Сейсмическое микрорайонирование

Выводы и рекомендации по изучению карста

1. Проблема исследования карста является весьма актуальной для трестов инженерно-строительных изысканий, поскольку строительство промышленных и гражданских сооружений, расширение и реконструкция городов и рабочих поселков вовлекает в инженерную подготовку значительные массивы территорий, зачастую со сложными физико-геологическими явлениями.

При изучении карстовых районов наряду с обычными инженерно-геологическими следует широко использовать геофизические методы. Последние, изучая естественные и искусственно созданные физические поля над геологической средой, позволяют исследовать некоторый объем массива пород и выявить достаточно быстро различные неоднородности, включая карст.

2. По своим физическим показателям (УЭС, V _р, V_s, s и т.д.) карстовые зоны существенно отличаются от вмещающих пород, не затронутых карстовыми процессами. Аномалии над карстом тем больше, чем крупнее карстовая полость и чем ближе к поверхности она расположена.

3. По условиям залегания различают три типа карста:

открытый карст; покрытый карст, перекрытый водопроницаемыми породами;

покрытый карст, перекрытый водонепроницаемыми породами.

В зависимости от типа карста существенно изменяется методика геофизических исследований.

В случае открытого карста благодаря неглубокому залеганию от поверхности облегчается производство геофизических работ; решение задачи может быть проведено простыми и опробированными методами.

В случае покрытого карста при мощности покрывающих водопроницаемых пород до 30 м решение задачи отыскания карстовых зон может облегчаться за счет вторичных явлений, сопутствующих карстовым проявлениям (увеличение мощности четвертичных образований, возрастание УЭС наносов над карстовой зоной).

В случае покрытого карста при мощности покрывающих водонепроницаемых пород свыше 30 м задача обнаружения карстовых зон значительно усложняется. В этом случае необходимо проведение широкого и мощного комплекса геофизических методов.

4. Геофизические методы исследования в карстовых районах решают следующие основные задачи: литологическое расчленение пород, установление мощности и глубины залегания карстующихся пород; поиски и оконтуривание локальных карстовых полостей; изучение степени трещиноватости пород и преобладающего его направления; изучение гидрогеологических особенностей карстового района.

5. Результаты геофизических работ должны тесно увязываться с данными инженерно-геологических исследований.

6. При исследовании сложных форм залегания карста рекомендуется применять следующие полевые и скважинные геофизические методы: электропрофилирование различных модификаций (СЭП, КЭП, АВ fix, ДЭП); вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ); круговые модификации зондирования и профилирования (КВЗ, КВП); сейсморазведку КМПВ (в случае неглубоко залегающих форм - одноканальную сейсморазведку МПВ); стандартный каротаж (КС, ЕП); резистивиметрию; радиоактивный каротаж (ГК, ГГК-П); метод заряженного тела (МЗТ); сейсмоакустическое просвечивание в скважине и сейсмокаротаже; радиокип (в случае неглубоко залегающих форм карста).

В благоприятных случаях этот комплекс можно дополнять гравиразведкой и магниторазведкой.

7. К задачам, решаемым электроразведкой (ВЭЗ, ЭП, КВЗ, КВП) при изучении карста, относятся: выявление и оконтуривание зон повышенной трещиноватости и закарстованности; определение глубины распространения закарстованных пород; обнаружение отдельных карстовых полостей и их оконтуривание в плане.

При изучении карста наиболее употребительны различные схемы электропрофилирования. Наилучший способ съемки - площадной. Шаг наблюдений по площади не более 10 - 15 м. При изучении простых форм карста рекомендуется метод СЭП и АВ fix, при исследовании сложных - КЭП, ДЭП.

Для выбора разносов профилирования предварительно проводятся ВЭЗ по редкой сети точек (в среднем 200 ´ 200 м). На аномальных точках для установления преобладающего направления системы трещин рекомендуются круговые зондирования (КВЗ).

8. Сейсморазведка на карст проводится в комплексе с электроразведкой. Сейсморазведочные профили рекомендуется располагать на аномальных участках, выявленных электроразведкой. В случае изучения простых форм карста (до 15 - 20) может применяться одноканальная сейсмическая аппаратура (ОСУ-1).

При исследовании погребенного карста (в пределах до 50 - 100 м) используется многоканальная сейсмическая аппаратура (24-канальные станции ПСЛ-2 и т.д.).

