадиолокационные исследования

3.1 Методика георадарных исследований

3.2 Аппаратура для георадиолокационных исследований

3.3 Обработка материалов георадарных исследований

3.4 Описание результатов георадиолокации

3.5 Скоростной анализ георадиолокационных данных и привязка отражений по глубине

ГЛАВА 4. Комплексная интерпретация и построение карты

кровли известняков

4.1 Методика проверки достоверности построений рельефа кровли карбонатов по данным сейсмических исследований

4.2 Методика проверки достоверности построений рельефа кровли карбонатов по данным георадиолокационных исследований

4.3 Сравнительный анализ поля отраженных упругих и электромагнитных волн, порождаемого кровлей карбонатов

4.4 Основные принципы совместной интерпретации сейсмических и георадарных данных

4.5 Краткий очерк геологического строения района исследований

4.6 Корреляция сейсмических и георадарных результатов

4.7 Результаты: построение карты рельефа кровли карбонатов и привязка к скважинам

Заключение

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование эффективности комплексирования сейсморазведки на отраженных SH-волнах и георадарного профилирования при картировании кровли карбонатных пород на территории крупных городов»

ВВЕДЕНИЕ

Основной целью инженерно-геологических исследований в городских агломерациях является комплексная оценка геологических факторов, оказывающих влияние на осуществление инженерных мероприятий, связанных с различными видами строительства, и разведкой, и т.д. При этом должны быть получены сведения о составе пород и условиях их залегания, гидрогеологических и геокриологических условиях, современных геологических процессах и физико-механических свойствах пород. Полнота указанных сведений, точность определения отдельных параметров, глубинность исследований и т.д. зависят от назначения и стадии инженерно-геологических работ, а также от геологических особенностей изучаемой территории.

В целом перед инженерно-геологических исследованиями ставятся многочисленные и весьма разнообразные задачи, которые можно объединить в три группы [Н. Н. Горяинов, и др.(1979). В. Н. Никитин, (1981). Ф. М. Ляховицкий, и др.( 1989) ]:

1. Задачи, связанные с изучением строения участка исследований, т.е. с выделением и прослеживанием границ - литологических, гидрогеологических, геокриологических тектонических и т.д.

2. Задачи, связанные с оценкой состава, состояния и физико-механических свойств пород, слагающих разрез на участке исследования;

3. Задачи, связанные с изучением характера изменения инженерно-геологических условий, т.е. с изучением процессов - современных геологических и инженерно-геологических.

В эти группы входят также задачи, возникающие при некоторых других видах работ, нередко проводящихся в рамках инженерно-геологических исследований - поисках и разведке месторождений строительных материалов,

контроле эффективности искусственного закрепления грунтов, оценке разрабатываемости горных пород и т.д.

Одной из широко распространенных задач является изучение кровли карбонатных отложений под рыхлыми осадками при проектировании разнообразных строительных работ и других инженерных мероприятий.

Актуальность темы. Проблемы и задачи изучения верхней части разреза, когда карбонатные породы, осложненные карстовыми явлениями и тектоническими нарушениями, залегают на глубине 15 - 30 м от поверхности (подходят близко к поверхности), остро стоят для многих регионов. В широко распространенном случае, когда эта ситуация существует в пределах крупных городов и промышленных агломераций, задача изучения кровли карбонатов приобретает особо важное значение не только с инженерной, но и с экономической и экологической точек зрения. До недавнего времени основным геофизическим инструментом для решения этих проблем являлся сейсмический метод первых вступлений с использованием головных или рефрагированных волн. Однако в условиях городских агломераций использование этого метода в большинстве случаев ограничено ситуациями, когда мощность покрывающих карбонаты отложений не превышает 5-8 метров. При больших глубинах залегания кровли карбонатов для проведения работ МПВ требуются профили, длина которых должна превышать глубину залегания минимум в 3-4 раза, что далеко не всегда возможно в городских условиях.

Совершенствование аппаратурно-методической базы сейсмических методов и развитие приемов обработки данных позволяют сейчас решать эти проблемы с помощью отраженных сдвиговых волн.

С другой стороны, в последние 5-7 лет бурно развивается георадарный метод исследования приповерхностной части разреза. Этот метод отличается высокой производительностью наблюдений в режиме пешеходной съемки,

высокой разрешающей способностью. При этом результаты георадиолокации по структуре волнового поля весьма сходны с результатами сейсморазведки на постоянных базах. Однако глубинность георадиолокационного метода в сильной степени зависит от электрофизических свойств пород и не превышает 30 метров.

Таким образом, в указанном диапазоне глубин возникают предпосылки для комплексного использования сейсморазведки и георадиолокации с целью достижения высокой производительности и необходимой надежности интерпретации полученных результатов по каждому из методов.

Целью работы является экспериментальное изучение эффективности комплексирования сейсморазведки на отраженных БН-волнах и георадарного профилирования для решения поставленной задачи, а также разработка методов комплексной интерпретации результатов. В случае положительного результата возможно обеспечить экономию средств на проведение работ путем сокращения объемов бурения и сейсморазведки как наиболее трудоемкого из рассматриваемых методов за счет использования георадиолокации, обеспечить повышение информативности исследований и достоверность конечного результата за счет комплексирования независимых геофизических методов.

