Изучение состояния и свойств мерзлых грунтов и криопэгов методом георадиолокации

Нерадовский, Леонид Георгиевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Изучение состояния и свойств мерзлых грунтов и криопэгов методом георадиолокации
ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Изучение состояния и свойств мерзлых грунтов и криопэгов методом георадиолокации"

На правах рукописи

Леонид Георгиевич ,

НЕРАДОВСКИЙ И Ц

ИЗУЧЕНИЕ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ МЁРЗЛЫХ ГРУНТОВ И КРИОПЭГОВ МЕТОДОМ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ

Специальность: 25.00.08 - инженерная геология,

мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Якутск - 2005

Работа выполнена в Якутском тресте инженерно-строительных изысканий (ЯкутТИСИЗ) Министерства строительства и промышленности строительных материалов Республики Саха (Якутия)

Научный руководитель - доктор технических наук Омельяненко

Александр Васильевич, главный научный сотрудник Института горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Снегирёв

Анатолий Михайлович, главный научный сотрудник Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН.

кандидат геолого-минералогических наук Попенко Фёдор Елисеевич.

Ведущая организация: Якутский государственный университет

им. М.К. Аммосова, горно-геологический институт.

Защита состоится 26 октября 2005 г. в 9-00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.025.01. при Институте мерзлотоведения СО РАН по адресу: 677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, 36, Институт мерзлотоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института мерзлотоведения СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по вышеуказанному адресу учёному секретарю диссертационного совета к.г.н. Марку Михайловичу Шацу. Рах: 8 -(4112) 334-^76.

Автореферат разослан ^ августа 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного < кандидат географических наук ¿/С/ М.М. Шац

диссертационного совета, /

г/

5МН1

Л/336^01

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Современная индустрия строительства и эксплуатации зданий и сооружений в криолитозоне сталкивается с проблемами изучения состояния и свойств многолетнемёрзлых пород (ММП), слагающих верхнюю часть разреза до глубины 10-20 м. Инженерно-геокриологические условия территории Якутии характеризуются присутствием в разрезе ММП надмерзлотных и межмерзлотных слоёв и линз минерализованных вод с отрицательной температурой (криопэгов). Эти природные и техногенные образования отличаются сложностью строения и динамичностью сезонных и годовых вариаций параметров по площади и глубине. Криопэги ухудшают инженерно-геологические условия строительства и снижают несущую способность мёрзлых грунтовых оснований фундаментов. В условиях застроенных территорий из-за различного рода помех, а также особенностей технологии полевых измерений применение традиционных методов инженерной геофизики зачастую затруднено. Использование георадиолокации, изучающей скорость распространения и поглощение энергии электромагнитных импульсов, позволяет изучать разрез ММП в любых условиях, даже под зданиями и сооружениями. Несмотря на это, сложившаяся практика изучения кинематических характеристик разреза, не позволяет в полной мере использовать возможности георадиолокации для исследования криогенного состояния и свойств мёрзлых грунтов. Игнорирование стохастической природы импульсов без должного внимания к изучению радиопоглощающих характеристик приводит к тому, что основной результат георадиолокации - радарограммы глубин - имеет невысокую достоверность и информативность. Предлагаемая нами технология георадиолокации базируется на многократном измерении сигналов в окрестности точек зондирований и включает обработку сигналов методами вероятностно-статистического анализа, адекватными их природе. Разработанные методические приёмы направлены на получение надёжных оценок средних значений радиофизических характеристик разреза по каждой точке зондирования. Проведённые нами исследования показали, что использование этих оценок открывает реальную возможность для изучения состояния и контроля изменения свойств мёрзлых грунтов и криопэгов в их естественном залегании.

Цель работы: Для решения задач инженерно-геокриологического картирования и мониторинга состояния и свойств многолетнемёрзлых

пород и криопэгов в условиях застроенных территорий разработать технологию георадиолокационного зондирования.

Задачи исследований:

1. Для совершенствования методики полевых работ и повышения достоверности и полноты исследования ММП криолитозоны Якутии разработать схему измерений с группированием сигналов георадиолокации в окрестности точек зондирований.

2. Для послойного определения в естественном залегании надёжных количественных оценок радиофизических характеристик ММП и криопэгов разработать методику вероятностно-статистической обработки и интерпретации георадиолокационных сигналов.

3. Для детального изучения локальных неоднородностей разреза ММП со сложной конфигурацией границ (криопэгов, таликов, подземных льдов, карста и др.) разработать методику динамического преобразования георадиолокационных сигналов.

4. Для решения методологических вопросов изучить взаимосвязь скорости распространения и поглощения энергии электромагнитных импульсов в дисперсных отложениях Центральной Якутии.

5. Провести статистический анализ радиофизических характеристик и выявить критерии картирования геокриологических состояний ММП для условий Центральной Якутии.

6. Исследовать регрессионные зависимости температуры, влажности (льдистости) и прочности ММП с их скоростными и радиопогло-щающими характеристиками.

Научная новизна работы:

1. Для решения геокриологических задач разработана новая методика группирования сигналов георадиолокации в окрестности точек зондирований, что позволило повысить достоверность и полноту изучения ММП на застроенных территориях криолитозоны Центральной Якутии.

2. Более надёжные оценки радиофизических характеристик мёрзлых грунтов и криопэгов определяются в естественном залегании по усовершенствованной методике вероятностно-статистической обработки и интерпретации сигналов георадиолокации с помощью программ "Signal".

3. Детальное изучение разреза ММП с локальными неоднородно-стями сложной конфигурации осуществляется по новой методике динамического преобразования сигналов георадиолокации с использованием программы "Polngrad".

4. Впервые на большом объёме материалов полевых исследований сделан статистический анализ радиофизических характеристик ММП in situ. Получены уравнения регрессии, показывающие зависимость температуры, суммарной влажности (льдистости) мёрзлых песчано-глинистых отложений Центральной Якутии, а также прочности мёрзлых осадочных пород Южной Якутии от радиофизических характеристик.

5. Установлено, что изменение состояния и свойств ММП вызывает большее изменение градиента затухания амплитуды импульсов, чем скорости их распространения.

Защищаемые научные положения:

1. Результаты исследований по группированию сигналов позволяют сформулировать первое защищаемое положение: изучение ММП на застроенных территориях криолитозоны Якутии методом георадиолокации, использующей электромагнитные импульсы случайной породы, становится более достоверным и полным при многократном измерении сигналов в окрестности точек зондирований по методике группирования (накопления) с изменением положения и ориентации антенн георадаров.

2. Надёжность и устойчивость количественных оценок радиофизических характеристик ММП, и в частности криопэгов, повышается при использовании средних модальных значений, которые определяются по серии накопленных сигналов в окрестности точек зондирований и дальнейшей их вероятностно-статистической обработки и интерпретации по разработанной нами программе "Signal".

3. Более информативные результаты изучения ММП георадиолокацией получаются при использовании разработанной нами программы "Polngrad" и поглощающей характеристики сигнала, так как по природной чувствительности она в 2-6 раз превосходит скоростную характеристику. Это создаёт благоприятные физические предпосылки для разработки нового перспективного направления - динамической георадиолокации изучающей ММП по признаку поглощения энергии георадиолокационных сигналов.

4. Существование тесных эмпирических зависимостей физических и механических свойств ММП со средними модальными значениями их радиофизических характеристик позволяет контролировать георадиолокацией изменение в естественном залегании температуры, влажности (льдистости) мерзлых песчано-глинистых отложений, а также прочности осадочных пород.

Практическая ценность и реализация работы. Разработанная технология георадиолокации позволяет получать достоверную инфор-

мацию о состоянии и свойствах мёрзлых грунтов и криопэгов по средним значениям их радиофизических характеристик. Она в течение многих лет успешно применяется при выполнении инженерно-геокриологических исследований в условиях плотной городской застройки в Якутске, Нерюнгри, Зырянке, Депутатском, Адыче, Хандыге, Намцах, Нюрбе, Амге, Тулуне, Крест-Хальджае, Колымском и др.

Внедрение результатов исследований.

Начиная с 1986 г., основные элементы разработанной технологии георадиолокации последовательно внедрялись в тресте "ЯкутТИСИЗ" для целей индустрии строительства на территории Республики Саха (Якутия) и решения различных инженерно-геокриологических задач (изучения ССО, насыпных и намывных грунтов, подрусловых и погребённых таликов, надмерзлотных и межмерзлотных криопэгов, литологии песчано-глинистых отложений и др.).

Апробация работы. Защищаемые положения и результаты работы докладывались на совещаниях по качеству инженерно-гекриоло-гических исследований для проектирования и строительства (Якутск, 1989-2001), на 3-й международной конференции по математическому моделированию (Якутск, 2001), на международной конференции "Крио-сфера нефтегазоносных провинций" (Тюмень, 2004), на семинаре научного симпозиума "Неделя горняка - 2004" (Москва, 2004).

Публикации. Основные положения работы отражены в 13 опубликованных печатных работах. Более подробно они изложены: в 4-х отчётах ЯкутТИСИЗа (1985-1990 гг.) по программе: "Технология применения приборов георадиолокационного зондирования при инженерно-геологических изысканиях"; в отчёте РФФИ 03-05-96085р2003арктика за 2003 г. по теме: "Исследование динамики криогенного состояния подстилающих пород методами георадиолокации в условиях техногенного воздействия в области криолитозоны"; в отчёте НИР ИГДС СО РАН за 2004 г. по теме: "Динамическая радиолокация пород криолитозоны и исследование миграции природных и техногенных криопэгов в режиме мониторинга".

Личный вклад автора. Диссертация написана по результатам полевых исследований, начатых автором в 1985 г. в тресте "ЯкутТИСИЗ". До 1990 г они выполнялись по заказу Госстроя РСФСР совместно с ИГДС СО РАН им. Н.В. Черского в соответствии с программой "Государственных межведомственных испытаний аппаратуры 17ГРЛ-1 по изучению возможностей георадиолокации в криолитозоне Якутии". В период 1990-2004 гг. исследования продолжались по производственно-

му плану "ЯкутТИСИЗ" и в рамках программ ИГДС СО РАН. На всех этапах исследований, включая разработку алгоритмов программ, систематизацию и научный анализ полученных результатов, автор принимал личное участие, как исполнитель и ответственный технический руководитель.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и 5 приложений. Общий объём рукописи составляет 193 страницы, в том числе: текста - 140 страниц, рисунков - 53, таблиц - 8, список литературы - 184 наименований.

Автор благодарен управляющим "ЯкутТИСИЗ" А.Н. Коркину, П.Ф. Фёдорову, начальнику мерзлотной службы С.Б. Петрову, начальнику технического отдела Ю.А. Евсееву, геофизикам Н.В. Березовскому и С.Е. Громову, которые приложили много сил, помогая внедрить георадиолокацию в производство инженерно-геокриологических изысканий.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н.

A.B. Омельяненко за его многолетнюю методическую, техническую и информационную помощь и инициацию в написании работы. Весьма многим автор обязан д.г.-м.н. М.Н. Железняку за научные консультации, ценные советы, замечания, дополнения, сделавшие работу более полной и целенаправленной. Особо автор признателен своему учителю академику РАЕН Г .С. Вахромееву, который заложил в нём основы научного мировоззрения с методологическими принципами системного и комплексного геолого-геофизического изучения геологической среды.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор георадиолокационных исследований

Путь развития георадиолокации неразрывно связан с историей электроразведки, в которой прослеживается главная особенность - стремление к применению более высоких частот для детального изучения земных недр.