Сейсморазведка на карст проводится по методике продольного профилирования и просвечивания.

9. При изучении неглубоких карстовых форм в условиях рекогносцировочных обследований рекомендуется использовать метод радиокип в опытном порядке, а также другие радиоволновые методы.

10. Проведение каротажных работ, включая комплекс методов стандартного каротажа, резистивиметрию и методы радиоактивных измерений, является обязательным при изучении сложных карстовых форм.

11. Для определения действительной скорости и направления движения подземных вод рекомендуются измерения методом заряженного тела (МЗТ) по одной скважине. На площади 1 км² следует проводить не менее пяти опытов МЗТ.

Примечание.

На территории Ростовской области достаточно широко развиты карстовые процессы. В пределах Донецкого кряжа, Калачской возвышенности и Донецкой гряды, где развиты мергельно-меловые и карбонатные породы карбона, сармата и понта, преобладают карстовые процессы, а, следовательно, и карстовые формы рельефа, Во многих местах имеются погребённые карстовые формы: каверны, трещины, различные полости.

Современные карстовые формы (западины, котлованы, воронки, провалы) развиты под маломощным покровом неоген-четвертичных отложений.

В Донбассе выделяют покрытый, задернованный и голый карст. Формы покрытого карста приурочены к известнякам нижнего и среднего карбона. Они наблюдаются в горных выработках обычно в виде воронок и канав протяженностью до 500 м. Задернованные формы представлены преимущественно воронками диаметром 20-25 м и глубиной 5-7 м. Распространены они в верховьях Миуса, Тузлова и др. Формы голого карста в виде слабо выраженных карр и ниш встречаются в долинах рек Донбасса. В степной зоне скорость карстовых денудаций составляет 10-20 м³/км² в год.

ПРИМЕЧАНИЕ. Материал из кн. «Природа, хозяйство и экология Ростовской области». Учебное пособие/Под ред. Ю.П. Хрусталёва. – Батайск: Батайское книжное издательство, 2002. –446 с.).

Лекция 10. Изучениеоползневых процессов геофизическими и геологическими методами. Интерпретация результатов исследований.

В современных условиях эксплуатации железных дорог Российской Федерации земляное полотно испытывает интенсивное воздействие поездных нагрузок. В сочетании с влиянием множества техногенных, погодно-климатических и геологических факторов это приводит к возникновению в земляном полотне деформаций, в том числе создающих угрозу безопасности движения поездов. На рисунках 10.1… представленных ниже приодятся примеры применения геофизических методов при опследовании железнодорожного полотна

Рис. 10. 1. Деформации инженерных сооружений на оползневом участке Северо-Кавказской железной дороги А - деформации водоотводящих лотков (в районе SP 7) Б - деформации свайного ростверка (в районе SP 8)

Для стабилизации участков земляного полотна, где происходят деформации, разрабатываются и применяются противодеформационные мероприятия, основной базой для эффективного и рационального проектирования которых является детальное исследование инженерно-геологических условий. Однако, проведение такого обследования с достаточной полнотой традиционными геологическими методами требует значительного объема бурения, что связано с большими временными и стоимостными затратами. Кроме того, из-за невозможности размещения буровой техники в непосредственной близости от железнодорожного пути, бурение производится легкими станками или вручную, что не всегда обеспечивает необходимую глубину изучения разреза. Еще один момент, связанный с дискретностью получения геологической информации при бурении, создает определенные затруднения при пространственной интерпретации данных. Поэтому решение вопросов полноты изысканий, по нашему мнению, связано с необходимостью привлечения методов инженерной малоглубинной геофизики, которые обеспечивают проведение изысканий в труднодоступных условиях и позволяют получать непрерывную информацию как об основных элементах геологического строения, так и о физико-механических свойствах среды «in situ» И только совокупность геолого-геофизических данных позволяет достаточно надежно установить причины деформаций и принять правильное проектное решение по стабилизации земляной насыпи.

В данном примере приводятся результаты геофизических исследований, которые проводились в 2003 г. на участках деформаций железнодорожного пути с различными инженерно- геологическими условиями: на 1780 – 1781 км линии Армавир - Туапсе Северо – Кавказкой железной дороги (СКЖД) и на 22 км направления Москва-Курск Московской железной дороги (МЖД). Основной задачей изысканий являлось изучение геологического строения с целью выявления причин происходящих там деформаций земляного полотна.