В рамках этого подхода сейсмические наблюдения на отраженных сдвиговых волнах могут использоваться в относительно малых объемах для получения опорной сети профилей. Георадиолокационные исследования могут быть проведены по густой сети профилей, обеспечивающей построение карты поверхности карбонатов.

Ряд примеров, иллюстрирующих различные положения диссертационной работы, взят из материалов комплексных геофизических исследований кровли карбонатов на одной из строительных площадок г. Москвы.

Научная новизна работы. Впервые экспериментально показана эффективность комплексирования сейсморазведки на отраженных SH-волнах и георадарного профилирования при решении инженерно-геологических задач в условиях, когда над толщей карбонатных пород залегают песчано-глинистые отложения.

Экспериментально проверены необходимые и достаточные условия для успешного комплексирования сейсморазведки на SH-волнах и георадиолокации. Достоверность сделанных построений кровли карбонатов заверена бурением.

Практическая значимость работы. Предложен и разработан инструмент, который позволяет резко сократить финансовые и временные затраты при решении инженерно-геологических задач в условиях города, и построить карту рельефа кровли карбонатов с такой детальностью и точностью, которой нельзя достигнуть даже при большом объеме бурения.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на конференции "Ломоносовские чтения - 99" геологического факультета МГУ, на заседании кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ.

Публикации. Основные научные положения диссертации, результаты исследований освещены в 2 печатных работах.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения; содержит 139 страниц машинописного текста, в том числе 43 рисунка, 11 таблиц и список литературы из 67 наименований.

Работа выполнена автором на кафедре сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору A.B. Калинину за постоянную помощь, поддержку, участие и полезные советы.

Автор выражает также свою искреннюю благодарность кандидату геол.-мин. наук, доценту М. Л. Владову , кандидату геол.-мин. наук с.н.с. А. В. Старовойтову, кандидату геол-мин. наук, доценту Л. М. Кульницкому , ст. преподавателю М. Ю. Токареву за плодотворное сотрудничество и полезные советы, здоровую критику и оказанную ценную помощь при выполнении работы, а также, всем, без исключения, сотрудникам кафедры сейсмометрии и геоакустики.

Заключение диссертации по теме «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», Анур Абделькадер

ВЫВОДЫ К ГЛАВАМ 2 И 3.

Исходя из рассмотренных возможностей двух методов в условиях типичного московского разреза, предлагается использовать сейсморазведку методом отраженных БН-волн как опорный метод для определения положения отражающей целевой границы на опорных профилях по сравнительно редкой сети, а георадарное профилирование проводить по плотной сетке профилей, включая опорные, и покрывая всю исследуемую площадь для построения карты рельефа кровли карбонатов.

При такой комбинации двух методов сейсмические данные позволяют повысить надежность выделения целевых электромагнитных волн на всех профилях по всей площадке в условиях высокого уровня помех и позволяют даже в отсутствие дифрагированных волн определить скорость распространения электромагнитных волн в толще над карбонатными породами.

ГЛАВА 4.

КОМПЛЕКСНАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ И ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ РЕЛЬЕФА КРОВЛИ ИЗВЕСТНЯКОВ

После того, как в опорных точках и на части опорных профилей проведена привязка отражений и сейсмических, и электромагнитных волн к глубине - кровле карбонатных отложений, необходимо распространить этот процесс на все выделенные отражения по всем профилям. Однако отсутствие детальной информации о значениях скоростей распространения волн обоих физических типов ставит ряд вопросов о точности и достоверности таких построений и требует дополнительных исследований.

4.1. МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ ДОСТОВЕРНОСТИ ПОСТРОЕНИЙ РЕЛЬЕФА КРОВЛИ КАРБОНАТОВ ПО ДАННЫМ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Использование сейсморазведки для решения представленной задачи и желание ограничиться только редкой сетью опорных профилей заставляют очень критично подходить к построению рельефа целевой границы.

Однако в связи с тем, что верхняя толща разреза сильно неоднородна, вследствие чего скорость распространения упругих волн в верхней части может сильно меняться по профилю, нельзя с большой уверенностью утверждать, что построенный рельеф границы и все изгибы наблюдаемой оси синфазности отраженных волн от границы известняков, относятся действительно к реальной форме рельефа этой границы, а не связаны с изменением скорости в верхней толще.

При понижении скорости распространения сдвиговых волн в верхней толще это отразится на времени пробега этих волн и приведет к "прогибанию" границы. И наоборот, неучтенное повышение средней скорости в покрывающей толще приведет к появлению "положительных" форм рельефа.

Отсюда возникает необходимость проведения детального анализа пространственного спектра рельефа границы. Необходимо отличать те формы рельефа, которые действительно относятся к геометрии границы, от тех, которые могут быть связаны только с изменением скорости в покрывающей толще.

Проверку гипотезы о связи формы оси синфазности отраженных волн от границы известняков на временных разрезах с изменением скорости в верхней толще разреза можно осуществить с помощью кинематического анализа поля поверхностных волн Релея. Эти волны позволяют оценить скорость сдвиговых волн в приповерхностной части разреза и ее изменчивость в горизонтальном направлении для верхней толщи в пределах мощности 6-8 метров. Этот прием подробно изложен в работе [13] .

Таким образом, выделяя низкочастотную пространственную компоненту рельефа границы и корректируя ее положение по глубине в соответствии с определенным по волнам Релея латеральным изменением средней скорости в покрывающей толще, можно существенно повысить достоверность опорных сейсмических построений.

