Помощь студентам в учебе
Применение радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником для изучения водных переходов при строительстве линейных объектов (на примере объекта в Ямало-Ненецком АО)
|
Введение 3
Глава 1 Геолого-географическая характеристика района работ 6
1.1. Географический очерк 6
1.2. Геология территории проведения работ 7
1.3. Геокриология территории 10
Глава 2 Основы метода РМТ-К 16
2.1. Общая информация 16
2.2. Измеряемые характеристики поля 18
2.3. Ближняя, промежуточная и дальняя зоны источника 21
2.4. Инверсия данных РМТ-К 23
Глава 3 Аппаратура, методика измерений, программы обработки и инверсии данных 25
3.2. Аппаратурно программный комплекс РМТ-К 25
3.2. Обработка данных 27
3.2 Программа инверсии ZONDMT2d 34
Глава 4 Результаты работ 37
4.1. Методика измерений 37
4.2. Интерпретация данных 38
Глава 5 Оценка влияния на данные РМТ-К статических смещений кривых зондирования.... 42
Глава 6 Особенности влияния анизотропии на результаты РМТ-К 47
Глава 7 Анализ результатов методов геофизики при изучении водных переходов 50
Заключение 61
Список используемой литературы 63
Глава 1 Геолого-географическая характеристика района работ 6
1.1. Географический очерк 6
1.2. Геология территории проведения работ 7
1.3. Геокриология территории 10
Глава 2 Основы метода РМТ-К 16
2.1. Общая информация 16
2.2. Измеряемые характеристики поля 18
2.3. Ближняя, промежуточная и дальняя зоны источника 21
2.4. Инверсия данных РМТ-К 23
Глава 3 Аппаратура, методика измерений, программы обработки и инверсии данных 25
3.2. Аппаратурно программный комплекс РМТ-К 25
3.2. Обработка данных 27
3.2 Программа инверсии ZONDMT2d 34
Глава 4 Результаты работ 37
4.1. Методика измерений 37
4.2. Интерпретация данных 38
Глава 5 Оценка влияния на данные РМТ-К статических смещений кривых зондирования.... 42
Глава 6 Особенности влияния анизотропии на результаты РМТ-К 47
Глава 7 Анализ результатов методов геофизики при изучении водных переходов 50
Заключение 61
Список используемой литературы 63
Строительство мостов, газопроводов, дорог является неотъемлемой частью нашей жизни, поскольку они влияют на экономическую, энергетическую и социальную сферы жизни. На стадии проектирования необходимо выполнять инженерно-геологические изыскания, особенно в геокриологических обстановках. Инженерно-геологические изыскания (ИГИ) - это производственный технологический процесс получения, накопления и обработки инженерно-геологической информации о районе проектируемого строительства с составлением прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий в сфере взаимодействия сооружения с геологической средой (Чумаченко и др., 2011). Поскольку большая часть территории Российской Федерации находится в Арктической и Субарктической зонах, где преобладают преимущественно низкие температуры, как правило, ниже 0°С развиты многолетнемерзлые породы (ММП) и экзогенные геологические процессы, например, термокарст, морозное пучение, заболачивание и т.д. В связи с этим возникают проблемы при строительстве и эксплуатации линейных инженерных сооружений (дороги, мосты, газо и нефтепроводы и др.). Опасные участки развиты повсеместно и требуют тщательного исследования.