На указанном участке СКЖД деформации земляного полотна начались сразу после окончания строительства в 1911 году и выражаются в просадках обеих рельсовых нитей со сдвижкой пути в плане, которые вызваны подвижками грунтов косогора, активизирующимися во время выпадения значительных количеств осадков. Результаты этих негативных процессов показаны на рис.10.1, где наблюдаются существенные нарушения защитных инженерных сооружений.

Для решения поставленной задачи был выполнен достаточно объемный комплекс исследований, включающий сейсмические наблюдения КМПВ и электрические зондирования по методике СЭЗ, выполненные по сети профилей, ориентированных как вкрест так и вдоль железнодорожного пути, георадиолокационные наблюдения по профилям, проложенным вдоль осей 1-го и 2-го пути и в междупутье, бурение в объеме 1-3 скважины на каждом поперечном сейсмическом профиле.

Результаты исследований показали, что данный участок имеет сложное геологическое строение, обусловленное:

• схожестью литологического состава пород оползневых тел и подстилающих ненарушенных пород коренной основы, что привело к неоднозначной корреляции данных бурения;
• незначительной глубиной залегания поверхности грунтовых вод, а также наличием переувлажненных участков выше по разрезу;
• значительной мощностью (до 30-35м) сложнопостроенных оползневых отложений;
• наличием сложного ступенчатого рельефа коренных пород, способствующего образованию зеркал скольжения оползневых тел (рис. 10.2 А, Б).

Рис. 10.2. Результаты геофизических исследований на оползневом участке Северо-Кавказской.железной дороги: А- сейсмические разрезы по 1 и 8 профилям наблюдения; Б - фрагмент радарограммы с результатами интерпретации; В - схематическая карта участка работ

Общая геологическая ситуация достаточно наглядно отражена на схематической карте участка, приведенной на рис. 10.2 В. Склон расположенный выше железнодорожного пути характеризуется неглубоким (5-7м) залеганием кровли коренных малоизмененных пород и достаточно высокими скоростными характеристиками поверхностных отложений, являющихся корой выветривания пород коренной основы. Уровень грунтовых вод в возвышенной части участка располагается в коренных породах на глубине порядка 12-15м. Такое положение границ в разрезе этой части участка позволяет говорить о том, что вовлечение этих отложений в оползневой процесс маловероятно при сохранении сложившихся здесь геологических и гидрогеологических условий.

При переходе в зону развития оползневых отложений, поверхности кровли ненарушенных отложений и УГВ сближаются, затем пересекаются и по мере понижения дневного рельефа расходятся (см. рис. 10.2 А, 2 В). Области пересечения этих границ являются зонами интенсивного водонасыщения рыхлых отложений, что может способствовать активизации процесса оползнеобразования, особенно в породах с низкими скоростными характеристиками.

Непростая гидрогеологическая ситуация складывается в районе ростверка, где образуется локальный подъем зеркала подземных вод, что связано, по-видимому, с тем, что противодеформационные сооружения являются барьером для водотока (см. рис. 10.2 А).

По результатам георадиолокационного обследования в строении насыпи выделяются две достаточно протяженные (около 300м) аномальные зоны (см. рис. 10.2 Б, 2 В), где фиксируются наиболее значительные изменения в ее конструктивных слоях. Деформации в первой зоне (sp 1a – sp 3) могут провоцироваться достаточно близким к поверхности положением УГВ. Вторая аномальная зона (sp8 – sp10), где фиксируются пониженные значения скоростей упругих волн в верхней части разреза, связана с активизацией оползневых процессов.

Представленные результаты геолого-геофизических исследований достаточно убедительно показывают эффективность примененного комплекса изысканий на участках развития оползневых процессов и связанных с ними деформациями земляного полотна железной дороги.

Ниже рассматриваются результаты геолого-геофизических работ, которые были проведены в совершенно иной инженерно-геологической ситуации.

На 22 км направления Москва-Курск МЖД между станциями Покровская и Красный строитель (Южный Административный округ г. Москвы) в 2003 г. были выполнены геолого- геофизические исследования на участке деформаций четырехпутного земляного полотна, выражающиеся в оседаниях опор контактной сети и рельсовых нитей.