Изучение мёрзлых грунтов в России производится преимущественно методами электроразведки. Значительный вклад в изучение криоли-тозоны Якутии электроразведочными методами внесли Б.Н. Достова-лов, А.Т. Акимов, В.К. Хмелевской, А.Д. Фролов, В.П. Мельников,

B.C. Якупов. В настоящее время методы на постоянном токе заменяют-

ся индуктивными и импульсными модификациями, что расширяет возможности электроразведки при изучении состояния и свойств мёрзлых грунтов. При этом успешно решаются задачи картирования таликов, повторно-жильных льдов, льдистых и засолённых грунтов. Среди импульсных методов быстро развивается ЗМПГТ, который успешно был использован для изучения таликов и криопэгов в Центральной Якутии (Ним, 1991; Стогний, 2003). Для применения индуктивных методов на застроенных территориях разработаны методики подавления индустриальных помех (Задериголова, 1998; Нерадовский, 1998-2001).

Из сейсмоакустических методов наибольшее распространение получил метод преломленных волн (МПВ), который применяется в основном для определения глубины залегания кровли мерзлоты, а также кровли коренных пород и их прочностного состояния. Большой вклад в изучение многолетнемёрзлых пород (ММП) сейсмоакустическими методами внесли В.Н. Никитин, Ю.Д. Зыков, Б.М. Седов, B.C. Ямщиков, H.H. Горяинов, Ф.М. Ляховицкий и др.

Магниторазведка и гравиразведка редко применяются для изучения мёрзлых песчано-глинистых четвертичных отложений из-за слабой их дифференциации по намагниченности и плотности, что требует применение дорогостоящих систем высокоточных полевых измерений. Из-за отсутствия серийно выпускаемой аппаратуры каротаж в неглубоких скважинах (до 10-20 м) производится редко. Техника и методика электрического каротажа сухих скважин разработана A.M. Снегирёвым, С.А. Великиным во ВНИМС ИМЗ СО РАН для определения физико-механических свойств ММП в Западной Якутии.

Метод георадиолокации в вариантах зондирования, профилирования и межскважинного просвечивания является наиболее эффективным и перспективным методом изучения ММП. В 1985-1990 гг. по заказу Госстроя СССР в Центральной Якутии были проведены государственные испытания аппаратуры 17ГРЛ-1 и опытно-методические работы по изучению геологических возможностей метода георадиолокации. Работы показали, что при изучении мёрзлых четвертичных отложений метод георадиолокации превосходит традиционные методы зондирования -электроразведку и сейсморазведку. Этот вывод подтвердил результаты ранее проведённых научных исследований с разными методиками и марками георадаров (Клишес, Трепов, 1980, 1987; Эпов, 1984; Богородский, 1982; Рыжов, 1988; Вирсис, 1987). Большой вклад в развитие георадиолокации ММП Якутии внесли B.C. Якупов и A.B. Омельяненко. Первое систематизированное изложение теории и обобщение практи-

ческих результатов в инженерной геологии, полученных георадиолокацией с воздуха, сделал М.И. Финкельштейн (1986). В настоящее время быстро развиваются технологии процессорных георадаров с набором антенных модулей для зондирования в широком диапазоне частот, что позволяет быстро изменять архитектуру георадаров, настраивая их на нужную глубину и детальность изучения разреза. Примером этому могут служить российские георадары "ОКО", "ЛОКОС" и латвийские -"Зовд-12с". Эффективному применению георадиолокации в инженерно-геокриологических исследованиях препятствует серьёзная проблема -преобладание темпа развития георадаров над методологией георадиолокации, не учитывающей её стохастическую природу и не использующей для обработки сигналов методы вероятностно-статистического анализа.

Глава 2. Методика определения радиофизических характеристик мёрзлых грунтов и криопэгов

2.1. Объект исследования и его инженерно-геологическое описание

Объектом инженерно-геокриологических исследований являются мёрзлые рыхлые отложения и коренные породы, слагающие верхнюю часть криолитозоны Якутии до глубины 10-20 м. При всём многообразии влияния региональных и местных факторов на территории Сибирской платформы прослеживается широтно-зональное изменение основных характеристик криогенной толщи (Геокриология СССР, 1989). В южной зоне платформы температура фунтов изменяется от 0°С до -1°С. В этих районах мёрзлота мощностью от первых метров до 100 м имеет прерывистое или островное распространение. В Южной Якутии талики развиты на склонах теплых экспозиций и плоских водоразделах, а в Центральной - под реками и озерами. На равнинах и низменностях Центральной и Восточной Якутии широко распространен ледовый комплекс, пронизанный жилами повторно-жильного льда (Мерзлотные ландшафты..., 1989). Южной границей комплекса являются окрестности г. Олёкминска. В северной зоне Сибирской платформы мёрзлота имеет сплошное распространение, а площади таликов не превышают 15%, занимая русла крупных и мелких водотоков. На большей части Сибирской платформы коренные породы залегают с поверхности, и только в пределах Центральноякутской, Вшпойской, Яно-Колымской низменностей они покрыты песчано-глинистыми отложениями мощностью 2090 м. Минерализованные воды с отрицательной температурой (криопэ-

ги) встречаются на обширной территории криолитозоны и связаны с естественным или техногенным засолением ММП. В Центральной Якутии протокриопэги (температура минус 0-2°С) и мезокриопэги (температура минус 2-8°С) с минерализацией 35-200 г/л образуются на участках засоления мёрзлых грунтов и залегают до глубины 3-6 м (Анисимо-ва, 1981, 2000; Толстихин, 1985). Формирование и развитие криопэгов, термокарста и просадок служит источником экологической и технической безопасности территорий в зонах промышленного освоения криолитозоны. Примером могут служить урбанизированные территории криолитозоны (Якутск, Мирный, Норильск и др.), где под воздействием утечек воды из инженерных коммуникаций формируются талики и набирают силу суффозионные процессы.

2.2. Техника подповерхностной георадиолокации

Для изучения мёрзлых грунтов автором применялись аппаратура 17ГРЛ-1 и георадар ОКО-М1, позволяющие измерять сигналы на поверхности земли. 17ГРЛ-1 с ручным измерением сигнала разработан в 1985 г. ВНИИРТ и ИГДС СО РАН для решения задач строительной индустрии. В этом аппарате реализовано направленное излучение электромагнитного моноимпульса длительностью 8-14 не. При спектре излучения 20-250 МГц и энергетическом диапазоне 140 дБ, разрез можно изучать до 10-30 м с разрешением границ 0,5-1,0 м. ОКО-М1 - аппарат с непрерывной записью сигнала - разработан в 2003 г. ООО "ЛОГИС", НИИП им. В.В. Тихомирова и доработан ИГДС СО РАН для изучения мёрзлых грунтов с комплексной электропроводностью. В нём применяется набор из 10 антенн, работающих в импульсном режиме спектра частот 25-1200 МГц. Это обеспечивает глубину изучения разреза до 515 м с разрешением границ 0,15-0,35 м.

2.3. Методика группирования (накопления) сигналов

Группирование является необходимым условием для надёжного изучения неоднородных по литологии, изменчивых по состоянию и анизотропных по физическим свойствам ММП, а также для учёта стохастической природы электромагнитных импульсов, используемых в георадиолокации. Основной принцип группирования - параметрические измерения на опорных точках с известным строением разреза. Параметры группирования определяются натурными экспериментами на скважинах. Нами установлено, что круговое группирование в окрестности

точек зондирований в пределах границ 1-ой зоны Френеля с измерением не менее 36 сигналов обеспечивает определение радиофизических характеристик ММП с погрешностью 5%.

Полученные результаты исследований по группированию сигналов определяют первое защищаемое положение: изучение ММП на застроенных территориях криолитозоны Якутии методом георадиолокации, использующей электромагнитные импульсы случайной природы, становится более достоверным и полным при многократном измерении сигналов в окрестности точек зондирований по методике группирования (накопления) с изменением положения и ориентации антенн.

2.4. Методика обработки и интерпретации сигналов

Главной целью математической обработки и интерпретации сигналов георадиолокации являются структурные, петрофизические карты, а также разрезы мёрзлых грунтов и криопэгов (рис. 1).

Физическая природа отражённых и дифрагированных импульсов, образующихся в мёрзлой грунтовой среде, является стохастической. Поэтому для вероятностно-статистической обработки георадиолокационных сигналов и вычисления средних радиофизических характеристик мёрзлых фунтов и криопэгов нами была разработана методика, построенная по итерационно-рекурсивному принципу. Ядром рекурсии является априорная физико-геологическая модель (ФГМ) ключевых участков с разным уровнем детализации и обобщения. Особенность обработки заключается в суммировании сигналов с учётом вероятности их распределения (Нерадовский, 1989). Для этих целей разработана программа "Signal", вычисляющая матрицу статистической функции распределения импульсов (СФРИ). Похожий способ применяется для прогноза состояния мёрзлых грунтов с использованием вероятностных моделей геоэлектрического разреза и средних значений электрических сопротивлений (Мельников, 1977; Якупов, 1988). В отличие от временных диаграмм поглощения (Омельянснко, 1984) способ СФРИ позволяет по Серии измерений построить устойчивую модель сигнала в виде графика средних значений амплитуды и фазы наиболее часто встречающихся импульсов Эти импульсы называются когерентными (Штагср, 1986). После интерпретации на основе разреза скважины или ФГМ ключевого участка (Вахромеев, 1970, 1987) они используются для послойного рас-

Сери* дискретных Сигналов, измеренных ' 17ГРЛ-1

Вероятностно-статистическая обработка программой \Sljmi]" с вычислением матрицы мроятностей распределения импульсов

Непрерывные сигналы, записанные ОКО-М

Г 1

Типовая о£ра£оть*

непрерывных СЛГН*ЮВ

программой "Оеочслп * с построением кинематических радпрограмм гч\0ин

Преойраюваиле

спгяачов в децлЗечышЙ формат

Построение стр\ и> рно-читочогическнх карт ршрею]

Нмжгнгрно-ггологпчееь-иг карты. рагреты по даишым вурент п георадполовсацпн

)

Вычисление полного градиента затухания амплитуды импульсов С, программой "Ро1пдга<Г

Колааки скаажан а ^>1и»-гем1г1<1км| 11ММ1 клюкаых тчмтмв местности

(Г

Построение петрофтпческих карг, рагрегов

Аиалш коррелвцпонио-регресснонных святгй с фпшко-механпческнмп свойствам» грантов

Накопление суммирование сигналов /^подсчет числа импульсов^-. | в ячейках амплитудно- I Ч. фазовой плоскости у ^Обнаружение когерентных импульсов по максимумам частоты появления

Определение координат когерентных импульсов

(средних значений амплитуды и времени задержки)

)

Построение графиков когерентных импульсов

)

1ишм«ви срглвах шин! размерв>пч«сквх саоЯста м<р<лы! гртатав ■ ь-риопггьв

Скорость распространения^ импульсов

Градиент затухания амплитуды импульсов

Рис. I. Диаграмма технологии обработки и интерпретации сигналов.

чёта надёжных оценок средних радиофизических характеристик разреза мёрзлых грунтов и криопэгов.

Всё это характеризует второе защищаемое положение: надёжность и устойчивость количественных оценок радиофизических характеристик ММП, и в частности криопэгов, повышается при использовании средних модальных значений, которые определяются по серии накопленных сигналов в окрестности точек зондирований и дальнейшей их вероятностно-статистической обработки и интерпретации по разработанной нами программе "Signal".

