Геофизические методы исследования используют при изучении верхних слоев Земли для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых и решения инженерно-геологических задач. Геофизические исследования основаны на измерении естественных и искусственных полей Земли.
Раздел геофизических работ, который занимается решением инженерно-геологических задач, называется инженерная геофизика. Основным предметом исследования является та часть литосферы, которая задействована деятельностью человека. Глубина изучения в инженерной геофизике до 100 м.
4 основных направления применения методов инженерной геофизики
- Изыскания для обоснования проектов строительства;
- Исследования на стадии самого строительства;
- Мониторинг действующих сооружений;
- Анализ влияния антропогенной нагрузки на геологическую среду.
Как изучение физических полей помогает в решении инженерных задач
Предположим, что территория, на которой проводятся изыскания, имеет высокий риск образования карстовых провалов.
Если карстующиеся породы перекрыты некарстующимися породами, например, суглинками, то визуально на поверхности типичный карстовый рельеф (поноры и карстовые воронки) не наблюдается. Формирование карстовых полостей скрыто, обрушения происходят стремительно и приводят к катастрофическим последствиям: разрушению жилых домов, дорог и промышленных зданий.
Как обнаружить карст до необратимых последствий? Здесь нам поможет инженерная геофизика.
Предположим, что карстовая полость находится в зоне аэрации и заполнена воздухом. В электрическом поле такая полость будет выделятся как то, что не проводит ток, диэлектрик. При проведении электропрофилирования карстовая полость будет обнаружена, как зона с повышенными значениями сопротивления.
Обнаружение карстовой полости с помощью электропрофилирования
Дальше в статье мы рассмотрим, какие физические поля используются в инженерной геофизике.
Виды и особенности геофизических методов
Какие бывают физические поля?
Геофизические исследования изучают, как физические поля распространяются в геологической среде. Геофизики выполняют полевые измерения, и результаты съемки интерпретируют в геологические процессы и явления.
Физические поля делятся на естественные и искусственные. К естественным полям относятся поле силы тяжести (гравитационное поле) или магнитное поле Земли (магнитное поле). Искусственные поля создаются источниками, которыми управляет человек, например:
- электромагнитные поля создаются с помощью специальных генераторов;
- поля упругих колебаний вызываются взрывами, ударами или вибрациями, задача которых механически воздействовать на грунт.
Геофизические методы, которые изучают природные поля называют пассивными. Те методы, которые используют искусственные поля, относятся к активным. Активные методы имеют повышенную разрешающую способность и решают больше задач, чем пассивные. Зато пассивные мобильны, проще и дешевле.
Схема - Соотношение геофизических методов и физических полей, с помощью которых изучается геологическая среда
Рассмотрим некоторые виды геофизических работ и их особенности.
Малоглубинная электроразведка
В малоглубинной электроразведке можно выделить два направления исследований: методы сопротивлений и электромагнитные методы. Рассмотрим те методы из малоглубинной электроразведки, которые в основном применяются в инженерной геофизике.
Методы сопротивлений
Электрозондирования служат для вертикального изучения геологического разреза. С помощью электрических зондирований исследуют изменение удельного электрического сопротивления пород с глубиной.В инженерных изысканиях в основном выполняются вертикальные электрические зондирования на постоянном токе.
Глубинность исследования зависит от расстояния между источником тока (генератором) и приемником (измерителем). Меняя расстояния между источником и приемником, мы увеличиваем глубину проникновения токовых линий и получаем отклик с большей глубины.
Электропрофилирование выполняется с зафиксированным положением источника тока и приемника, глубина исследований остается одинаковой. Именно эта методика была представлена на первом рисунке, где с помощью электропрофилирования была выделена карстовая полость.
Инженерно-геологические задачи, которые решают с помощью метода сопротивлений:
- изучение заполненных карстовых воронок;
- поиски карстовых пустот;
- картирование границ литологических комплексов;
- исследование изменчивости грунтов в дамбах, плотинах и дорожных насыпях;
- поиски археологических памятников (остатков фундаментов зданий и крепостных стен).