В геологическом отношении верхняя часть разреза этого района г. Москвы представлена толщей четвертичных пород, которая сложена переслаиванием моренных суглинков и глин, водно-ледниковых песков и супесей, аллювиальных и озерных песков и суглинков. Общая мощность этих отложений пространственно изменчива и составляет 5 - 20м. В изучаемой области также почти повсеместно распространены покровные суглинки, образующие маломощный (1-2, местами до 3-4 м) чехол.

В комплекс изысканий наряду с бурением инженерно-геологических скважин были включены сейсморазведочные работы методом преломленных волн (МПВ) и георадиолокация с набором различных антенных блоков.

Сейсмическими методами на обследуемом участке предполагалось решить следующие задачи: изучение геологического строения до глубин 20 - 25 м с определением глубины залегания и прослеживанием уровня грунтовых вод (УГВ) и поверхности плотных пород.

Перед георадиолокационной съемкой ставилась задача детального изучения строения земляного полотна железной дороги с выявлением аномальных (просадки, повышенное влагонасыщение и т.д.) зон в конструктивных слоях.

Для решения поставленных задач была отработана сеть профилей, ориентированных вкрест предполагаемому простиранию зоны деформации параллельно железнодорожным путям.

Полевые наблюдения проводились 24-х сейсмостанцией “Лакколит-24М” по методу преломленных волн (МПВ) с возбуждением и регистрацией как продольных (Z- компонента), так и поперечных (Y-компонента) волн.

На рис. 10.3. представлены результирующие сейсмический (А) и георадиолокационный (Б) разрезы по профилю, который был отработан между вторым и третьим путями и проходил непосредственно через инженерно-геологическую скважину.

Рис. 10.3. Разрезы по профилю на земляном полотне (22км Московской железной дороги): А - сейсмический разрез с графиками скоростей продольных волн, рассчитанных на базах 4 и 8 м, Б - георадиолокационный разрез

На сейсмическом разрезе преломляющая поверхность, построенная по поперечным волнам с граничной скоростью 300 – 350 м/с, испытывает погружение на пикетах 60 – 140, связанное, по-видимому, с погребенным эрозионным врезом. Северный борт этой структуры крутой, противоположный - пологий, максимальная амплитуда погружения составляет около 6м. Рассматривая ее морфологию, можно заметить, что это не что иное, как перекрытое рыхлыми отложениями палеорусло древнего водотока. По-видимому, существующий в свое время водоток при освоении территории был заключен в бетонную трубу и перекрыт насыпью. Такая ситуация, как указывается в [1], благоприятна для возникновения линейной суффозии вдоль засыпанных водотоков. Развитие этого процесса вызывает оседание поверхности земли на локальных участках, сопровождающееся деформированием как наземных, так и подземных коммуникаций, что мы наблюдаем на земляном полотне железной дороги. На представленных фотографиях (рис. 10.4 А, Б) зафиксированы деформации элементов железобетонной трубы, проложенной под насыпью, и вынос мелкозернистого материала из затрубного пространства, что подтверждает версию о развитие здесь процесса линейной суффозии.

Рис.10. 4. Водопропускная труба в основании железнодорожной насыпи. А - деформации водоотводной железобетонной трубы; Б - вынос материала из затрубного пространства.

В области крутого борта палеорусла отмечается зона шириной до 20 м, где значения граничных скоростей поперечных волн понижаются с 340-350м/с до 250-280м/с. Пониженные значения скоростей упругих волн указывают на нарушение сплошности отложений и, соответственно, на их повышенную проницаемость, что способствует суффозионному процессу.

Сейсмическая граница, построенная по продольным волнам с граничной скоростью 1600- 1700м/с, связана с уровнем подземных вод и отображает его поведение Как видно из рис. 10.3. А, зеркало грунтовых вод фиксируется гипсометрически выше ложа палеорусла, испытывая локальное понижение над нарушенной зоной. Такое явление может быть связано с оттоком в проницаемой области. Здесь же наблюдается понижение значений граничных скоростей продольных волн вдоль рассматриваемой сейсмической границы, также указывая на аномальность центральной зоны.

Аналогичная картина наблюдается и на параллельных профилях, отработанных справа и слева по основанию насыпи. Анализ информации, полученной по всем профилям, позволил получить пространственную ориентацию выявленных структур и аномальных зон.

