Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Комплексный и количественный анализ информации в инженерной геологии (теория, методология, приложения)
ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение
Автореферат диссертации по теме "Комплексный и количественный анализ информации в инженерной геологии (теория, методология, приложения)"
. министерство науки высшей школы и технической политики
российской федерации
комитет по зшнел школе московски! ордена трудового красного знамени геологораззшючньу: институт имени серго 0рдк0никидзе
На правах рукописи Пендян Задик Владимирович
комплексный количественны:' анализ
информации в инженерно:! геолоп'ш (теория, !,1етодолог:1я, приложения)
Специальность 04.00.0?. - 1. энерная геология, мерзлотоведение и унтоведение
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук
Москва - 1992
Работа выполнена на кафедре инженерной геологии ¡¿ооновского'геологоразведочного института им. С.Ордноникидзе
Официальные оппоненты:
доктор геолого-млнералогическпх наук Г.Л.Кода доктор геолого-кпкератсгкческкх наук,
профессор В.В.Кюнтцель доктор геолого-минералогических наук,
профессор Б.Т.Трориков Зедущее предприятие: Российский государственны"": институт
по проектированию оснований к фундаментов "Оундаментпроект"
оаакта диссертации состоится 1992г. в
/часов на заседании разозого специализированного совета$)Рй5Ь по защите диссертации на соискание, ученой степени доктора геолого-минералогических нарт з Московском геологоразведочном институте им. С.Ордяонккндзе по адресу: 117485, Москва, ул. Мик-лухо-Гдаклая, д. 23.
С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке МГРЛ. Автореферат разослан " /0 "ОР/ПМ<Гр$С 1992г.
Ученый секретарь разозого специализированного совета, доцент
В.В. Дмитриев
роег'лй^кля
ГОСУ1' ' 2НННАЯ
БйиГ.-.ЮТсКА I
ОЕШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Одной из важнейших проблем инженерной геологии является разработка теоретических и методологических основ применения количественных методов при инженерно-геологическом картировании, районировании и прогнозе.
Настоящая работа посвящена теоретическому и методологическому обоснованию комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии и разработке методики комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий. Несмотря на большое количество работ, в которых рассматриваются различные аспекты этой проблемы, общее состояние теории и практики комплексного количественного анализа в инженерной геологии нельзя признать удовлетворительным.
Основными недостатками работ в этой области являются:
1) недоучет структуры взаимосвязи мезду компонентами инженерно-геологических условий, и, как следствие этого, аддитивный подход к получению интегральных характеристик;
2) отсутствие проверки адекватности используемых моделей природным оригиналам;
3) широкое использование балльных характеристик для количественного выражения компонентов инженерно-геологических условий.
Все эти недостатки нередко приводят к контринтуитивности результатов исследований - т.е. несовпадению реального функционирования литотехнических систем с модельными представления!,и.
Предлагаемая нами концепция комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии базируется на синтезе системного подхода и теории поля геологического параметра. Реализация этой концепции дает возможность накапливать и использовать опыт изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений в районах с различными инженерно-гео-логическимя условиями. Причем этот опыт накапливается не в какой-нибудь одной организации, а становится всеобщим достоянием.
Цель и задачи работы. Главная цель работы - разработка основных теоретических и методологических положений комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии и методики комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий применительно к решению задач инженерно-геологичес-
кого картирования, районирования и прогноза. Основные задачи включают:
1) рассмотрение методологических и теоретических аспектов комплексного количественного анализа информации в инженерной геологик;
2) разработку способов количественного выражения компонентов инженерно-геологических условий;
3) создание методики комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий;
4) разработку алгоритмов комплексного количественного анализа информации результатов региональные июгекерно-геалогических исследований;
5) экспериментальное подтверждение и проверку разработанных теоретических и методологических положений на основе их реализации для решения различных практических задач.
Научная новизна работы. В работе рассмотрена оригинальная научная концепция комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии, позволяющего на новом качественном уровне подойти к решению актуальных проблем инженерно-геологического районирования, картирования и прогноза. В процессе разработки и реализации предлагаемой концепции получен ряд принципиально новых и важных научных результатов.
1. Рассмотрены основные методологические аспекты использования численных методов в инженерной геологии. Важнейшей задачей использования математических приложений в геологии представляется поиск и построение активных идеальных посредников.
2. Разработано теоретическое обоснование комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии, основой которого является синтез системного подхода и концепции поля геологического параметра. Впервые сшормулировакы понятия изоморфизма и изомерности инженерно-геологических условий.
