Использование геофизических методов при охране геологической среды

Использование геофизических методов при наблюдениях

За работой инженерных сооружений

Это направление так же, как и наблюдения в процессе строительства, является сравнительно новым в инженерной геофизике. Оно формируется в наши дни, причем непрерывно выявляются все новые области, где эти методы могут с успехом применяться. Рассматриваемое направление нельзя анализировать вне другой проблемы — применение геофизических методов для наблюдения за воздействием инженерной деятельности человека на геологическую среду

Наблюдения за работой гидротехнических сооружений. Шире всего известны примеры успешного использования геофизических методов при наблюдениях за работой гидротехнических сооружений, где проблемы инженерно-геологического и гидрогеологического характера должны рассматриваться как части единого целого.

Водохранилища и каналы являются крупными инженерными сооружениями, меняющими гидрогеологическую обстановку на обширных прилегающих к ним площадях. Геофизический контроль за работой этих сооружений ведется как в водной среде, так и на земной поверхности и в буровых скважинах. В водной среде путем наблюдений за физическими полями, возникающими в результате перемещения воды в поддонных отложениях, могут быть установлены участки повышенных фильтрационных потерь. Для этой цели сопоставляются аномалии естественного электрического поля, температуры и скоростей придонных течений. Разработаны приемы получения количественных характеристик фильтрационных потерь.

На плотинах и территориях, примыкающих к водохранилищам, для систематических наблюдений за поведением уровня подземных вод при разных режимах работы гидротехнических сооружений используются сейсмический метод преломленных волн и электрические зондирования. При наличии буровых скважин в них проводятся специальные геофизические наблюдения, позволяющие оценивать действительную скорость подземных вод, скорость фильтрации и некоторые другие гидрогеологические характеристики. В комплексе современных гидротехнических мероприятий значительная роль принадлежит созданию дренажных устройств. Однако далеко не всегда подобного рода сооружения работают с должной эффективностью. Контроль за их работой требует большого числа пьезометров Этот контроль может быть облегчен, а его эффективность повышена в результате анализа электрического поля, создаваемого потоком грунтовых вод. Эксперименты над вертикальными и горизонтальными дренажами показали, что в случае малой минерализации подземных вод структура электрического поля находится в прямом соответствии с полем фильтрации. При этом, измеряя электрические потенциалы, можно оценивать размеры депрессионных понижений и тем самым определять эффективность водопони-жения и перехвата грунтовых вод, что в конечном счете характеризует техническое состояние дренажа. Для получения пространственной формы депрессионной поверхности проводят также сейсмометрические и электрометрические наблюдения за уровнем грунтовых вод.

Одним из нежелательных последствий гидромелиоративных мероприятий является вторичное засоление грунтов. Поскольку электропроводность подземных вод и грунтов чутко реагирует на изменение концентрации солей, возникает предпосылка изучения особенностей влаго-солепереноса путем электрических измерений, выполняемых с поверхности земли и в буровых скважинах. Тем же путем можно вести контроль за расселением грунтов.

И наконец, крупные водохранилища, создаваемые в сейсмически активных зонах, нередко являются первопричиной так называемых техногенных землетрясений. При этом установлено, что опасность подобных явлений возникает только при определенном для каждого конкретного района уровне заполнения водохранилища. Наблюдать за тем, чтобы уровень не превысил опасную отметку, можно путем анализа поведения некоторых физических полей Доказано, например, что при подготовке землетрясения существенно меняется соотношение скоростей продольных и поперечных волн Это соотношение после возникновения землетрясения снова принимает свое обычное значение.

Наблюдения на дорогах. Взаимодействие дорог с окружающей средой формируется под воздействием геологической обстановки в пределах трассы, поведения поверхностных и подземных вод, климата, а также вида транспорта и интенсивности движения. В результате в искусственных и естественных грунтах, подстилающих полотно железных и шоссейных дорог, происходят сложные процессы, многие из которых представляют опасность для сооружения. Их изучение при помощи бурения не всегда эффективно. Это обстоятельство привело к тому, что в течение двух последних десятилетий для обследования дорог систематически пользуются геофизическими методами. Чаще всего их используют на железных дорогах, где они позволяют: 1) определять мощность и степень однородности дренажного слоя грунта; 2) расчленять тело насыпи по литологическому составу и состоянию грунтов; 3) находить локальные неоднородности и в первую очередь балластные корыта, грязевые мешки; 4) определять осадку подошвы насыпи, возведенной на слабых грунтах (илах, торфе, сапропелях и т. д.).

Особенно яркое отражение эти нарушения находят в изменениях электрического сопротивления, что предопределило успешное применение профилирования и зондирования различными установками, обеспечивающими необходимую детальность исследований. Были предложены также некоторые специальные приемы исследований. Признание среди них получили электроконтактное и электродинамическое зондирования. Эти приемы исследований основаны на измерении силы тока, поступающего в грунт при погружении в него длинного металлического стержня. Изменение тока дает информацию о положении границ между грунтами различного состава или же грунтами, находящимися в различном состоянии. Закономерным является увеличение силы тока по мере возрастания глинистости грунтов.

Наблюдения за состоянием трубопроводных систем. Трубопроводные системы—основное транспортное средство, позволяющее доставлять большие количества нефти и газа от мест их извлечения из недр земли до потребителя. Практика показывает, что чаще всего причиной нарушения их работы является коррозия металлических труб. Определять места коррозионного повреждения помогают электрометрические методы. Участки положительных аномалий электрических потенциалов, соответствующие так называемым анодным зонам, рассматриваются как наиболее опасные, т.е. такие, где профилактические ремонтные работы должны быть предприняты в первую очередь. Задачи подобного рода с успехом решаются во многих странах мира.

Оперативный горно-геологический контроль при эксплуатационных работах в шахтах. Эффективность работы современных механизмов при добыче угля и ряда других полезных ископаемых резко снижается в случае различного рода нарушений продуктивного пласта. Эти нарушения могут быть связаны с выступами в подошве и кровле вмещающих пород, литологическим замещением полезного ископаемого, проявлениями карста и многими другими причинами. В такой неблагоприятной обстановке возможны аварии горнодобывающей техники, влекущие за собой длительный простой в работах и большие экономические потери.

Программирование условий проходки является основной задачей шахтных геологов, которые для этой цели бурят скважины иногда длиной в несколько десятков метров. Однако подобный способ исследований дорог и ненадежен, так как нарушения во многих случаях оказываются расположенными между скважинами. В последние годы для определения их местоположения с большим успехом и в широких масштабах используются сейсмометрия и электрометрия. При проведении наблюдений датчики и приемники соответствующих физических полей перемещаются по соседним параллельным выработкам, что создает возможность сплошного детального обследования продуктивного пласта в пределах изучаемой части шахтного поля. Удается также определять характер нарушений и затронутые ими площади, т. е. решать как раз те вопросы, которые определяют рациональную технологию добычи полезных ископаемых. В определенных условиях положительный эффект дает использование детальной гравиметрии, проводимой в горных выработках.

Практика работ убедительно показывает, что при использовании подобного геофизического комплекса число невыявленных или недостаточно полно охарактеризованных нарушений оказывается сравнительно незначительным, что обусловило большой экономический эффект от своевременного использования упомянутых методов шахтной геофизики. Ее опережающее развитие в сравнении с другими областями применения геофизических методов характерно для всех стран, в которых в широких масштабах добывается каменный уголь и некоторые другие полезные ископаемые.

Изложенное свидетельствует о больших возможностях геофизических методов при наблюдениях за работой разнообразных по своему назначению инженерных сооружений. Подобные наблюдения, как уже указывалось, непосредственно связаны с проблемой изучения техногенного воздействия на геологическую среду, а следовательно, и с ее охраной.

Использование геофизических методов при охране геологической среды

Охрана геологической среды столь же актуальна в наши дни, как и охрана воздушного и водного пространства. Ею занимаются специалисты в области инженерной геологии, гидрогеологии, геохимии и ряда других областей наук о Земле. Естественно, что геофизики не могли долго оставаться в стороне от этой животрепещущей проблемы.

Методы, основанные на изучении физических полей, обеспечивают наибольшую пространственную и временную плотность наблюдений, что является существенным положительным моментом при изучении антропогенной нагрузки на геологическую среду. Кроме того, геофизик имеет возможность по своему усмотрению в широких пределах варьировать объемы горных пород, вовлекаемых в эксперимент. При этом их сплошность не нарушается, что позволяет обоснованно сопоставлять результаты разнесенных во времени наблюдений.

Основными задачами геофизических методов являются: 1) районирование территорий по признаку чувствительности горных пород к различным видам загрязнения; 2) нахождение очагов загрязнения и определение границ распространения этого загрязнения; 3) получение количественных показателей, характеризующих степень воздействия загрязнителя на геологическую среду; 4) оценка тенденций развития загрязнения с течением времени; 5) прогноз воздействия антропогенной деятельности на конкретные экосистемы.

Решение всех или части этих задач позволяет создавать динамические физико-геологические модели изучаемых территорий, удовлетворяющие требованиям формирования инженерно-геологического мониторинга. Сбор геофизической информации для построения действенного мониторинга отличается рядом специфических особенностей, которые ограничивают возможность заимствования приемов, разработанных в процессе ранее проводившихся геофизических исследований. Эти особенности связаны в первую очередь с необходимостью проведения наблюдений в условиях урбанизированных и сильно измененных человеческой деятельностью территорий с характерным для них высоким уровнем техногенных помех.

Использование геофизических методов для целей изучения влияния антропогенной нагрузки на геологическую среду является новой областью их приложения, в которой они в ближайшее время должны найти широкое применение.

Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 84; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!