Высокоточная гравиразведка при измерении гравитационных эффектов малоглубинного происхождения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат технических наук Юргин, Олег Викторович

• Юргин, Олег Викторович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Юргин, Олег Викторович

Введение

I. Общие сведения о высокоточной гравиразведке

1.1. Цели и задачи высокоточной гравиразведки в свете решения вопросов инженерной геологии

1.2. Детальность и точность гравиметрических наблюдений

1.3. Аппаратурное обеспечение

1.4. Исследование ошибок

I.5 Методика детальных гравиметрических работ

II. Изучение экзогенных геологических процессов, влияющих на безопасность эксплуатации инженерных сооружений

II. 1. Суффозиопно-карстовый процесс

II. 1.1. Картирование карстовых зон разуплотнения

II. 1.2. Изучение динамики современного суффозионно-карстового процесса

II.2. Оползневый процесс

11.2.1. Обоснованность теоретических предпосылок применения гравиразведки для изучения оползневого процесса

11.2.2. Результаты использования гравиразведки для изучения режима и пространственного прогноза оползневого процесса

III. Высокоточная гравиразведка в комплексе инженерно-геологических изысканий

III. 1. Картирование близповерхностных плотностных неоднородностей

III.2. Изучение трасс нефтепроводов комплексом инженерногеологических и геофизических методов

II 1.3. Эффективность высокоточной гравиразведки при выявлении карстоопасных зон в основании земляного полотна железных дорог Заключение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Высокоточная гравиразведка при измерении гравитационных эффектов малоглубинного происхождения»

Применение гравиметрического метода для измерения слабых гравитационных аномалий стало возможным в 1970 - 80-х годах, благодаря повышению качества измерительной техники и созданию новых методик проведения детальных съемок. Началось также широкое использование повторных гравиметрических наблюдений с целью выявления временных пеприливных вариаций гравитационного поля.

Актуальность работы

При строительстве и эксплуатации инженерных сооружений важную роль играют быстро развивающиеся экзогенные геологические процессы. В Нижегородском Поволжье по интенсивности проявления к числу таких процессов следует отнести прежде всего суффозионно-карстовый и оползневой. Многочисленные примеры аварий и аварийных ситуаций на Горьковской железной дороге, в промышленной зоне химического производства г. Дзержинска, на трассах трубопроводов, в местах жилой застройки служат убедительным доказательством актуальности проблемы прогноза этих процессов. В настоящей работе изложен опыт применения детальной гравиразведки при изучении суффозионно-карстового и оползневого процессов.

Гравитационные аномалии, создаваемые инженерно-геологическими объектами, имеют слабую интенсивность (обычно несколько десятков мкГал). Их локализация и отделение от эффектов, связанных с погрешностями измерений, требуют применеиия высокоточной аппаратуры и особых методических приемов. Работы по этим направлениям проводились в 1970-х годах сотрудниками партии № 48 специальной региональной геофизической экспедиции (СРГЭ) научно-производственного объединения «Нефтегеофизика» под руководством А.Ш. Файтельсона на закарстованных территориях. В 1980-х годах под руководством М.И. Лоджевского выполнялись микрогравиметрические съемки с целью изучения динамики суффозионно-карстового процесса, а также для поисков археологических объектов в исторической части Москвы. Аналогичные работы были проведены под руководством З.М. Слепака на территории Казанского кремля. Гравиметрические наблюдения входят в комплекс геофизических работ, проводимых под руководством М.В. Леоненко АО «Противокарстовая и береговая защита». Институтом «ВСЕГИНГЕО» (Матвеев B.C.) была предложена и использовалась «методика гравиразведки оползней». Под руководством автора диссертации детальные гравиметрические съемки на территориях развития карста выполнялись в составе ГП «Волгагеология» в 1990 - 96 гг. и в составе инженерно-геологической базы Горьковской железной дороги в 1997 - 2005 гг.

Цель работы

Разработка и обоснование методических приемов измерения силы тяжести на базе существующей измерительной техники и их интерпретация применительно к инженерно-геологическим объектам.