3. Разработана методика комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий, в рамках которой:
а) предложены оригинальные способы количественного выражения компонентов инженерно-геологических условий;
б) построены и интерпретированы модели полей показателей свойств литосферы (компонентов инженерно-геологических .условий) в пределах Уренгойской структуры;
в) разработан способ подсчета весовых коэффициентов отдель-
ных компонентов инженерно-геологических условий при их комплексной количественной оценке;
г) предложен новый прием нормирования количественных характеристик компонентов инженерно-геологических условий;
д) доказана возможность и целесообразность использования мер теории информации с целью комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий.
4. Разработана методика расчета сложности инженерно-геологических условий. Сложность инженерно-геологических условий следует рассматривать в двух аспектах:
а) с точки зрения степени изменчивости инженерно-геологических условий;
б) с прагматической точки зрения, т.е. благоприятности инженерно-геологических условий для различных видов хозяйственного освоения территории.
5. Обоснованы критерии оценки кондиционности инженерно-геологических карт.
6. Предложены способы получения комплексных количественных индикаторов компонентов инженерно-геологических условий.
7. Разработана общая схема инженерно-геологического районирования, вклвчаащая на различных уровнях индивидуальный, типологический и функциональный способы районирования.
8. Предложена методика прогнозной оценки изменений инженерно-геологических условий при искусственных взаимодействиях, включающая три этапа: региональный прогноз, прогнозное инженерно-геологическое районирование и локальный прогноз.
На защиту выносится научная концепция комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии, содержащая шесть защищаемых положений.
1. Теоретической основой комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии является синтез системного подхода и концепции поля геологического параметра.
2. Категориальный базис инженерной геологии целесообразно дополнить такими важнейшими категориями, как изоморфизм и изо-мерность инженерно-геологических условий. Изомерность инзэ-нерно-геологических условий может быть выявлена на основе их комплексной количественной оценки.
3. Геологические процессы не могут быть сведены к совокупности детерминированных действий, т.к. вероятность онтологична по
отношению к ним.
4. Информация о компонентах инженерно-геологических условий Есегда может быть представлена в численном виде, при этом ни е коек мере ке игнорируются качественные признаки, а лишь дается их более точное и рациональное выражение, "о. В зависимости от целевого назначения исследований могут быть использованы различные варианты комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий.
При специальном районировании, проводимом с целью выбора наиболее благоприятных в инженерно-геологическом отношении участков конкретного вида хозяйственного освоения территории, в качестве меры эмердженгности инженерно-геологической системы целесообразно использовать интегральный показатель инженерно-геологических условий.
Для разделения некоторой области литосферы на участки, квазиоднородные в отношении состава и объема дальнейших исследований, комплексная количественная оценка инженерно-геологических условий может быть осуществлена на- основе использования мер теории информации.
С целью выявления закономерностей пространственной изменчивости комплекса инженерно-геологических условий имеет смысл применять факторный анализ исходных данных.
6. Последовательность региональных инженерно-геологических исследований должна соответствовать логической схеме "целое -- анализ - синтез".
Совокупность полученных научных результатов, защищаемых
положений и их экспериментальное подтверждение направлены на решение таких важнейших научных проблем инженерной геологии, как:
1. Разработка системного подхода к изучению объектов инженерной геологин.
2. Разработка логико-формальных основ регионального (индивидуального) . типологического и оценочного инженерно-геологического районирования.
3. Разработка теоретических и геолого-эконокических оснований типизации территорий применительно к требованиям различных ездов строительства.
4. Разработка теоретических и методических основ применения количественных методов в инженерно-геологическом картографировании.
5. Разработка методики геолого-экокомической оценки сложности
инженерно-геологических условий.
Реализация результатов исследований и практическая значимость работы. Основные теоретические и методологические положения работы легли в основу исследований, проведенных каредрой инженерной геологии по догошрам с институтами ВСЕГИНГЕ, Тюмен-киигипрогазом, Союзгазтехнологией, Нацымгазпромом и другиш. Результаты исследований внедрены в производство в таких организациях, как ПКИ1ШС, Сургуттрансгаз, Тюментрансгаз, Вжниигипрогаз и др.
На оснозе результатов научных исследований, изложенных в диссертационной работе, автором создан и читается студента'.*, четвертого курса гидрогеологического факультета МГРИ спецкурс "Комплексная количественная оценка инженерно-геологических условий".
Для слушателей факультета повышения квалификации при (ЛГРИ автором читается курс лекций "Комплексный количественный анализ информации з инженерной геологии".
