Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование физических свойств морских грунтов на борту судна радиоизотопными методами

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование физических свойств морских грунтов на борту судна радиоизотопными методами"

российская академия наук уральское отделение институт геофизики

На правах рукописи удк 550.834

матусевич андрей евгеньевич

исследование физических свойств морских грунтов на борту судна радиоизотопными методами

Специальность: 04.00.12 - геофизические методы

поисков и разведки месторождения полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соскэниа ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1932

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательское институте морской геологии и геофизики, ВНИИМоргго, НПО "Союзморинжгеология"

НауФый руководитель: доктор геолого-минералогических наук профессор О.И.Бондэрев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук профессор Ю.Б.Давыдов кандидат геолого-ми"ералогичрских наук Н.ВДерюгин

Ведущая организация: НИПИ "Океангеофизика"

Защита состоится "/У 1992г. в чпсоя

на заседании специализированного совета Д 003.31.01 в Ордена Трудового Красного Знамени Институте геофизики УрО РАН по адресу: 620219, гЕкатеринбург, ГСП-144, y>i.A лундсена 100, Институт геофизики УрО РАН.

Автореферат разослан ". 7 " f!0J¿>Jl4 1692Г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор ф.-м. н.

Хачай Ю В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При морских инженерно-геологических работах особое внимание уделяется точности и достоверности результатов исследований, а также обеспечению возможности получения одних и тех же показателей свойств грунтов разными методами. Определение показателей физических свойств грунтов и, в первую очередь, плотности и объемной влажности - существенная составная часть морских инженерно - геологических изысканий, непосредственно выходящая на расчет сооружений.

Вместе с тем, применение радиоизотопных методов, в основном, имев! опытно-методический характер. Этот факт обусловлен тем, что с одной сторо: ы, при морских инженерно-геологических исследованиях предъявляются повышенные требования к качеству инженерно-геологической информации, с другой стороны, традиционная радиоизотопная аппаратура оказалась малопригодной для использования а морских условиях.

Цель работы, Основной целью диссертационной работы является разработка эффективного способа опробования грунтов на борту судна, обоснование конструктивных решений радиоизотопнои аппаратуры для его реализации и опытно-ге-тодическог опробоврчие созданной аппаратуры в морских условиях.

Задачи исгпедовзний. Основными задачами исследований были:

- анализ способов и технических средств опробования грунтов радиоизотопными методами при морских инженерно-! еологических исследованиях;

- изучение; анализ влияния различных факторов на погрешность

с» 1ределения плотности и объе мной влажности грунтов при выполнении измерений в различней геометрии по радиоизотопному колонковому способу с использованием дчнных по матем тическому и физическому моделированию полей нейтронов и гамма-квантов;

- анализ известных и разработка нового способа опробования грунта радиоизотопными методами на боргу судна;

- обоснование конструктивных решений комплекса радиоизотопного компьютеризированного типа КРК и требований к его программному обеспечению;

- разработка метрологического обеспечения комплекса типа КРК;

• опытно-методическое опробование и внедрение комплекса КРК-1 в производственной экспедиции, оценка точности определения показателей свойств грунта комплексом типа КРК;

- подготовка и выполнение программ предварительных и приемочных испытаний комплекса КРК-2.

Научная ноаизна исследований заключается в еледующем:

- даны теоретические и экспериментальные оценки влияния различных факторов на результаты определений плотности и объемной влажности при выполнении измерений в различной геометрии по радиоизотопному колонковому способу;

- обоснован способ опробования грунта гамма-методом в колонковом пробоотборнике, включающий три методических приема, защищенных авторскими свидетельствами СССР, обеспечивающий высокую точность определения плотности и объемной влажности, учет колебаний толщины стенок пробоотборника и степени неоднородности пробы фунта;

- обоснованы основные конструктивные решения и требования к программному обеспечению комплекса типа КРК, разработано его метрологическое обеспечение. как нестандартизованного средства измерений;

- дана оценка точности определения плотности и объемной влажности проб грунтов с использованием комплекса типа КРК;

Практическая ценность разработанного способа опробйта::-я грунта в колонковом пробоотборнике гамма-методом, обоснований конструкп^иых решений

радиоизотопной аппаратуры-дня его реализации, метрологического обеспечения и требований к программному обеспечению позволило создать и внедрить в практику инженерно - геологических исследований радиоизотопную аппаратуру, обеспечивающую повышение качества и сокращение сроков морских работ.