В работе решаются следующие задачи:

1. Внедрение многократных гравиметрических измерений, обеспечивающих достоверность получения наблюденных значений силы тяжести.

2. Доказано, что использование данных однократных измерений может приводить к получению ложных результатов.

3. Изучение источников ошибок в различных типах гравиметрических рейсов.

4. Разработка комплекса приемов интерпретации данных профильных гравиметрических съемок.

5. Обоснованы модели разуплотненных зон в зависимости от геологического разреза, которые пространственно приурочены как к у/ локальным^ минимумам^', так и фокальными? максимумамй гравитационного поля,, с кс^со^^щ,,^ ан<у к. in им t

6. Установлено, что участки максимальных неприливных вариаций силы тяжести на закарстованных территориях пространственно совпадают с локальными экстремумами силы тяжести. Вариации генерируются массообменными процессами в зонах карстового разуплотнения.

Научная новизна работы

1. Впервые выявлено, что зоны развития карста при выклинивании в разрезе казанских карбонатов или их залегании на сакмарских гипсах в виде останцов^пространственно приурочены к локальным максимумам силы тяжести.

2. При измерении неприливных вариаций силы тяжести использована специальная опорная сеть, позволяющая учитывать временные изменения силы тяжести на исходном опорном пункте.

3. Установлено, что динамика современного суффозионно-карстового процесса отражается в гравитационном поле не уменьшением силы тяжести во времени с постоянным градиентом, а ее квазипериодическими колебаниями.

Основные защищаемые положения диссертации:

1. Методика гравиметрических наблюдений, обеспечивающая достоверное выявление слабых аномалий силы тяжести и вариаций гравитационного ноля.

2. Комплекс приемов интерпретации при профильной съемке, обеспечивающий получение максимальной информации.

3. Отражение динамики современного суффозионно-карстового процесса в квазипериодических колебаниях гравитационного поля.

Практическая ценность работы

Использование предложенной методики измерений и интерпретации позволило уверенно выявлять зоны карстового разуплотнения с целью их дальнейшего тампонажа или конструктивного усиления различных инженерных сооружений, находящихся в этих зонах. На основании данных режимных гравиметрических измерений выделяются участки, на которых в настоящее время наиболее интенсивно развивается процесс разуплотнения. Такие работы выполнены на многих участках Горьковской железной дороги, нефтепровода Горький - Рязань, на территории предприятий Дзержинской промзоны, в пределах Коровинско-Ясенецкой эрозионно-карстовой котловины. При выполнении инженерно-геологических изысканий федеральным государственным унитарным предприятием (ФГУП) «Волгагеология» на застроенных территориях высокоточная гравиразведка использовалась для оконтуривания искусственных пустот в приповерхностной части геологического разреза.

Апробация работы

Результаты исследований внедрены в практику изучения карстовых зон федеральным унитарным государственным предприятием (ФУГП) «Волгагеология» и инженерно-геологической базой Горьковской железной дороги (1990-2005 гг.). Акты внедрения прилагаются.

Основные положения диссертации были доложены на третьих и четвертых геофизических чтениях им. В.В. Федынского (Москва 2001, 2002), на Второй Уральской Молодежной научной школе по геофизике (Пермь, 2001), на Международной научно-технической конференции «Горно-геологическое образование в Сибири. Сто лет на службе науки и производства» (Томск, 2001), на Второй Всероссийской конференции «Геофизика и математика» (Пермь, 2001), на региональной научно-практической конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2002).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 4 в соавторстве.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, проиллюстрирована рисунками и таблицами.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Юргин, Олег Викторович

Заключение

Основные научно-практические результаты исследований, выполненных по теме диссертационной работы, состоят в следующем.

1. На основании анализа большого фактического материала показано, что при высокоточных гравиметрических съемках необходимо применение многократных измерений, т.к. однократные измерения, выполненные даже высокоточными гравиметрами, дают случайную величину приращения силы тяжести, которая может варьировать в диапазоне, превышающем предельную ошибку измерений.