Апробация работы. Основные материалы, методологические и теоретические положения работы изложены з докладах на П-ом и 1У-ом Всесоюзных совещаниях по инженерной геологии и гидрогеологии (Ленинград, 1975, Свердловск, 1984), 1-ом Всесоюзном съезде инженеров геологов, гидрогеологов и геокриологов (Киев, 1958), Международном Геологическом Конгрессе (Москва, 1984), Всесоюзном научно-техническом семинаре по инженерно-геологическому картированию и съемке (Москва, 1983), Совещании по применению математических методов и ЭВМ в инженерно-геологических исследованиях (Киев, 1984), Всесоюзном совещании по инженерным изысканиям для объектов газовой промышленности (Воркута, 1985), Совещании по накоплению и обработке инженерно-геологической информации (Одесса, 1985), Региональном научном семинаре (Новочеркасск, 1987), Научно-техническом семинаре (Ташкент, 1986), ежегодных научных конференциях Московского геологоразведочного института и других совещаниях и конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 40 работ.
Исходные данные и личный вклад в решение проблемы. В основу диссертации положены результаты многолетних (с 1975 года) исследований автора, проводившихся на кафедре инженерной геологии МГРИ, в рамках хоздоговорной и госбюджетной тематики; фондовые и литературные материалы, а также данные научных исследований,
л
проводимых экспедициями кафедры инженерной геологии МГРИ в различных районах страны. Автор принимал непосредственное участие в этих работах в качестве ответственного исполнителя тем. К личному вкладу автора следует отнести также разработку теоретических и методических аспектов комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии.
Структура у. объем работы. Диссертация состоит из Введения, 10 глав, сгруппированных в соответствии с внутренней логикой работы в 3 части и Заключения. В первой части (главы 1-2) рассмотрены теоретические и методологические аспекты комплексного количественного анализа информации в инженерной геологи;. Вторая часть (глазы 4-6) посвящена изложению методики комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий и ее использованию при ингекерно-геологическсм картировании, районировании и прогнозе. В третьей части работы (главы 7-10) изложены практические применения теоретических и методических разработок, рассмотренных в первых двух частях. Диссертацию завершают выводы у. библиографический список, включающий 281 наименование.
Обье:; работы - 325 страниц машинописного текста, который иллюстрируется 51 рисунком и 60 таблицами.
Научные взгляды автора сформировались во-мкогом под влиянием идей Заслуженного деятеля науки, доктора геолого-минерало-гкческкх наук, профессора Г.К.Бондарика, под руководством и в тесном контакте с которым автор работал более 15-ти лет. Постоянна? поддержка и ценные согеты Г.К.Бондарика в значительной степени способствовали выполнению этой работы, за что автор выражает е:лу самую искреннюю признательность.
3 процессе исследований по теме диссертации автор плодотворно сотрудничал с коллегам; из МГРИ: О.В.Домаревым, Т.П.Дубиной, А.В.Кокчезской, А.Г.Купцовым, В.В.Кюнтцелем, В.Л.Незечерей, О.С.Озсякниковой, А.Н.Хацкезичем; ВСЕГйНГЕО: Е.С. Мельниковы:.; и Ы.П.Горальчук; ВКИИГАЗа: П.А.Дубиным и И.А.Исмаиловкм; ПНИИИСа - К.А.Мироновым и ГИ АН Украины - Л.Г.Бореико. Всем им автор приносит глубокую благодарность.
СОДЕРЕАНИЕ РАБОТЫ Часть I. 1,ЗТ0д(Ш0ГИЧЗСКИЕ К ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОМПЛЕКСНОГО КаЧИЧЕСТВЕННЭГО АНАЛИЗА ИНФОРМАЦИИ В ИНЕЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ
Глава I. Вопросы методологии применения численных методов
в инженерной геологии
Инженерно-геологическая информация может быть представлена в качественной и количественной форме. До сих пор бытуют представления, что геологическая информация имеет принципиально качественный характер и не поддается количественному выражению. В связи с этим делается вывод о неперспективности использования математических методов в геологии. Подобные взгляды представляются нам несостоятельными по ряду причин: а) некоторые разделы современной математики дают возможность исследовать качественные, неметрические характеристики; б) исследования последних лет показывают, что имеется принципиальная возможность любой из компонентов инженерно-геологических условий охарактеризовать количественно (Г.К.Бондарик, Л.Г.Борейко, М.И.Горальчук,гЗ.З.Дмитриев, Д.С.Дроздоз, Е.Н.Коломенский, И.С.Комаров, Н.З.Михайлова, В.В.Пездин, М.В.Рац, Э.И.Ткачук, Н.М.Хайме, С.Н.Чернышев и др.); в) сложность геологических процессов настоятельно диктует необходимость использования математических методов; г) в силу неразрывности и взаимосвязи важнейших философских категорий качества и количества, математические методы в науке имеют огромное познавательное значение.
