Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геоэлектрические исследования влаги и солей в лессовых породах при инженерно-геологических изысканиях (на примере районов гг. Алма-Ата и Душанбе)

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Игнаткин, Евгений Иванович

Введение.

Глава I. ЛЁССОВЫЕ ПОРОДЫ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОБ ИХ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТИ

1. Выбор и обоснование применимости основных геоэлектрических методов для картирования зон техногенного замачивания в лёссовых породах . н

2. Лёссовые породы и их основные особенности

3. Состояние вопроса о геоэлектрической изученности песчано-глинистых пород.

3.1. Обзор изученности электросопротивления и естественного электрического поля песчано-глинистых пород . |

3.2. Состояние вопроеа.Го .геоэлектрической изученности лёссовых пород-.

Глава П. МЕТОДИКА ГЕОЗЛЕКТРИЧЕСКИХ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЯОШЧЕС-КИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Полевые геоэлектрические методы

2. Лабораторные электрометрические методы

3. Инженерно-геологические методы

Глава Ш. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЧАСТКОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

I. Окрестности г.Алма-Аты

1.1. Участок I - "Кок-Тюбе". Геологическое строение участка и инженерно-геологические свойства лёсса

1.2. Участок П - "Заря Востока". Геологическое строение участка и инженерно-геологические свойства лёссовых пород.

1.3. Участок Ш - "ТЭЦ-2"

1.3.1. Геологическое строение участка и инженерно-геологические свойства лёссовых пород

1.3.2. Современные физико-геологические процессы и явления 2. Окрестности г.Душанбе

2.1. Участок 1У - "Варзобский канал". Геологическая характеристика и инженерно-геологические свойства лёссовых пород участка

Глава 1У. ВЛИЯНИЕ ВЛАГИ И СОЛЕЙ НА ЭЛЕКТРОПРОВОДИМОСТЬ ЛЁССОВЫХ ПОРОД

1. Связь минерализации поровых растворов с засолённостью лёссовых пород.

2. Влияние влажности на удельное электросопротивление лёссовых пород.

3. Влияние выщелачивания водорастворимых солей на удельное электросопротивление лёссовых пород

4. Основные закономерности поведения электросопротивления лёссовых пород в связи с содержанием влаги и солей.

Выводы.

Глава У. ЕСТЕСТВЕННОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЛЁССОВЫХ ПОРОД В СВЯЗИ С МИГРАЦИЕЙ ВЛАГИ И СОЛЕЙ

1. Особенности миграции влаги при замачивании и осушении лёссовых пород

2. Особенности миграции солей в лёссовых породах

3. Природа и условия образования естественного электрического поля при миграции влаги в лёссовых породах.

4. Природа и условия образования естественного электрического поля при диффузии солей в лёссовых породах. Ю

5. Результаты исследования естественного электрического поля в неполностью водонасыщенных лёссовых породах.Uif

5.1. Электрическое поле в связи с миграцией влаги . щ

5.2. Электрическое поле в связи с диффузией солей . \Z

Выводы . т

Глава У1. ГЕШГОГО-ГЕОФИЗИЧВСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ И МИГРАЦИИ ВЛАГИ И СОЛЕЙ В ЛЁССОВЫХ ПОРОДАХ ПРИ ТЕХНОГЕННОМ ЗАМАЧИВАНИИ НА УЧАСТКАХ "ТЭЦ-2" И "ВАРЗОБСКИЙ КАНАЛ"

1. Особенности изучения влаги в лёссовых породах геоэ-лектричеокими методами./

2. Участок Ш - "ТЭЦ-2"

2.1. Цель, задачи и методика reo электрических исследований

2.2. Результаты опытных геоэлектрических работ

2.3. Результаты reo электрических работ на территории ТЭЦ

3. Участок 1У - "Варзобский канал"

3.1. Цель, задачи и методика reo электрических исследований

3.2. Результаты reoэлектрических исследований.tö

4. Экономическая эффективность применения геолого-геоэлектрического комплекса на лёссовых породах.

5. Перспективность применения reoэлектрических методов при решении некоторых инженерно-геологических задач . $з

Выводы.18В

Введение Диссертация по геологии, на тему "Геоэлектрические исследования влаги и солей в лессовых породах при инженерно-геологических изысканиях (на примере районов гг. Алма-Ата и Душанбе)"

Лёссовые породы очень широко распространены на Земле. Они зар нимают площадь около 13 млн.км [Кригер, 1965] и встречаются практически на всех континентах ( за исключением, может быть, Антарктиды ).

