10th EAGE Scientific and Practical Conference and Exhibition on Engineering Geophysics 2014

Александровское городище (памятник археологии) находится в Калужской области на берегу р. Вори вблизи базы учебных геофизических практик МГУ имени М.В. Ломоносова в д. Александровка. Работы методом естественного электрического поля (ЕП) в 2013 году впервые проводились с неполяризующимися электродами второго поколения, сменившими меднокупоросные электроды, что позволило заметно поднять качество работ. Данные ЕП рассматривались совместно с электротомографией. Были откартированы фильтрационные аномалии (места разгрузки подземных вод), доказано диффузионно-адсорбционное происхождение региональной аномалии ЕП (пониженные значения потенциалов на пойме и повышенные на 30 мВ потенциалы на плато), установлено, что зона Александровского городища отмечается понижением потенциала ЕП.

Не первый год археологи для повышения качества работ и снижения трудозатрат применяют геофизические методы при разведке археологических памятников. В 2013 г., в соответствии с поставленными задачами были проведены полевые исследования на разнотипных археологических памятниках в Венгеровском районе Новосибирской области, относящихся к широкому хронологическому диапазону от неолита до эпохи раннего железного века: Венгерово-2, Старый Тартас-5, Тартас-1, Яшкино-1 (Барабинская лесостепь). Основной объем археолого-геофизических работ был выполнен на памятниках, где ранее были установлены случаи несоответствия археологических и геофизических данных. В условиях, объективно плохих для магнитной съёмки, преимущества комплексного подхода к исследованию позволили обозначить перспективы получения результата с помощью электроразведочного метода. В лабораторных условиях было проведено детальное геохимическое исследование вещества разновозрастных заполнений. Полученные результаты позволяют заключить, что на эффективность геофизической съёмки археологических объектов электромагнитным методом влияют гидрогеологические характеристики вещества на момент измерений. Для идентификации сопряжённых объектов следует проводить съёмку во время значительной увлажнённости грунта (после сезона дождей или снеготаяния).

Работа посвящена созданию программно-аппаратного комплекса (ПАК) на основе беспроводной сенсорной сети с многопараметрическими датчиками для управления движением подвижного состава вдоль оползневых участков железных дорог. Результаты выполненных исследований используются для развертывания сети сбора данных о текущем состоянии грунтов, создания алгоритмов контроля целостности и выработке сигналов о состоянии оползнеопасного склона, увязанных с допустимыми скоростями движения.

Проектирование газопроводов в сложных геологических условиях на косогорах и оползневых участках опирается на результаты инженерно-геологических и геофизических исследований. Применение современных томографических технологий инженерной геофизики расширяет возможности геофизических исследований за счет получения детальной и всесторонней информации о строении оползневых структур. Результаты комплексной интерпретации электро- и сейсмотомографических разрезов дополняют данные инженерно-геологических изысканий и позволяют оценить на качественном уровне состояние оползнеопасных склонов.

Электрический мониторинг – перспективное направление в электроразведке, активно развивающееся в настоящее время. Существует огромное количество исследований, посвященных электрическому мониторингу насыпных дамб, многолетнемерзлых пород, оползневых процессов. Как правило, целевые изменения в электрическом сопротивлении малы по отношению к уровню фона и помех. Это говорит о необходимости использования специальных методов регистрации и обработки получаемых сигналов. Периодичность в измерениях приводит к возникновению новых проблем. Изменения в температуре воздуха, выпадения осадков сильно изменяют электрическое сопротивление, что приводит к уменьшению чувствительности метода. Был проведен примитивный анализ корреляционных связей между вышеописанными метеорологическими факторами и кажущимся сопротивлением. Коэффициент корреляции Пирсона в отдельных случаях достигает 0.8 по модулю, что указывает высокую степень тесноты связи. Выпадение осадков также имеет сильное влияние на кажущееся сопротивление. Осадки могут приводить к изменению кажущегося сопротивления до 50% от фона.