2.5. Методика динамического преобразования сигналов

Основным материалом полевых исследований, получаемым георадарами, являются радарограммы. Главная цель изучения радарограмм -определение кинематической характеристики разреза. При изучении сложных разрезов такой подход не приносит желаемых результатов. Лишь в редких случаях они могут быть получены путём сложной обработки сигналов (Фёдорова, 2000). Показано, что неоднородные разрезы можно изучать более простым способом, используя градиентные характеристики динамического признака (Нерадовский, Омельяненко, 2004). Главная из них - полный градиент затухания амплитуд импульсов (Gp) - вычисляется разработанной нами программой "Poingrad". Она использует модифицированный автором алгоритм трансформации гравитационных полей в нижнее полупространство (Березкин, 1988). Для динамического преобразования радарограмм программой "Poingrad" их преобразуют по формату записи и берут по модулю, что позволяет выявлять скрытые аномалии поглощения энергии сигналов локальными неоднородностями разреза. Опыт производственных работ показал, что расчёты, сделанные программой "Poingrad" на моделях и реальных разрезах Центральной Якутии, позволяют обнаруживать криопэги и талики по аномалиям Gp даже в тех случаях, когда пластовое поглощение энергии сигнала невелико (3-4 дБ/м). При этом точность определения глубины залегания их составляет не более 10%.

Другой важной характеристикой динамического признака является пластовый градиент затухания амплитуды импульсов (Г„). Для вычисления Г„ нами разработана программа "Grad". Она позволяет строить разрезы радиопоглощения в децибаллах на метр, но они уступают разрезам Gp, которые намного детальнее и информативнее передают струк-

туру мелких неоднородностей, даже в условиях сильных помех (металлолома), например, прослоек и линз заторфованных супесей песчаного разреза (рис. 2).

Участок помех от металлолома

« ■ -

1 3 5 7 9 11 13 15

а) запись радарограммы георадаром ОКО-М1, АБ-400

Номера пикетов

Жатайская курья —►

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

б) радарограмма, обработанная программой "Ро1п§гасГ

| С"|38 ! 1 | 10 2 Щ3 | ¡4

Рис. 2. Динамическое преобразование радарограммы при изучении разреза Жатайского судостроительного завода в 2003 г.:

1 - номер заверочной скважины; 2 - номер точек радиозондирований;

3 - неблагоприятные участки разреза с прослоями и линзами заторфо-

ванных супесей и суглинков; 4 - мёрзлые песчаные грунты.

Полученные нами материалы исследований по динамическому преобразованию сигналов характеризуют третье защищаемое положение: более информативные результаты изучения ММП георадиолокацией получаются при использовании разработанной нами программы "Ро!1^га<1п и поглощающей характеристики сигнала, так как по природной чувствительности она в 2-6 раз превосходит скоростную характеристику. Это создаёт благоприятные физические предпосылки для разработки нового перспективного направления - динамической георадиолокации, изучающей ММП по признаку поглощения энергии георадиолокационных сигналов.

* Глава 3. Изучение радиофизических характеристик грунтов

При инженерно-геокриологических исследованиях особую практи-

* ческую значимость приобретает изучение радиофизических характеристик для целей контроля изменения состояния и свойств мёрзлых грунтов и криопэгов на застроенных территориях. Именно поэтому важно было провести их статистический анализ и установить зависимости с теми свойствами, которые используются в расчётах несущей способности оснований фундаментов зданий и сооружений. Материалом для наших исследований послужили результаты работ, полученные с аппаратурой 17ГРЛ-1 в Центральной и Южной Якутии с 1987 г. по 2004 г.

3.1. Дисперсные фунты Центральной Якутии и криопэги г. Якутска

Изучение радиофизических характеристик производилось по десяткам объектов изысканий с использованием 2603 точек георадиолокационных зондирований, расположенных в различных природных и техно-

^ генных условиях.

Полученные результаты показывают, что мёрзлые и талые дисперсные фунты Центральной Якутии и криопэги Якутска надёжно различа-

* ются по средним радиофизическим характеристикам (таблица). По сравнению со скоростью распространения импульсов чувствительность фадиента затухания их амплитуды к изменению температурного состояния, степени водонасыщения, льдистости и засолённости песчано-глинистых фунтов в 3-6 раз выше. Это создаёт благоприятные физические предпосылки для изучения ММП криолитозоны Якутии.

Радиофизические характеристики дисперсных грунтов Центральной Якутии

Состояние грунтов Средние значении скорости и поглощения Объем выборки (количество Значений)

V, м/ис Г, дБ/м

Шрхпые грунты. в,134 «3 482

Низкотемпературные. 0.128 ±0,001 2,62 - 2,80 ±0,05 222

Высокотемпературные грунты: 0,119 ±0,003 3,47 - 4,09 ±0,04 69

- с незамКрзшей водой; 0,105 3,5 и 5,0 по моде

- с воздушными порами 0.140 2.5 по моде

Льдистые грунты. 0,154 ±0,001 1,81-2,01 ±0,10 136

Льдогрунты и подземные льды. 0,163±0,001 1,62 ±0,12 55

Талые грунты. 0,075 14,08 316

С пресной водой. 0,082 ±0,001 5,08 ±04 6 90

С засоленной водой 0,061 ±0,001 11,35 ±0,72 140

Маловлажные. 0,117 ±0,002 4,00 ±0,19 52

Кршепэгя. 0,051 ±0,02 21,4-23,2 ±1,33 34

3.2. Скальные и полу скальные грунты Южной Якутии

Изучение радиофизических характеристик сделано нами в 19891991 гг. в Чульманской впадине (г. Нерюнгри), а также на северной окраине Алданского плато (ст. "Кюргеллях"). В этих районах коренные породы залегают под слоем делювиально-элювиальных отложений. Результаты показали, что талые юрские песчаники, углистые аргиллиты и каменные угли отличаются по средним радиофизическим характеристикам от мёрзлых кембрийских доломитов. Появление в разрезе каменного угля, аргиллитов, разрушенных песчаников ("рухляков") значительно снижает их прочность (Цеева, 1986), Это проявляется в увеличении радиопоглощения изучаемого разреза, что можно использовать для изучения степени углистости и прочности осадочных коренных пород.

3.3. Связь скорости распространения с поглощением энергии сигналов

Для общей методологии георадиолокации важно знать, как градиент затухания амплитуды импульсов влияет на скорость их распространения. Проведённые нами исследования показывают, что с увеличением радиопоглощения мёрзлых и талых песчано-глинистых грунтов Центральной Якутии скорость распространения в них электромагнитных импульсов уменьшается по сложным нелинейным зависимостям.

3.4. Оценивание физико-механических свойств по радиофизическим характеристикам мёрзлых грунтов

Попытка количественной оценки физико-механических свойств мёрзлых песчано-глинистых грунтов комплексом геофизических методов была сделана в инженерной геологии Ю.Д. Зыковым, О.П. Червин-ской (1989). Опыт решения подобной задачи в условиях застроенных территорий, а также методом георадиолокационного зондирования нам неизвестен. Изучение возможности оценивания температуры (¿) по радиофизическим характеристикам мёрзлых фунтов производилось по материалам изысканий трассы железной дороги Беркакит - Томмот -Якутск (ст. "Н-Бестях", 1995) в пределах Бестяхской террасы, сложенной до 10 м мёрзлыми мелкими песками с примесью пылеватых разностей. Полученные результаты показали, что при понижении температуры песков их скоростная характеристика (V, м/нс.) увеличивается, а поглощающая (Г, дБ/м) уменьшается. При этом её чувствительность в 1,5 раза выше, чем у скоростной характеристики. Главной причиной таких изменений является поровый лёд-цемент, состояние, свойства и связи которого с "минеральной матрицей" не остаются постоянными при изменении температуры (Фролов, Гусев, 1973-1998). В условиях, аналогичных Бестяхской террасе, для оценки температуры мёрзлых песков с влажностью (льдистостью) 17-23% на глубине 4-10 м нами получено уравнение регрессии с множественным коэффициентом корреляции Л = 0,89:

/ = 4,81-60,4* К+0,373*Г, (I)

при этом средняя ошибка оценки в интервале минус 1-3°С в 50% случаев не превышает 0,3-0,4°С.

Оценка суммарной влажности (льдистости) мёрзлых песчано-глинистых грунтов Центральной Якутии %), выполненная по материалам изысканий в сёлах Диринг, Харбалах, Томтор, Крест-Хальджай и других, показывает, что при увеличении Мо1 скоростная характеристика разреза увеличивается в 1,2 раза, а поглощающая уменьшается в 3,8 раза. Для определения Wtot мёрзлых дисперсных грунтов Центральной Якутии нами получено уравнение регрессии с множественным коэффициентом корреляции Я = 0,58:

1ГШ= -47,9+815,3*К-7,14*Г, (И)

при этом в 50% случаев средняя ошибка оценки не превышает 10%.

Определение прочности скальных и полускальных грунтов (/?<, МПа) производилось по материалам изысканий, сделанных в Южной Якутии (ст. "Кюргеллях", 1991 г.). Величина /?с характеризует предел прочности мёрзлых грунтов по их сопротивлению на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии и определяется по стандартной методике (Ломтадзе, 1972). Результаты показывают, что с увеличением Яс от 0,34 МПа до 116,4 МПа скоростная характеристика увеличивается в 1,51,8 раза, а поглощающая уменьшается в 6-12 раз. Для определения прочности мёрзлых доломитов и известняков Южной Якутии нами получено уравнение регрессии с множественным коэффициентом корреляции Я = 0,83:

Яс = 12,2+860* К-9,06*Г, (III)

при этом средняя ошибка оценки не превышает 5 МПа в диапазоне 10-60 МПа.

Полученные нами материалы статистических исследований представляют четвёртое защищаемое положение: существование тесных эмпирических зависимостей физических и механических свойств ММП со средними модальными значениями их радиофизических характеристик позволяет контролировать георадиолокацией изменение в естественном залегании температуры, влажности (льдисто-сти) мёрзлых песчано-глинистых отложений, а также прочности осадочных пород.

Глава 4. Результаты георадиолокации

4.1. Изучение таликов и криопэгов

Техногенный талик в г Якутске по ул. Свердлова (1989 г). Работы проводились с целью определения границ техногенного растепления мёрзлых грунтов в результат аварии на канализационном коллекторе. Измерения производились в отдельных точках вокруг строительного котлована. Работы показали, что подошва талика надежно прослеживается в разрезе на глубине 9-10 м по средним значениям (Г 2: 3,0 дБ/м) динамического признака (градиента затухания амплитуды импульсов), которые определялись по регуляризированным сигналам - графикам полиномов 1-5 степени. На участке, затронутом техногенным растепле-

нием, установлены и изучены временные вариации средних значений динамического признака в окрестности скважины. Они показывают, что состояние мёрзлых грунтов после устранения аварии существенно изменяется с течением времени по глубине разреза, а их влажностный режим можно рассчитать по уравнению регрессии (II).

Техногенный талик в г. Якутске по ул. Тургенева (1989 г.). На участке изучалась подошва талика, образовавшегося на аварийном участке канализационного коллектора. Результаты работ показали, что на участках просадок грунта мощность талика увеличивается до 4,0-7,0 м. Невысокий уровень радиопоглощения (3,2-4,8 дБ/м) указывает на то, что техногенное засоление разреза мёрзлых грунтов незначительно. Это подтверждается бурением заверочных скважин.

Техногенный криопэг в г. Якутске по ул. Ярославского (1991 г.). Работы проведены под зданием инженерно-технического факультета ЯГУ для изучения состояния грунтового основания бутового фундамента. Измерения производились с переориентацией антенн и последующей аппроксимацией сигналов экспонентой. По её показателю оценена степень фонового радиопоглощения разреза и установлена корреляционная связь с температурой мёрзлых грунтов на глубине 10 м. Для расчёта температурного поля на глубине годовых нулевых амплитуд применялось одномерное уравнение регрессии:

/ = -6,22+0,0044* а, (IV)

где а - показатель экспоненты фонового радиопоглощения сигнала.

Построенная карта температур фунтов дополнила информацию, полученную по термометрии скважин, при этом средняя ошибка определения температур не превысила 0,7°С. После динамического преобразования сигналов с помощью профаммы "Ро1п{»га(1" в разрезе проявляется ореол растепления мёрзлых фунтов и выделяются фаницы над-мерзлотного криопэга.