Реализация работы в промышленности. Результаты исследований внедрены в Специальном конструкторском бюро (СКВ, г.Рига) Научно - производственного объединения по морской инженерной геологии (НПО "Союзморинжгеология") в составе основного комплекта конструкторских документов, предназначенных для разработки, изготовгения и эксплуатации комплексов радиоизотопных компьютеризированных КРК-1 и КРК-2.

Опытный образец комплекса КРК-1 в 1939 году принят ведомственной приемочной комиссией Миннефтегазпрома СССР. Балтийская морская инженерно -геологическая экспедиция {БМИГЭ, г.Калининград) приняла комплекс КРК-1 к промышленной эксплуатации а 1990 году. 8 настоящее время на производстве СКБ НПО "Союзморинжгеология" производится подготовка к серийному выпуску комплекса КРК-2, принятого ведомственной приемочной комиссией Миннефтегазпрома СССР в 1991 году.

Защищаемые положения:

1. По реэультагам измерений скорости счета гамма - квантов источника

137

Cs, прошедших через колонковый пробоотборник с грунтом, детектором NaJ{TI) (<ри двух уровнях дискриминации гамма-квантов по энергии (0,04 и 0,35 МэВ), по двумерным регрессионным зависимостям первой степени с достаточной для практических целей точностью определяется плотность и объемная влажность.

2. На основа разработанного способа опробования грунта сформулированы основные технические .ребования к конструкции и программному обеспечению комплекса радиоиэоюпного компьютеризированного типа КРК, применение которого с использованием созданного метролс ического обеспечения позволяет повысить

точность и достоверность исследования грунта на борту судна.

Аплробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях Всесоюзного научно - исследовательского института по морской инженерной геологии и геофизики (ВНИИМоргео) /г.Рига, 1988г., 1990г./, кроме того, результаты исследований изложены в ряде научных и производственных отчетов по темам ВНИИМоргэо, СКБ, ШИГЭ. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, перечень которых приведен а конце автореферата.

Объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и содержит 97 страниц машинописного текста, 30 иллюстраций, 20 таблиц, 8 приложений, список литера^ры из 10? наименований.

В диссертационной работе приведены положения и материалы, полученные лично или при непосредственном участии автора.

Автор выражает глубокую благодарность за научное руководство работой доктору геол.-минер.наук, профессору Бондареву В.И. Автор искренне признателен главному метрологу НПО "Ссюзморинжгеология" Прохорову В.К.; доктору геолого - минералогических наук Звольскому С.Т. ( ИГН АН УССР); старшему научному сотруднику Кураченко Ю.А. (физико-энергетический иститут); главному конструктору пpL акта Дорофееву А Н. (СКБ); зав.бюро Свержмцкису Я.Я. (СКБ) за оказанное содействие и консультации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Раздел 1. В разделе рассмотрено состояние и перспективы применения р диоизотопных методов и аппаратуры для определения фиэичес.их свойств грунтов при морских инжрнярно-геологических исследованиях. На основе знализа многочисленных материалов как отечественных, так и заруйауных публикаций показано, что а настоящее время не существует зкслериментель-н' о образцов, а тем более, серийно выпускаемой радиоизотопной аппаратуры, в голоси морс удовлетворяющей, аисосим требованиям морских инженерно-

геологических исследований. Приведены основные технико-эксплуатационные характеристики отечественных и некоторых зарубежных влагоплотномероа. Отмечено, что наиболее совершенным способом применения радиоизотопных методов при изучении физических свойств грунтов в условиях их естественного залегания следует считать способ, основанный на вдавливании в грунты измерительных зондов. Этим способом можно исследовать грунт на значительной глубине, однако, такие установки являются дорогостоящими и могут быть применены только с использованием специальных судов.

