Труды российских конференций

В настоящее время на кафедре геофизики активно развивается направление высокоточной гравиметрии благодаря приобретению комплекса оборудования, включающего гравиметр CG-5 Autograv (США) (разрешающая способность 1 мкГал) и комплекта двухчастотного двухсистемного приемника Trimble R8 GNSS.

Более чем за год использования аппаратуры были выполнены гравиметрические съемки:

- на территории МГУ (вокруг и внутри Главного Здания МГУ) с целью выявления деформаций основных несущих конструкций здания,

- в Поволжье (более 600 км профильной съемки) при изучении строения Токмовского свода в рамках комплексных геофизических работ по государственному контракту,

- направленные на выявление принципиальных возможностей высокоточной гравиразведки при изучении особенностей верхней части разреза и подземных инженерных сооружений.

В районе Ходынского поля (г. Москва), на участке, предназначенном под строительство, проводились комплексные геолого-геофизические изыскания, включающие бурение, сейсморазведку, электроразведку и гравиразведку. Основной задачей было обнаружение возможного распространения карста. Гравиметрические измерения выполнены вдоль двух профилей (длина 200 м) с шагом 20 м.

Одна из главных задач проведения гравиметрической съемки формулировалась как выявление востребованности гравиразведки другими геофизическими методами, традиционно применяемыми при решении подобного рода задач.

На рисунке 1 показаны результаты интерпретации данных электроразведки с учетом данных бурения. Весь разрез приближен к горизонтально-слоистой среде за исключением верхней его части (до 15-17м), которая представлена (сверху вниз):

- слоем насыпного грунта переменной мощности от 0 до 3 м (и, вероятно, непостоянными физическими свойствами),

- слоем песка средней крупности неравномерно насыщенного водой (сухой, малонасыщенный, насыщенный) – на глубине ~10 м находится уровень грунтовых вод.

В гравитационном поле, естественно интегрирующем все плотностные неоднородности разреза, нашли отражения все особенности верхней части разреза, связанные как с изменением кровли и подошвы слоя песков, так и изменением влагонасыщенности внутри песков. Анализируя плотностные свойства разреза предполагается, что насыпной грунт менее плотный относительно нижележащих сухих песков. Сухие пески менее плотные относительно малонасыщенных песков, а насыщенные пески наиболее плотные.

На профиле 1 (рис.1) гравиметрические наблюдения выполнены через 20 метров, пункты совмещены с устьями скважин. Общий перепад значений составляет чуть более 0,2 мГал. В поле присутствует региональное монотонное повышение значений от скважины 101 к скважине 115, которое связано с градиентным насыщением песков грунтовыми водами в этом же направлении. Отрицательная гравитационная аномалия (чей экстремум приходится на пикет 100 – хорошо видно, в аномальном поле с учтенным линейным трендом), соответствует линзе сухих песков, разделяющей слабонасыщенные и насыщенные пески. В гравитационном поле на пикете 0 значения меньше, чем на пикете 20 на 0,01 мГал, что соответствует увеличение мощности насыпных грунтов. Изменение влагонасыщенности песков от пикета 80 к пикету 0, видимо, затушевано этим эффектом – в аномальном гравитационном поле с учтенным линейным трендом ярко выражено повышение поля в указанном направлении. На пикетах 100 – 200 следует отметить следующую особенность – в поле никак не проявлена увеличенная мощность «мокрых» песков и их сокращение от пикета 180 к 200. Судя по полю либо кровля, либо подошва песков должна быть выровнена, а понижения УГВ от 180 к 200 пикету либо отсутствует вовсе, либо должно быть скомпенсировано понижением подошвы «мокрых» песков.

На территории МГУ выполнены серии микрогравиметрических съемок с целью отработки методики по обнаружению и картированию подземных инженерных сооружений. В частности, проведены съемки над коллектором (диаметр 1м) и подземным переходом, геометрия которых известна. Среднеквадратическая погрешность съемок составила менее 4 и 10 мкГал соответственно при амплитуде аномалий 20 и 100 мкГал. Сравнены теоретические и наблюденные гравитационные эффекты. Зафиксирована зависимость амплитуд аномалий гравитационного поля от атмосферных осадков. В результате долговременных режимных наблюдений в Главном Здании МГУ выявлена прямая зависимость значений гравитационного поля от времени суток, что предположительно связано с заполненностью здания людьми.

Гравитационное поле содержит в себе информацию о неоднородностях верхней части разреза. Гравитационные аномалии связанные с изменением уровня грунтовых вод, влагонасыщением пород на глубинах 10-15 метров имеют достаточную амплитуду для регистрации их современными гравиметрами при соблюдении всех методических особенностей выполнения гравиметрических работ в том числе проведение повысотной привязки.

Малоамплитудные гравитационные аномалии поддаются интерпретации в условиях наличия априорной информации (бурение, другие геофизические методы).

Тщательный совместный анализ гравитационного поля с другими геофизическими методами может запретить некоторые модели и дать основу для переинтерпретации.

Высокая производительность гравиметрических работ позволяет при невысоких затратах выполнять площадную съемку на участке исследования и переходить к анализу плотностных неоднородностей на площади. При этом, учитывая априорные данные, возможно ставить задачи не только по картированию УГВ, но и выявлению мелкоамплитудных разломов, уточнению распространения карстовых образований, поиску подземных коммуникаций.

Р

ис. 1. Аномальное гравитационное поле вдоль профиля 1 с результатами интерпретации данных электроразведки и бурения.