Природный криопэг на участке озера "Булгуннях". На опытно-методическом полигоне, расположенном вблизи с. Хатассы, поиск криопэгов производился комплексом методов электроразведки, включая георадиолокацию. Установлено, что межмерзлотные криопэги фиксируются контрастными аномалиями низкого электросопротивления (менее 10 омметра) и высокого радиопоглощения (до 20 дБ/м). Линейно-ячеистая структура линз и слоёв криопэгов начинает отчётливо проявлять себя после динамического преобразования сигналов профаммой

"Poingrad", при этом ошибка определения глубины залегания границ криопэгов не превысила 1 м. Мониторинговые наблюдения показали сильную изменчивость глубины залегания, мощности, обводнённости и минерализации криопэга, что подтвердилось гидрогеологическими наблюдениями по опорной скважине.

4.2. Изучение литологии мёрзлых грунтов

Работы произведены в 1986 г. на перспективном участке - площадке изысканий под брикетную фабрику (в пойменной части р. Лены, вблизи угольного разреза "Кангаласский"). Разрез площадки сложен мёрзлыми песчано-глинистыми грунтами мощностью 15-20 м. Георадиолокация проводилась в комплексе с сейсморазведкой (МПВ) с целью изучения литологии разреза и глубины залегания коренных пород. В результате комплексных исследований в разрезе прослежены границы глинистых и песчаных разностей, подозерного талика, а также кровля коренных пород. Результаты показали, что георадиолокация в комплексе с сейсморазведкой способна решать задачи не только литологи-ческой, но и плотностной дифференциации разреза мёрзлых аллювиальных отложений с определением их мощности.

4.3. Изучение прочности мёрзлых коренных пород

Работы производились в 1991 г. на одном из ключевых участков по изучению прочности коренных пород - площадке изыскиваемой ж/д стации "Юоргеллях", расположенной по трассе АЯМ. По данным бурения разрез площадки сложен доломитами, известняками, перекрытыми глинистыми и дресвяно-щебенистыми грунтами древней и современной коры выветривания. Георадиолокация выполнялась в комплексе с электромагнитным профилированием Для изучения прочностного состояния коренных пород использовался показатель экспоненты фонового градиента поглощения электромагнитной энергии. Расчёты, сделанные по уравнению регрессии (III), показали, что средняя степень прочности коренных пород определяется георадиолокацией с ошибкой не более 10%. После динамического преобразования сигналов программой "PolnGrad" открывается возможность изучения карстовых образований и тектонических зон трещиноватости, дробления в коренных породах под древней корой выветривания (Нерадовский, 2004).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная автором технология георадиолокации позволяет изучать ММП в окрестности точек зондирований практически в любом месте застроенных территорий криолитозоны Якутии. Проведённые исследования показывают, что использование средних оценок радиофизических характеристик повышает достоверность и детальность результатов георадиолокации и открывает новые возможности для изучения состояния и свойств ММП, в частности, криопэгов. Полученные автором основные результаты работ состоят в следующем:

1. Разработана ранее не применявшаяся в инженерно-геокриологических исследованиях методика группирования (накопления) сигналов в окрестности точек зондирований с изменением положения и азимута антенн георадара. Она позволяет повысить уровень достоверности и полноты изучения верхней части разреза ММП (до 10-30 м) в условиях застроенных территорий криолитозоны Якутии. Группирование сигналов показало свою эффективность при изучении мёрзлых озёрно-аллювиальных песчано-глинистых отложений Центральной Якутии, криопэгов (природных и техногенных) г. Якутска и его окрестностей. Кроме этого положительные результаты получены при изучении мёрзлых осадочных пород в Южной Якутии. Круговое группирование сигналов в пределах границ первой зоны Френеля с измерением не менее 36 сигналов обеспечивает определение скоростных и поглощающих характеристик криопэгов с погрешностью, не превышающей 5%.

2. Усовершенствована методика послойного определения в естественном залегании радиофизических характеристик ММП и криопэгов. Она позволяет получить более надёжные и устойчивые количественные оценки средних значений скорости распространения и градиента затухания амплитуд электромагнитных импульсов. Для этого применяется вероятностно-статистическая обработка и интерпретация сигналов георадиолокации с использованием разработанного алгоритма программы "Signal".

виях промышленных помех на Жатайском судоремонтном заводе, а также при изучении природных криопэгов в районе села Хатассы и осадочных пород (доломитов, известняков) в Южной Якутии.

4. Изучена взаимосвязь радиофизических характеристик сигналов. Для условий Центральной Якутии она имеет нелинейный характер, который сильно отличается для мёрзлых и талых грунтов. Полученные зависимости можно использовать для ручного или автоматизированного построения георадиолокационных разрезов глубин при отсутствии данных бурения.

5. Впервые на большом объёме полевых материалов проведены статистические исследования, получены оценки средних значений скорости распространения (Уср) и градиента затухания амплитуды электромагнитных импульсов (Гср) песчано-глинистых грунтов Центральной Якутии. Они значительно отличаются для мёрзлых (Уср = = 0,134 м/нс., Гср = 2,23 дБ/м) и талых (^=0,075 м/нс., Гср = 14,1 дБ/м) грунтов. При увеличении льдистости грунтов и понижении их температуры Уср увеличивается, а Гср уменьшается. При повышении водонасы-щенности, засолённости, а также температуры мёрзлых грунтов Уср уменьшается, а Гср увеличивается. Аномальные средние радиофизические характеристики наблюдаются в льдогрунтах, подземных льдах (Уср=0,163 м/нс., Гср= 1,62 дБ/м) и криопэгах (Уср=0,051 м/нс., Гср= = 2123 дБ/м), что создаёт наиболее благоприятные физические предпосылки для их картирования георадиолокацией.

6. Получены ранее не известные двумерные регрессионные зависимости физических и механических свойств ММП со скоростью распространения и градиентом затухания амплитуд импульсов. Они имеют множественный коэффициент корреляции Я = 0,58-0,89 и позволяют определять температуру, влажность (льдистость) мёрзлых песчано-глинистых отложений Центральной Якутии и прочность осадочных пород Южной Якутии по их радиофизическим характеристикам. При этом установлено, что более высокая природная чувствительность к изменению состояния и свойств ММП наблюдается у градиента затухания амплитуды электромагнитных импульсов.

Достоинство предложенной нами технологии состоит в информативности и достоверности получаемых результатов. Начиная с 1986 г., эти качества в течение многих лет подтверждались при решении задач трестом "ЯкутТИСИЗ" в криолитозоне Якутии.

Направление дальнейших исследований автор связывает с решением следующих задач:

1. Методом георадиолокации совместно с экспресс-методом укороченной солевой съёмки изучить мерзлотно-гидрогеохимические условия долины Туймаады.

2. Продолжить изучение в естественном залегании радиофизических характеристик ММП Центральной Якутии с учётом их литологии, генезиса и гидрохимического состава.

3. Изучить связи радиофизических характеристик со свойствами заселённых мёрзлых песчано-глинистых грунтов и свойствами талых намывных грунтов застраиваемой территории "Зелёного Луга" г. Якутска.

Основные положения диссертации опубликованы в статьях и печатных работах:

Статьи

]. Контроль состояния многолетнемёрзлых грунтов под инженерными сооружениями // Материалы международной конференции "Освоение недр и экологические проблемы - взгляд в XXI век". - М.: Изд-во ИПКОН РАН, 2000. - С. 297-299 (соавтор Железняк М.Н.).

2. Инженерно-геофизические исследования в Якутии. Геофизика Якутии на пороге XXI века // Геофизические исследования в Якутии: Сборник научных трудов. - Якутск, 2001. - Вып. 5. - С. 224-234 (соавтор Стогний Вас. В.).

3. Эффективность использования импульсной электроразведки при изучении криопэгов в нетрадиционных для геофизики условиях // Наука и образование. - Якутск, 2002. - № 3. - С. 36-41 (соавторы: Омелья-ненко A.B., Ним Ю.А., Фёдоров A.M., Русаков В.Г.).

4. Методические возможности георадиолокации мониторинга состояния мёрзлых грунтов // Горный информационно-аналитический бюллетень, МГГУ. - 2004. - № 7. - С. 44-47 (соавторы: Омельянен-ко A.B., Фёдорова Л.Л.).

Тезисы

1. Результаты испытаний радиолокационной станции "Радар-1П" при инженерно-геологических изысканиях // Первая республиканская конференция по качеству инженерных изысканий в ЯАССР. - Якутск, 1984. - С. 45-47 (соавторы: Омельяненко A.B., Цариев В.В., Якупов B.C., Березовский Н.В.).

2. Статистическая обработка геофизических данных в инженерных изысканиях // Первая республиканская конференция по качеству изысканий в ЯАССР. - Якутск, 1984. - С. 21-23.

3. Применение радиолокации при картировании таликов в окрестностях г. Якутска // Третья республиканская конференция по повышению научно-технического уровня изысканий в строительстве. - Якутск, 1989. -С. 77-78.

4. Использование геофизических методов контроля над состоянием многолетнемёрзлых грунтов под инженерными сооружениями // Проблемы градостроения. - Якутск, 2000. - С. 65-66 (соавтор Железняк М.Н.).

5. Исследование динамических характеристик сигналов непрерывной георадиолокации // III Международная конференция по математическому моделированию / Под ред. И.Е. Егорова. - Якутск, 2001. -С. 147-148 (соавторы: Омельяненко A.B., Фёдорова JI.JI., Абель Д.В.).

6. Методы диагностики грунтовых условий под инженерными сооружениями // Материалы республиканской конференции "Итоги геокриологических исследований в Якутии в XX веке и перспективы их дальнейшего развития". - Якутск, 2001. - С. 50-51 (соавтор Железняк М.Н.).

7. Оценка состояния фунтов оснований сооружений методом георадиолокации // Материалы республиканской конференции "Итоги геокриологических исследований в Якутии в XX веке и перспективы их дальнейшего развития". - Якутск, 2001. - С. 51-52 (соавторы Омельяненко A.B., Фёдорова Л.Л.).

8. Динамическая георадиолокация мёрзлых фунтов и мониторинг криопэгов (Dynamic georadar-tracking of frozen ground and monitoring of cryopegs) // Материалы международной конференции "Криосфера нефтегазоносных провинций". РАН, Научный совет по криологии Земли. Тюмень, 2004. - С. 138 (соавтор Омельяненко A.B.).

9. Прочностные свойства коренных пород криолитозоны по данным динамической георадиолокации (Mechanical properties of bedrock in cryolithozone from dynamic georadar-tracking) // Материалы международной конференции: "Криосфера нефтегазоносных провинций". РАН, Научный совет по криологии Земли. - Тюмень, 2004. - С. 138-139 (соавтор Омельяненко A.B.).

Нерадовский Леонид Георгиевич

ИЗУЧЕНИЕ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ И КРИОПЭГОВ МЕТОДОМ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 08.08.05. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая № 1. Усл. печ. л. 0,9. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 35.

Издательство Института мерзлотоведения СО РАН. Типография Института мерзлотоведения СО РАН. 677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, 36, Институт мерзлотоведения СО РАН.

РНБ Русский фонд

2007-4 6636

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Нерадовский, Леонид Георгиевич

Стр. ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ:.

1.1. Геофизические методы исследования мёрзлых грунтов.

1.2. Возможности георадиолокации при изучении мёрзлых грунтов.

1.3; Обзор современного состояния и развития георадиолокации;.

2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

• МЁРЗЛЫХ ГРУНТОВ И КРИОПЭГОВ.

2:1. Объект изучения и его инженерно-геологическое описание.