Для детального изучения верхней части разреза земляного полотна железной дороги были проведены сейсмические наблюдения по методике профилирования на постоянной базе. Рассчитаны значения скоростей продольных волн на двух базах: 4 и 8 м. Графики распределения этих значений вдоль профиля представленные на рис. 10.3А отображают скоростное строение верхней части разреза на глубину около 2 м. Наиболее контрастным является график, рассчитанный на базе 4 м, который характеризует приповерхностный слой. В целом, по скоростным характеристикам на отработанном участке выделяются две области: относительно высокоскоростная с пикета 96 до конца профиля, где скорости (база 4 м) принимают значения 230 – 280 м/с, и низкоскоростная (ПК 0 – 96) со значениями скоростей 140 – 180 м/с. В центре профиля (ПК 66 – 96) фиксируется зона с аномально низкими (<150 м/с) значениями скоростей продольных волн, где, собственно, и происходит оседание грунта вместе с опорами контактной сети и рельсовыми нитями. Пониженные значения скоростей в северной части профиля (ПК 0 – 96) связаны, вероятнее всего, с тем, что здесь в грунтах происходит нарушение структурных связей и их разрыхление за счет выноса геологического материала, то есть вся эта область, достаточно обширная, вовлечена в процесс суффозии, причем наиболее активная область выноса (ПК 66-96) характеризуется самыми низкими значениями скоростей продольных волн.

Георадиолокационная съемка производилась георадаром серии «ОКО» с различными антенными блоками по профилям, параллельным железнодорожным путям.

На разрезе георадиолокационной съемки (рис.10. 3Б) аномальная зона в центре профиля отображается в виде локального погружения отражающих горизонтов с нарушением их сплошности, образуя воронкообразную форму.

Представленные результаты исследований, проведенные в различных инженерно- геологических условиях демонстрируют широкие возможности и эффективность применения геофизических методов в комплексе с геологическими при изучении геологического строения проблемных участков железных дорог с целью установления причин деформаций земляного полотна.

Лекция 11. Тема: Применение геофизических методов в инженерной геологии, гидрогеологии и при проектировании, и строительстве и эксплуатации различных сооружений

Решаемые задачи

Задачи, решаемые геофизическими методами в инженерной геологии, гидрогеологии и при проектировании, и строительстве и эксплуатации различных сооружений очень многообразно, но их можно разделить на следующие группы:

1. Изучение геологического строения массивов горных пород, включающее определение пространственного положения поверхностей раздела между горными породами, обладающими различными физическими свойствами, выяснение положения крупных разрывных нарушений и др.

2. Изучение свойств и состояния массивов горных пород: физико-механических свойств, неоднородности, трещиноватости, напряженного состояния массива горных пород и др.

3. Изучение физико-геологических явлений: карста, оползней, многолетней мерзлоты.

4. Выявление условий залегания, движения, химических и физических свойств подземных вод.

5. Изучение свойств и состояния горных пород и их изменения в пределах площадей, находящихся под воздействием сооружений

В этой связи возникает необходимость дать определение понятию «массив горных пород».

Итак:

1. В инженерной геологии под термином «горный массив» понимают структурно обособленную часть земной коры в сфере инженерного воздействия сооружения, исследуемую для определения условий проведения работ и эксплуатации сооружений. Массивы горных пород представляют собой сложно построенные среды, расчлененные на отдельные структурные элементы различных порядков, породы которых различаются по трещиноватости, степени и характеру анизотропности и неоднородности. Возникновение структурных элементов в массивах связано с различными геолого-тектоническими проявлениями.

При этом могут возникать как двухмерные, так и объемные элементы (блоки). Двухмерные элементы являются поверхностями раздела и связаны с наличием контактных зон, разрывов, крупных трещин и т.п. Объемные элементы обусловлены наличием в массивах пород трещиноватости различного генезиса, которая расчленяет массив на различные по величине структурные элементы. В большинстве случаев в пределах массива различают крупноблоковую, мелкоблоковую и микроблоковую трещиноватость. Трещины, обусловливающие расчленение массива на крупные блоки имеют протяженность до сотен метров. Для массивов характерно незначительное сцепление по этим трещинам – около 2% по И.А. Турчанинову. Мелкоблочные трещины имеют протяженность до нескольких метров и обусловливают основную блочность массива, а сцепление по ним составляет 10-15% от величины сцепления породы в куске. Микротрещины имеют протяженность около нескольких сантиметров, а сцепление по их контактам близко к сцеплению пород в массиве.