4.2. МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ ДОСТОВЕРНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ РЕЛЬЕФА КРОВЛИ КАРБОНАТОВ ПО ДАННЫМ ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Георадарные изыскания использовались нами для картирования кровли карбонатов по густой сети профилей, покрывающей всю площадку. В результате на первом этапе мы получили положение и рельеф указанной границы с использованием постоянной средней скорости в верхней толще. В данном случае также возникает вопрос об истинности построенного рельефа отражающей границы и влиянии на него латеральных изменений скорости в верхней толще разреза.

В случае георадарных исследований изменение в скорости распространения электромагнитных волн происходит при изменении диэлектрической проницаемости толщи, величина которой, в свою очередь, связана прежде всего с водонасыщенностью.

При высокой влажности, диэлектрическая проницаемость породы растет (см. таб. 1-7), что проводит к снижению значения скорости. В таких условиях время пробега электромагнитных волн, отраженных от границы известняков, растет по отношению к зонам, где влажность меньше. Эти изменения проявляются в форме осей синфазности отраженных волн на временных разрезах. Под зонами, где наблюдается повышенная влажность в верхней толще, на временных разрезах оси синфазности отраженных электромагнитных волн прогибаются вниз. Таким образом, такие прогибы не относятся к реальной форме рельефа границы, а просто связаны с изменением скорости.

С целью выявления зон повышенной влажности проводились высокочастотные георадиолокационные исследования с георадаром "ЗОНД-12с" и с антенной 300 МГц, в результате которых была построена карта расположения зон повышенной влажности в верхней толще (рис. 32, карта зон повышенной влажности). На радарограммах эти зоны выделяются по характерной интенсивной низкочастотной записи и часто располагаются над наиболее прогнутыми участками целевой границы (рис.31). Глубина залегания кровли более увлажненных грунтов не превышает обычно 2 метров (для расчета использовалась скорость распространения электромагнитных волн 8,5 см/нс, которая была определена по годографам дифрагированных

80 f

120 +

16 0 +

200 +

2 4 0о r v > не' ^ h #

8 » Л< ■?&/■ л

Рис. 34.Фрагмент георадиолокационного профиля Р12 "Зонд-12"

-гя^йЫ'—Л-ТьУ т тЕЗ Г ' т. ».«г*«^¿к.

Рис ъ% г с 8 а л—« —

1Г*П «г

КАРТА зон повышенного увлажнения в насыпных грунтах по площадке вспомогательного комплекса о волн в приповерхностной части разреза). В плане зоны повышенного увлажнения в центральной части площадки совпадают с расположением линий водопровода и теплосети, что может быть обусловлено наличием утечек из них (рис.32).

В зонах повышенного увлажнения в сыпучих несвязных грунтах может происходить вынос тонкого терригенного материала при наличии ниже по разрезу карстовых полостей, что может приводить к приседанию и даже обрушению грунтов. Это было подтверждено георадиолокационными исследованиями вдоль теплосетей на северо-западе г. Москвы.

Таким образом, проведение дополнительных высокочастотных георадарных исследований позволило оценить, какие прогибы оси синфазности электромагнитных волн, отраженных от кровли карбонатов на временных разрезов, действительно относятся к реальной форме границы, а какие связаны с изменением средней скорости волн в покрывающей толще.

4.3. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОЛЯ ОТРАЖЕННЫХ УПРУГИХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН, ПОРОЖДАЕМОГО КРОВЛЕЙ КАРБОНАТОВ

Состояние поверхности карбонатов: сохранность, трещиноватость-сильно влияет на кинематические и динамические характеристики электромагнитных и упругих сдвиговых волн.

На участках временного разреза, на которых кровля карбонатов выражена отчетливо, т.е. имеют место протяженные и интенсивные оси синфазности (электромагнитных и упругих волн), кровля карбонатов характеризуется лучшей сохранностью.

На ряде участков временных разрезов оси синфазности целевых отражений плохо выражены динамически, плохо прослеживаются вплоть до полной потери корреляции. По-видимому, в этих местах кровля карбонатов плохо сохранена, более трещиновата и закарстована. Это приводит к снижению скорости упругих волн и коэффициента отражения упругих волн в этих зонах. Для георадара, при высокой влажности, в этих зонах растет значение диэлектрической проницаемости, вследствие чего образуется сильный контраст по диэлектрической проницаемости между верхней толщей и карбонатными породами, соответственно, появляется высокий положительный коэффициент отражения для электромагнитных волн. На георадарных профилях эти зоны выражаются понижением в рельефе кровли известняков.

4.4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОВМЕСТНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ И ГЕОРАДАРНЫХ ДАННЫХ [8,30,64]

Концепция осадочного комплекса обладает существенными особенностями, обеспечивающими ей идеальную применимость при интерпретации сейсмических и георадарных данных.

Комплексы можно выделять с высокой степенью объективности по законам прекращения отражений, наблюдаемым вдоль поверхностей несогласия, эти зоны интерпретируются как периферийные участки пластов, ограниченные поверхностями несогласия, которые являются границами осадочного комплекса.

Главными этапами интерпретации являются [30]:

1. анализ комплексов - их выявление и корреляция,

2. анализ фаций - их выявление, картирование и интерпретация.

