Примеры - Микрогравиметрические исследования.
Высокоточная гравиметрия с измерениями вертикального градиента поля силя тяжести (Vzz)

© Институт "СИНЭКО"   



Воронежская АЭС

Под строительство новых корпусов Воронежской АЭС была выполнена площадная съемка силы тяжести и ее вертикального градиента с целью обнаружения зон тектонических нарушений и карстообразований. Геологическая обстановка в регионе может быть охарактеризована следующим образом. Район относится к Воронежскому кристаллическому массиву. Выше кристаллического фундамента залегают горизонтально породы мезозойско-кайнозойского возраста мощностью около 100 м. В осадочном чехле имеет место широкое развитие мергельно-известняковых образований. Сам Воронежский массив относится к сейсмически стабильному району. Разломы в фундаменте практически завершили свое развитие, но в историческом развитии они нашли отражение в осадочных отложениях, обычно выраженное неразрывными нарушениями: флексуры небольшой амплитуды и т.д. Хотя разрывные нарушения в чехле практически отсутствуют, из-за возникшей трещиноватости и других факторов однородность физических свойств осадочных отложений нарушилась. Поэтому в этих зонах могут протекать интенсивные процессы карстообразования, а карстовые полости, открытые или выполненные переотложенными осадками, могут представлять определенную опасность при строительстве.
Зоны тектонических нарушений в аномалиях силы тяжести не проявились. Вероятные значения амплитуд аномалий силы тяжести не превышают 0,05 мГал, а выделить локальные аномалии с такой амплитудой на фоне аномалий от глубинных объектов с большими горизонтальными градиентами не представляется возможным. В то же время на карте вертикального градиента силы тяжести (рис. 1) тектонические зоны отмечаются относительными понижениями значений вертикального градиента. Указанные аномалии градиента достаточно удовлетворительно согласуются с геологическими данными и результатами дешифрирования аэрофотоснимков. Здесь уместно отметить еще одно из достоинств измерений вертикального градиента - четкая локализация аномалий и минимальное влияние регионального фона.

Рис. 1. Карта вертикального градиента силы тяжести (оцифровка изолиний в делениях отсчетной шкалы гравиметра: одно деление-13,78 Е)

В одну из таких зон пониженных значений градиента попала строительная площадка одного из блоков Воронежской АЭС. На площадке была проведена дополнительная площадная съемка вертикального градиента с шагом 20-40 м и посередине площадки были получены значения силы тяжести по профилю. Точность измерений силы тяжести и градиента составила соответственно +0,005 мГал и (10-15)-9 с-2. В центре площадки (рис. 2) наблюдается минимум значений вертикального градиента, который, как оказалось, связан с карстовым образованием. Кроме того, вся зона минимумов градиента, которая имеет диагональное простирание по площадке, оказалась наиболее водонасыщенной, что характерно для разломно-трещиноватых зон. Необходимо также отметить совпадение по форме кривых силы тяжести и ее градиента.

Рис. 2. Карта вертикального градиента силы тяжести (а), плотностной разрез и распределение избыточной плотности с глубиной (б) по ПР I - I

Во втором примере рассмотрим использование микрогравиметрических измерений при выборе площадок для строительства ветроэлектрических установок на Ай-Петринской Яйле. На площадках проведен комплекс геофизических исследований: гравиразведка, электропрофилирование способом срединного градиента (ЭП-СГ), ВЭЗ, сейсморазведка методом преломленных волн. Наиболее ощутимые результаты получены от гравиразведки и метода ЭП-СГ (рис. 3), на результатах которых подробно остановимся.

Крым, Ай-Петринская яйла

В геологическом строении исследуемого района принимают участие мощные толщи грубослоистых известняков юрского возраста. Пласты известняков полого падают на северо-запад (10 - 15°). Мощность рыхлых отложений не превышает 1-2 м, основные зоны тектонических нарушений имеют северо-восточное простирание. Ширина ослабленных зон от нескольких метров до десятков метров. Отмечены также зоны северо-западной ориентировки. Эта сетка разломов сочетается с более молодыми сдвигами и сбросо-сдвигами северо-западного направления. Карстообразные процессы и их проявления картируются в пределах всей территории Ай-Петринской Яйлы, при этом определенную роль в локализации карстопроявления играют северо-восточные разломы и узлы их пересечений с тектоническими зонами других направлений. В районе известны как крупные глубиной в сотни метров, карстовые шахты, так и мелкие при-поверхностные формы в виде локальных просадок, воронок и т. д.