Образование трещиноватости обусловлено как литогенетическими, так и тектоническими причинами. На это накладываются экзогенные процессы, в частности, выветривание, разгрузка пород вблизи земной поверхности, а также обводнение пород. Наличие трещиноватости пород и является одной из причин анизотропности и неоднородности скальных массивов. Большое значение при этом имеют различные свойства пород в разных структурных элементах, что обусловливает общую неоднородность массива.

Другой причиной, вызывающей неоднородность и анизотропность реальных горных массивов, является их напряженное состояние, отражающее локальные геолого-структурные факторы данного массива, и напряжения регионального, тектонического характера.

Так как свойства пород в различных структурных элементах различны, при изучении физико-механических характеристик существенно: для каких объемов пород они получены, поскольку связанное с неоднородностью проявление масштабных эффектов существенно искажает расчетные показатели физико-механических характеристик, что приводит к ошибкам при инженерных расчетах. Физико-механические характеристики должны быть получены для тех объектов, которые будут подвергаться воздействию при возведении и эксплуатации сооружения.

Роль геофизических методов при подобных исследованиях велика. Кроме того, имеются вопросы, которые не могут быть решены без применения геофизических методов. К таким вопросам, прежде всего относится получение расчетных характеристик массива: модуля упругости, который характеризует упругопластическое поведение массива, коэффициента Пуассона, модуля деформации, коэффициента отпора, плотности, напряженного состояния.

2. Литологическое расчленение массивов горных пород

Задачу литологического расчленения решают, в основном, двумя методами: сейсмо- и электроразведкой. В ряде случаев (картирование магматических пород, кристаллических сланцев, некоторых типов глин) используют магнитометрию и ядерные методы. Для сейсморазведки решение задачи затрудняется при близких значениях скоростей в изучаемой толще (например, для водонасыщенных песчано-глинистых пород) или наличия других границ (уровень воды). Для электроразведки трудности связаны с влиянием переменной минерализации грунтовых вод, действием принципа эквивалентности и др. При комплексировании этих методов литологическое расчленение происходит успешнее (показать рис.27 из кн. Ляховицкого и др., стр. 133): «Строение погребенной долины р. Днепр». Особенно четко выделяется поверхность фундамента, где скорость продольных волн достигает 5,4-6 км/с, а УЭС стремится к бесконечности. Осадочная толща расчленяется так: по МПВ с использованием продольных волн четко выделяются границ между зоной аэрации и водонасыщенной частью разреза, между осадочными породами и кристаллическим фундаментом. С использование поперечных волн, по отношению продольных и поперечных волн выделяются контакты между суглинками и супесями, между водонасыщенными супесями и песчаниками. Электроразведка позволила выделить контакты между суглинками и супесями, между супесями и песчаниками и определить положение границы фундамента

3. Изучение зоны выветривания

Наибольшее применение при изучении зоны выветривания (ЗВ) нашел сейсмический метод. Обычно для ЗВ характерно постепенное затухание трещиноватости с глубиной, что проявляется в увеличении скорости упругих волн. Зависимость процессов выветривания от литологии, характера трещиноватости, местных условий (рельеф, гидрология и гидрогеология) приводит к сложному, иногда мозаичному, изменению скоростей в ЗВ по площади и с глубиной. Это находит отражение в изломанной форме годографов продольной или поперечной волны. При усреднении отдельных годографов, увеличение кажущихся скоростей с расстоянием (т.е. с глубиной) проявляется более четко. Начиная с определенных расстояний от ПВ, закономерного увеличения кажущейся скорости не наблюдается и отмечается примерная параллельность годографов: нагоняющего и нагоняемого.

Эти признаки указывают на регистрацию волны соответствующей относительно сохранным породам, залегающим ниже ЗВ. Типичный пример применения МПВ для выделения ЗВ в одном из районов Донбасса показан на рис.29: «График изменения скоростей V_P с глубиной в зоне выветривания угленосной толщи по данным сейсмического каротажа». Всего было выделено 4 зоны.