2.2. Техника георадиолокации.

2.3. Методика группирования (накопления) сигналов.

2.4. Методика обработки и интерпретации сигналов.52"

2.4.1. Статистическая функция распределения импульсов (СФРИ).

2:4.2. Физико-геологическая модель мёрзлой грунтовой среды (ФГМ).

2:4.3. Вычисление радиофизических характеристик.

2.5. Методика динамического преобразования сигналов.

3. ИЗУЧЕНИЕ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК.88?

3.1. Дисперсные грунты Центральной Якутии и криопэги г. Якутска.

3:2: Скальные и полускальные грунты Южной Якутии;.

3.3. Связь скорости распространения с поглощением энергии сигналов.

3.4. Оценивание физико-механических свойств по радиофизическим? характеристикам мёрзлых грунтов.

4: РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ:.

4.1. Изучение таликов и криопэгов г. Якутска и его окрестностей.

4.2. Изучение литологии мёрзлых грунтов в районе п. Кангалассы.

4:3. Изучение прочности коренных пород Южной Якутии.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Изучение состояния и свойств мерзлых грунтов и криопэгов методом георадиолокации"

Актуальность. Современная индустрия строительства и эксплуатации зданий и сооружений в криолитозоне сталкивается с проблемами изучения состояния и свойств многолетнемёрзлых пород (ММП), слагающих верхнюю часть разреза; до глубины 10-20 м. Инженерно-геокриологические условия территории Якутии характеризуются присутствием в разрезе ММП надмерзлотных и межмерзлотных слоев и линз минерализованных вод с отрицательной? температурой; (криопэгов). Эти природные и техногенные образования отличаются сложностью строения и динамичностью сезонных и годовых вариаций параметров по площади и глубине. Криопэги ухудшают инженерно-геологические условия; строительства > и снижают несущую способность мёрзлых грунтовых оснований« фундаментов. В условиях застроенных территорий из-за различного рода помех, а также особенностей технологии полевых измерений: применение традиционных методов инженерной геофизики зачастую? затруднено. Использование георадиолокации, изучающей скорость распространения и поглощение энергии электромагнитных импульсов, позволяет изучать разрез ММП5 в любых условиях и даже, под зданиями и сооружениями. Несмотря на это, сложившаяся практика=изучения кинематических характеристик разреза, не позволяет в полной мере использовать = возможности георадиолокации для; исследования; криогенного состояния и свойств? мёрзлых грунтов. Игнорирование стохастической природы импульсов без должного внимания к изучению радиопоглощающих характеристик, приводит к тому, что основной результат георадиолокации - радарограммы глубин - имеет невысокую достоверность и информативность. Предлагаемая нами технология георадиолокации базируется на многократном измерении сигналов в окрестности точек зондирований и включает обработку сигналов; методами вероятностно-статистического анализа, адекватными их природе. Разработанные методические приёмы направлены на получение надёжных оценок средних значений радиофизических характеристик разреза по каждой точке зондирования. Проведённые нами исследования показали, что использование этих оценок открывает реальную возможность для изучения состояния и контроля изменения свойств мёрзлых грунтов и криопэгов в их естественном залегании.

Цель работы: Для решения задач инженерно-геокриологического картирования и мониторинга состояния и свойств многолетнемёрзлых пород и криопэгов в условиях застроенных территорий? разработать технологию георадиолокационного зондирования

Задачи исследований:

2. Для5 послойного определения в: естественном? залегании? надёжных количественных оценок радиофизических характеристик ММП и криопэгов разработать методику вероятностно-статистической обработки и интерпретации георадиолокационных сигналов:

31 Для* детального изучения локальных неоднородностей, разреза ММП со сложной конфигурацией границ (криопэгов, таликов, подземных льдов, карста и, др.) разработать методику динамического преобразования георадиолокационных сигналов.

6. Исследовать регрессионные зависимости температуры, влажности (льдистости) и прочности ММП с их скоростными и радиопоглощающими характеристиками.

Научная новизна работы:

1. Для решения геокриологических задач разработана новая методика группирования сигналов георадиолокации в окрестности точек зондировании, что позволило повысить достоверность и полноту изучения МПП на застроенных территориях криолитозоны Центральной Якутии.

3. Детальное изучение разреза МПП с локальными неоднородностями сложной конфигурации осуществляется по новой методике динамического преобразования сигналов георадиолокации с использованием программы "Polngrad".

4. Впервые, на большом объёме материалов полевых исследований, сделан статистический анализ радиофизических характеристик МПП in situ. Получены уравнения регрессии, показывающие зависимость температуры, суммарной влажности (льдистости) мёрзлых песчано-глинистых отложений Центральной Якутии, а также прочности мёрзлых осадочных пород Южной Якутии от радиофизических характеристик.

Защищаемые научные положения:

1. Результаты исследований по группированию сигналов позволяют сформулировать первое защищаемое положение: изучение ММП на застроенных территориях криолитозоны Якутии методом георадиолокации, использующей электромагнитные импульсы случайной природы становится более достоверным и полным при многократном измерении сигналов в окрестности точек зондирований по методике группирования (накопления) с изменением положения и ориентации антенн георадаров.

2. Надежность и устойчивость количественных оценок радиофизических характеристик ММП и в частности криоиэгов, повышается при использовании средних модальных значений, которые определяются по серии накопленных сигналов в окрестности точек зондирований и дальнейшей их вероятностно-статистической обработки и интерпретации по разработанной нами программе "Signal".

3. Более информативные результаты изучения ММП георадиолокацией получаются при использовании разработанной нами программы "Polngrad" и поглощающей характеристики сигнала, так как по природной чувствительности она в 2-6 раз превосходит скоростную характеристику. Это создаёт благоприятные физические предпосылки для разработки нового перспективного направления - динамической георадиолокации, изучающей ММП по признаку поглощения энергии гсорадиолокационных сигналов.

4. Существование тесных эмпирических зависимостей физических и механических свойств ММП со средними модальными значениями их радиофизических характеристик позволяет контролировать георадиолокацией изменение в естественном залегании температуры, влажности (льдистости) мёрзлых песчано-глинистых отложений, а также прочности осадочных пород.

Практическая ценность и реализация работы. Разработанная технология георадиолокации позволяет получать достоверную информацию о состоянии и свойствах мёрзлых грунтов и криопэгов по средним значениям их радиофизических характеристик. Она в течение многих лет успешно применяется при выполнении инженерно-геокриологических исследований в условиях плотной городской застройки в Якутске, Нерюнгри, Зырянке, Депутатском, Адыче, Хандыге, Намцах, Нюрбе, Амге, Тулуне, Крест-Хальджае, Колымское и др.

Внедрение результатов исследований. Начиная с 1986 г., основные элементы разработанной технологии георадиолокации последовательно внедрялись в тресте "ЯкутТИСИЗ" для целей индустрии строительства на территории Республики Саха (Якутия) и решения различных инженерно-геокриологических задач (изучения ССО, насыпных и намывных грунтов, подрусловых и погребённых таликов, надмерзлотных и межмерзлотных криопэгов, литологии песчано-глинистых отложений и др.).

Апробация: работы. Защищаемые положения и результаты работы докладывались, на совещаниях по качеству инженерно-геокриологических исследований для проектирования и строительства (Якутск, 1989-2001), на 3-й международной конференции по математическому моделированию (Якутск,. 2001), на международной конференции "Криосфера нефтегазоносных провинций" (Тюмень, 2004), на семинаре научного симпозиума "Неделя горняка - 2004" (Москва, 2004).

Публикации; Основные положения работы отражены« в 13 опубликованных печатных работах. Более подробно они изложены:

- в 4-х отчётах ЯкутТИСИЗ (1985-1990 г.г.) по программе: "Технология применения: приборов георадиолокационного зондирования при инженерно-геологических изысканиях";

- в отчёте РФФИ; 03-05-96085р2003арктика за 2003 г. по теме "Исследование динамики криогенного состояния подстилающих пород методами георадиолокации; в условиях техногенного воздействия в области криолитозоны";

- в отчёте НИР ИГДС СО РАН за 2004 г. по теме: "Динамическая радиолокация пород криолитозоны и исследование миграции природных и техногенных криопэгов в режиме мониторинга".

Личный вклад автора. Диссертация написана по результатам полевых исследований; начатых автором в 1985 г. в тресте "ЯкутТИСИЗ". До 1990 г. они выполнялись по заказу Госстроя РСФСР совместно с ИГДС СО РАН им. Н. В. Черского в соответствии с программой; "Государственных межведомственных испытаний аппаратуры 17ГРЛ-1 по изучению возможностей георадиолокации в криолитозоне Якутии". В период 19902004 годов исследования продолжались по производственному плану

ЯкутТИСИЗ" и в рамках программ ИГДС СО РАН. На всех этапах исследований, включая разработку алгоритмов программ, систематизацию и научный анализ полученных результатов, автор принимал личное участие, как исполнитель и ответственный технический руководитель.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и 5 приложений. Общий объём; рукописи: составляет 193 страницы, в том числе: текста - 140 страниц, рисунков - 53, таблиц - 8, список литературы -184 наименований;

Автор благодарен управляющим "ЯкутТИСИЗ" А. Н. Коркину, П. Ф. Фёдорову, начальнику мерзлотной службы С. Б; Петрову, начальнику технического отдела Ю. А. Евсееву, геофизикам:Н. В. Березовскому и С. Е. Громову, которые приложили много сил, помогая внедрить георадиолокацию в производство инженерно-геокриологических изысканий.

Автор выражает благодарность научному руководителю: д. т. н. А. В.* Омельяненко за его многолетнюю методическую, техническую и информационную помощь и инициацию в написании работы.

Весьма многим автор обязан за научные консультации д.г.-м.н. М. Н. Железняку за его ценные советы, замечания, дополнения, сделавшиегработу более полной и целенаправленной.

Особую признательность автор выражает своему учителю академику РАЕН Г. С. Вахромееву, который заложил в нём« основы научного мировоззрения с методологическими принципами системного и комплексного геолого-геофизического изучения геологической среды.

Развитию метода георадиолокационного зондирования в Якутии" пониманию автором его роли и места в мерзлотоведении, инженерной геологии и строительной индустрии, способствовали встречи и беседы с д.г.-м.н. Н. П. Анисимовой, д.г.-м.н. В. С. Якуповым, д.г.-м.н. В. В: Стогнием, д.г.-м.н. Ю. А. Ним, к.т.н. Л. Л. Фёдоровой, к.т.н. И. Е. Гурьяновым и др., которым автор также благодарен.

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Нерадовский, Леонид Георгиевич

Выводы.

1. Аппроксимация полиномами или экспонентой, является эффективным математическим инструментом сглаживания случайных амплитудно-фазовых вариаций импульсов небольшого числа сигналов, измеренных в окрестности точек зондирования. По полиномам 1-2 степени и экспоненте определяется интегральная илифоновая^градиентная характеристика (для всего разреза) динамического признака георадиолокации, а по полиномам 3-5 степени - дифференциальная характеристика, которую можно использовать для; изучения радиопоглощающих свойств отдельных слоев разреза мёрзлых фунтов.

2. Градиентные характеристикие динамического признака: позволяют применять метод георадиолокации для изучения радиопоглощающих свойств слоя; годовых теплооборотов и по ним делать текущую или; прогнозную количественную оценку температурного состояния мёрзлых фунтовых оснований фундаментов зданий и сооружений в зонах кратковременного или долговременного техногенного теплового воздействия:

3; Картировочные гекриоологические возможности динамического признака георадиолокации; существенно увеличиваются при использовании дифференциальной характеристики радиопоглощающих свойств мёрзлых фунтов в виде полного фадиента затухания амплитуд импульсов или, если это необходимо, её математической производной. Эта характеристика является очень чувствительной; к изменению состояния? и; свойств мёрзлых фунтов»и: криопэгов. В силу этого, она; позволяет сравнительно простым и понятным способом системно решать очень сложную для геофизических методов ' задачу, т. е. обнаруживать в разрезе: структурные и петрофизические неоднородности со сложной конфигурацией фаниц. Такими неоднородно-стями в разрезе мёрзлых рыхлых отложений Центральной Якутии и г. Якутска, являются талики, криопэги, подземные льды, а в разрезе мёрзлых коренных пород Южной Якутии - карстовые образования и тектонические зоны дробления, трещиноватости.