Инженерно-геологические изыскания в районах распространения многолетнемерзлых грунтов должны обеспечить комплексное изучение инженерно-геокриологических условий района (площадки, участки, трассы) проектируемого строительства, включая рельеф, геологическое строение, сейсмотектонические, геоморфологические, геокриологические и гидрогеологические условия, состав, состояние и свойства мерзлых и оттаивающих грунтов, криогенные процессы и образования, составление прогноза изменений инженерно-геокриологических условий в сфере теплового и механического взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой с целью получения необходимых и достаточных материалов для обоснования проектной подготовки строительства, в том числе мероприятий инженерной защиты объекта строительства и охраны окружающей среды (СП 11-105-97 ч. 4). В последние годы на востоке Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) было отрыто несколько нефтегазовых месторождений (Медвежье, Заполярное, Бованенковское и др.). В данный момент территория активно развивается, ведь уже сейчас 80% российского газа добывается в этом регионе. Для транспортировки сырья требуется немало усилий. Во всем мире существует всего два экономически выгодных способа перевозки ресурсов - это транспортировка морская на танкерах и наземная нефте- и газопроводами или железнодорожным сообщением. С севера ЯНАО омывается Карским морем, которое находится практически круглый год подо льдами, соответственно транспортировка танкерами является не только чрезвычайно опасным, поскольку в случае аварии будет загрязнена акватория Карского моря и примыкающий Северо-Ледовитый океан, но и “узкое” временное окно транспортировки. К тому же в таких условиях весьма плохо развиты технологии по восстановлению гидросферы и биосферы земли. Второй способ является более простым и безопасным, но также существует необходимость за наблюдением возможных угроз, поскольку в округе имеется множество рек, устья которых выходят в Карское море.
Для изучения водных переходов при строительстве нефте- и газопроводов применяют методики геофизики, такие как электротомография (ЭТ), вертикальное электрическое зондирования (ВЭЗ), магниторазведка, сейсморазведка методом преломленных волн (МПВ), георадиолокация (Кашкевич и др., 2014). Эти методы весьма хорошо себя зарекомендовали в простых геолого-географических условиях, однако в более сложных обстановках методы сильно ограничены (малая глубинность, невысокая производительность, невозможность проведения работ в зимний период, неоднозначность результатов интерпретации и др.).
Хорошие перспективы при решении подобных задач имеет метод радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником (РМТ-К). В настоящей работе рассматриваются результаты работ метода РМТ-К при изучении участка водного перехода и строительства моста. Также выполнен анализ эффективности применения других методов геофизики при решении подобных задач. Материалы для магистерской диссертации были получены в Ямало-Ненецком автономном округе вблизи города Лабытнанги, где были проведены работы методом РМТ-К. Профиль наблюдений проходил через ручей Ыджид-Иоль. Полевые работы проводились в марте 2019 года.
Цель исследования в рамках магистерской диссертации:
• Показать возможности радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником при изучении водных переходов (на примере объекта в ЯНАО)
Задачи:
• Ознакомление с геологией территории вблизи г. Салехард
• Изучение методики работ методом РМТ-К, программных средств обработки и инверсии данных
• Проведение обработки и инверсии полевых данных, построение геоэлектрического разреза и интерпретация полученных результатов
• Оценка влияния на данные РМТ-К статических смещений кривых зондирования
• Анализ результатов других методов геофизики при изучении водных переходов и сравнительная характеристика с возможностями метода РМТ-К.
Автор выражает благодарность А.А. Шлыкову за предоставленные данные метода РМТ-К и оказание помощи в подготовке данной работы. Работа была выполнена при поддержке РЦ «Геомодель». Также автор выражает благодарность К.М. Антащук и А.Е. Симакову за предоставление современного программного обеспечения и дельных рекомендаций. Автор глубоко признателен своему научному руководителю А.К. Сараеву за постоянную поддержку и приобретённые знания.
Инженерно-геологические изыскания в районах распространения многолетнемерзлых грунтов должны обеспечить комплексное изучение инженерно-геокриологических условий района (площадки, участки, трассы) проектируемого строительства, включая рельеф, геологическое строение, сейсмотектонические, геоморфологические, геокриологические и гидрогеологические условия, состав, состояние и свойства мерзлых и оттаивающих грунтов, криогенные процессы и образования, составление прогноза изменений инженерно-геокриологических условий в сфере теплового и механического взаимодействия проектируемых объектов с геологической средой с целью получения необходимых и достаточных материалов для обоснования проектной подготовки строительства, в том числе мероприятий инженерной защиты объекта строительства и охраны окружающей среды (СП 11-105-97 ч. 4). В последние годы на востоке Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) было отрыто несколько нефтегазовых месторождений (Медвежье, Заполярное, Бованенковское и др.). В данный момент территория активно развивается, ведь уже сейчас 80% российского газа добывается в этом регионе. Для транспортировки сырья требуется немало усилий. Во всем мире существует всего два экономически выгодных способа перевозки ресурсов - это транспортировка морская на танкерах и наземная нефте- и газопроводами или железнодорожным сообщением. С севера ЯНАО омывается Карским морем, которое находится практически круглый год подо льдами, соответственно транспортировка танкерами является не только чрезвычайно опасным, поскольку в случае аварии будет загрязнена акватория Карского моря и примыкающий Северо-Ледовитый океан, но и “узкое” временное окно транспортировки. К тому же в таких условиях весьма плохо развиты технологии по восстановлению гидросферы и биосферы земли. Второй способ является более простым и безопасным, но также существует необходимость за наблюдением возможных угроз, поскольку в округе имеется множество рек, устья которых выходят в Карское море.