2. Разработан комплекс мероприятий, обеспечивающих контроль за временными изменениями силы тяжести на исходном опорном пункте при проведении повторных гравиметрических измерений, направленных на выявление НВСТ.

3. Установлено, что для условий Нижегородского Поволжья карстовые зоны разуплотнения могут пространственно совпадать с локальными максимумами силы тяжести в случае выклинивания в разрезе карбонатных пород казанского яруса или присутствия их в виде отдельных остапцов.

4. Установлено, что участки максимальных неприливных вариаций гравитационного поля в районах развития карста пространственно совпадают с локальными экстремумами силы тяжести.

5. Установлено, что временные изменения силы тяжести на участках развития суффозионно-карстового процесса носят квазипериодический характер, что, очевидно, связано с изменением гидродинамического режима вод трещинно-карстового горизонта. Предполагается, что интенсивность НВСТ зависит от степени проницаемости разуплотненной зоны и, таким образом, характеризует степень разуплотнения карстующихся и перекрывающих пород.

6. Экспериментальным путем установлено, что тщательно выполненная микрогравиметрическая съемка может давать ценную информацию при решении разнообразных конкретных задач в процессе производства инженерно-геологических изысканий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Юргин, Олег Викторович, 2006 год

1. Азаров С.С. Зачем измерять силу тяжести Текст. / С.С. Азаров // Наука и жизнь. -1992.-№ И.-С. 82-88.

2. Айзин Б.И. Оползневые явления района г. Горького и инженерно-технические мероприятия по борьбе с ними Текст. / Б.И. Айзин // Тр. МГРИ. Т. VI. M.-JL, 1937. - С. 98-107.

3. Афанасьева Л.В. Программы для обработки гравиметрических измерений. Программа «Эталон» Текст. / Л.В Афанасьева, Э.В. Боярский, О.Д. Никифорова; Междуведомств. геофиз. комитет при президиуме АН СССР. Люберцы: ПИК ВИНИТИ, 1984. -54с.

4. Богословский Н.А. Сообщение об образовании провала близ д. Сонино Лукояновско-го уезда Нижегородской губернии Текст. / Н.А. Богословский // Изв. Геолкома. T.XXV. 1906. - С. 135.

5. Борнуковская гипсовая пещера. Княгининский уезд Нижегородской губернии Текст. // Московские ведомости. 1900. - 9 сент. - С. 4.

6. Братнина И.А. Геофизические методы исследования карста района г. Дзержинска Текст. / И.А. Брашнина // Материалы к научно-техн. конф. 12-15 апреля 1966 г. М., 1966. - С. 246-247.

7. Брашнина И.А. Особенности гравиметрического исследования в районах распространения карста Текст. / И.А. Брашнина // Материалы к научно-техн. конф. по инженерным изысканиям 11-15 мая 1967 г. -М., 1967. С. 296-298.

8. Брашнина И.А. О связи карста района г. Дзержинска с разломами фундамента, выделенными по геофизическим данным Текст. / И.А. Брашнина // Материалы научно-техн. конф. ПНИИИСа, апрель 1969 г. М., 1969. - С. 230-235.

9. Брашнина И.А. Исследование карбонатно-гипсового карста района г. Джзержинска геофизическими методами Текст. / И.А. Брашнина // Вопросы карстоведения. Вып. 2. -Пермь, 1970.-С. 28-31.

10. Буйнаков Е.И. Противокарстовые мероприятия на Горьковской железной дороге Текст. / Е.И. Буйпаков // Тр. Комитета по земляному полотну. 1968. - Вып. 8: Проектирование, строительство и эксплуатация земляного полотна в карстовых районах. -С. 239-248.

11. Быков П.П. Задачи укрепления волжского косогора в г. Горьком Текст. / П.П. Быков // Тр. ГИСИ. 1934. - Вып. 1. - С. 25-41.

12. Быков П.П. Оползни г. Горького и борьба с ними Текст. / П.П. Быков // За социалистическую реконструкцию города 1934. - № 6. - С. 39-43.

13. Вереда С.В. Авторское свидетельство № 1331290 от 9.01.85 г.