При изучении ЗВ электроразведкой ВЭЗ вследствие латеральной изменчивости разреза кривые зондирования не всегда можно уверенно интерпретировать. Обычно наблюдаются кривые типа А; верхний слой может включать как покровные отложения и делювий, так и полностью дезинтегрированные породы верхней части ЗВ (элювий).

Дополнительную информацию можно получить. Используя данные магниторазведки. Это объясняется тем, что во многих случаях наблюдается ожелезнение трещин. Поэтому характер распределения крутопадающих трещин будет определять тонкую структуру магнитного поля. Статистическая обработка карт изодинам позволяет выявить их преобладающее направление. В качестве примера можно привести комплексные геофизические исследования в одном из районов Армении (МПВ, ВЭЗ, КВЭЗ, микромагнитная съемка).

Наибольшие трудности возникают при изучении зоны выветривания в каньенообразных горных долинах во время изысканий на площадках высотных плотин. Здесь приходится использовать как наземное профилирование МПВ, так сейсмическое просвечивание между штольнями и земной поверхностью. В результате обработки этих данных получают разрезы в изолиниях скоростей, дающие наиболее полную информацию (рис. 31, стр. 137: «Сейсмогеологический разрез по створу высотной плотины в горном районе»). На рисунке видно, что процессы выветривания распространяются в глубь горного массива неравномерно. Пониженными скоростями отмечаются зоны тектонических нарушений и зоны разгрузки в бортах плотины.

4. Изучение погребенных долин

Задачи обнаружения и прослеживания погребенной речной сети, изучения формы бортов и дна долин входят в число основных задач инженерной геофизики. Для их решения обычно используют комплекс электро- и сейсморазведки, на ранних стадиях исследования можно применять гравиметрию. Наиболее успешно эти задачи решаются при значительном контрасте физических свойств коренных пород и заполняющих долину отложений, например, на участках поверхностного залегания кристаллического фундамента, известняков, доломитов. В этом случае геофизические аномалии выражены наиболее ярко. Обычно используют метод преломленных волн и ВЭЗ. МПВ позволяет непрерывно прослеживать поверхность погребенного русла, обнаруживать отдельные переуглубления и выступы дна. По данным ВЭЗ кроме прослеживания дна переуглубленной долины успешно проводят расчленение заполняющих долину отложений.

При наличии крутых берегов в переуглубленных долинах рекомендуется применять не симметричные, а комбинированные установки ВЭЗ и электропрофилирование. Расстояние между точками ВЭЗ в районе склонов древней долины уменьшается до 25 – 30 м.

Основные трудности применения сейсморазведки для изучения русел древних погребенных долин связаны со следующими проблемами. Иногда наблюдаетстся малое различие скоростей сейсмических волн в коренных породах и в речных отложениях.

Стандартная методика не позволяет проследить преломленные волны от крутых бортов погребенных долин. В таком случае поперечный разрез долины может быть получен следующими методами.

1. Наблюдения проводят по нескольким опорным профилям, направленных вдоль долины. Глубины, полученные в точках пересечения этих профилей со створом, откладывают по нормали вдоль линии створа. Огибающая полученных окружностей дает приближенный контур долины вдоль створа. Этот способ прост и удобен, но не позволяет обнаружить присутствие глубоких, каньёнообразных промывов.

2. Наблюдения проводят по методике просвечивания с использованием скважин, пробуренных в коренных склонах долины. Наиболее точные результаты этот метод дает при резком различии скоростей в четвертичных и коренных породах.

3. Проводят поперечное профилирование створа. Существующие способы интерпретации непродольных годографов являются приближенными и связаны, в частности, с предположением, что углы наклона границ не превышают 10 – 15^о. Углы наклона склонов глубоких погребенных долин могут быть в несколько раз больше.

Совместное использование сейсмо- и электроразведки обеспечивает наиболее полное изучение погребенных речных долин.

4. Выявление и трассирование зон тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости.

Лекция 12. Тема: Изучение сейсмичности районов строительства

Одним из важнейших направлений применения инженерной геофизики является сейсмическое микрорайонирование территорий, предназначенных для массового строительства гражданских или производственных объектов. Сейсмостойкое строительство в Российской Федерации регламентируется картой общего сейсмического районирования масштаба 1:5 000 000, определяющей интенсивность возможных сейсмических воздействий в баллах.