В Советском Союзе лёссовые породы имеют широкое распространение, р покрывая 3,3 млн.км в районах Европейской части СССР, Средней Азии, Казахстана и Сибири, что составляет около 13% континентальной части страны [Быкова, 1972 ] .

Строительство и эксплуатация промышленных, гражданских, гидротехнических и других сооружений на лёссовых породах часто является причиной резкого изменения влажности в этих породах, что в свою очередь вызывает выщелачивание или накопление солей. Увеличение влажности и выщелачивание бывают причиной развития таких неблагоприятных процессов и явлений, как просадки, псевдокарст, оплывины, суффозия, размыв и прорыв берегов, насыпей гидротехнических сооружений. В связи с необходимостью прогнозирования этих процессов и явлений часто возникает проблема оперативного выявления и локализации участков наиболее вероятного проявления указанных цроцессов и явлений на основе картирования перераспределения влаги и солей в массиве лёссовых пород. Особенно актуальной эта проблема стала в связи с принятием на октябрьском ( 1984 г. ) пленуме ЦК КПСС долговременной программы широкой мелиорации земель и, е частности, в связи с предстоящим расширением мелиоративного строительства в засушливых районах страны, где, как известно, лёссовые породы имеют широкое распространение.

Привлечение геоэлектрических методов к решению данной проблемы основывается на наличии тесных связей между электрическими и некоторыми водно-физическими свойствами лёссовых пород. Перепективность применения этих методов обусловлена прежде Есего возможностью проведения наземных измерений в массиве лёссовых пород и высокой производительностью при незначительных экономических затратах.

До настоящего времени решению указанной проблемы геоэлектрическими методами не уделялось достаточного внимания, слабо изучены электрические свойства лёссовых пород, без знания которых затруднена научно-обоснованная постановка геоэлектрических исследований и достоверная геолого-геофизическая интерпретация получаемых результатов.

Сказанное выше определяет актуальность темы диссертации.

Цель диссертационной работы заключается в разработке эффективной методики картирования влажности ( зон техногенного замачивания) в массиве лёссовых пород наземными геоэлектрическими методами. Для достижения этой цели потребовалось решить ряд задач, основными из которых являлись:

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Игнаткин, Евгений Иванович

ОСНОВНЫЙ ВЫВОДЫ

1. Выявлены основные закономерности изменения удельного электросопротивления р лёссовых пород ( пылеватых суглинков и супесей ), связанные с содержанием влаги, солей и их миграцией 1П. Б»1и в результате техногенного замачивания.

2. Положено начало изучению естественного электрического поля однородных лёссовых пород и установлены некоторые особенности поведения его потенциала: а) в неполностью водонасыщенных лёссовых породах возникают ЕП за счёт миграции плёночной, капиллярной и отчасти гравитационной влаги и солей; б) на замоченных участках лёссовых пород ( с влажностью примерно более 10$ ) наблюдаются повышенные абсолютные значения потенциала ЕП и его градиента; в) в общем случае потенциал Е поля, возникающий при однонаправленной миграции влаги и солей равен Е = Еф+ К - Еа , в х оа. о случае противоположно направленного движения влаги и солей

Е = V Е3а+ V г) относительно интенсивные поля ( более 0,1 - 0,3 мВ/м ) за счёт миграции влаги наблюдаются в лёссовых породах, обладающих сопротивлением более 10 - 20 Ом.м ( с минерализацией поровых растворов примерно менее 10 г/л ); д) наиболее интенсивные ЕП за счёт диффузии солей наблюдаются в местах их активного выщелачивания и с влажностью лёссовых пород в среднем не менее 10$.

3. Показана возможность практически непрерывного картирования участков повышенной влажности лёссовых пород комплексом методов ЭП и ЕП. Выявлена возможность выделения в однородной толщи лёссовых пород слоёв с повышенной влажностью мето

- 191 дом ВЭЗ, используя, в частности, для лёсса полученные корреляционные зависимости V/ = \ ( р ) при заданной минерализации С поровых растворов.

4. Установлено, что на участках с известной повышенной влажностью ( в среднем более 18% ) лёссовых; пород методами сопротивления возможно выявлять зоны выщелачивания легкорастворимых солей и оценивать минерализацию поровых растворов, используя, в частности, для лёсса полученные корреляционные зависимости С = р ).