Математизация геологии вызвана как потребностями практики - повышением требований к точности и объему информации о свойствах литосзеры в связи с прогнозом ее изменений при искусственных взаимодействиях, так и внутренней логикой развития самой науки, связанной с переходом от эмпирического этапа к теоретическому (Г.К.Бондарик, 1989).
Одной из важнейших задач математизации геологии является поиск и построение идеальных-(нематериальных) объектоз и понятий. Такие идеальные объекты должны играть роль активных посредников, с помощью которых могут быть разработаны корректные подходы к решению задач, нерешаемых (или грубо решаемых) с помощью традиционных методов. Примером активных идеальных посредников могут служить такие понятия, как инженерно-геологическая система, интегральный показатель инженерно-геологических условий, полная условная энтропия и др.
Для практической реализации математических приложений з геологии вообще, и в инженерной геологии в частности, необходимо осуществить перевод качественной информации в количественную форму. Существуют три основных способа перевода качественной информации в количественную: а) балльные оценки; б) булевы переменные; в) численное выражение.
Балльные оценки, с нашей точки зрения, по сути своей, не являются количественными. Им свойственны все недостатки, присущие качественным признакам, а именно, субъективизм, как в отображении , так и в восприятии информации.
При решении геологических задач информация может быть выражена в терминах "да - нет - не знаю" ил;:, что то же самое ( I, 0, - ). Такое представление информации позволяет решать многие задачи, связанные с оценкой значимости компонентов к геологическим прогнозом, осуществляемом на тестовом подходе. Этот способ количественного выражения информации предпочтительнее первого, однако и он не лишен недостатков. Главным из них является существенная потеря информации при изображении ее в символах ( I, 0, - ), так как из поля зрения исследователя, в таком случае, ускользает большое количество нюансов, часто имеющих важное значение для принятия решения.
Наиболее перспективным, на наш взгляд, является численный способ выражения геологической информации. Основные трудности при использовании этого метода связаны с подбором показателей, наилучшим образом отражающих компоненты инженерно-геологических условий, однако эти трудности вполне преодолимы.
В работе рассмотрены воцросы, связанные с памятью, содержащейся в геологической информации. Выделяется три группы моделей: а) с информацией, обладающей долгой памятью, в которой все предшествующие состояния оказывают влияние на последующие; б) с информацией, характеризующейся короткой памятью, когда с одной стороны последовательность случайна, а с другой, зная все предкдуише состояния системы, можно предсказывать последующие с некоторой вероятностью; в) с информацией без памяти, когда предшествующие события не влияют на появление последующих.
Наиболее гибкими являются модели, использующие информацию с короткой памятью. Эти модели находят все большее применение е геологии. Б диссертации рассмотрен пример реализации такой модели, построенной с целью описания процесса слоеобразова-ния б четвертичных отложениях южной части Тазовского полуострова.
Одним из важнейших методологических аспектов применения численных методов в инженерной геологии является вопрос о понимании термина "вероятность". Существует два взгляда на трактовку зтого понятия: эпистемологический и онтологический. С нашей
точки зрения,при изучении геологических объектов, вероятность следует понимать как форму описания явления. Имея в виду, что литосфера организована стохастически, для ее описания предпочтительно использовать математические модели, в основе которых лежит понятие вероятности. Детерминированные модели также могут использоваться в отдельных случаях и иногда бывают очень полезны для дальнейшего вероятностного подхода, когда стохастический смысл задачи еще не достаточно осознан. Глава 2. Теоретические основы комплексного количественного анализа информации в инженерной геологи!
Предлагаемая концепция комплексного количественного анализа информации базируется на синтезе системного подхода и теории поля геологического параметра.
При инзенерно-геологических исследованиях, в зависимости от их целевого назначения, оперируют различными типами систем. Наиболее часто употребляются два основных типа систем: литосис-темы и природно-технические системы. Эти системы относятся к разряду материальных, т.к. их компонентами являются вполне реальные объекты. Под литосистемами (геосистемами) Г.К.Бовдаркк понимает "системы, элементы которых полностью или в основном представлены твердыми, жидкими или газообразными компонентами геологической среды".