4. Комплектное использование средних значений интегральных и дифференциальных градиентных характеристик динамического признака и изучение их корреляционно-регрессионных связей, позволяет выйти на уровень количественной оценки состояния и физико-механических свойств мёрзлых грунтов и криопэгов.

5: По средним значениям дифференциальной характеристики динамического признака (пластовому градиенту затухания амплитуды импульсов) можно оценивать в естественном залеганиш прочность массива скальных и полускальных коренных пород (доломитов, известняков) с ошибкой 2-22%. Решение подобного рода задач крайне важно для строительства и эксплуатации зданий и сооружений в Южной и Западной Якутии.

6. Для снижения неоднозначности решения обратной задачи геофизики до возможного минимума, метод георадиолокации нужно комплексировать с электроразведкой на постоянном и переменном токе, сейсморазведкой МПВ; а также: термометрией и электрометрией неглубоких инженерно-геологических скважин. Это позволит не только повысить достоверность геологической интерпретации сигналов георадиолокации, но и получить надёжные и полноценные результаты при изучении- строения, состава, состояния и свойств разреза многолетнемёрзлых грунтов.

7. Метод георадиолокационного} зондирования самостоятельно или? в комплексе с другими геофизическими методами может с необходимой точностью и детальностью осуществлять мониторинг без нарушения; естественного залегания слоёв, прослоев и линз природных, техногенных надмерзлот-ных межмерзлотных криопэгов мощностью от 0,3-1,0 м до (3-5 м), залегающих в песчано-глинистых отложениях криолитозоны Якутии.

8. Геофизический мониторинг, проведённый на основе георадиолокации в пойменной части долины р. Лены (в районе с. Хатассы), подтвердил известные сезонные вариации положения в разрезе, мощности, степени водо-насыщенности и засолённости межмерзлотных природных криопэгов, залегающих в слое годовых теплооборотов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная автором технология георадиолокации позволяет изучать ММП в окрестности точек зондирований практически в любом месте застроенных территорий криолитозоны Якутии. Проведённые исследования показывают, что использование средних оценок радиофизических характеристик повышает достоверность, и детальность- результатов георадиолокации и открывает новые возможности для; изучения состояния и свойств ММП, в частности, криопэгов. Полученные автором основные результаты работ состоят в следующем:

1. Разработана, ранее не применявшаяся в инженерно-геокриологических исследованиях, методика группирования (накопления); сигналов в окрестности точек зондирований с изменением положения и азимута антенн георадара: Она позволяет повысить уровень достоверности и полноты изучения верхней части разреза ММП (до 10-30*м) в условиях застроенных территорий; криолитозоны Якутии. Группирование сигналов показало?свою; эффективность при; изучении; мёрзлых озёрно-аллювиальньтх песчано-глинистых отложений Центральной Якутии, криопэгов (природных и техногенных) г. Якутска и его окрестностей; Кроме этого; положительные результаты получены при; изучении мёрзлых осадочных; пород в Южной Якутии. Круговое группирование сигналов в пределах границ первой зоны Френеля с измерением: не менее 36 сигналов обеспечивает определение скоростных и поглощающих характеристик криопэгов с погрешностью не превышающей 5%.

2. Усовершенствована методика послойного определения в естественном залегании радиофизических характеристик ММП и криопэгов. Она позволяет получить более надёжные и устойчивые количественные оценки средних значений скорости распространения и градиента затухания амплитуд электромагнитных импульсов. Для этого применяется вероятностностатистическая обработка и интерпретация сигналов георадиолокации с использованием разработанного алгоритма программы "Signal".

3. Разработана новая методика для детального изучения локальных неоднородностей разреза ММП (таликов, криопэгов, подземных льдов, карстовых полостей, зон трещиноватости т дробления) со сложной конфигурацией границ. Она? базируется на динамическом преобразовании сигналов! георадиолокации с использованием разработанного алгоритма программы "Polngrad". Методика успешно апробирована; в условиях промышленных помех на Жатайском судоремонтном заводе, а также при изучении« природных криопэгов в районе села Хатассы и осадочных пород (доломитов, известняков) в Южной Якутии.

4. Изучена взаимосвязь радиофизических характеристик, сигналов. Для условий Центральной Якутии она имеет нелинейный характер, который сильно отличается для мёрзлых и талых грунтов. Полученные зависимости можно использовать для ручного или автоматизированного построения георадиолокационных разрезов глубин при отсутствии данных бурения.

5. Впервые, на большом объёме материалов полевых исследований проведены статистические исследования, получены оценки средних значений скорости распространения (Vcp) и градиента затухания амплитуды электромагнитных импульсов (Гср) песчано-глинистых грунтов Центральной: Якутии. Они значительно отличаются для мёрзлых (Кр=0,134 м/нс., Гср=2,23 дБ/м) и талых (Уср=0,075 м/нс., Гср= 14,1 дБ/м) грунтов. При увеличении льдистости грунтов и понижении их температуры Vcp увеличивается, а Гср уменьшается. При повышении водонасыщенности, засоленности, а также температуры мёрзлых грунтов величина Vcp уменьшается, а Гср увеличивается. Аномальные средние радиофизические характеристики наблюдаются в льдогрунтах, подземных льдах (Vcp=0,l 63 м/нс., Гср= 1,62 дБ/м) и криопэгах (^=0,051 м/нс., Гср=21-23 дБ/м), что создаёт наиболее благоприятные физические предпосылки для их картирования георадиолокацией.

6. Получены, ранее не известные, двумерные регрессионные зависимости физических и механических свойств ММП со скоростью распространенияI и градиентом затухания; амплитуд импульсов. Они имеют множественный коэффициент корреляции Я-0,58-0,89! и позволяют определять температуру, влажность (льдистость) мёрзлых песчано-глинистых отложений Центральной; Якутии и прочность осадочных пород Южной Якутии по их радиофизическим характеристикам. При этом установлено, что более высокая» природная; чувствительность к изменению; состояния и; свойств; ММП; наблюдается у градиента затухания; амплитуды электромагнитных импульсов.

Достоинство предложенной нами технологии состоит в информативности; и достоверности получаемых результатов; Начиная с 1986 г. эти качества в течение многих лет подтверждались при решении задач трестом "ЯкутТИСИЗ'' в криолитозоне Якутии.

Направление дальнейших исследований автор связывает с решением следующих задач:

2. Продолжить изучение в; естественном; залегании; радиофизических характеристик ММП Центральной Якутии с учётом их литологии; генезиса и гидрохимического состава;

3. Изучить связи радиофизических характеристик со свойствами засолённых мёрзлых песчано-глинистых грунтов и свойствами талых намывных грунтов застраиваемой территории "Зелёного Луга" г. Якутска.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Нерадовский, Леонид Георгиевич, Якутск

1. Анисимова Н.П. Криогидрогеохимические особенности мёрзлой зоны. Новосибирск: Наука, 1981, 153 с.

2. Аппаратура : 17ГРЛ-1. Эксплуатационные документы. Техническое описание (УВАИ.416459.001 ТО). М., 1987, с. 45.

3. Бард P.C., Еркес М., Сэкингер В.М., Остеркамп Т.Е. Прогноз физических свойств морского льда с помощью радиолокатора.- В кн.: Лед и его воздействие на гидротехнические сооружения. Л:, Гидрометеоиздат, 1972, с. 136.

4. Богородский В.В. Физические методы исследования ледников. Л. Гидрометеоиздат, 1968, с. 214.

5. Богородский В.В. Радиозондирование льда. Л., Гидрометеоиздат, 1975, с. 64;

6. Богородский В.В., Клишес Т.М., Трепов Г.В. Применение непрерывного радиолокационного зондирования для исследования пластовых льдов.- В книге: Пластовые льды криолитозоны. ИМ СО АН СССР, Якутск, 1982, с. 121129;

7. Богородский В., Бентли Ч., Гудмансен П. Радиогляциология. Гидрометеоиздат. Л., 1983.

8. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. 2-е изд., перераб. и доп. М., Наука, 1973.

9. Бушуев A.B., Лазарев Э.И, Финкелынтейн М.И. Анализ результатов применения видеоимпульсного измерителя толщины морского льда в ледовой разведке. Труды ААНИИ, 1977.

10. Вахромеев Г.С. Общие принципы комплексирования геофизических методов поиска рудных месторождений. ИПИ- Иркутск, 1970, 119 с.

11. Вахромеев Г.С., Давыденко А.Ю. Моделирование в разведочной геофизике.- М:: Недра, 1987.- 192 е., ил.

12. Великин С.А., Снегирёв А.М., Фролов А.Д. Локальный эколого-геофизический мониторинг криолитозоны. Сб. науч. тр. Выпуск 3: "Геоф. исслед. криолитозоны". СО РАН, Мм 2000; с. 25-38.

13. Вирсис М.А., Яковлев С.Б. Применение метода геолокации при инженерно-геологических изысканиях на акваториях.- В сборнике "Инженерно-сейсмологические и геофизические исследования при инженерных изысканиях для строительства". М., Наука, 1987, с. 110-112.

14. Геофизические исследования мёрзлых горных пород и льдов: Указатель литературы (1930-1985 г.г.)/ Сост. Г.В. Геннадиник; Под ред. Б.И. Геннади-ника. Якутск, Институт мерзлотоведения СО АН СССР, 1986. - 134 с.

15. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток. /Г 35 Редкол.: Э. Д. Ершов (гл. редактор) и др.; Под ред. Э.Д. Ершова.- М.: Недра, 1989.515 е.: ил.

16. Геокриологический словарь. Госстрой России. ПНИИИС, М., 2003.

17. Гинцбург М.А. Определение толщины слоя льда радиолокационным методом.- Изв. АН СССР; Сер. геофиз., 1960, №6, с. 872-874.

18. Глушнев В.Г., Слуцкер Б.Д., Финкелыптейн М.И. Об измерении некоторых электрофизических характеристик при радиолокационном зондировании мёрзлых почв. Известия вузов СССР. Серия "Радиофизика", 1976, т. 19, №1, с. 59-63:

19. Гольцман Ф.М. Основы теории интерференциального приема сейсмических волн. М., 1964.

20. Грунты. Классификация. ГОСТ 25100-95, МИТКС, М., 1996.

21. Ершов Е.Д., Данилов И;Д., Чеверев В.Г. Петрография мёрзлых пород. Учебник. М:: Изд-во МГУ, 1987. — 311 е.: ил.

22. Железняк М:Н., Нерадовский Л.Г. Контроль состояния многолетнемёрзлых грунтов под инженерными сооружениями // Материалы международной конференции "Освоение недр и экологические проблемы взгляд в XXI век".- М.: Изд-во ИПКОН РАН, 2000.- С.297-299.

23. Железняк М.Н., Нерадовский Л.Г. Использование: геофизических методов контроля над состоянием многолетнемёрзлых грунтов под инженерными сооружениями // Проблемы градостроения. Тезисы докладов.- Якутск, 2000.-С. 65-66.

24. Журнал "Разведка и охрана недр", №3, М., "Недра", 2001, с. 56.