Применение для определения плотности и объемной влажности грунтов собственно каротажа, как способа основанного на проходке скважин, является весьма проблематичным из-за конструктивных особенностей морских скважин и нарушений грунтов при бурении и позволяет получить лишь качественную характеристику состояния грунтов в массиве.

Для определения показателей свойств грунтов при морских исследованиях наиболее приемлемым оказался радиоизотопный колонковый способ. Сущность способа состоит в том, что пробы грунтов отбираются колонковым пробоотборниками. Затем колонковые пробоотборники располагают на палубе судна в горизонтальном положении, устанавливают на них первичные радиоизотопные преобразователи и производят дискретные измерения скорости счета ослабленного гамма-излучеьия и гей тронов-альбедо при перемещении преобразователей по пробоотборнику.

На основе анализа имеющихся данных установлено следующее:

- экспериментальный образец радиоизотопного колонкового влагоплошо-мера ИГНАНУССР является наиболее эффективным из известных технических средств для определения плотности и объемной влажности грунтов при морских исследованиях, однако, способ опробовангч грунта и конструкция влагоплотно-мера были разработаны более десятилетия назади нуждается в совершенствовании;

- методика выполнения определений показателей свойств, пр ч минимум« операций по подготовке к измерениям, непосредственно измерениям, обработке данных должна обеспечивать возможность исключения влияния условий измерений на результаты, а также учет колебаний толщины стенок пробоотборника, позволять контролировать качество отобранного керна, причем точность определений должна быть сопоставима с точностью лабораторных методов;

- конструкция аппаратуры должна обеспечивать возможность выполнения измерений в диапазоне изменения внешнего диаметра колонковых труб 108-146 мм, причем радиационная безопасность должна быть максимальной, кроме того, радиоизотопная аппаратура должна быть простой о изготовлении и, главное, в эксплуатации, обладать минимальными весогаблритными показателями и высоким уровнем предоставляемого сервиса;

Раздел 2. В разделе рассмотрены вопросы математического моделирование полей нейтронов и гамма-квантов при проектировании радиоизотопного колонкового влагоплотномера, проведен анализ расчетных данных и известных способов опробования проб грунта радиоизотопными методами, обоснован новый способ опробования грунта гамма-методом.

Важным фактором повышения точности и эксплуатационных характеристик радиоизотопной аппаратуры является выбор оптимальной технологической схемы измерений - ядерно-физического метода, активности и энергетической характеристики источника излучения, эффективности и уровня энергетической диск^и минзции ионизирующих частиц детектором. В"иду значительной трудоемкости определения характеристик нейтронного и гамма-поля при р&дшчных геометриях измерений путем физического моделирования, />*п получения обобщенных сведений о С1руктур2 нейтронного и гамма-поля при просвечивании колонковых проб грунтов был применен метод математического моделирований.

Характеристики нейтронного и гамма-поля источников при различных

геометриях измерений по радиоизотопному колонковому способу определялись путем расчета на ЭВМ по программе РОЗ-5 (Ю.АКураченко). В алгоритме программы дифференциальное уравнение переноса излучения сводится к системе алгебраических конечно-разностных уровнений. Решение ищется с помощью итерационного процесса для узлов разностной сетки по пространственным й угловым параметрам. Для расчетов использовалась физико-химическая модель частиц основных видов морских грунтов (песок, суглинок, глина, глина с 10% органики), составленная по литературным и фондовым материалам. Геометрия расчета плоская: на барьер из слоя железа толщиной 5 мм, слоя грунта перем енной толщины (механическая смесь воды и минеральных частиц при условии сохранения весовых содержаний элементов в единице объема), слоя железа

толщиной 5 мм падает плоский мононаправленный поток нейтронов плотностью

г * г

1 нейтр/см с или гамма-квантов плотностью 1 квант/см с.

Рассмотрены вопросы формирования углового и энергетического распределения нейтронов и гамма-квантов при прохождении через барьер с учетом веще- . ственного состава слоя грунта и его толщины. Приведены результаты расчетов , и уравнения регрессии для определения показателей свойств грунтов при выполнении измерений с использованием различных технологических схем. Показано, что на точность определения объемной влажности как нейтронным, так и гамма-методом наибольшее влияние оказывает содержащееся в скелете грунта органическое вещество. Неучет этого фактора при содержании в частицах грунта 10% органического вещества (по массе) может привести к погрешности определения

3

объемной влажности по нейтронному и гамму-методу до 0.16 и 0.07 г/см , соот-иетстненно.

Проаедон анализ различных технологических схем измерения с позиции обеспечения максимальной точности и производительности определения показавшей свойств грунтов при учете возм. кности их выполнения а широком диапа-

с

зоне изменения диаметрои пробоотборников.

Анализ совокупности расчетных данных для моделей полностью водонасы-щенных грунтов позволил сделать следующие выводы:

- нейтрон-нейтронный метод как в геометрии альбедо, так и в геометрии просвечивания в основном диапазоне измерений не обеспечивает достаточную точность и производительность определения обьемной влажности, требует учета влияющих факторог (плотности скелета грунта, содержания органического вещества, аномальных поглотителей тепловых нейтронов, содержания связанной воды ), при увеличении диаметра пробоотборника, чувствительность метода снижается вплоть до ее полной потери в диапозоне высоких значений объемной влажности;

- нейтронный гамма - метод обладает практически всеми недостатками нейтрон • нейтронного метода, помимо того его чувствительность к объемной влажности ниже, чем у гамма - метода при выполнении определений в основных типах пробоотборников;

• гамма-метод обесточивает наиболее высокую точность и производительность определения показателей свойств грунтов при использовании технологи-

137

ческой схемы, включающей источник Сэ и, обеспечивающей возможность измерения скорости счета импульсов детектором МаЛ(Т1) при двух уровнях электрической дискриминации гамма-квантов по энергии (0,04 и 0,35 МэВ), с последующим расчгтом показателей свойств по двумерным регрессионным уравнениям ,1ервой степени.

Автором (совместно с А.И Дорофеевым ) предложен ряд методичэоких приемов, направленных на повышение точности, производительноеги и достоверности определения показателей свойств водонасыщенных грунтов гамма-мегдоом.

Согласно способу определения влажности и плотности грунтов источник и де гехюр гамма-излучения устанявлнваатся ня фиксированном расстоянии друг от

друга. Предварительно определяют сигналы детектора при прохождении гамма -излучения по воздуху п0, в воде пв и через полностью высушенный грунт пск с известной пористостью N и плотностью частиц грунта Эо- Затем проводят определение сигнала детектора п при прохождении гамма-излучения через исследуемый грунг. Показатели свойств грунта определяют по следующим соотношениям:

1п(п/по ) + 1п(п ,,/п^О-М)

\/ г ■ I ------- —.1 ■■ — .,■■■-

Цп^КТ-Ю- 1п(п0 /п )

где \Л/ • обьемная впажность, доли ед.

С {1-М)1п(п Л»)

в = —-!--mWGв

1ч(п0 /псх)

3

где й • плотность грунта, г/см ;

з

й в - плотность воды, г/см ;

ш - постоянная, зависящая от геометрии измерений. Изобретение позволяет значительно повысить производительность, однако, высокая точность определения показателей свойств и, особенно, объемной влажности может быть достигнута только при относительном постоянстве линейного коэффициента ослабления гамма-излучения скелета грунта, что не всегда имеет место на практике.

Согласно способу определения влажности и плотности грунта в колонковом пробоотборнике дополнительно проводят измерение сигнала п детектором при прохождении гамма-излучения через стенки эталонного пробоотборника с известными значениями внутреннего диаметра Ь0и двойной толщины стенок помещают в зазор между источнике м и детектором пробоотборник, фиксируют его положение, измеряют внешний диаметр (1, пробоотборника по оси, соединяющей центр источника и детектора, и определяют сигнал дете<тора пгпри прохождении гамма-излучения

через стенки пробоотборника, а определение объемной влажности и плотности проводят с учетом корректирующего множителя:

К = d0 /"*, -h0ln(n0 /пг)/1п(п0/п,). Изобретение исключает погрешность определения показателей свойств из-за вариаций толщины стальной стенки и диаметра пробы грунта в пробоотборнике. Таким образом, при выполнении одноразовых нетрудоемкик дополнительных контрольных отсчетов достигается высокая точность определения объемной влажности и плотности грунта в колонковом пробоотборнике.

Согласно способу определения плотности грунта, последовательно помещают в пробоотборник анализируемую и калибровочную пробы и просвечивают незаполненный, а также заполненный этими пробами пробоотборник пучком гамма-квантов с энергией 0,6-2,0 МэВ от частично коллимированного источника. Одновременно определяют поток прошедшего гамма-излучения с энергией более 0,2 МэВ и с энергией, равной энергии гамма-квантов в первичном пучке, и находят по полученным данным плотность анализируемой пробы. Для одновременного определения потоков гамма-излучения в двух энергетических диапазонах используют селекцию импульсов, поступающих в двух измерительных трактах. Изобретение позволяет повысить производительность и качество опробования, достоверность получаемой информации, обеспечивает возможность изучения распределения локальной плотности в пробе грунта, что очень важно для оценки прочностных и деформационных свойств грунтов.

Таким образом, сущность разработанного способа опробования грунта в колонковом пробоотборнике на борту судна заключается в проверке однородности пробы, учете фактических вариаций толщины стенок пробоотборника и последующем расчет показателей свойств по результатам измерения скорости счета импульсов детектором при двух уровнях электрической дискриминации гамма-квантов по энергии с использованием двумерных регрессионных зависимостей первой степени.

Раздел 3. В разделе расмотрены результа гы экспериментальных исследований в лабораторных условиях, сформулированы основные' технические требования к комплексу типа КРК, обосновано его метрологическое и программное обеспечение. Исследования полей гамма-квантов проводились при непосредственном участии автора с макетами комплексов КРК. В качестве моделей использовались эквивалентные и калибровочные меры - стандарпшеобразцы свойств грунта. Изучались зависимости относи тельной скорости счета гамма - квантов детектором 1п(|},к /пк) от плотности и объемной влажности (г^ и п - скорости счета гамма-квантов при к-ом уровне энергетической дискриминации на пустотелом и заполненном грунтом корпусе меры, соответственно) при различных диаметрах и конструкции (одинарные и двойные) корпусов мор. Уровни дискриминации гамма-квантов по энергии устанавливались равными 0,04; 0,20, 0,35 и 0,60 МзВ по градуировочной зависимости от уровня амплитудной дискриминации импульсов компаратором. Дополнительно проводились экспериментальные исследования по оценке стабиль ности измерения скорости счета гамма-квамгов детекюром при среднем уровне анодного тока фот< электронного умножителя и различных уровнях энергетическое-дискриминации.

Исследование полей нейтронов проводились в ИГН АН УССР по согласован ной с автором программе. Изучались потоки медленных и надтепловых нейтронов по скорости счета импульсов счотчиками СНМ-17 экспериментального образца радис 130ТОПНОГО колонкового влагоплотномора. Дополнительно проводились экспериментальные исследования по оценке влияния нейтронного влагомера (влияние гамма-излучения радиационного залвата нейтронов) при размещении и одном блоке нейтронного влагомера и гамма-плотномера.

Анализ результатов экспериментальны* исследований позвол л сделать следующие вывода:

- экитеримемтальньч данные находятся в хорошем согласии с расчетными,

. - без использования специальных приемов, связанных с увеличением шсогабаритных показателей радиоизотопной аппаратуры, невозможно обеспечить ¡ысокую стабильность измерений скорости счета импульсов детектором при )лектрической дискриминации I амма-кнантов по уровню энергии выше 0,35 МэВ:

- реализация нейтрон-нейтронного метода определения объемной влажности юцелесообразна, поскольку при построении совмещенного влагоплот номера наряду ; достаточно низкой точностью >из-за невозможности внесения поправок на содержание связанной воды и органического вещества) и производительностью определений (абсолютная чувствительное гь нейтронного канала при-ак1 ивности Ри-Ве

«

источника нейтронов 5.26 х 10 нейгр./с при измерениях на пробоотборнике Пиамегром 127 мм составляет 1.24 имп/с на 1 % объемной плажности) с целью уменьшения влияния источника нейтронов (не более 1%) требуется разнести преобразователи на расстояние не менее 40 см, что неприемлемо по условиям эксплуатации.

В основу комплекса типа КРК положен разработанный способ опробования грунта и технологическая схема измерений для его реализации. Анализ условий эксплуатации радиоизотопной аппаратуры на боргу судов, проводящих инженерно-геологические работы, предопределил следующую компановку КРК-1: каретка направляющая (КН) с прибором измерительным радиоизотопным (ПИР) в процессе проведения измерений размещается на пробоотборнике, расположенном на палубе судна; ПЭВМ, блок питания (БП) расположены в стойке, размещенной в лабораторном помещении судна.

При разработке конструкции КН комплекса КРК-1 ставилась задача обеспечить: надежность установки и крепление КН на корпусе пробоотборника, дискретное линейное перемещение КН относительно корпуса пробоотборника ( с шагом 25 мм), надежность установки и крепления ПИР на корпусе КН.

При разработке электрической функциональной схемы ПИР ставилась задача •

обеспечить: выполнение измерений скорости счета гамма-квантов одним детектором с постоянной статистической погрешностью при двух уровнях энергетической дискриминации, индикацию начала и конца измерений, передачу информации в многоканальной измерительной системе по двухпроводной линии связи, согласование линии связи со стандартным интерфейсом, автоматизированный сбор и обрябогку данных.

Разработка комплекса КРК-1 была ориентирована на одинарное колонковые пробоотборники с номинальным внешним диаметром трубы 127 мм. При разработке комплекса КРК-2 дополнительно ставилась задача обеспечить: возможность эксплуатации с проботоборниками номинального внешнего диаметра 108,127 и 146 мм, возможность регулировки КН при отклонении диаметра колонковой трубы от номинального, индикацию времени подсчета импульсов непосредственно на ПИР, повышение стабильности измерения скорости счета гамма-квантов детектором.

Выполнение вышеописанных требований обеспечивается тем, что конструкция КН позволяет выполнять измерения следующим образом: на пробоотборниках устанавливается линейка и крепится прижимами, флажок устанавливается в одно из трчх положений соответственно диаметру пробоотборника, устанавливаются контейнеры с источником гамма-излучения и ПИР, движение тележки происходит при движении рычага, связанного через храповый механизм с ведущим колесом, а лпейка имеет впадины под высгупы колеса.

Выполнение вышеописанных требований к электрической функциональной схеме обеспечивается тем, что измерительные каналы состоят из последовательно включенных соответственно: детектора счетных импульсов, дискриминатора -нормализатора на компараторах, счетчика и запоминающего устройства. Входы стробированмя запоминающих устройств каналов подключены к выходу ¡.аарцевого гекэратора импульсов, который через формирователь адреса также подключена адресным сходам селектора - мультиплексора 16 каналов на 1, выход которого

через блок согласования подключен к двухпроводной линии связи, соединенной через аналогичный блок согласования с входом асинхронного приемопередатчика устройства ввода информации в ПЭВМ. Весь дальнейший процесс приема и обработки информации управляется программой. Повышение стабильности измерения скорости счета гамма-квантов достигается путем организации параметрической обратной связи по высоковольтному напряжению между высоковольтным преобразователем напряжения и амплитудными дискриминаторами на компараторах.

В связи с тем, что комплекс типа КРК является информационно-измерительной системой автором при участии В.К.Прохорова раработано метрологическое обеспечение, включающее методики: градуировки и поверки, изготовление образцовых средств градуировки и поверки, метрологической аттестации. Согласно созданной поверочной схеме за исходные образцовые меры I разряда плотности и объемной влажности приняты стандартные образцы свойств - комплект эквивалентных мер плотности и объемной влажности - ЭМЛВ. ЭМПВ представляют собой специальным образом изготовленные из грунтовой смеси образцы свойств грунта, состоящие из моделей колонок грунта, помещенных в герметичные металлические корпуса, защищающие образцы от воздействия окружающей среды и механических повреждений. Конфигурация меры - цилиндрическая. Модель колонки грунта представляет собой однородную смесь воды, бентонита и кварцевого песка (фракция 0,25 мм и менее) с заданными значениями плотности и объемной влажности. . Различные значения плотности и объемной влажности эквивалентной меры достигаются путем составления оптимальной схемы компонентов.

Второй ступенью поверочной схемы является образцовая радиоизотопнзя установка, состоящая из образцового компаратора на основе комплекса типа КРК и образцовых мер 2-го разрода • кяалибровочных мер плотности и объемной влажности (КМПВ). КМПВ представляет собой сборку из алюминия и оргстекла, запроса-ванную в отрезок из пробоотборнной трубки. Каждый комплекс типа К'РК при

выпуске комплектуется рабочей мерой (РМ) плотности и объемной влажности, которая фактически выбирается из ряда КМПВ с параметрами, близкими к середине диапазона значений. Она позволяет корректировать допускаемую нестабильность и проверять работоспособность комплекса типа КРК.

При разработке программного обеспечения ставилась задача обеспечить возможность: эксплуатации комплекса персоналом без специальной подготовки, комплексной обработки информации, Выполнение вышеописанных требований обеспечивается тем, что оирабатыаающая программа (ОП) сбора данных позволяет вести диалог с ПЭВМ в режиме подсказок, выполнять однотипные и простые операции. ОП обеспечивает выбор любого режима работы комплекса ("Градуировка", "Предварительные отсчеты", "Измерения", "Поверка", "Аттестация КМПВ" из меню и возврат восновнос меню программы из любого режима работы, возможность выбора количества набираемых импульсов. Ввод данных осуществляется непосредственно ог измерительных каналов, магнитных дисков или с дисплея в абсолютных единицах.

Раздел 4. В раздело по результатам опытно-методических работ в условиях производственной экспедиции проведена оценка точности определения показателей свойств грунтов комплексом типа КРК и анализ геологической эффективности его применения.

Оценка точности проведена по результатам параллельных определений показателей свойств грунтоа комплексом КРК-1 и традиционным лабораторным методом, получе' -ными в процв: зе проведения опытно-методических работ. Проблема оценки точности определения показателей свойств комплексом типа КРК заключается в том, что лабораторный метод не может быть контрольным как из-за собственной низкой точности, так и из-за трудности увязки лабораторных и радиоизотопных определений, поскольку, при извлечении из пробоотборника керн значительно деформируется. Статистический характеристики распределений, вычисленные п,о фактическим данным, свидетельствуют о том. что распределений показателей

;войств, опреленных обоими методами близко* нормальному, а распределение

зазностей соответствует нормальному распределению. Коэффициенты парной

сорреляции между параллельными определениями равны 0,984 для плотности и

),973 для обьемной влажности. Дополнительная проверка отсутствия смстемати-

юского расхождения между результатами параллельных определений проводилась

то критериям ? и 1. Вычисленные значения 1-критерия 0,028 и 0,254 для плотности

1 объемной влажности, соответственно, значительно ниже критического при 95%

уровне значимости. Средний модуль разности между параллельными определе-

з

чиями составил как для плотности, так и для обьемной влажности 0,025 г/см . Результаты анализа структуры дисперсии (параллельных определений комплексом типа КРК и лабораторными методами позволили установить, что дисперсия парал-пельных определений плотности обусловлена, в основном, систематической и слу--1айной погрешностью лабораторного метода, а вклад погрешности лабораторног о метода в дисперсию параллельных определений обьемной влажности достигает 50 %.

Таким образом, результаты сопоставительного анализа позволил сделать следующие выводы:

■ точность определений плотности и объемной влажности проб г рунта комплексом типа КРК, не уступает по точности определений традиционному пабораторному методу;

- при опробовании проб текучих, мягколластичных и песчаных грунтов, которые, в основом, являются объектом исследования при морских инженерно-геологических работах, определения показателей свойств грунтов комплексом типа КРК являются более достоверными, чем определения, полученные традиционным лабораторном методом.

Опыт работ позволил определить основные направления повышения геологической эффективности опробования колонковых проб грунта при использовании комплекса типа КРК. Показано, чго испогк-зо гаи^о

комплекса не только повышает точность и производительность определений показателей свойств, но и резко увеличивает геологическую информативность самих определений.

В качестве примера практического использования комплекса типа КРК приведены результаты обработки данных опробования наиболее характерных колонок грунта с использованием обоснованного алгоритма комплексной интерпретации, учитывающего циклический характер расчетов, необходимость анализа результатов инженером-геологом на всех стадиях обработки данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты выполненных исследований сводятся к следующему:

- на основе математического моделирования полей нейтронов и гамма-квантов, а также экспериментальных исследований установлено, что наиболее высокая точность и производительность определений плотности и объемной влажности проб полностью водонасыщенных грунтов при учете условий эксплуатации радиоизотопной аппаратуры на борту судна обеспечивается выполнением

137 ^

измерений скорости счета гамма-квантов источником Сб при двух уровнях энергетической дискриминации (0,04 и 0,35 МэВ) с последующим расчетом показателей свойств по двумерным регрессионным зависимостям первой степени

- разработан способ опробования грунта гамма-методом на борту судна, включающий три методических приема, защищенных авторскими свидетельствами СССР и обеспечивающий повышение точности, производительности и достоверное™ определений показателей свойств грунта;

- сформулированы основные технические требования к конструкции комплекса КРК, программному обеспечению и обоснованы наиболее принципиальные конструктивные решения;

- разработано метрологическое обеспечение комплекса типа КРК;

- проведен анализ результатов параллельных определений показа-

злей свойств грунтов комплексом КРК-1 и традиционными лабораторным етодом, обоснованы основные путем повышения геологической эффективное! и гтробования грунта и оценена точность определений плотности и объемной пажности с использованием комплекса типа КРК;

- результаты проведенных исследований были в полной мере использованы ри разработке основных конструкторских документов для разработки, зготовления и эксплуатации комплекса КРК-2, опытный образец которого принят едомственной приемочной комиссией в 1991 г. и рекомендован к постановке а серийное производство,

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ АБОТАХ:

. Вопросы создания методики и технических средств для анализа грунтов ядерно-физическими и акустическими методами на борту судна • /СовместноеОгреной Д.Я. и Сергеевым O.E.//Морская инженерная геофизика. Рига: ЗНИИМоргео, 1988, - С.81-85. :. Аппаратура и методика радиоизотопных исследований на борту судна

/Совместно с Дорофеевым А.И.// Аппаратура и оборудование морских геофизических исследований. Рига: ВНИИМоргео, 1939. - С.105-114. I. Результаты математического моделирования поля гамма-квантов для проектирования радиоизотопного колонкового влагоплотномера// Аппаратура и .рудование морских геофизических исследований. Рига: ВНИИМоргео, 1989. - С.123-129. I. Использование комплекса КРК-1 в качестве автоматизированной системы

сбора и обработки данных на борту судна/Совместно со Свипиденко В.В // Автомат.'.гмропанные системы сбора, хранения и обработки морских геолого-геофизических и промысловых данных. Рита: ВНИИМоргео," 1989. г С.8-15. 1

Ь. Гамма-"брэслет" с компьютером/Совместно с Дорофеевым А.И.//

Наука и мы. Рига: Изд-во ЦК КПД 1990, N 8. - С.4. 6 Ан.оа.СССР N 1602170. Способ определения влажности и плотности Фунтов/Совместно с Дорофеевым А.И.

7. Ав.св.СССР N 1631360. Способ определения влажности и плотности

грунта в пробоотборнике/Совместно с Дорофеевым А.И.

8. Ав.г.в СССР N 1658028. Способ определения плотности пробы грунта

в колонковом пробоотборнике/Совместно с Дорофеевым А.И.