Рис. 3. Результаты гравиметрических и электроразведочных (ЭП-СГ) исследований на одной из площадок под строительство ветроэлектрической установки:
При кажущейся простоте геологического строения района в результате проведенных работ выявлена значительная дифференциация геофизических полей, что вызвано не столько литологическими причинами, сколько неоднородностями физико-химической природы, связанными со степенью выветрелости" обводненности, закарстованности и напряженнодеформированным состоянием. Все эти причины резко осложняют интерпретацию результатов геофизических исследований и увеличивают ее неоднозначность. Именно этим объясняется необходимость широкого комплекса методов геофизики и глубокого анализа материалов.
На всех площадках проведена съемка силы тяжести и через середину каждой площадки по одному профилю проведены измерения вертикального градиента. Шаг съемки 20 м. Среднеквадратичная погрешность измерений для силы тяжести и вертикального градиента составила соответственно 0,008 мГал и 20 Е. Карта силы тяжести представляет собой плоскость с большим горизонтальным градиентом. После исключения регионального фона в нижней части площадки отмечается отрицательная аномалия силы тяжести, которая связана с карстовой просадкой. К сожалению, профиль вертикального градиента прошел неудачно и остался в стороне от центра просадки. На графике градиента (рис. 3, в) на фоне общего максимума отмечается относительная отрицательная аномалия, вызванная котлованом под бывшую здесь ранее опору ветроэлектрической установки. К тому же в минимуме отмечается относительный максимум, связанный с бетонной тумбой под опору. Котлован отмечен на рисунке квадратом.
В частности, этот котлован отмечается исключительно высокими значениями удельного электрического сопротивления. В целом же площадка характеризуется относительно простым распределением УЭС, значения которого меняются от 100 до 700 Ом-м. В зоне отрицательной аномалии силы тяжести выделяется область низких УЭС. Здесь же зафиксирована депрессия в микроформах рельефа.
Пространственное совпадение всех трех параметров дает основание говорить о наличии карстовой просадки и невозможности устройства на этом месте фундамента для ветроэлектрической установки.

Севастополь, площадки для строительства

И, наконец, рассмотрим еще один пример использования гравиразведки в комплексе геофизических исследований при изысканиях на одном из участков гражданского строительства в г. Севастополе (рис.4). Участок сложен переслаивающимися мергелями и известняками неогенового возраста. По измерениям силы тяжести и особенно вертикального градиента намечаются два четких минимума. Амплитуда аномалий градиента в несколько раз превосходит погрешность наблюдений (+15 Е). Указанные зоны связываются с зонами разломов. Вся толща подстилающих пород по плотности довольно однородна, поэтому типичной аномалии типа ступени здесь нет. Аномалия вертикального градиента в данном случае скорее всего вызвана зоной дробления вдоль разломов, а также уменьшением плотности в этой зоне за счет вторичных процессов. Кстати, эти зоны отмечаются резкими отклонениями пластовых скоростей от средних значений (профили I, II, III на рис. 4). По пробуренным скважинам нельзя однозначно говорить о наличии разлома, но косвенные признаки наличия разлома существуют. Например, кровля зеленых глин мощностью более 3 м между скв. 17 и 18 изменяет свое положение более чем на 5 м. Разлом или это флексура - неясно, но указанные зоны нарушений однородности геологического разреза отмечаются всем комплексом геофизических методов, что должно быть учтено при строительстве.
Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно заключить о высокой эффективности микрогравиметрических измерений в комплексе геофизических исследований при инженерных изысканиях. Гравиметрия может использоваться практически во всех ситуациях при изысканиях, вне зависимости от возможностей применения других методов геофизики, от условий геологического и технического характера.

Рис. 4. Инженерно-геологические результаты исследований в районе застройки г. Севастополя:
  1. преломляющие границы по данным МПВ:
  2. пункты ВЭЗ;
  3. удельное электрическое сопротивление (Ом-м) по данным ВЭЗ:
  4. геоэлектрические границы по данным ВЭЗ;
  5. породы с УЭС 20-100 Ом-м;
  6. 100-400 Ом-м,
  7. 400-800 Ом-м,
  8. более 800 Ом-м;
  9. зоны физических реоднородностей (разуплотнение, смена УЭС, потеря корреляции преломляющих границ);
  10. пункты МПВ

Список литературы:
  1. Антонов Ю. В., Варламов А. С., Слюсарев С. В. Использование вертикальных градиентов гравимагнитных полей при картировании фундамен-та/уПрикладная геофизика.-М.: Недра, 1989.-Вып. 121.-С. 198-203.
  2. Антонов Ю. В., Зубченко Е. А., Савинкин А. Т. Возможности измерения вертикального градиента силы тяжести//Разведка и охрана недр.- 1986.- № 9-С. 39-42.
  3. Антонов Ю. В., Зубченко Е. А., Слюсарев С. В. Природа аномалий вертикального градиента силы тяжести над горными сооружениями Южного Тянь-Шаня//'Геология и разведка.-1990.-№ 7.-С. 102-107.
  4. Антонов Ю. В., Котов В. Н., Слюсарев С. В. Использование вертикального градиента силы тяжести при изучении Воронежского массива/'/Разведка и охрана недр.- 1991.-№ 3.-С. 23-24.
  5. Старостенко В. И. Устойчивые численные методы в задачах гравиметрии.- Киев: Наукова думка, 1978.

Design by Egor Susin   

Hosted by uCoz