25. Задериголова М.М. Радиоволновой метод в инженерной геологии и геоэкологии. Изд-во МГУ, 1998, с. 109-113;

26. Зыков Ю.Д. Отчет о проделанной работе по теме: Э.2.1.8: "Технология: применения: приборов радиолокационного зондирования}при инженерно-геологических изысканиях". Второй этап. М., ПНИИИС, 1989.

27. Инженерная геология СССР. Том 3. Восточная Сибирь. МГУ, 1977.

28. Информационная записка к результатам геофизических работ первого цикла мониторинга: экзогенных процессов на территории Большого Якутска; Архив ЯЦПСЭ, Якутск, 2000.

29. Информационная записка по результатам мониторинга геофизических работ на участке Сервис-Центра НЦМ; в г. Якутске в 2001 г. Архив ЯЦПСЭ, Якутск, 2001.

30. Информационная записка по результатам геолого-геофизического мониторинга природного криопэга на участке "Булгуннях" в 2001-2002 г.г. Архив ЯПЦСЭ, Якутск, 2003.

31. Информационная записка по результатам геолого-геофизического мониторинга природно-техногенных криопэгов на участке "Сервис-Центр" НЦМ в г. Якутске в 2001-2002 г.г. Архив ЯЦПСЭ, Якутск, 2003;

32. Истратов Л.Ю., Мельник Л.В. и др. Нейросетевая система анализа данных бортового радиолокатора. // Изв. вузов. Приборостроение.- 1997.- 40, №6. -С. 32-38, 71.

33. Истратов В.Л., Лысов M.F., Перекалин С.О., Остапчук С.И. Перспективы использования радиочастот при инженерно-геологических изысканиях. Журнал "Разведка и охрана Недр", №3, 2001, с. 44-47.

34. Калери Е.Ю., Клуга A.M., Петров А.Н., Финкельштейн М.И. Об анизотропии запаздывания радиоволн в морском льду.- Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана, 1971, т. 7, №10, с. 1115-1116.

35. Калинин В.М., Якупов B.C. Региональные закономерности поведения мощности мёрзлых толщ. Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1989, с. 144.

36. Кендалл М, Стьюарт А. Теория распределений. Наука, М., 1966, с. 587.

37. Клишес Т.М., Трепов Г.В; Измерение электрических характеристик мерзлых и талых пород в диапазоне частот 10-120 МГц. Экспресс - информация.- Обзор. Региональная, разведочная и промысловая геофизика, Mi, изд. ВИЭМС, вып. 4, 1980; с. 13-20:

38. Клишес Т.М. Интерпретация результатов радиолокационного профилирования. В сборнике научных трудов ПНИИИС/ Геоф. и сейсм. исслед. при изысканиях для строительства. Mi, Стройиздат, 1987.

39. Клуга A.M., Трепов Г.В., Федоров Б.А., Хохлов Г.П. Некоторые результаты радиолокационного зондирования ледников в Антарктиде летом 19701971 г.г. "Труды 16-ой Советской антарктической экспедиции", 1973^ т. 61,с. 151-163.

40. Шварцахер В. Количественная корреляция циклической формации известняков и глинистых сланцев. //Количественная стратиграфическая корреляция: Пер. с англ./Под ред. Дж. Куббита и Р. Реймента.- М.: Мир, 1985.- С. 339-353.

41. Комплекс программ обработки и интерпретации данных георадиолокации применительно к станции 17ГРЛ-1 (версия 1.0). Якутск, 1987 г.

42. Кревепкий A.B. Автокорреляционная функция когерентного пятенного изображения // 52 Науч. сессия, посвященная Дню радио. Тезисы докладов. Часть 2.- М., 1997.- С. 66-67.

43. Кудрявцев В.А., Гарагуля JI.G. и др. Методика мерзлотной съемки. М., Изд-во МГУ, 1979.

44. Кузнецов A.A., Айдаров Г.А. Использование модели Монте-Карло при анализе рассеяния электромагнитных волн поверхностями со случайными неровностями. // Радиотехническое обеспечение систем; УВД / Моск. гос. техн. ун-т гражд. авиации.- Mi, 1996.- С. 8-14.

45. Ломтадзе. В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород (Руководство к лабораторным занятиям по инженерной геологии). Л., Недра, 1972, с. 312

46. Материалы мерзлотно-строительного надзора по учебному корпусу ИТФ ЯГУ по ул. Ярославского, 47 в г. Якутске. Архив треста ЯкутТИСИЗ, шифр 3346, арх.№ 4545, 1992.

47. Мачарет Ю.А., Суханов Л.А. Опыт применения импульсного высотомера РВ-10 для измерения;толщины "теплых" горных ледников с их поверхности. В=кн.: Материалы гляциологических исследований; Хроника. Обсуждение. Выпуск №17, М:, 1970, с. 60-72.

48. Мельников В.П. Электрофизические исследования мёрзлых пород. (Методология и практика). Новосибирск, Наука, 1977, 108 с.

49. Мерзлотные ландшафты Якутии. Пояснительная записка к "Мерзлотно-ландшафтной карте Якутской АССР" м-ба 1:250000. Новосибирск, 1989.

50. Методические рекомендации по проведению мерзлотных гидрогеохимических исследований в комплексе инженерно-строительных изысканий в криолитозоне. Якутск, 2000.

51. Нерадовский Л.Г. Статистическая обработка геофизических данных в инженерных изысканиях // Первая республиканская конференция по качеству изысканий в ЯАССР.- Тезисы докладов.-Якутск, 1984.- С. 21-23.

52. Нерадовский Л.Г. Технический отчет по теме И.2.1.55: "Применение метода радиолокационного зондирования» при инженерных изысканиях для строительства". 1 этап. Архив ЯкутТИСИЗ,-шифр- 1390, арх. № 3156, 1987.

53. Нерадовский Л:Г. Технический отчет по теме И.2.1.55: "Применение метода: радиолокационного зондирования при; инженерных изысканиях для строительства". 2 этап. Архив ЯкутТИСИЗ, шифр 1687, арх. №3302, 1988.

54. Нерадовский; Л.Г. Применение радиолокации; при картировании таликов в окрестностях г. Якутска // Третья республиканская конференция по повышению научно-технического уровня; изысканий; в строительстве.- Якутск, 1989.-С. 77-78.

55. Нерадовский Л.Г., Стогний Вас.В. Инженерно-геофизические исследования в Якутии. Геофизика Якутии на пороге ХХГ века// Геофизические исследования в Якутии: G6. науч. тр.- Якутск, 2001.- Вып. 5.- С. 224-234.

56. Нерадовский Л.Г., Омельяненко A.B., Фёдорова Л.Л. Методические возможности георадиолокации мониторинга: состояния мёрзлых грунтов // Горный инфор. анал. бюллетень, МГГУ.- 2004. - №7.- С. 44-47.

57. Никифорова Л.Л. К вопросу о пространственной фильтрации в георадиолокации // Сборник научных трудов аспирантов Якутского научного центра.-Якутск, 1995.- С.129-132:

58. Никифорова Л.Л., Омельяненко A.B., Иванов В.Н. Георадиолокационное моделирование локальных неоднородностей в; мёрзлых породах //Вторая международной конференции по математическому моделированию. Тезисы докладов.-Якутск, 1997,- С.167-168.

59. Николаев Л.В. Описание эхограмм акустических съёмок районов океана. В сборнике научных трудов: "Обработка информации в геофизических исследованиях". Институт автоматики и процессов управления,. ДВНЦ АН СССР."- Владивосток, 1986.- С. 123-136.

60. Ним: Ю.А., ОмельяненкоА.В., Стогний В.В. Импульсная : электроразведка криолитозоны. Новосибирск: Изд. ОИГГМ СО РАН. 1994. - 188 с.

61. Ним Ю.А., Русаков B.F., Омельяненко А.В, Нерадовский Л.Г., Фёдоров; А.М. Эффективность использования импульсной электроразведки при изучении криопэгов в нетрадиционных для геофизики условиях // Наука и образование.-Якутск, 2002. №3. - С. 36-41.

62. Омельяненко А.В. Интерпретация сигналов георадиолокационного зондирования при помощи графиков ВДП // Первая республиканская конференция по качеству инженерных изысканий в ЯАССР.- Тезисы докладов.-Якутск, 1984, С. 16-17.

63. Омельяненко А.В., Никифорова Л.Л., Стручков П.В. Комплекс программ обработки и интерпретации данных георадиолокации применительно к станции 17ГРЛ-1. Первая версия. ИГДС СО АН СССР.- Якутск, 1987.с.зз:

64. Омельяненко А.В. Георадиолокация мёрзлых рыхлых отложений: Дисс. канд. техн. наук // МГУ. Москва, 1989.- С. 194.

65. Омельяненко А.В. Научно-методические основы георадиолокации мёрзлых горных пород. Дисс. докт. тех. наук.- Якутск, 2001.- С. 344:

66. Пакет прикладных программ по прогнозированию на базе стандартных методов? распознавания образов "КВАЗАР ЕС". Институт математики и механики УНЦ СССР.- Свердловск, 1985.

67. Пармузин Ю.П. Ландшафтообразующее значение карста Сибири. "Учён. Записки Московского ун-та", геогр., 1954, Вып. 170.

68. Пархоменко Э.И. Электрические свойства;горных пород.- М: Наука, .1965; 164 с,

69. Пасхавер И.С. Закон больших чисел и статистические закономерности. М., "Статистика", 1974, 152 с.

70. Петров С.Б., Безрук Л.Н: Отчёт по изучению, детальному картированию и прогнозированию развития экзогенных геологических процессов на территории; Большого Якутска на 1983-1985 г.г. Том; 1 -Текст отчёта. Архив ПГО "Якутскгеология", 1985:

71. Петровский A.A. Радио в горной разведке. Изв; Hill;, вып.1, 1925.

72. Петровский A.A. Теория; возвратного метода. Изв. ИПГ, вып.2, 1926.

73. Петровский A.A. Расчет местоположения отражающей поверхности по наблюдениям с помощью возвратного метода. Изв. ИПГ, вып. 5, 1930.

74. Пояснительная записка к результатам геофизических работ по главному корпусу ЯГУ в г. Якутске. Архив ЯГУ, 1998.

75. Программа управления георадаром "ОКО" и визуализации данных георадиолокационного зондирования "Geoscan32". Руководство пользователя. ООО "ЛОГИС", М., 2003.

76. Рекомендации по использованию радио изотопных методов для определения физико-механических свойств грунтов: НИИОСП им. Н: М. Герсева-нова. ГОССТРОЙ СССР. М., 1971, с. 49.

77. Рекомендации по изучению методами инженерной сейсмики статических и динамических характеристик деформируемости скальных оснований! гидросооружений в северной строительно-климатической; зоне (ССКЗ). П-19-85. ВНИИГ. Л., 1985.

78. Рекомендации по определению физико-механических свойств мёрзлых дисперсных грунтов геофизическими; методами. ПНИИИС Госстроя; СССР; М., 1989, с. 56.

79. Результаты дополнительных инженерно-геологических изысканий;по объекту: "Горизонтальная часть слипа Жатайского судостроительного завода". Стадия: РП. Архив ин-та "Якутпроект", шифр-42050; 2003.

80. Снегирёв A.M., Великин С.А. Электрокаротаж сопротивления мёрзлых пород в сухих скважинах. Якутск: Институт Мерзлотоведения СО АН СССР, 1987, с. 120.

81. Снегирёв A.M. Скважинная электрометрия мёрзлой зоны литосферы. М:: Изд-во СИП РИА, 2002. - 274 с - (Развитие технологий Севера).

82. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномёрзлых грунтах /Госстрой СССР/. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 56 с.

83. Суровцев Б.П. Геофизические методы определения характеристик грунтов (ЦНИИС). Журнал "Транспортировка и строительство", №1, 1988, с. 10-11.