Природно-техническая система есть комплекс взаимодействующих компонентов, включающий искусственные тела, а также естественные и искусственно измененные геологические тела. Термин "природно-техническая система" применительно к тем объектам, которые исследует инженерная геология, кажется нам слишком расширительным. Для большей конкретизации понятия представляется целесообразным такой тип систем называть литотехническиш системами (ЛТС). Литотехнические системы состоят из двух подсистем: подсистемы "сооружение" и подсистемы "сфера взаимодействия".
Третий тип систем, используемых в инженерной геологии -идеальные (нематериальные системы). К таким системам относятся системы знаний, информационные системы, организационные, экономические и др.
В работе рассмотрено понятие "инженерно-геологические условия" с позиции системного подхода. При исследовании предмета как системы, необходимо: а) определить предмет, который рассматривается как система; б) составить перечень компонентов систе-
ми; в) найти закон композиции системы; г) выявить эмерджентные свойства системы.
Инженерно-геологические условия целесообразно рассматривать как систему, под которой автором понимается формализованная, сознательно создаваемая, обладающая эмерджентными свойствами модельная конструкция, компонентами которой являются взаимосвязанные и взаимообуславливаемые друг другом сведения о структуре и свойствах литосферы, изменяющихся при взаимодействии с окружающей средой (в том числе при искусственных взаимодействиях) . Вслед за Г.К.Бондариком такую систему будем называть "инженерно-геологической системой" (ИГС).
Перечень компонентов ИГС представлен в таблице I. Кадцый из компонентов ИГС может быть охарактеризован одной или несколькими количественными характеристиками. Следует отметить, что предлагаемое деление КГС на подсистемы и компоненты не является жестко фиксированным, а может быть выполнено.большим числом способов. Важно лишь то, что перечень всех компонентов ИГС, в конечном счете, существенно не изменяется. Такой вывод подтверждается анализом многочисленных литературных источников.
■ Найти закон композиции системы значит установить совокупность отношений и связей мевду компонентами системы, т.е., иначе гозоря, определить структуру системы. Отношения между компонентами системы образуют ее внутреннюю структуру, взаимоотношения системы с внешними средами, внешнюю структуру.
Выявить внутреннюю структуру инженерно-геологической системы на основе содержательного геологического анализа довольно затруднительно„ Исследователь не может принять решение в многомерном признаковом пространстве (каким к являются инженерно-гео-логическке условия), т.к. человек не может учесть уже-более семи (* 2) переменных, тем более в их сложном взаимодействии. Для корректного выявления всех системообразующих сзязей целесообразно использовать множественный корреляционный анализ. Корреляционная матрица взаимосвязи- отдельных компонентов ИГС является базой для выявления ее внутренней структуры. Анализ корреляционной матрицы, сопровождаемый содержательным геологическим анализом, позволяет более корректно установить системообразующие связи между компонентами ИГС.
Очень важной особенностью систем (в том числе к ИГС) является их целостность, которая проявляется в наличии у них эмерд-
Таблица I
Перечень компонентов ИГС
Инженерно-геологическая система (ИГС) Подсистемы (сведения о ...) Компоненты (сведения, характеризующие)
Геолого-геоморфологических условиях Геоморфологический облик.
Тектонические и неотектонические особенности. Условия залегания пород.
Состав, состояние и свойства пород
Мерзлотно-гидрогеологичес-ких условиях Фазовое состояние подземных вод.
Типы сезонного промерзания и протаизания.
Основные типы подземных вод.
Химический состав подземных вод.
Экзогеодиншлических условиях Проявление первичных ЭГЛ.
Проявление вторичных ЗГП.
жентных свойств, т.е. таких, которые не присущи каждому компоненту в отдельности, но свойственны всей системе в целом. Под эмерджентностью ИГС понимается инженерно-геологическая оценка соответствующей области литосферы в связи с ее хозяйственным освоением.
Для того, чтобы оценить ИГС необходимо найти меру эмерд-жентности системы. 3 качестве такой меры, в зависимости от цели исследования, могут использоваться различные показатели. Однако в любом случае, мера эмерджентности ИГС должна выводиться на основе комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий и обязательно учитывать системообразунцке отношения.
Концепция поля геологического параметра опирается на теории пространстзенно-временной изменчивости свойств литосферы, основные аксиомы и следствия которой сформулированы Г.К.Бонда-
риком. В работе детально рассмотрены три компоненты поля геологического параметра: детерминированная, квазиперкодическая и случайная, и дана их геологическая интерпретация. Большое внимание уделено одному из важнейших свойств стационарных случайных пункций - их эргодичности. На примере анализа изменчивости геологических параметров вдоль трассы участка многониточного газопровода Ямбург - Центр, доказано наличие эргодичности исследуемых случайных функций. Доказательство эргодичности случайных функций геологических параметров вдаль ниток газопровода представляет большой практический интерес, т.к. свидетельствует о том, что данные, полученные по одной единственной реализации, могут служить достаточным опытным материалом для характеристики случайной функции. Таким образом, представляется целесообразны;.: проводить изыскания не под каждую нитку газопровода, а на весь коридор.
Инженерная геология, как наука, переживает новый этап своего развития, связанный, как нам представляется, с широким внедрением в нее системного подхода и количественных методов анализа к синтеза информации. В связи с этим претерпевает значительные изменения и категориальный базис инженерной геологии.
С нашей точки зрения, назрела необходимость включить е категориальный базис инженерной геологии такие категории, как изоморфизм и изомерность инженерно-геологических условий. - Под изоморфизмом некоторых объемов литосферы понимается тождественность их структур и взаимно-однозначное соответствие свойств (компонентов инженерно-геологических условий). Следует отметить, что строго говоря, абсолютно изоморфных объектов в природе не существует, т.к. каждая точка геологического пространства обладает бесконечным количеством свойств и вероятность их взаимно-однозначного соответствия даже в двух точках стремится к кулю. Более корректно было бы здесь говорить о гомоморфном (т.е. неоднозначном) соответствии. Однако, если считать изоморфными (квазиизоморфными) объекты, выделяемые на основе тех или иных критериев, то в зависимости от масштаба и целевого назначения исследований, объектам будет присуща различная степень изоморфизма.
Такта образом, изоморфными в инженерно-геологическом отношении, следует считать объели литосферы со взаимно-однозначным соответствием свойств и структур, рассматриваемых з качестве
критериев их выделения на соответствующем уровне детальности.
Пусть Xx.X2.X3...Ха , свойства одного из объемов литосферы, а У^-.У^Дз-..Уа другого. Изоморфными они будут тогда и только тогда, когда Х1=У13€; Х^^; Ху^^з.. У„_ .
Значение понятия изоморфизма заключается в том, что если два объекта исследования изоморфны в инженерно-геологическом отношении, то изучение одного из них можно вести, в значительной мере, на основе имеющегося уже знания о другом. Понятие изоморфизма в неязной форме зсегда использовалось в инженерной геологии, йа нем основано большинство инженерно-геологических класс/Локаций.
Однако, изоморфизм является частным случаем более общего понятия - изомерности. Изоморфные объекты всегда изомерны. Кзо-мерность предполагает, что имеющие одинаковую в заданном отношении оценку объемы литосферы могут существенно различаться по отдельным компонентам инженерно-геологических условий. Примером изомерностл может служить следующая ситуация. Одна из областей слабо расчленена, недренированна и, в связи с этим, сильно зао-зерена и заболочена. Для другой-области характерно существенное расчленение рельефа и, как следствие этого, отсутствие заболоченных участков. Если рассматривать эти области с точки зрения прокладки трубопровода, то при освоении первой из них необходимо провести следующий комплекс инженерных и инженерно-мелиоратп-внкх мероприятий: устройство лежневых дорог, организация стока с применением поверхностных сточных лотков и канав, мерзлотных заликов, вертикальных дренажей, балластировка трубопроводов и т.д. Во второй области необходимы другие мероприятия: строительство мостов, виадуков, организация противоэрозионных мер и др. С экономической точки зрения эти мероприятия могут оказаться равнозначны, я. В этом проявляется изомерность таких областей. Однако, по отдельным компонентам инженерно-геологических условий, рассматриваемые области существенно различны, и поэтому неизоморфны. Примерами изомерности могут служить также берега водохранилищ, сложенные разными породами и имеющие разную высоту, но одинаковую величину переработки; грунты различного минератьного и гранулометрического состава, дающие одинаковую осадку под давлением, различные в инженерно-геологическом отношении участки, требующие одного объема изысканий и т.д.
Таким образом, изомерность двух объектов, характеризующих) Знак =юбозначает соответствие свойств сравниваемых объемов литосферы.
хек свойствами Х1 .'^''Ъ''И ' И •' *Уп 0ТЛИЧке от
изоморфизма) заключается не во взаимно-однозначном соответствии свойстз литосферы, а в равнозначности их оценок в заданном отношении. Схематически это можно изобразить так: Пц^ = ^ (ХрХ.,,Хд. ...X и); Кцу = j (У1,У2,Уз-..Уп ), где Пц - целевой предикат. Если П;п^ Пцу, то объекты изомерны.
Величины целевого предиката можно получить только на осно-зе ан&кза взаимодействия сооружений с прппозерхностной областью литос-оеры, которого мы, как правило, до освоения территории, наблюдать не к.оь.ег.;. Поэтому, кзомерность двух объектов в заданном отношении, можно выявить только на основе использования комплексной количественной оценки инженерно-геологически условий. В результате такой сценки можно не только выявить изомерные объемы литосферы, но и ранжировать их в заданном отношении. Количественной мерой оценки инженерно-геологических условий, в таком случае, будут служить те или иные интегральные характеристики. Такие интегральные характеристики и есть те акткзные идеальные посредники между математическими средствами и геологическими результатами исследований, без которых немыслимо плодотворное использование математических методов в инженерной геологии. Словом "посредник" здесь подчеркивается СЕЯзуталат роль интегральной характеристики, а словом "активный" - свойство, дающее возможность перехода от ¡щеальных конструкций в среду реальной геологической ситуации. Часть П. ЙЕТОДИХА КОШЛЕКСНОИ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ИНЕЕНЕРНО-
ГЕ010ШЧЕСЮК УСЛОВИЙ Глаза 3. Общие соображения
Одним из важнейших этапов инженерно-геолопгческих исследований является оценка инженерно-геологических услозий некоторого объема литосферы в пределах рассматриваемой территории. В зависимости от стадии работ сценка инженерно-геологических условий необходима для обоснования стратегии дальнейших исследований; наиболее рационального планирования хозяйственного освоения территории; выбора оптимального варианта площадки строительства кли трассы линейного сооружения; разработки основных технических решений по способу возведения к конструкции проектируемого сооружения; назначения режима эксплуатации сооружения и прогноза изменения свойстз литосферы в результате искусственных взаимодействий. Настоящая методика ориентирована на оценку инженерно-геологических условий при проектировании кассовых видов строительства (гражданского, промышленного, линейного и др.).
Традиционно, оценка инженерно-геологических условий проводится на основе содержательного анализа и качественного прогноза ззаимодействия проектируемых сооружений с приповерхностной частью литосферы. Широкое освоение территорий с неблагоприятными условиями, усложнение конструкций сооружений, повышение требований к их надежности обуславливает необходимость более строгого подхода к оценке инженерно-геологических условий. Только содержательный анализ будущих взаимодействий проектируемого сооружения с приповерхностной частью литосферы не может дать положительных результатов, т.к. исследователю.практически невозможно осмыслить и учесть-все многообразие прямых и обратных связей между подсистемами литотехнической системы (сооружение и сфера взаимодействия). Поэтому, содержательный анализ целесообразно дополнять формальными методами.
Рациональное сочетание вербального описания взаимодействия сооружения с приповерхностной частью литосферы и математических методов позволяет осуществить комплексную количественную оценку инженерно-геологических условий.
Реализация комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий дает возможность учитывать и накапливать опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в районах с различными инженерно-геологическими условиями. Причем, этот опыт накапливается не в какой-либо одной организации, а становится всеобщим достоянием, что позволяет существенно повысить качество инженерно-геологических исследований.
В качестве математической базы комплексной количественной оценки используется аппарат теории случайных функций, анализ марковских последовательностей, множественный регрессионный и корреляционный анализы, факторный анализ, меры теории информации.
Лил реализации комплексной количественной оценки необходимо имеющуюся информацию перевести из качественной формы в количественную. Предпочтение при этом следует отдавать численному выражению характеристик компонентов инженерно-геологических условий.
Очень важной особенностью методики комплексной количественной оценки является ее целевая направленность. Инженерно-геологические условия рассматриваются при этом только с точки зрения конкретного типа хозяйственного освоения территории. Целевое назначение исследований формирует критерий существенности того
или иного компонента в комплексной оценке, что проявляется в выборе соответствующего целевого предиката. В зависимости от направленности комплексной количественной оценки в качестве целевого предиката может быть использован коэффициент удорожания стоимости строительства в различных инженерно-геологических услови-чях, количественная оценка проявления какого-либо процесса, величины деформаций сооружений, степень нарушения природной обстановки, экологические критерии и др.