14. Воронова Т.А. Источники локальных аномалий силы тяжести в осадочном чехле Воронежской антеклизы (юго-восточная часть) Текст. : автореф. дисс. .канд. геол.-мин. наук: 25.00.10 : разосл. 07.05.99 / Воронова Татьяна Александровна. Воронеж, 1999.-23 с.

15. Геодезия Текст. : учеб. Пособие для топографических техникумов / В.В. Данилов [и др.]; ред. С.Г. Судаков; М.: Недра, 1974. - 416 с.

16. Горяинов Н.Н. Изучение оползней геофизическими методами Текст. / Н.Н. Горяинов, А.Н. Боголюбов, B.C. Матвеев, Н.М. Варламов, В.Н. Никитин, А.Г. Скворцов ; М.: Недра, 1987.-157 с.

17. ГОСТ 13017 83. Гравиметры наземные. Общие технич. условия Текст. - Введ. 1985-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 32 с.

18. Гравиразведка Текст.; справочник геофизика / Е.А. Мудрецова [и др.]; Под ред Е.А. Мудрецовой. М.: Недра, 1981. - 397 с.

19. Грушинский Н.П. Гравитационная разведка Текст.: учеб. пособие для геофиз. специальностей техникумов / Н.П. Грушинский, Н.Б. Сажина. Изд. 4-е, перераб. и доп. -М.: «Недра», 1988. - 364 с.

20. Декабрун М.И. Нижегородские откосы и борьба с их разрушениями Текст. / М.И. Декабрун, П.П. Быков // Производительные силы Нижегородской губ. Вып. 2. Н. Новгород, 1926.-С. 7-85.

21. Дмитриев П.В. Об оползневых образованиях в пермских отложениях Волги и Камы Текст. / П.В. Дмитриев // Разведка недр. 1935. - № 12. - С. 25-27.

22. Еврейское В.Е. Борьба с оползнями в Приволжских городах Текст. / В.Е. Еврейсков // Изв. Сибирского технологического ин-та. Т. 50. Вып. III. Томск, 1929. - С. 1-6.

23. Емельянова Е.П. О влиянии высоты, крутизны и экспозиции склонов на оползневые процессы Текст. / Е.П. Емельянова // Бюллетень Моск. о-ва испыт. природы. Вып. 3. 1959.-С. 121-131.

24. Емельянова Е.П. О режиме устойчивости склонов и особенностях стадий развития оползней разных типов Текст. / Е.П. Емельянова // Вопросы изучения оползневых процессов и факторов, их вызывающих / Тр. ВСЕГИНГЕО. Вып. 29. М., 1970. - С. 437.

25. Емельянова Е.П. Оснрвиые закономерности оползневых процессов Текст. / Е.П. Емельянова; М.: Недра, 1972.

26. Зубащенко М.А. Опыт районирования карста на территории Европейской части СССР и Кавказа Текст. / М.А. Зубащенко // Изв. Воронежского гос. пед. ин-та. T.V. 1939. -Вып. 1.-С. 29-39.

27. Иконников Л.Б. Оползни на берегах Горьковского водохранилища Текст. / Л.Б. Иконников // Материалы научпо-техн. копф. ПНИИИСа, апрель 1959 г. М., 1960. - С. 38-40.

28. Иконников Л.Б. Влияние Горьковского водохранилища па оползневые склоны Текст. / Л.Б. Икионников // Проектирование и эксплуатация водохранилища / Тр. координационных совещаний по гидротехнике. 1970. - Вып. 59. - С. 81-85.

29. Ильин А.Н. Полувековая исследовательская деятельность Дзержинского карстового стационара Текст. / А.Н. Ильин, В.В. Толмачев, И.А. Саваренский // Геоэкология. -2002.-№ 1.-С. 84-90.

30. Инструкция по гравиметрической разведке Текст. М.: Недра, 1980. - 80 с.