Для изучения водных переходов при строительстве нефте- и газопроводов применяют методики геофизики, такие как электротомография (ЭТ), вертикальное электрическое зондирования (ВЭЗ), магниторазведка, сейсморазведка методом преломленных волн (МПВ), георадиолокация (Кашкевич и др., 2014). Эти методы весьма хорошо себя зарекомендовали в простых геолого-географических условиях, однако в более сложных обстановках методы сильно ограничены (малая глубинность, невысокая производительность, невозможность проведения работ в зимний период, неоднозначность результатов интерпретации и др.).
Хорошие перспективы при решении подобных задач имеет метод радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником (РМТ-К). В настоящей работе рассматриваются результаты работ метода РМТ-К при изучении участка водного перехода и строительства моста. Также выполнен анализ эффективности применения других методов геофизики при решении подобных задач. Материалы для магистерской диссертации были получены в Ямало-Ненецком автономном округе вблизи города Лабытнанги, где были проведены работы методом РМТ-К. Профиль наблюдений проходил через ручей Ыджид-Иоль. Полевые работы проводились в марте 2019 года.
Цель исследования в рамках магистерской диссертации:
• Показать возможности радиомагнитотеллурических зондирований с контролируемым источником при изучении водных переходов (на примере объекта в ЯНАО)
Задачи:
• Ознакомление с геологией территории вблизи г. Салехард
• Изучение методики работ методом РМТ-К, программных средств обработки и инверсии данных
• Проведение обработки и инверсии полевых данных, построение геоэлектрического разреза и интерпретация полученных результатов
• Оценка влияния на данные РМТ-К статических смещений кривых зондирования
• Анализ результатов других методов геофизики при изучении водных переходов и сравнительная характеристика с возможностями метода РМТ-К.
Автор выражает благодарность А.А. Шлыкову за предоставленные данные метода РМТ-К и оказание помощи в подготовке данной работы. Работа была выполнена при поддержке РЦ «Геомодель». Также автор выражает благодарность К.М. Антащук и А.Е. Симакову за предоставление современного программного обеспечения и дельных рекомендаций. Автор глубоко признателен своему научному руководителю А.К. Сараеву за постоянную поддержку и приобретённые знания.
В ходе работ над магистерской диссертацией были изучены геологические особенности разрезов на участке вблизи г. Салехард. Рассмотрен характер распределения четвертичных отложений в районе участка. Собранная информация о геологии демонстрирует сложное строение верхней части разрезов. Геокриологическая обстановка на участке работ также весьма осложнена, ввиду различной степени водонасыщенности и льдистости в осадочном разрезе.
В диссертации рассмотрены основы методов, использующих поля удаленных радиостанций и контролируемого источника, а также способы инверсии данных. Освоена методика и программные средства обработки и интерпретации данных РМТ-К (программы SM25M, ZondMTID, ZondMT2D). Поэтапно разобран алгоритм обработки данных на основе полученных данных с участка работ. Построенные типичные кривые зондирования продемонстрировали трехслойное строение геологической среды.
Выполнена 2D инверсия данных РМТ-К в программе ZONDMT2d по профилю через ручей Ыджид-Иоль и построен геоэлектрический разрез. По результатам интерпретации показано, что метод РМТ-К позволяет детально расчленять геологический разрез при изучении водных переходов. Сопоставление данных скважин с геоэлектрическим разрезом подтвердило существенную эффективность работы метода РМТ-К. Полученная информация о залегании в интервалах 20-30 м плотных песчанистых горизонтов важна для выбора длины свай при строительстве моста, при этом длина свай должна быть не менее 20 м.