АНАЛИЗ КОМПЛЕКСОВ

Прежде всего необходимо выделить сейсмические комплексы посредством выявления "сейсмических" или "георадарных" несогласий с помощью анализа участков, где оси синфазности перестают прослеживаться.

Чтобы такое выделение было объективным, необходимо расчленение сейсмических и георадарных разрезов на комплексы и установление их границ.

Сейсмические и георадарные несогласия можно выявить, изучая картины закономерного прекращения прослеживаемости отражений и распознавая такие характерные схемы, как налегание, подошвенное и кровельное прилегание или срез. После этого граница комплекса трассируется по всему разрезу, включая те его участки, где отражение не образует углового несогласия с внешними границами комплекса.

Далее границы комплекса прослеживаются на других разрезах, полученных с помощью имеющейся сети сейсморазведочных или георадарных профилей для достижения полной их корреляции и увязки по замкнутым полигонам. Такое прослеживание позволяет установить региональное развитие главных георадарных и сейсмических несогласий и установить пределы распространения локальных несогласий такого же типа.

Каждому сейсмическому и георадарному комплексу соответствует осадочный комплекс.

АНАЛИЗ ФАЦИЙ:

Фациальный анализ - это анализ геометрической формы (конфигурации) отражений и других сейсмических и георадарных параметров в рамках корреляционной основы, построенной по выделенным комплексам.

4.5. КРАТКИЙ ОЧЕРК ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа проводилось на площадке размером 230 м на 60 м, выделенной для строительства комплекса здания. Изучаемая площадка находится в окружении зданий, линии железной дороги и вблизи нее проходит туннель метро.

21 22

ХгШ

Т те

Рис.33Фрагмент сейсмического профиля Б4 через карстовую полость (субмеридиональное сечение). - кровля известняков. ми.—- - подошва карстовой полости

ЖХХЪ&х - предполагаемое разрывное нарушение

Рис Л5сейсмический разрез по профилю S 6.

Геологическое строение по данным скважин, пробуренных до начала работ (30-20 лет назад) в непосредственной близости от площадки, является следующим. Первый слой мощностью 2 м - 6 м представлен техногенными отложениями и насыпными грунтами с остатками строительного мусора. Ниже залегает толща четвертичных отложений, сложенных разнообразными песками и суглинками мощностью до 15 - 20 метров. Кровля известняков расположена на глубинах 23 - 25 м и местами перекрыта маломощным слоем юрских глин.

Предварительные данные этих же скважин выявили, что эти карбонатные породы сильно разрушены и их состав сильно меняется в плане и по глубине. В некоторых местах эти породы в своей приповерхностной части состоят из щебня доломита с глинистым заполнителем, доломита прочного, трещиноватого, слабокавернозного, ниже которого залегает известняк прочный, окремненный и трещиноватый. В других местах встречается известняк окремненный, слаботрещиноватый, прочный. А в третьих местах эти карбонаты состоят из известняка органического, трещиноватого, средней прочности, в кровле бывает скопление окремненной фауны. В кровле карбонатов предполагается наличие карстовых полостей, разнообразных воронок и просадок кровли, связанных с карстово-суффозионными процессами.

4.6. КОРРЕЛЯЦИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ И ГЕОРАДАРНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Геологический разрез в пределах площадки строительства отличается значительной латеральной и вертикальной неоднородностью, что предопределило сложную волновую картину как на сейсмических, так и на георадарных профилях.

Обработанные материалы были представлены для геологической скв.5

Рис.39 фрагмент георалиолокационного профиля, прохоляшего через карстовую полость (субширотное сечение) (профиль РЗ) к»

Кровля карбонатов ч—кровля II подошва карстовой полости >> «■* ире/июла! аемые разрывные нарушения скв. 5

Рис.^Фрагмент георадиолокационного профиля Р06 (субмеридиональное сечение). А-А - кровля известняков. шжит.я- Б-Б - кровля карстовой полости ■ *гщщ . В-В - подошва карстовой полости интерпретации в плотностном виде (рис. 33 - 37). По горизонтали на профилях указано расстояние в метрах, по вертикали - время в миллисекундах (сейсмические профили) и в наносекундах (радарные профили, рис. 30). Геологическая интерпретация проводилась по методике, получившей название "сейсмостратиграфическая интерпретация".

Основой для выделения кровли карбонатных пород послужили результаты сейсмических работ (рис. 33 - 38, рис. 41,42). Анализ волновой картины по всем сейсмическим профилям позволяет выделить довольно устойчивый горизонт, характеризующийся интенсивными, протяженными, как правило, субгоризонтально расположенными осями синфазности. Но иногда эти оси синфазности имеют довольно сложную морфологию и не всегда выделяются отчетливо (рис. 38,41,42) в интервале времен 180 - 250 мсек. Ниже и выше этого опорного отражающего горизонта волновая картина имеет сложное строение (рис. 38).

• Выше этого горизонта оси синфазности более короткие, сложной конфигурации, часто наблюдается их выклинивание, что в целом создает подобие линзовидной структуры, характерной для четвертичных отложений рыхлых пород.

• Ниже опорного горизонта волновая картина тоже сложная, но отличающаяся от наблюдаемой выше. Оси синфазности короткие, частотный состав ниже, картина более характерна для плотных, консолидированных и частично нарушенных пород.

Сопоставление полученных сейсмических данных с материалами предварительных данных бурения, выполненного ранее вокруг площадки, позволило выделить опорный горизонт - кровлю карбонатных отложений.