В горнодобывающем производстве, цветной металлургии России накоплены десятки миллиардов тонн вскрышных пород, миллиарды тонн хвостов обогащения и сотни миллионов тонн металлургических шлаков. Из всего разнообразия техногенных объектов именно с отходами обогатительных фабрик связаны проблемы, решение которых важно как для человека, так и для природы в целом. Негативное воздействие сточных вод хвостохранилищ обогатительных фабрик обусловлено загрязнением природных вод продуктами окисления минералов тяжелых металлов меди, свинца, цинка и железа. Примером города с катастрофической экологической ситуацией является г. Карабаш (Челябинская область). Извлеченная на поверхность и складированная рудно - породная ассоциация с одной стороны неизбежно испытывает влияние природных факторов, видоизменяясь и преобразуясь под их воздействием, а с другой - сама оказывает активное влияние на окружающие ее природные компоненты. При исследовании использовалась электроразведочная станция «Скала 48». Представлены результаты трехмерной инверсии данных, полученные на двух площадках. Также в докладе приводится геохимическая информация об объектах, на которых проводились измерения.

Геоэлектрические методы широко используются обследовании протяженных гидротехнических сооружений. Распространенной является ситуация, когда приходится проводить измерения методом сопротивлений на профиле, проходящем вдоль гребня плотины. В этом случае наличие рельефа в непосредственной близости от профиля будет оказывать существенное влияние на характер распределения электрического поля и вносить искажения в результаты измерений. Мы показали, что при известном поперечном рельефе рядом с профилем наблюдений, при условии, что он является постоянным вдоль профиля, можно скорректировать влияние этого рельефа путем простого введения поправочного коэффициента в данные на каждом разносе. Для расчета коэффициентов необходимо провести моделирование на однородной по сопротивлению модели с известным рельефом. Модельные расчеты подтвердили, что при таком способе коррекции влияние рельефа значительно подавляется, форма кривой ВЭЗ приближается к получаемой от модели без рельефа, что позволяет после дальнейшей обработки проводить более корректную интерпретацию. Рассчитанные по результатам моделирования коэффициенты помогли скорректировать полевые данные, полученные на профиле ЭТ вдоль гребня одной из высотных каменно-набросных плотин.

В работе приводятся результаты геофизических и геохимических работ, проведенных на фумарольных полях вулкана Эбеко. Целью работы было выявление подводящей структуры каналов кипящих котлов и фумарол для уточнения характера транспорта вещества в приповерхностных условиях, его влияния на химизм гидротерм. На объектах совместно с индукционным частотным зондированием выполнена электротомография на постоянном токе. Построены изоповерхности УЭС и разрезы, определены положения зон «расходных» гидротермальных резервуаров, определена структура подводящих каналов, получены УЭС для вмещающих пород выбранных объектов

В связи с широким распространением метода электротомографии в задачах малоглубинной геофизики, всё чаще возникают задачи получения трёхмерного геоэлектрического разреза, поскольку все геологические структуры в природе трёхмерны. Однако по-прежнему, в основном, используется 2D-съёмка. Основная причина этого обстоятельства заключается в относительно большой длительности регистрации трёхмерного набора данных в случае достаточно большого участка. Альтернативой полноценной 3D-съёмке является съёмка с помощью псевдотрёхмерной расстановки, в этом случае трёхмерный набор данных собирается из нескольких параллельных 2D-профилей. В данной работе проведён сравнительный анализ геоэлектрических разрезов, полученных с помощью псевдо 3D- и 3D-расстановок электротомографии на примере участка Унгурского угольного разреза в Новосибирской области. Авторы делают вывод, что даже при отсутствии трёхмерности среды полученные геоэлектрические разрезы для двух методов могут достаточно сильно различаться. В частности крутопадающие проводящие слои лучше оцениваются с помощью полноценной 3D-расстановки электротомографии.

В статье описывается экспериментальное сравнение разных бесконтактных емкостных методов (высокочастотный метод – Ohmmapper, низкочастотный метод – ERA MAX) и традиционных измерений с гальваническим заземлением (Syscal Pro). На одном профиле, длиной более 400 метров были произведены измерения методами бесконтактного профилирования (ERA MAX), бесконтактного зондирования (ERA MAX), 6-ти разносного бесконтактного профилирования (OhmMapper) и электротомографии (Syscal Pro). Было произведено сравнение кажущихся сопротивлений на схожих разносах, а так же сравнение данных автоматической двумерной инверсии (за исключением данных профилирования). Сравнение показывает, что все бесконтактные методики подобны друг другу и соответствуют данным полученным гальваническим методом, хотя данные бесконтактных методик имеют больше шумов. Данная работа показывает, что бесконтактные использоваться для приповерхностных исследований в центральных регионах России.

В настоящей работе представлены результаты комплексирования скважинных и поверхностных измерений методом томографии сопротивлений и ВП, метода ЕП, магниторазведки, так же сопоставление с результатами химического анализа керна из скважин и образцов пород верхней части разреза, на одном из месторождений коренного золота Кемеровской области. Цель исследований заключается в выделение достаточного комплекса геофизических методов для выделения зон рудопроявления в данном регионе

В настоящее время в георадиолокации используется приближение, в котором скорость электромагнитной волны в среде зависит только от относительной диэлектрической проницаемости данной среды, что широко описано в литературе. Однако крайне редко встречаются упоминания о высокочастотном эффекте в воде, известным как «Релаксация Дебая». Он выражается в резком падении диэлектрической проницаемости и увеличении проводимости. Начало особенного проявления этого эффекта наблюдается на частотах близких к 2.5 ГГц (2.45 ГГц – частота работы микроволновых печей, в которых используется данный эффект), но он так же присутствует и на более низких частотах. Как известно, частотный диапазон при данных исследованиях лежит в пределах от 100 МГц до 2 ГГЦ. Следовательно, релаксация Дебая может оказывать влияние на волновую картину при исследованиях прежде всего на акваториях и практически на всех объектах, которые расположены ниже уровня грунтовых вод.

Поиск и детальное изучение участков развития карстово-суффозионных процессов – одна из актуальных инженерно-геологических задач. Для обнаружения и оконтуривания таких зон широко используются геофизические методы. Опыт работ показывает, что такие зоны могут отмечаться, как повышением, так и понижением кажущихся сопротивлений. В то же время, во всех случаях, карстово-суффозионные процессы приводят к снижению плотности. То есть, зоны карстопроявления в гравитационном поле всегда локализуются отрицательными аномалиями. Авторы предлагают двухэтапную методику изучения таких областей: 1 - выявление по результатам более производительной электрической томографии потенциально опасных зон; 2- заверка и детальное изучение выделенных участков с помощью гравиразведки. В качестве примера рассмотрен практический результат комплексных электротомографических и гравиметрических работ. Преимуществом электротомографии является высокая производительность работ при обследовании всей территории с целью локализации аномалий электрического сопротивления, обусловленных возможным развитием процессов карстопроявления. Проведение гравиметрических работ на выявленных потенциально опасных участках, позволяет: - провести диагностику областей разуплотнения (снижения прочностных параметров) горных пород основания; - в процессе количественной интерпретации соответствующих минимумов аномалий поля силы тяжести, уточнить размеры зоны и степень разуплотнения.

Методом прямого численного моделирования исследована проблема обнаружения горизонтального слоя с иным удельным сопротивлением в однородной полубесконечной среде методом вертикального электрического зондирования. Рассчитаны минимально необходимые контрастности по удельному сопротивлению слой/среда, обеспечивающие заданное относительное изменение кривой ВЭЗ при различных глубинах и толщинах слоя. Показано, что при прочих равных условиях слой с большим удельным сопротивлением, чем у вмещающей среды, обнаруживается методом ВЭЗ легче. Результаты расчета представлены в виде простой, удобной для использования формулы.

В работе описываются результаты полевых измерений с новой установкой. Приводятся корреляционные зависимости сигналов бесконтактной и эквивалентной заземленной установки и результаты анализа корреляции. Подтвержден характер корреляции сигналов для установки с дипольной питающей линией. Сделана попытка разработки методических приемов работы с установкой. Намечены пути дальнейшего изучения незаземленной измерительной линии с линейными приемными электродами.

Доклад посвящен расчету физико-механических свойств грунтов при помощи простейших корреляционных уравнений с числом исходных параметров, не превышающих двух, на основе данных инженерной сейсморазведки. Дается понимание методики расчета, указывается внимание на нюансы расчета. Приводятся сравнительные данные по результатам производственных работ. Обсуждаются вопросы популяризации данного способа среди широкого круга инженернов-геофизиков

В докладе рассматриваются методика и результаты применения метода Резонансно-Акустического Профилирования для решения задач инженерно-геологических изысканий. Представлены методика и примеры решения задачи определения необходимой глубины заглубления свай при формировании свайного поля, программное обеспечение, применяемое для вычислений и представления результатов. Решение данной задачи сводится к определению рельефа поверхности твердых пород, которые играют роль опорных для свайного поля. На примере работ в г. Орел показано, что задача определения рельефа поверхности твердых пород (следовательно - и задача определения необходимой глубины заглубления свай при формировании свайного поля) при помощи метода РАП решается достаточно однозначно, применение метода позволяет сэкономить время и средства Заказчика. Авторы рекомендуют применение метода РАП при проведении инженерно-геологических изысканий.

Рассматриваются особенности реакции слабых грунтов на сильные землетрясения. Амплитудный уровень и частотный состав колебаний на поверхности зависит от одновременного влияния нелинейных и резонансных процессов в слабых грунтах. На основе примеров поведения слабых грунтов при сильных землетрясениях указывается на возможность предсказания их реакции с помощью расчетов по компьютерным программам.

Приведена диэлектрическая проницаемость материалов дорожной одежды, вычисленная по результатам георадиолокационного зондирования и заверочного бурения. Даны рекомендации по назначению диэлектрической проницаемости в зависимости от центральной частоты антенного блока, погодных условий, влажности материалов и особенностей эксплуатации автомобильной дороги.

Рассматриваются два подхода комплексирования данных георадиолокационных и электротомографических исследований для изучения песчано-глинистых разрезов. Первый подход основан на учете данных георадиолокации при инверсии электротомографической модели. Второй подход использует метод спектральных отношений, который с учетом электропроводности грунта дает возможность количественного определения дополнительных электрофизических параметров по данным георадиолокации. Приводятся практические примеры, результаты физического и математического моделирования

В последние годы георадарные технологии широко применяются для решения различных геотехнических задач, в частности, в районах распространения многолетнемёрзлых пород. Особый интерес для инженерно-геологических изысканий представляют ледяные пласты и жильный лёд, который имеет форму клина. Наличие таких образований существенно осложняет проведение работ электромагнитными методами и методами постоянного тока. Георадар становится одним из основных методов изучения верхней части геологического разреза многолетнемёрзлых пород. Целью данной работы являлось физическое и математическое моделирование распространения георадарного сигнала в среде, содержащей или тонкие высокоомные слои, или неоднородности в виде клина. Физическое моделирование проводилось в баковой установке. В качестве тонких слоёв льда использовались листы оргстекла различной толщины, а для моделирования жильного льда применялись клинья из полистирола. Математическое моделирование выполнялось в программе matGPR R3. Проведённые исследования показали, что мощность тонких (менее ½ длины волны) ледяных слоёв может быть определена с помощью георадара только при наличии дополнительных данных параметрических скважин. Оценка мощности ледяной жилы теоретически может быть получена по углам прихода вторых отражений, однако практически, в случае, если горизонтальные размеры жилы сопоставимы с длиной волны, она проявляется на радарограмме как локальная неоднородность.

Многолетнемерзлые породы (ММП) имеют достаточно сложную структуру, связанную с наличием в них различных ледяных образований. В ММП часто встречаются пластовые и жильные льды, а также криопэги – незамерзающие рассолы. Важной задачей, которую необходимо решать при проведении инженерных изысканий и других геотехнических работ в районах распространения ММП, является контроль состояния приповерхностного сезонно-активного слоя. Это является чрезвычайно важной задачей и при оценке солифлюкционной опасности района. В работе представлены результаты георадиолокационной съемки, проводившейся в ходе экспедиции «Ямал-Арктика 2013» в августе-сентябре 2013 года. Георадиолокация входила в комплекс геолого-геофизических работ наряду с ВЭЗ и опорным бурением. Основными задачами георадиолокации в ходе работ были: 1) малоглубинные исследования в районах морозобойного пучения и полигональных образований; 2) исследование неоднородностей (жил, бугров пучения) в верхней части кровли многолетнемерзлых пород; 3) оценка возможности использования георадара для определения статистических и корреляционных свойств полигональных структур. Для исследований приповерхностного слоя ММП использовался георадар «ОКО-2» с дипольной экранированной антенной с центральной частотой 400 МГц. Для определения мощности сезонно-талого слоя применялся обычный геокриологический щуп и опорное бурение. Также были произведены расчеты по гиперболическим отражениям дифрагированной волны на радарограммах, георадиолокационное зондирование. В некоторых случаях использовались данные ВЭЗ. Проведен спектральный и корреляционный анализ георадарных сигналов, полученных над полигональными структурами и областями морозобойного пучения.

В докладе рассматривается оптимизация технологий малоглубинных сейсмических исследований для целей повышения качества результатов работ.

Традиционно в инженерной сейсморазведке для подавления некогерентных шумов используются частотные фильтры (ФВЧ, ФНЧ, полосовой фильтр, режекторный фильтр), а также пространственный сглаживающий фильтр в скользящем окне. Эти фильтры, при всей их распространенности, привычности и простоте использования, обладают рядом недостатков. C середины 80-х годов в нефтяной сейсморазведке активно развиваются новые способы подавления некогерентных помех, в значительной степени лишенные недостатков традиционных алгоритмов. В последние годы, некоторые из этих новых методов появляются в программах, ориентированных на инженерных сейсморазведчиков и, таким образом, могут быть успешно использованы в каждодневной практике обработки данных инженерной сейсморазведки. В докладе рассматриваются только наиболее распространенные алгоритмы, присутствующие, в тех или иных модификациях, в нескольких известных системах обработки, доступных для инженерных сейсморазведчиков: шумоподавление в частотно-временной области, предсказывающая в F-Х области фильтрация (F-X деконволюция), и возведение в степень двумерного амплитудного спектра.

Важной задачей сейсмоакустического профилирования при инженерных изысканиях в Печорском и Карском морях является выделение массивов мерзлых грунтов. Эта задача осложняется сложной волновой картиной, наблюдаемой на полученных здесь временных разрезах. Она обусловлена наличием в разрезе газосодержащих осадков и мерзлоты, а также посткриогенными преобразованиями. Данные факторы накладываются на структуру, формируемую литолого-стратиграфической компонентой, образуя сложную и неоднозначную, с точки зрения интерпретации, картину. При этом выделить из нее отдельные составляющие (фазовые или литолого-стратиграфические) весьма затруднительно. Сопоставление временных разрезов с данными бурения показывает, что на участках развития мерзлых грунтов имеет место ухудшение сейсмической корреляции и сосредоточение множественных дифракционных осей. Протяженные отражающие границы, которые можно было бы связать с подошвой или кровлей мерзлоты при этом отсутствуют.

Представлена методика площадных сейсморазведочных исследований приповерхностных опасных зон. Основная цель исследований – оценка величины и направления распространения коллапсовых зон, связанных с затоплением соляного рудника. Реализована методика ОГТ в продольном и непродольном вариантах с использованием разных типов источников и систем сбора данных. Основным результатом исследований явились трехмерные модели приповерхностных коллапсовых зон, построенные для разных циклов наблюдений.

Решается задача построения динамического сейсмического изображения геологической среды по сейсмограмме, получаемой при проведении работ методом преломленных волн. Изучена структура наблюдаемого волнового поля и предложен способ его трансформации в изображение, на котором показано распределение в среде элементарных источников волн - дифракторов.

Объект исследования расположен примерно в 40 км к северо-западу от Суздаля вблизи сел Шекшово и Большое Давыдовское в юго-восточной части Гаврилово- Посадского района Ивановской области на границе с Владимирской областью (Рису- нок 1). Область исследования представляет собой типичный равнинный ландшафт средней полосы России. Участок расположен в долине рек Урда и Ирмес, рельеф срав- нительно пологий. Область исследования регулярно распахивается, поэтому, кроме травы, никакой растительности на участке исследования нет.

Приведённые результаты наглядно демонстрируют возможность извлечения дополнительной информации о скорости вертикально поляризованных поперечных волн из сейсмограмм, зафиксированных по схеме Z–Z. При использовании обменных волн особо внимание следует уделять анизотропии упругих свойств скального или мёрзлого грунта и в обязательном порядке совмещать наблюдения по схеме Z–Z и Y–Y.

Неразрушающий контроль зданий и сооружений является актуальной задачей инженерной геофизики. Наиболее часто в георадиолокации используется метод в модификации с совмещённым источником и приёмником. Данная модификация является самой экономичной и менее трудоёмкой с точки зрения количества точек наблюдения, но при этом получаемая информация о внутреннем строении исследуемых объектов неоднозначная и сложно интерпретируемая. В большинстве случаев анализ данных проводится только на качественном уровне.