Сейсмическое районирование относится к компетенции Академии наук РФ и её республиканских филиалов и основывается на сейсмостатистике с привлечением данных геологии, в первую очередь тектоники и геодинамики. Сейсмическая интенсивность – это микросейсмический эффект воздействия землетрясения на земную поверхность, определяемый по статистике повреждений сооружений различных типов, деформациям земной поверхности, воздействиям на предметы и по ощущениям людей. Микросейсмическая интенсивность (балльность) характеризует эффект землетрясения «в среднем» на большой территории и условно относится к горизонтальной уровенной поверхности и так называемым «средним» грунтам. Учет грунтовых условий при определении сейсмического эффекта, введение поправок на грунт в установленную общим сейсмическим районированием (ОСР) «фоновую» балльность является задачей сейсмического микрорайонирования (СМР).

Сейсмическое микрорайонирование представляет собой оценку сейсмической опасности, при которой учитывается влияние местных грунтовых условий на интенсивность сейсмических колебаний на поверхности Земли, и определяются поправки, уменьшающие или увеличивающие сейсмичность района, задаваемую картами общего или детального сейсмического районирования (ДСР).

Задача сейсмического микрорайонирования состоит в уточнении параметров сейсмических воздействий на площадке строительства и эксплуатации зданий и сооружений в зависимости от местных условий – грунтовых, геоморфологических, гидрогеологических и геофизических.

При сейсмическом микрорайонировании (СМР), в отличие от ОСР и ДСР изучаются не источники сейсмической опасности, а реакция грунтов на сейсмические воздействия. На сейсмическую интенсивность заметное влияние оказывают свойства грунтовой толщи. Наименьшей интенсивностью характеризуются сотрясения на скальных грунтах – гранитах, песчаниках и известняках. Плотным дисперсным грунтам – пескам, супесям, суглинкам и глинам соответствуют средние значения сейсмической интенсивности. Наибольшая сейсмическая интенсивность отмечена на рыхлых дисперсных грунтах – в первую очередь насыпных. Основное влияние на сейсмическую интенсивность оказывают свойства самой верхней 10-метровой толщи грунтов.

По определению при СМР оцениваются не абсолютные значения воздействий, а их приращения по отношению к оценкам, полученным при ОСР и ДСР для средних грунтовых условий. Влияние грунтовых условий на сейсмическую интенсивность учитывается понятием приращения сейсмической интенсивности (балльности).

Согласно Нормативным документам эта поправка, в зависимости от свойств грунта, может быть равна 0, +1 или -1.

Опыт показывает, что наибольшее влияние на величину приращения сейсмической интенсивности оказывают различия в физических свойствах верхней толщи грунтов мощностью 15 – 20 м. Заметное влияние на сейсмическую интенсивность оказывает уровень грунтовых вод при глубине менее 5 м. Этим и определяется минимально необходимая глубинность исследований при СМР для гражданских объектов, однако эта величина может изменяться в ту или иную сторону с учетом реальных инженерно-геологических условий. Как правило, исследования СМР выполняют до первой жесткой границы.

Основным источником информации о сейсмических свойствах грунтов являются инструментальные исследования, включающие различные методы геофизики.

Некоторые опасные геологические процессы, такие как сейсмогравитационные явления (оползни, обвалы, камнепады, сели, лавины и т.п.), замачивание лессовых грунтов, геокриологические явления и другие, имеют особенности своего проявления при достаточно сильных землетрясениях. По этой причине учет этих опасностей также принято рассматривать в кругу проблем сейсмического микрорайонирования.

К основным методам СМР относятся: метод инженерно-геологических аналогий; метод сейсмических жесткостей; сейсмологические методы, основанные на регистрации и обработке слабых землетрясений и микросейсм, а также расчетные методы.

Результатом работ СМР являются карты сейсмического микрорайонирования в масштабе 1:5000 и крупнее, которые отображают зоны различной интенсивности сейсмических воздействий с точностью до 0.1 балла.

Карты СМР позволяют с высокой степенью детальности оценивать локальные инженерно-сейсмические условия территории исследования и должны учитываться всеми организациями, ведущими изыскания, проектирование и строительство.

Сейсмическое микрорайонирование входит в состав инженерных изысканий и выполняется специализированными изыскательскими организациями.

Дата добавления: 2014-01-07