Электромагнитные методы
Георадиолокационные исследования регистрируют распространение электромагнитных волн в среде и их отражение от границ слоев, которые имеют различные электрофизические свойства. Такие границы могут быть между:
- сухими и влагонасыщенными грунтами (уровень грунтовых вод);
- породами различного литологического состава;
- породой и материалом искусственного сооружения;
- мерзлыми и талыми грунтами;
- коренными и рыхлыми породами.
Глубинность исследования до 10 м.
Инженерно-геологические задачи, которые решают с помощью георадара:
- геологическое картирование - прослеживание коренных пород под рыхлыми отложениями, определение уровня грунтовых вод или границ между слоями с различной степенью обводненности;
- обнаружение подземных коммуникаций;
- изучение техногенных грунтов.
Малоглубинная сейсморазведка
Сейсморазведка изучает распространение сейсмический волн в геолгической среде. Источник сейсмических колебаний создается искусственно с помощью удара по металлической плашке на земле, вибрациями или взрывом.
В поле упругих колебаний мы можем наблюдать:
-
отражение сейсмических волн на границах слоев - метод отраженных волн (МОВ)
-
преломление сейсмических волн на границах слоев - метод преломленных волн (МПВ)
Инженерно-геологические задачи, которые решают с помощью сейсмометрии:
-
определение скоростей распространения упругих волн в грунтовом массиве с целью расчленения литологического разреза;
-
определение геометрии границ, на которых происходит резкое изменение сейсмоакустических свойств грунтов;
-
оценка деформационных и прочностных свойств грунтов;
-
оценка неоднородности и анизотропии грунтового массива;
Другие геофизические методы
Гравиметрический метод исследований основан на изучении поля силы тяжести. Параметром, определяющим возможность применения метода, является плотность горных пород. В области развития скальных пород гравиметрия позволяет прослеживать зоны разломов и крутые контакты, обнаруживать крупные карстовые полости.
При исследовании рыхлых отложений дает возможность оконтуривать участки распространения галечников и конгломератов среди менее плотностных песчано-глинистых образований, используется для выявления и прослеживания древних погребенных долин.
Магнитометрический метод исследований изучает магнитное поле Земли. Основным параметром, по которому ведется выделение геологических тел, является магнитная восприимчивость. В решении инженерных задач выполняется микромагнитная съемка повышенной точности, которая позволяет расчленять по литологическим разностям осадочные породы и четвертичные отложения, изучать трещиноватость скальных пород.
Ядерно-физические методы при наземных исследованиях ограничены гамма и эманационной съемками. Гамма-съемка основана на изучении радиоактивного гамма-излучения горных пород. Эманационный метод позволяет измерять содержания эманации радиоактивных веществ, находящихся в почвенном воздухе. Данные методы позволяют провести геологическое картирование, выделить тектонические нарушения и геодинамические зоны.
Как выбрать геофизические методы, чтобы решить задачу в изысканиях
Мы выяснили, что геофизические методы исследований изучают геологическую среду с помощью естественных и искусственных полей Земли. Естественные или природные поля существует без участия человека - это магнитное или гравитационное поля Земли. Искусственные создаются специальными устройствами при управлении человека - это электромагнитные поля или поля упругих колебаний.
Мы рассмотрели виды геофизических работ и какие инженерно-геологические задачи они могут решить:
-
малоглубинная электроразведка
-
малоглубинная сейсморазведка
-
гравиметрия
-
магнитометрия
-
ядерно-физические методы исследования
Как из такого количества методов выбрать тот, который эффективно решит вашу задачу?
-
Необходимо определить, будет ли объект контрастно выделяться в геофизических полях, например, в электрическом поле и поле упругих колебаний.
-
Решить, какой геофизический метод использовать, чтобы достоверно обнаружить геологический объект.
Проектировщики и строители и не должны сами самостоятельно выбирать методы. Для этого нужен геофизик, который разберется в проекте и подскажет, как лучше решить вашу задачу.
Свяжитесь с нами, и наш ведущий геофизик проведет бесплатную консультацию по выбору геофизического комплекса в решении вашей инженерной задачи.