5. С целью исследования процессов техногенного замачивания пород на объектах ТЭЦ-2 ( г.Алма-Ата ) и Варзобский канал ( г.Душанбе ) был применён и опробован комплекс 311, ВЭЗ и ЕП с привлечением буровых работ. Было установлено, что указанный геолого-геоэлектрический комплекс позволяет получать достаточно полную информацию о содержании и миграции влаги и солей в лёссовых породах. Исследования позволили обосновать основные методические рекомендации по картированию зон замачивания и оценки влажности пород наземными геоэлектрическими методами.

6. Внедрение комплекса геоэлектрических методов ( ЭП, ВЭЗ и ЕП ) при изучении процессов техногенного замачивания позволяет повышать качество инженерно-геологических работ и иногда получать ощутимый экономический эффект за счёт сокращения количества скважин и уменьшения объёмов работ по опробованию лёссовых пород на их влажность и засоленность. В частности, подсчитанный экономический эффект от внедрения разработок по теме диссертации на двух участках составил около 25 тысяч рублей.

- 192

ОСНОВНЫЕ МЕВДЩЕСКЙЕ РЕКОШНДАЩИ

Для картирования участков техногенного замачивания и оценки влажности лёссовых пород рекомендуется в целом следующая методика проведения наземных геоэлектрических исследовании.

1. Для картирования зон замачивания и их оконтуривакия в однородных лёссовых породах рекомендуется проводить ЭП симметричной установкой при двух разносах питающей линии АВ. Малый разнос АВ ( 5 - 10 м ) позволяет картировать по пониженным значениям приповерхностные зоны замачивания, а второй разнос АВ ( от 10 до 20 м ) позволяет Еыделять зоны замачивания, расположенные на некоторой глубине.

2. В случае неоднородности гранулометрического и минералогического состава лёссовых пород по глубине и площади, а также в случае наличия на исследуемом участке зон выщелачивания, размеры которых соизмеримы с размерами применяемых установок, целесообразно дополнять ЭП методом ЕП. Метод ЕП позволяет по повышенным абсолютным значениям потенциала поля выделять замоченные участки с влажностью лёссовых пород примерно более 10$.

3. В выделенных зонах замачивания рекомендуется проводить ВЭЗ для выявления в однородной толще лёссовых пород слоёв с повышенной влажностью. Количественная интепретация кривых ВЭЗ палеточным способом с последующим использованием корреляционных зависимостей

VI ={ ( р ) позволяет определять средневзвешенные значения влажности выделенных геоэлектрических слоёв с точностью 10 - 40% и тем самым даёт возможность судить о процессе замачивания пород по глубине.

4. При локальном характере замачивания лёссовых пород, что характерно для стройплощадок гражданских и промышленных объектов, на которых замоченные зоны часто имеют размеры меньше 10 - 20 м, шаг геоэлектрических наблюдении рекомендуется выбирать 3 - 5 м, а расстояние между профилями 5-10 м.

5. При геоэлектрических исследованиях ( ВЭЗ ) влажности на участке для зачёта влияния минерализации С поровых растворон на сопротивление лёссовых пород рекомендуется: а) на участке развития лёсса исходить из данных о среднем содержании плотного остатка Пл в водных вытяжках пород на основе полученного уравнения регрессии С на Пл; б) при отсутствии данных о содержании Пл провести в небольшом объёме параметрические измерения р пород в детально опробованных выработках или Еблизи них. Целью этих измерений является построение графика зависимости VI = ^ ( р ) с последующим выбором одного из трёх полученных для лёсса уравнений регрессий \л/ на р в) на участке развития лёссовидных пород провести параметрические измерения р пород в нескольких детально опробованных выработках или вблизи них ( выработки закладываются в пределах положительных и отрицательных форм рельефа ). Целыо этих измерений является построение графика корреляционной зависимости V/ от р, по которому будет определяться влажность до 18%.

6. Рекомендуемая методика картирования замоченных зон геоэлектрическими методами наиболее эффективна на участках развития однородных по составу и строению лёссовых пород ( лёсса ) со значительной мощностью ( более 10 - 20 м ) и с фоновой природной влажностью менее 5 - 10% ( в засушливых районах с залеганием уровня грунтовых вод более 10 - 20 м ).