Для оценки влияния статических смещений выполнена 1D инверсия в программе ZONDMTld. Относительно небольшие различия разрезов по результатам 1D и 2D инверсии говорят о небольшом влиянии статических смещения на данные РМТ-К.
Рассмотрено влияние анизотропии на результаты работ методами с гальваническим возбуждением (ЭТ, ВЭЗ) и индукционным возбуждением (РМТ-К в дальней зоне источника). Отмечено, что важные параметры разреза для инженерно-геологических исследований - мощности слоев, более надежно определяется по данным РМТ-К. Помимо этого, выполняя работы в промежуточной зоне, с использованием кабеля конечной длины существует возможность изучить коэффициент “макроанизотропии” в геологических толщах.
В работе был произведен анализ результатов других методов геофизики таких как: сейсморазведка методом МПВ, ВЭЗ, ЭТ, георадиолокация, РМТ-К и детальная магниторазведка, на примере реальных объектов, связанных с переходом через долины рек.
Сравнительный анализ опыта применения методов малоглубинной геоэлектрики показывает, что метод РМТ-К имеет ряд преимуществ перед методами ВЭЗ и ЭТ при проведении работ в районах развития многолетнемерзлых пород:
- возможность проведения зимних работ с бесконтактными приемными линиями
- высокая производительность съемки
- достоверное определение мощности анизотропных горизонтов.
Недостатками метода РМТ-К являются:
- необходимость установки генераторной линии большой длины, что требует дополнительных затрат времени и увеличения состава бригады для обеспечения работы генератора.
В диссертации рассмотрены основы методов, использующих поля удаленных радиостанций и контролируемого источника, а также способы инверсии данных. Освоена методика и программные средства обработки и интерпретации данных РМТ-К (программы SM25M, ZondMTID, ZondMT2D). Поэтапно разобран алгоритм обработки данных на основе полученных данных с участка работ. Построенные типичные кривые зондирования продемонстрировали трехслойное строение геологической среды.
Выполнена 2D инверсия данных РМТ-К в программе ZONDMT2d по профилю через ручей Ыджид-Иоль и построен геоэлектрический разрез. По результатам интерпретации показано, что метод РМТ-К позволяет детально расчленять геологический разрез при изучении водных переходов. Сопоставление данных скважин с геоэлектрическим разрезом подтвердило существенную эффективность работы метода РМТ-К. Полученная информация о залегании в интервалах 20-30 м плотных песчанистых горизонтов важна для выбора длины свай при строительстве моста, при этом длина свай должна быть не менее 20 м.
Для оценки влияния статических смещений выполнена 1D инверсия в программе ZONDMTld. Относительно небольшие различия разрезов по результатам 1D и 2D инверсии говорят о небольшом влиянии статических смещения на данные РМТ-К.
Рассмотрено влияние анизотропии на результаты работ методами с гальваническим возбуждением (ЭТ, ВЭЗ) и индукционным возбуждением (РМТ-К в дальней зоне источника). Отмечено, что важные параметры разреза для инженерно-геологических исследований - мощности слоев, более надежно определяется по данным РМТ-К. Помимо этого, выполняя работы в промежуточной зоне, с использованием кабеля конечной длины существует возможность изучить коэффициент “макроанизотропии” в геологических толщах.
В работе был произведен анализ результатов других методов геофизики таких как: сейсморазведка методом МПВ, ВЭЗ, ЭТ, георадиолокация, РМТ-К и детальная магниторазведка, на примере реальных объектов, связанных с переходом через долины рек.
Сравнительный анализ опыта применения методов малоглубинной геоэлектрики показывает, что метод РМТ-К имеет ряд преимуществ перед методами ВЭЗ и ЭТ при проведении работ в районах развития многолетнемерзлых пород:
- возможность проведения зимних работ с бесконтактными приемными линиями
- высокая производительность съемки
- достоверное определение мощности анизотропных горизонтов.
Недостатками метода РМТ-К являются:
- необходимость установки генераторной линии большой длины, что требует дополнительных затрат времени и увеличения состава бригады для обеспечения работы генератора.