84. Стогний Вас.В. Импульсная индуктивная электроразведка таликов крио-литозоны Центральной Якутии. Дисс. канд. тех. наук. М:, 2003. 22 с.

85. Талонов А.Д., Снегирёв A.M., Великин С.А. Применение волнового диэлектрического каротажа для исследования; мёрзлых пород. Известия высших научных заведений. Раздел "Геология и разведка". М., 1984. 13 с.

86. Тархов А.Г. Радиоволновый метод электроразведки: Труды МГРИ, том 28, Госгеолтехиздат, 1955.

87. Тархов А.Г. Определение электрических свойств горных пород по затуханию радиоволн. Изв. АН СССР, сер; геоф., №5, 1956.

88. Тархов А.Г. К вопросу об использовании теории информации в разведочной геофизике.- Изв. АН АрмССР. Сер. геолог, и геоф. наук, 1959, №6, с. 63-73.

89. Тархов А.Г., Сидоров A.A. О математической обработке геофизических' -данных.- Изв. АН СССР. Сер. геоф., 1960, №10; с. 1450-1457.

90. Тархов А. Г. Основы; геофизической; разведки» методом радиокип. Госгеолтехиздат, М;, 1961, с. 211.

91. Толстихин Н.И. //Миграция химических элементов; в криолитозоне. Новосибирск; Наука, 1985, с. 13-21.

92. Техотчёт о комплексных инженерных изысканиях на объекте: "Брикетная фабрика при разрезе: "Кангаласский"". Ч 2. Инженерно-геологические условия строительства. Архив ЯкутТИСИЗ. Шифр 1034, арх. №2146, 1986.

93. Техотчёт по изысканиям на объекте: "Обследование аварийных участков канализационного коллектора в г. Якутске по ул. Свердлова и ул. Тургенева". Архив ЯкутТИСИЗ, шифр 2437, арх. № 3538, 1989./

94. Техотчёт о комплексных инженерных изысканиях по объекту: "Уточнение сейсмической опасности площадок жилых домов в МКЗ-З г. Нерюнгри". Стадия РД. Архив ЮЯО ЯкутТИСИЗ, шифр-208, арх. №2068/3, 1989.

95. Техотчет о комплексных изысканиях на объекте: "Проект застройки микрорайона "П" в г. Нерюнгри". 4 2. Инженерно-геологические изыскания. Архив треста ЮЯО ЯкутТИСИЗ, шифр 515, арх. № 2253/3, 1990.

96. Техотчёт по объекту: "Техногенный^ провал на i территории университетского городка ЯЛУ между корпусами № 12 и № 18", архив ЯГУ, 2000 г.

97. Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия "ОКО-М1". Жуковский, 2003;

98. Тихонов А.Н., Шахсуваров Д.Н. О применении электромагнитных полей радиостанций для геоф. разведки. Труды геофизического ин-та АН СССР, №9, 1954:

99. Финкельштейн М.И., Кутев В.А. О зондировании морского льда при помощи последовательности видеоимпульсов.- "Радиотехника и электроника", 1972, т. 17, №10, с. 2107-2112.

100. Финкельштейн М.И. Радиолокационный способ измерения толщины льда с воздуха. Авт. свид. №303601, 1969-БИ, 1973, №35, с.212.

101. Финкельштейн М.И., Кутев В;А;, Власов О.П. Радиолокационное зондирование грунтовых вод под слоем песка. Доклад АН СССР, 1974, т. 219, №6, с. 1427-1429.

102. Финкельштейн М.И., Мендельсон В.Л., Кутев В.А. Радиолокация слоистых земных покровов. Под ред. М. И. Финкельштейна. М., "Сов. Радио", 1977, с. 176.

103. Финкельштейн М.И, Кутев В.А., Золотарёв В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. Под ред. М.И. Финкельштейна.- М.: Недра, 1986.-128 с.48, 86.

104. Фролов А.Д., Гусев Б.В. Диэлектрический метод определения содержания незамёрзшей воды в мёрзлых песчано-глинистых горных породах. //Вторая международная конференция по мерзлотоведению. Вып.4, Якутск, 1973, с:У226.229.

105. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства криогенных пород. М.: Недра, 1976. 254 с.

106. Фролов А. Д. О физической модели мёрзлой породы. //Известия вузов. Геология и разведка. 1982. №11. С. 134-141.

107. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мёрзлых пород и льдов. Пущино. ОНТИ ПНЦ РАН. 1998.515 с.ю 131. Халфин Л.А. Информационная теория интерпретации геофизических исследований. Доклад АН СССР, 1958, т. 122, №6; с. 1007-1010.

108. Хмелевской В.К., Фролов А.Д. Измерение напряженности радиоволнового поля широковещательных станций для геологического картирования. //Разведка и охрана недр, №5, 1958.т

109. Цеева А.Н. Осадки и несущая способность неоднородных оснований, сложенных оттаявшими полускальными грунтами. Афтореф. дисс. канд. тех. наук. М., 1986.-24 с.

110. Шемшурин В.А. Методическое руководство по радиоволновому зондированию при разведке подземных вод в аридной зоне. Госгеолтехиздат, М:, 1962, с. 30.

111. Штагер E.A. Рассеяние радиоволн на телах сложной формы. //М., Радио и связь, 1986.

112. Электромагнитные методы исследований криолитозоны. //Акимов А.Т., Клишес., Мельников В.П., Снегирёв A.M. Под ред. канд. тех. наук В.Д. Ба-далова. Якутск: Институт Мерзлотоведения СО АН СССР, 1988, 48 с.

113. Якупов B.C. Исследование мёрзлых толщ методами геофизики.- Якутск: ЯФ СО РАН; 2000.-336 с.

114. A-CUBED. Generalstate of the art review of ground probing radar; A-CUBED Inc. Mississauga, 1983^ 89 p.

115. Annan A.P., Davis J.L. Impulse radar soundings in permafrost; Radio Science, 1976, v. 11, p. 383-394.

116. Annan A.P., Devis J.L. Impulse radar applied to ise thickness measurements and fresh water bathumetry; in Current Research, Part В. Geological Survey of Canada Paper 77-IB, 1977, p. 63-65.

117. Annan A.P., Davis J.L. Radar range analysis for geological materials; in Report of Activities, Geological Survey of Canada, 1977, Paper 77-1B, p. 117-124.

118. Gook J.C. Radar exploration through rock in advance of mining. "Trans. Soc. Mining Eng, AIME", 1973, v. 254, N2, p. 140-146.

119. Cook J.C. Radar transparencies of nime and tunnel rocks; Geophysics, 1975, v. 40, p. 865-885.

120. Cook J.C. Borehole-radar exploration in a coal seam; Geophysics, 1977, v. 42, p. 1254-1257.

121. Collins M.E., Doolittle J.A. Using ground-penetrating radar, to studysoil micro variability; Journal of Soil Science Society ofAmerica, 1987, v. 51, p. 491-493;

122. Davis J.L., Annan A.P. Ground-penetrating radar for high-resolution mapping of soil and rock stratigraphy; Geophysical Prospecting, 1989, v.37, p.531-551.

123. Dellwig L.F., Bare J.E. A radar investigation of North Louisiana salt domes; Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 1978, v.44, p. 1411-1419.

124. During C. Recursive versus nonrecursive correlation for real-time peak detection: and tracking. // IEEE Trans. Acoust., Speech, and Signal Process.- 1997.- 45, №3.- C. 781-785.

125. Kelli P.W. Petroleum Exploration with radio waves. Petroleum Engineer, Sect. B.,vol. 27, No 6, 1955.

126. Kovacs A., Morey R.M. Impulse radar sounding of frozen ground. US Army Corps of Engineers Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Special Report 85-5, 1985, p. 28-40.

127. Krolik JefreyL., Anderson Richard. Maximum likelihood coordinate registration for over-the-horizon radar.//IEEE Trans. Acoustic., Speech, and Signal Process. 1997. -45, №4- C. 945-959.

128. Lambert T., Dolphin J.R:, Bollen R.L., Oetzet G.N. An underground elektro-magnetic sounder experiment. "Geophys", 1974, v. 39, №1, p. 49-55.

129. Lafleche P.T., Judge A.S., Pilon J.A. Grond probing radar in the investigation of the competancy of frozen taillings pond? dams. Current Research, Part A, Geological Survey of Canada, Paper 87-1 A, p. 191-197, 1987.

130. Lafleche P.T., Judge A.S., Moorman B.J. Cassidu B. Ground probing radar investigations of gravel roadbed failures, Rae Access road, N.W.T.; in Current Research, Part D,f Geological Survey of Canada, Paper 88-ID, p.129-135, 1988.

131. Moorman B.J., Judge A.S., Smith D.G. Examining fluvial sediments using ground penetrating radar; in Current Research, Part A, Geological Survey of Canada Paper 91-1, 1991.

132. Nickel N., Sender F., Thierback R., Weichart H. High freguecy electromagnetig tools for the procpection of saltdome structures from boreholes: Expanded abstracts of the 50th Annual International S.E.Q. Meeting, 1980.

133. Olhoeft G.R. Survecial mapping and in situ electrical measurements by impulse radar; American Geophysical Union, Transactions, v. 59, 1978, p. 1055.

134. Owen T.E., Suhler S.A. Subsurvage void detections using survage resistivity and borehole electromagnetic technigues; Expanded abstracts of the 50th Annual International S.E.Q; Meeting, 1980.

135. Pilon J.A., LaFleche P.T. Applications of ground probing radar in permafrost regions to granular deposits, pipeline richt of way andi frozen core dams; : Expanded abstracts of the 50th Annual International S.E.Q. Meeting; 1987.

136. Pullen M. W. Geologic aspects of radio wave tensmissions. Illinois State report of investigation, N 162, Urbana, Illinois, 1953 ;

137. Smith D. G. Vibracoring fluvial and deltais sediments: tips on improving penetration and recovery; Journal of Sedimentary Petrology, 1984, v. 54, p. 660-663.

138. Stewart R.D;, Unterberger R.R. Seeing through rocksalt with radar; Geophysics;: v. 41, 1976, p. 123-132.

139. Ulriksen C.P. Applictions of impulse radar to civil engineering; published'PhD thesis, Lund University of Technology, Lund; Geophysical Survey Sustems, Inc., Hudson, New Hampshire, 1982, p. 175.

140. Unterberge R.R. Radar probagation in rock salt; Geophysicar Prospecting; v. 26, 1978, p. 312-328.

141. Vaughan C.J. Ground penetrating radar surveys used in archaeological investigations; Geophysics, 1986, v.52, p. 137-150.

142. Wait J.R. Theory of electromagnetic surface waves over geological conductors. Geofisika pura e applicata, vol. 28, 1954.

143. Wait J.R. Electromagnetic Waves in Stratified Media.- Macmillan, New York, 1962, Ch. 2, p. 515.

144. Weite A.H., Schmidt S.J. Gross errors in heingt in dication from pulsed radar altimeters operating over thick ice or snow. "Prog. IRE", 1962, v. 50, № 6, p. 1515-1520.

145. Wagner Robert L., Song Jiming, Chew Weng С. Monte Carlo simulation of electromagnetic scattering from two-dimensional random rough surfages // IEEE Trans. Antennas and Propag.- 1997.- 45, №2.- C. 235-245.- Англ.

146. Xian Ming, Zhuang Zhaowen, Xiao Shunping, Guo Cuirong // Guofang keji daxue xuebao-J. Nat. Univ. Def. Technol.- 1998.- 20, № 2,- C. 60-64.- Кит.;рез. анг.

Информация о работе

Нерадовский, Леонид Георгиевич
кандидата технических наук
Якутск, 2005
ВАК 25.00.08

Диссертация

Изучение состояния и свойств мерзлых грунтов и криопэгов методом георадиолокации - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы