16302C

5.5 Геофизические исследования

При решении инженерно-геологических задач довольно часто применяются геофизические методы исследований. Они призваны не заменять инженерно-геологические методы исследований, а в комплексе с ними содействовать более быстрому, глубокому и эффективному проведению инженерно-геологической съемки и разведки. Они позволяют определять мощность рыхлых пород, расчленять толщу на отдельные слои, выявлять тектонические нарушения, определять глубину залегания грунтовых вод и направление их движения и т.д.

Геофизические методы изучают реакцию тех или иных физических полей на особенности залегания горных пород, обладающих различными свойствами.

Геофизические исследования проводят с поверхности земли и в буровых скважинах.

Геофизические исследования с поверхности земли

Наибольшее применение в практике изысканий нашли электрические методы, реже используют сейсмические, радиоактивные, магнитометрические и пр.

Электроразведка применяется в двух модификациях электрозондирование и электропрофилирование. Основными показателями свойств пород являются их удельное электросопротивление, выражаемое в Омах, что позволяет выделить слои пород различного состава, а также определять глубину залегания коренных пород.

Метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) широко используется для определения глубины залегания и мощности водоносных горизонтов, включая и глубокозалегающие артезианские воды. Он также позволяет установить смену пород и изменение их состояния в вертикальном направлении и построить геологический разрез (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6 – Пример построения разреза с использованием метода вертикального электрического зондирования:

а - изолинии сопротивлений грунта по полевым наблюдениям; б - результат их интерпретации по компьютерному моделированию.

Электропрофилирование (ЭП) дает возможность изучить геологическое строение участка в горизонтальном направлении вдоль линии профиля. Методом ЭП определяют границы слоев горных пород и водоносных горизонтов, обнаруживают карстовые полости, обводненные трещиноватые зоны, линзы пресных вод среди соленых и др.

Сейсморазведка. Для сейсморазведки требуются специальные одноканальные установки, которыми измеряют скорости распространения сейсмических упругих волн.

Опыт применения сейсморазведки для решения инженерно – геологических задач еще очень мал, что объясняется сложностью самой методики производства и сейсмических исследований и необходимости дальнейшего усовершенствования аппаратуры.

Рисунок 5.7 - Схема сейсморазведочных работ по методу отраженных волн: 1 - пункт взрыва; 2 - группа сейсмоприемников; 3, 4 - лучи упругих волн; 5 - сейсморазведочная станция.

С помощью микросейсмических установок, применяемых для исследования малых глубин, устанавливают глубину залегания скальных пород под наносами, выявляют погребенные речные долины, карстовые пустоты, уровень подземных вод, мощность талых пород в вечной мерзлоте и т.д. В сложных сейсмических условиях этот метод недостаточно точен.

Магниторазведку применяют как вспомогательный метод при изучении основных изверженных пород, обладающих аномальными магнитными свойствами, и для выявления зон тектонических нарушений.

Радиоактивные методы используют для определения объемной массы и влажности пород в условиях естественного залегания, а также литологического расчленения толщи песчаноглинистых отложений.

Геофизические исследования в буровых скважинах (шурфах и пр.)

Рисунок 5.8 – Схема проведения геофизических исследований в скважине: 1 – скважинный прибор; 2 – кабель; 3 – блок-баланс; 4 – каротажная лаборатория; 5 – кривая диэлектрического каротажа; 6 – кривая акустического каротажа.

Геофизические исследования в буровых скважинах, проводимые для изучения геологического разреза горных пород, их водоносности и температуры воды называют каротажем.

Каротаж скважин особенно важен при бурении скважин на воду, а если для их проходки использовался роторный способ, он обязателен.

Различают электрический, радиоактивный, резистивиметрический и др. виды каротажа.

Электрический каротаж основан на измерении вдоль ствола скважины кажущегося электрического сопротивления пород (метод КС) и потенциала естественного поля (метод ПС). Этим методом расчленяют толщу пород по литологическим признакам, выделяют пласты, насыщенные водой, и т.д.

Радиоактивным каротажем вдоль всего разреза скважины измеряют интенсивность естественного гамма - излучения горных пород (гамма - каротаж ГК) и вторичного гамма- излучения, возникающего в породах при их облучении нейтронами из источника, перемещаемого вдоль ствола скважины (нейтронный гамма-каротаж НГК). С помощью радиоактивного каротажа можно определить состав и состояние пород, а также некоторые их свойства: объемный вес, влажность и объемный вес скелета.

В комплекс обязательных геофизических исследований в скважинах роторного бурения для водоснабжения входят методы каротажа КС, ПС и ГК. По данным замеров строят каротажные диаграммы (рисунок 5.8). Геологический и гидрогеологический разрез скважины устанавливают при сопоставлении кривых КС, ПС и ГК.

Каротажу подвергают скважины, пробуренные и другими способами, особенно при значительной их глубине. В данном случае каротаж служит для контроля геологической документации скважин.

Резистивиметрический каротаж применяют для обнаружения мест притока воды в скважину, определения скорости ее движения и др. После промывки и заполнения скважины раствором поваренной соли с помощью специального прибора резистивиметра, опускаемого в скважину, следят за изменением удельного электрического сопротивления раствора. Места притока воды в скважину обнаруживают по увеличению величины сопротивления, так как подземные воды менее соленые, чем раствор поваренной соли, а, следовательно, должны обладать большим электрическим сопротивлением. Скорость движения подземных вод определяется по интенсивности возрастания электрического сопротивления в процессе замещения солевого раствора подземными водами.

С помощью других геофизических методов в скважинах определяют производительность водоносных горизонтов, минерализацию подземных вод, направление и скорость их движения, качество изоляции водоносных горизонтов и др. (метод заряженного тела, расходометрия, метод повторных боковых каротажных зондирований и т.д.).

Геофизические методы исследования относятся к скоростным, высокопроизводительным методам.