31. Каршенбаум М.А. Исследование влияния микросейсм на работу гравиметров Текст. / М.А. Каршенбаум // Повторные гравиметрические наблюдения : сб. науч. тр. / Междуведомств. геофиз. комитет при президиуме АН СССР. М., 1986. - С. 62-67.

32. Катаев В.Н. Теория и методология структурно-тектонического анализа в карстоведе-нии Текст. : автореф. дисс. .докт. геол.-мин. наук : разосл. 11.09.99 / Катаев Валерий Николаевич. Пермь, 1999. - 39 с.

33. Ковалевский Н.Б. Борьба с оползнями Текст. /Н.Б. Ковалевский // Коммунальное дело / Изд. Главного управления минерального хозяйства НКВД. 1926. - № 11. - С. 2832.

34. Кожевников А.В. К вопросу о возрасте оползневых склонов Текст. / А.В. Кожевников // Сб. статей по вопросам гидрогеологии и инженерной геологии,- М., 1962. С. 382-394.

35. Костицын В.И. Методы и задачи детальной гравиразведки Текст. / В.И. Костицын ; Иркутский университет. Иркутск : Изд-во Иркут. Ун-та, 1989. - 128 с.

36. Костицын В.И. Детальная гравиразведка на нефть и газ по методике измерения отдельных приращений Текст. / В.И. Костицын // Геофизика, спец. выпуск, изд-во ЕАГО, 2000. С. 121-124.

37. Крубер А.А. О карстовых явлениях в России Текст. / А.А. Крубер // Землеведение. -М., 1901.-Kii.IV.-С. 1-34.

38. Мазарович А.Н. Провалы и пещеры в юго-восточной части Нижегородской губернии Текст. / А.Н. Мазарович // Землеведение. Т. XIX. М., 1912. - Кн. 3. - С. 30-46.

39. Маловичко А.К. Детальная гравиразведка на нефть и газ Текст. / А.К Маловичко, В.И. Костицын, О.Л. Тарунина; М.: Недра, 1979. 190 с.

40. Маловичко А.К. Детальная гравиметрическая съемка без опорной сети Текст. / А.К Маловичко, В.И. Костицыи // Геофиз. методы поисков и разведки месторождений нефти и газа : межвуз. сб. науч. тр. / Перм. гос. ун-т. Пермь, 1984. - С. 3-11.

41. Матвеев B.C., Баскакова И.Н., Ипполитова С.П., Судакова Т.А. а.с. №1409027, кл. С 01 7/00, С 01 С 5/00,1986 "Способ изучения движений земной поверхности".

42. Миронов B.C. Курс гравиразведки Текст.: учеб. пособие для геофиз. специальностей вузов / B.C. Миронов; науч. ред. И.Г. Клушин. Л.: Недра, 1972. - 512 с.

43. Немцов Л.Д. Высокоточная гравиразведка Текст. / Л.Д. Немцов. М.: Недра, 1967. -231 с.

44. Оползни и сели Текст.: В 2 т. Т. 1 Оползни и сели / Центр международных проектов ГКНТ. Люберцы: ПИК ВИНИТИ, 1984. - 352 с.

45. Подгорная Л.И. Морфологические особенности оползневых склонов Горьковско-Чебоксарского Поволжья в зависимости от литологии слагающих пород Текст. / Л.И. Подгорная // Вестник ЛГУ. Сер. Геология и география. Л., 1965. - Вып. 4. - С. 144147.

46. Подземное озеро близ с. Борнуково в Княгининском уезде Текст. // Нижегородские губернские ведомости. 1860. - № 44. - С. 284-285.

47. Подземные ключи в Нижегородской губернии Текст. // Нижегородские губернские ведомости. 1886. - № 19. - С. 6.

48. Порошин Ю.В. Нижегородские оползни Текст. / Ю.В. Порошин // Нижегородская коммуна. 1932. - № 282. - С. 4.

49. Провал земли в Балахнинском уезде Текст. // Нижегородские губернские ведомости. -1847.-№33.-С. 430-434.

50. Романов Н.М. Оползни в пределах Н. Новгорода и его ближайших пригородах Текст. / Н.М. Романов // Вестник Нижегород. эконом, совещания. Н. Новгород, 1922. - № 3. -С. 83-92.

51. Романов Н.М. Геологическое строение Похвалинской горы в Н. Новгороде (материалы по проектированию осушительных штолен) Текст. / Н.М. Романов // Изв. Нижегородского ун-та. Вып. 2. Н. Новгород, 1928. - С. 150-164.

52. Селивановский Б.В. Современный карст Среднего Поволжья Текст. / Б.В. Селива-новский //. Уч. зап. Казанского гос. ун-та. Т. 112. Кн. 8. 1952. - С. 109-118.

53. Тарунипа O.J1. Об условиях, определяющих целесообразность применения различных гравиметрических приборов для производства детальных съемок Текст. / O.JI. Тару-нина // Вопросы обработки и интерпретации геофизических наблюдений. -1961. № 2. - С. 39-50.

54. Тарунина О.Л. Структурно-картировочные возможности гравиразведки в комплексе геолого-геофизических исследований Текст. : науч. изд. / О.Л. Тарунипа ; науч. ред. А.К. Маловичко. Пермь : Изд-во Перм. ун-та, 1993. - 200 с.

55. Файтельсон А.Ш. Результаты анализа повторных гравиметрических наблюдений. -«Прикладная геофизика», вып. 81, М., «Недра», 1976.

56. Файтельсон А.Ш. К вопросу о стабильности Московского эталонного полигона Текст. / А.Ш. Файтельсон, С.Г. Юрковецкий // Повторные гравиметрические наблюдения : сб. науч. тр. / НПО «СОЮЗГЕОФИЗИКА», ВНИИГЕОФИЗИКА. М., 1976. -С.83-88.

57. Хоменко В.П. Карстово-суффозионньге процессы и их прогноз Текст. / В.П. Хомен-ко. М.: Наука, 1986.-97 с.

58. Челинцев В.И. Оползни и их распространение в Поволжье Текст. / В.И. Челинцев // Естествознание и география. 1902. - № 3. - С. 45-51.

59. Чернов А.А. Заключение об устойчивости косогора правого берега р. Оки в месте проектируемого тоннеля в г. Н. Новгороде Текст. / А.А. Чернов // Изв. Геолкома. T.XXXIV.- 1915. -С. 319-324.

60. Чернов А.А. Геологическое исследование Окского косогора в г. Н. Новгороде, выполненное в 1915 г. Сб. №4,0-во Московско-Казанской ж.д. М., 1917,131 стр.

61. Шеко А.И. Изучение режима оползневых процессов Текст. / А.И. Шеко, Г.П. Постоев, Н.Н. Горяинов. М.: Недра, 1982. - 215 с.

62. Юргин О.В. Высокоточная гравиразведка при картировании карстовых зон Текст. / О.В. Юргин // Геофиз. методы поисков и разведки месторождений нефти и газа : меж-вуз. сб. науч. тр. / Перм. гос. ун-т. Пермь, 2001. - С. 66-75.

63. Юргин О.В. К вопросу о создании отечественного гравиметра класса А Текст. / О.В. Юргин, С.П. Золина, Р.Б. Рукавишников // Геофиз. методы поисков и разведки месторождений нефти и газа: межвуз. сб. науч. тр. / Перм. гос. ун-т. Пермь, 2001. - С. 7683.

64. Юргин О.В. О невязках гравиметрических рейсов, выполненных по МИОП Текст. / О.В. Юргин // Геология и полезные ископаемые Западного Урала : материалы региональной научно-практической конференции. Пермь, 2002. - С. 118-121.

65. Юргин О.В. О достоверности наблюденных значений силы тяжести Текст. / О.В. Юргин // Вестник Пермского ун-та. Сер. Геология. Пермь, 2004. - Вып. 3. - С. 106109.

66. Brcic I., Seigel И.О. Recent performance evaluations and applications of the Scintrex CG-3M microgravimiter // The new standard high precision land gravimeters. Scintrex technical information. 1999. Concord, Ontario, Canada. P. 1020-1026.