Опираясь на эти данные, зная время (200 - 240 мсек) расположения целевого горизонта на временном разрезе, и глубину кровли карбонатов по данным бурения, можно было оценить скорость распространения сдвиговых волн до кровли карбонатных пород в четвертичных отложениях. Таким образом, при пересчете из временного в глубинный масштаб в первом приближении была принята скорость сдвиговых волн равной 240 м/сек. На основе временных разрезов по всем отработанным профилям были построены глубинные разрезы. Из анализа временных сейсмических разрезов и оценки пределов изменения расположения опорного горизонта по времени следует, что глубина залегания кровли известняков меняется в пределах 2427 м ±0.5 м.

Основываясь на сейсмических материалах и результатах их анализа, были проинтерпретированы георадарограммы (рис. 39,40). Волновая картина, полученная по георадарным данным, значительно сложнее, чем сейсмическая. По-видимому, это связано с большей чувствительностью параметра диэлектрической проницаемости среды к изменениям литологии и водонасыщенности в разрезе. Но несмотря на это, также как и на сейсмограммах, кровля карбонатов на радарограммах в основном выражена протяженными и четкими осями синфазности.

Время целевых отражений на временных разрезах в среднем занимает интервал 750 - 850 наносекунд (рис. 39,40). Таким образом, при пересчете из временного в глубинный масштаб для георадарных данных в первом приближении использовали уже оцененную по привязке к опорным сейсмическим результатам скорость в верхней толще 6.5 см/нс.

Выделяемый отражающий горизонт встречается на всех пересекающихся профилях и его положение увязывается в точках пересечения профилей. По результатам георадара и по результатам сейсмики на опорных профилях после коррекции за латеральные изменения скоростей распространения сейсмических и электромагнитных волн, эта отражающая граница практически идентична по глубине и форме, что дает нам дополнительные основания доверять полученным построениям, что и было Л г» щ оишфосШ он тйжй и итэии ттэ ^ 'эи<|

88 Ш 08 9/. U 89 í>9 09 9S 2!3 81- t^,, Ôt- 36 Z£ Ш VZ 02 SI 21 8 t- 0 i * ' Д^Г -""^Ои^ * N m

32 Ф lüM

Ц-i m Ф m sa

Qt s u

Sf sí o m ф и «s и ss ft* подтверждено данными бурения.

По комплексу сейсмических и георадарных данных была построена карта поверхности карбонатных отложений (рис. 43) для площадки вспомогательного комплекса зданий по системе профилей (рис.12).

4.7. РЕЗУЛЬТАТЫ: ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ РЕЛЬЕФА КРОВЛИ КАРБОНАТОВ И ПРИВЯЗКА К СКВАЖИНАМ

Построенная по комплексу данных карта кровли верхнекарбоновой толщи представлена на рис. 43. Глубины ее залегания меняются в пределах 24.0 - 27.5 м. По геоморфологическим данным здесь можно выделить 3 участка, границы между которым в плане приблизительно совпадают с 14 и 6 георадарными профилями.

• 1 участок занимает западную часть площадки и характеризуется сложным строением. Здесь на расстояниях в 5 - 10 метров наблюдается значительный перепад глубин кровли карбонатов, причем отрицательные и положительные формы рельефа имеют в целом ЮЗ-СВ и ЮВ-СЗ ориентировку (рис. 43).

• 2 участок выделяется пониженными значениями глубин (около 26 м) и изолинии имеют в основном изометричную форму. Границы между 1 и 2 участками является система небольших углублений, вытянутых в субмеридианальном направлении.

• На 3 участке кровля карбонатов слегка приподнята, глубины меняются от 25,0 до 25,5 м (рис. 43).

По морфологическим признакам были выделены субвертикальные зоны повышенной трещиноватости и (или) разрывных нарушений, которые разделяют участки кровли карбонатных отложений с различной конфигурацией (рис. 33-38, рис. 41,42). Амплитуды смещения по этим зонам,

КАРТА рельефа кровли карбонатных пород по площадке вспомогательного комплекса шя

Ткьли— зоны повышенной трещиноватости и разрывных нарушении зоны развития суффозионно-карстовых явлений и их номера по-видимому, отсутствуют или крайне незначительны.

Анализ временных сейсмических и георадарных разрезов позволил выделить аномальные зоны двух типов. К первому типу отнесены участки линзовидной в сечении формы (рис.39,40). Кровля карбонатов над этими структурами выражена отчетливо. Эта аномальная зона выделяется в толще известняков. Для выяснения планового положения этой зоны дополнительно было пройдено 5 сейсмических профилей с расстоянием между ними в 2 метра. Исследования показали, что аномальная зона имеет размеры 10 на 8 метров и в кровле карбонатов практически не выражена. Наиболее отчетливо ее центральная часть видна на георадиолокационном профиле (рис.40 ). К второму типу отнесен участок, на котором происходит потеря корреляции и уменьшение интенсивности осей синфазности отраженных волн на сейсмических профилях. Морфологически эта зона представляет собой понижение в кровле карбонатов (рис.37), которое также отчетливо наблюдается и по георадарным данным, что свидетельствует, очевидно, об их большей трешиноватости и закарстованности непосредственно у кровли. Выделенная аномальная зона является типичной карстовой воронкой [Пузырев Н. Н. (1997), Аккуратов О. С. и др. (1997)] глубиной 2.5 - 3.0 метра. Она может быть достаточно уверено идентифицирована с зоной развития суффозионно-карстовых процессов.

Участки, на которых кровля карбонатов выражена отчетливо, т.е. имеются протяженные и интенсивные оси синфазности, характеризуются лучшей сохранностью кровли карбонатных пород и их хорошим состоянием: твердые, консолидированные, нетрещиноватые и не выветренные ( рис. 43). Эти участки являются, как правило, приподнятыми.

Участки, на которых оси синфазности плохо выражены, имеют низкую интенсивность и плохо прослеживаются (рис. 41,42) относятся к местам, где кровля карбонатов плохо сохранена, более трещиновата и закарстована. На георадарных профилях эти зоны выражаются понижением в рельефе кровли.

По результатам комплексной интерпретации сейсмических и георадиолокационных данных на изучаемой площадке было пробурено 6 скважин, которые подтвердили построенную предварительно карту рельефа кровли карбонатных отложений. В 5 скважинах расхождение между данными бурения и результатами интерпретации не превысило 0,4 м, в одной - 0,7 м (таб. 11). Данные бурения в скв.5, расположенной рядом с профилем (рис. 12) подтвердили наличие ниже кровли карстовой полости (рис. 43, аномальная зона № 3), основание которой и выделяется, вероятно, на сейсмическом и георадарном профилях. В скв.5 карбонатные отложения находятся на глубине 26.5 м. Ниже залегает толща сильно трещиноватых известняков и доломитов мощностью 3 метра. Далее в толще карбонатов скважина вскрыла карстовую полость, в которой карстовым заполнителем является глина, от темно-серой до белой, текучепластичная, вязкая, с щебнем и дресвой известняка мощностью около 2 метра. Глубина основания полости около 5-6 метров (рис. 39,40).

Таким образом, данные бурения подтвердили наличие аномальной зоны на этом участке. Данные бурения подтвердили также правильность и верность проводимого скоростного анализа и определяемых с его помощью скорости распространения сдвиговых волн (в пределах 240 м/сек), скорости электромагнитных волн (в пределах 6.5 см/нс) и рассчитанную глубину залегания кровли карбонатов.

Необходимо также отметить, что в пределах выделенных аномальных зон после начала строительных работ и вследствие увеличения нагрузки от проходящей тяжелой техники стало наблюдаться проседание грунта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение работы необходимо сформулировать основные защищаемые положения диссертации: Защищаемые положения диссертации:

1. Метод MOB на SH-волнах решает задачу картирования кровли карбонатных пород, залегающих в пределах глубин 20-30 метров;

2. Георадарное профилирование в диапазоне частот около 63 МГц тоже позволяет решать указанную задачу в тех же условиях;

3. Комплексирование этих двух методов позволяет эффективно, быстро и экономно решать проблему картирования кровли карбонатов.

Рекомендации

• Для изучения изменения скорости поперечных волн по профилю в верхней толще рекомендуется привлекать поверхностные волны.

• При сейсмических исследованиях в городских условиях рекомендуется использовать сейсмостанцию с 16 разрядным АЦП;

• При работах по методу ОГТ рекомендуется проводить наблюдения с кратностью не менее 12.

• Рекомендуется использовать георадар с экранированными антеннами, уменьшающими интенсивность "воздушных" помех.

• Рекомендуется использовать георадар с 16 разрядным АЦП.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Анур Абделькадер, 1999 год

Список литературы

1. Аккуратов О.С., Гинодман А.Г., Ермаков Б.Д., Липилин A.B. Решение инженерно-геологических и геоэкологических задач геофизическими методами // Разведка и охрана недр. 1997. №8-9. С. 22-24.

2. Аки. К., Ричарде. П, « Количественная сейсмология » М. Мир. 1983г. Т. 1-2

3. Афанасьев И. И., Золотарев В. П., Кофман. Л. М. «Решение обратной задачи подповерхностного зондирования на основе годографов электромагнитных волн» в сборник: Теория и техника радиолокации, радионавигации и радиосвязи в гражданской авиации. Рига, РКИИГА, 1988, стр. 38- 46.

4. Баев Ю. В., Золотарев В. П., Кофман. Л. М. «К оценке затухания зондирующего сигнала и глубинных возможностей аппаратуры радиолокационного профилирования торфяных месторождений» в сборнике: Теория и техника радиолокации, радионавигации и радиосвязи в гражданской авиации. Рига, РКИИГА, 1988, стр. 46-50.

5. Бреховских. Л. М, «Волны в слоистых средах» М. изд. АН.СССР. 1957г. 502с.

6. Гамбурцев. Г. А, «Основы сейсморазведки» М. Гос. Наук. тех. Изд. Нефтяной и горно-топливной лит-ры. 1959г. 369с.

7. Гогоненков. Г. Н. «Изучение детального строения осадочных толщ сейсморазведкой» М. Недра. 1987г. 216с.

8. Голь дин. С. В, «Интерпретация данных сейсмического метода отраженных волн» М. Недра. 1979г. 334с.

9. Горяинов. Н. Н, «Сейсмоакустические методы при инженерно-геологических исследованиях рыхлых пород », М. ВСЕГИНГЕО. 1977г. 79с.

10.Горяинов. Н. Н, и Ляховицкий. Ф. М. «Сейсмические методы в инженерной геологии », М. Недра. 1979г. 144с.

11. Горяинов. Н. Н, «Применение сейсмоакустических методов в гидрогеологии и инженерной геологии », М. Недра. 1992г. 260с.

12.Гурвич. И. И, Боганик. Г. Н, «Сейсморазведка» М. Недра. 1980г. 537с.

13.Калинин А. В., Самади Л. С., «Моделирование ВЧР методом волн Рэлея.» / Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 4. Геология. 1999 г. (в печати).

14.Каринский А. Д., Даев Д. С., Светов Б. С., Талалов А. Д., «Определение диэлектрической проницаемости горных пород по частотным зависимостям удельного электрического сопротивления на основе преобразования Гильберта.» Геология и разведка. 1997г. № 5,стр. 101-109.

15.Кондратьев. О. К, «Сейсмические волны в поглощающих средах» М. Недра. 1986г. 173с.

16.Ляховицкий. Ф. М, «Методика и интерпретация данных сейсморазведки при инженерно-геологическом картировании». М. ВИЭМС. 1970г. 64с.

17.Ляховицкий. Ф. М, Хмелевской. В. К, Ященко. 3. П. «Инженерная геофизика» М. Недра. 1989г. 252с.

18.Никитин. В. Н, «Основы инженерной сейсмики» М. изд. МГУ. 1981г. 175с.

18а. Облогина Т. И., Кученев «Результаты изучения глубинного карста на

территории г. Москвы по динамическим характеристикам сейсмических волн

» в научном издании: Геологические проблемы Московской агломерации,

под ред. Голодковской Г. А., Калинина А. В., изд. Моск. Ун-та 1991 г. Стр.

138-146.

19.0гильви. А. А, «Основы инженерной геофизики» М. Недра. 1990г. 501с.

20.Палагин. В. В, Попов. А. Я, Дик. П. И, «Сейсморазведка малых глубин» М. Недра. 1989г. 210с.

21.Пархоменко. Э. И., «Электрические свойства горных пород» М. Недра. 1965г. 163с.

22.Петрофизика: Справочник, в 3 кн. Под ред. Дорман Н. Б, Молчанов А. А., М. Недра 1992г.

23.Пийп В. Б, Кузуб О. В., Алексинская Б. В, и др., «Детальные двухмерно-неоднородные сейсмические разрезы по преломленным волнам на территории Москвы.» Вест. Моск. Ун-та, сер. 4, №: 4,1988г.

24.Пийп В. Б, Ефимова Е. А., Шмир Г. А., «Неоднородно-слоистые модели верхней части разреза в районе г. Москвы по данным сейсморазведки МПВ.» Разведочная геофизика №: 111, 23-32, (1990 г.)

25.Пузырев. Н. Н, «Возбуждение поперечных сейсмических волн импульсными источниками » Новосибирск. 1981г. 199с.

26.Пузырев. Н. Н, и др. «Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн » М. Недра. 1985г. 277с.

27.Пузырев. Н. Н. (ред.) «Поперечные и обменные волны в сейсморазведке » М. Недра. 1967г. 288с.

28.Пузырев. Н. Н. «Методы сейсмических исследований» Наука. Сиб. Отд. 1992г.

29.Пузырев. Н. Н. «Методы и объекты сейсмических исследований» Новосибирск. Изд. СО РАН. НИЦ ОИГГМ 1997г. 302с.

30.Сейсмическая стратиграфия. Т. 1-2. Под ред. Ч. Пейтона. М. Мир 1986г.

31.Талалов А. Д., Даев Д. С., «Лабораторные исследования частотной зависимости электрических свойств глинистых пород в диапазоне 20 -109Гц.» геология и разведка. 1997г. № 5. Стр. 123-129.

32.Уайт Дж. Э. «Возбуждение и распространение сейсмических волн» М. Недра. 1986г. 259с.

33.Урупов А. К., Левин А. П., «Определение и интерпретация скоростей в методе отраженных волн» М. Недра. 1985г. 288с.

34.Финкельштейн М. И., Мендельсон В. А., Кутев В. А., «Радиолокация слоистых земных покровов » М. Сов. Радио, 1977г. 176с.

35.Финкельштейн М. И., Кутев В. А., Золотарев В. П. «Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии» М. Недра. 1986г. 128с.

36. Финкелыптейн М. И., Карпухин В. И., Кутев В. А., Метелкин В. Н. «Подповерхностная радиолокация» М. Радио и связь, 1994г. 216с.

37.Хаттон и др. «Обработка сейсмических данных.» М, Мир, 1990.

38.Шерифф. Р., Гелдарт. Л. «Сейсморазведка» Т. 1 (499с.)-Т.2 (379с.), М. Мир. 1987г.

39.Шнеерсон. М. Б, Майоров. В. В. «Наземная невзрывная сейсморазведка» М. Недра. 1988г. 238с.

40.Шнеерсон. М. Б. «Невзрывные источники сейсмических колебаний » справочник. М. Недра. 1990г. 240с.

41.Экспериментальные исследования поперечных и обменных волн. Труды инст-та. Геол. и геофиз., вып. 16, ред. Пузырев. Н. Н., Новосибирск. Изд. СО АН СССР. 1962г. 213с.

42.Haeni F. P., (1996) «Use of Ground-penetrating radar and Seismic-Reflection Profiling on Surface -Water Bodies in Environmental and Engineering Studies» JEEG, Vol. I, 1996, p. 27-35.

43.Piip V. В., Efimova E. A., (1990) «Karst and near-surface structure on the base of a new refraction interpretation» 6th international IAEG congress, Amsterdam, Netherlands 1990/

44.Steeples Don W., Miller R. D., (1994) «Seismic Reflection Methods Applied to Engineering, Environmental, and Groundwater Problems» investigations in

geophysics No: 5, Geotechnical and Environmental geophysics, SEG, Vol. I. p. 1-30.

45.Zhang Shihong, (1994) «Shallow SH-Wave Seismic Exploration for Subway Construction in Shanghai» investigations in geophysics No: 5, Geotechnical and Environmental geophysics, SEG, Vol. II. p. 175-179.

Георадарная иностранная литература

46.Annan .A. P. , and Michel .F. A. (1976) « Impulse radar sounding in permafrost . » Radio sciences , vol. : 11, No: 4 , pp.: 383-394 .

47.Arcone S. A , Lawson D. E , Delaney A. J , Strasser J. С , and Strasser J. D. «Ground-penetrating radar reflection profiling of groundwater and bedrock in an area of discontinuous permafrost .» Geophysics , vol.:63, No: 5 , pp. : 15731583.

48.Barker . P , Fletcher . M , and Bradley . J. (1998) «Progress in the application of GPR in Archaeology . » 7th conference GPR'98 , Lawrence , Kansas , USA . vol. : 1 , pp. : 93-100 .

49.Berktold . A , Wollny . K. G. , Atstatter . H. , « Subsurface moisture determination with the ground wave of GPR » 7th conference GPR'98 , Lawrence , Kansas , USA . vol.: 1 , p : 675

50.Brewster M . L . , Annan A. P. , (1994) «Ground-penetrating radar monitoring of a controlled DNAPL release : 200 MHz radar .» Geophysics , vol.: 59 , No: 8 , pp. : 1211-1221.

51.Cardimona S., Clement W. P., and Kadinsky-cade (1998) « Seismic reflection , and ground-penetration radar imaging of a shallow aquifer » Geophysics , vol.: 63,No: 4. p: 1310.

52.Clough J. W., (1976), «Electromagnetic lateral waves observed by earth-sounding radars» Geophysics, vol. 41, No: 6A. pp. 1126-1132.

53.Davis J . L. , and Annan A . P. (1989) «Ground-penetrating radar for highresolution mapping of soil and rock stratigraphy .» Geophysical prospecting vol.: 37 , pp.: 531-551.

54.Greaves R .J. , Lesmes . D .P. , Lee . J .Mo , and Toksoz . M.N . (1996) « Velocity variations and water content estimated from multi-offset , ground-penetrating radar . » Geophysics , vol. : 61, No:3 , pp.: 683-695 .

55.Gracia .V .P., Canas . J .A., Pujades .L .G., Clapes . J.,Caselles .0., Garcia .F. , Osorio .R . , (1998) « GPR survey to confirm the location of ancient structures under the Valencian cathedral (Spain).» 7th conference GPR'98 . Lawrence , Kansas , USA. Vol.:l , pp.: 47-52 .

56.Goodman . D. (1994) « Ground-penetrating radar simulation in engineering and archaeology .» Geophysics , vol.: 59 , No: 2 , pp.: 224-232.

57.Haslund E., (1996), «Dielectric dispertion of salt-water-saturated porous glass containing thin glass plates» Geophysics, vol. 61, No: 2. pp. 722-734.

58.Holser W. T., Brown R. J. S., Robert F. A., ...etc.,(1972), «Radar logging of a salt dome.» Geophysics, vol. 37, No: 5. pp. 889-906.

59.Maijala . P., Moore . J.G. , Hjelt. S., Palli. A., and Sinisalo . A. (1998) « GPR investigation of glaciers and sea ice in the Scandinavian Arctic .» 7th conference GPR'98 . Lawrence , Kansas , USA. vol.: 1, pp.: 143-147.

60.Moffatt D. L., Puskar R. J., (1976), «A subsurface electromagnetic pulse radar» Geophysics, vol. 41, No: 3, pp. 506-518.

61.Moorman . B.J., and Michel. F.A. (1998) «The application of GPR to the study of glacial hydrology . » 7th conference GPR'98 . Lawrence , Kansas , USA . vol.: 1, pp.: 137-142.

62.Nobes . D.C. , Bright .J.G. (1998) « The artificiel aquifer : Radar under a steel Roof.» 7th conference GPR'98 . Lawrence , Kansas , USA. Vol.: 1 , pp.: 245249 .

63.Topp G. C., Davis J. L., Annan A. P., (1980), «Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines» Water Resources Research. Vol. 16. No. 3. pp. 574-582.

64. Van Overmeeren .R . A. ,(1996) «Radar facies of unconsolidated sediments in the Netherlands : A radar stratigraphic interpretation methods for hydrogeology.» 6th conference GPR'96 , Sendai, Japan, pp.: 167-172 .

65.Van Overmeeren . R . A. , (1993) «Georadar for hydrogeology.» EAEG'55 Meeting, Stavanger, Norway, 7-10 June 1993.

66.Zeng . X. , and McMechan .G . A. ,(1997) «GPR characterization of buried tanks and pipes .» , Geophysics , vol.: 62 , No: 3 , pp.: 797-806 .