Применение различных вариантов комплексной количественной оценки позволяет на более высоком качественном уровне решать такие важнейшие задачи инженерной геологии, как картографирование, районирование и прогноз развития экзогенных геологических ( в том числе инженерно-геологических) процессов. Глаза 4. Количественное выражение компонентов инженерно-геологических условий
В глазе рассмотрены количественные показатели, используемые для характеристики различных компонентов инкенерно-геологи-ческкх условий: петрографического состава, свойств пород и их разреза, геоморфологических особенностей, мерзлотно-гицрогеоло-гических условий, а также проявления экзогенных геологических процессов.
В настоящее время имеется ряд способов количественного выражения петрографического состава пород, предложенных, в основном, американскими учеными (И.4орготсон ,У.Крамбайн, И.Либби, С. Пельто и др.). Однако, все эти способы имеют ряд недостатков. Оснозные из них заключаются в том, что для исчерпывающей характеристики петрографического состава пород необходимо построить комплекс карт, отражающих относительное содержание в разрезе каждой литологической разности и затем рассмотреть их совместно. Это обстоятельство в значительной степени затрудняет последующую интерпретацию карт. Принципиально возможно построить одну, но очень загруженную и потоку практически нечитаемую карту. Эти недостатки послужили предпосылкой для поиска более наглядной и удобной количественной характеристики петрографического состава пород.
В качестве такой характеристики нами предлагается использовать коэффициент дисперсности отложений (Cd) • Он представляет собой'средневзвешенную по мощности, приведенную плотность частиц грунта различных литологических разностей пород к вычисляется по
формуле
Г,- JJjlJH1
г mi
где m i- мощность L-ой литологической разности в разрезе; приведенное среднее значение плотности частиц грунта. В свою очередь p'Sl определяется по формуле = (pSi - 2,60) х 100, где psi - плотность частиц грунта.
Коэффициент дисперсности позволяет сравнивать петрографический состав пород различных разрезов или стратиграфо-генети-ческих комплексов не визуально, а с использованием статистических критериев (Стьюдента, Фишера и др.). Это дает возможность получать корректные, обоснованные выводы о различии или сходстве петрографического состава пород сравниваемых толщ. Кроме того, коэффициент дисперсности позволяет исследовать пространственную изменчивость петрографического состава пород с использованием тренд-анализа, крайгинга и других математических методов.
Однако, одно лишь значение коэффициента дисперсности не дает полного представления о петрографическом составе изучаемой толщи, т.к. не несет информации о степени ее неоднородности з плане и разрезе. Поэтому, дополнительно к коэффициенту дисперсности целесообразно ввести в рассмотрение среднеквадратическое отклонение значений Cd от их среднего значения и величину относительной энтропии, которая позволяет судить о степени неоднородности разреза изучаемой толщи. Знание этих величин дает возможность значительно конкретизировать информацию о петрографическом составе пород. Относительная энтропия определяется как отношение наблюдаемого значения энтропии к ее максимальной величине, которую можно получить для заданного Ñ - числа литологических
разностей. j Р- £аа Р
U - Ul 1 ® п ' , Н~~ "" '
где ri - доля участия (вероятность) i -ои литологической разности в разрезе;' Н,ц - максимальная энтропия, вычисляемая по формуле: п . ,
= . 7 <toO 4
Достоинством способа оценки степени "смешанности" литологических разностей в разрезе с помощью энтропии является возможность количественного ее учета с помощью одного числа. Относительная энтропия обладает еще и тем преимуществом, что ее вели-шна имеет верхний и нижний пределы (0 ^ I). Это свойство зтносительной энтропии позволяет оценивать степень неоднородности данного разреза не прибегая к сравнению с другими.
В качестве примера использования вышеописанных количественных характеристик для исследования закономерностей пространственной изменчивости петрографического состава пород, слагающих приповерхностную часть литосферы (до глубины 12м) Уренгойской структуры, была разработана методика, и на ее основе построена карта, на которой отражены:
1. Распространение различных стратиграфо-генетическпх комплексов (СШ) в пределах верхней 12-ти метровой толщи.
2. Глубина залегания кровли вторых, а в отдельных случаях и третьих от поверхности С1К.
3. Изолинии значений Сс1 и Нг для СГК, имеющих достаточную площадь распространения: казанцевских прибрежно-морсккх отложений на севере района (до р.Табъ-Яха), а также для салехардских и не-расчлененных озерно-аллювиальных отложений на юге.
Среди всех количественных показателей, характеризующих геоморфологическое строение местности, наиболее информативны такие, которые: а)'отражают существо рельефообразующих процессов и имеют не только чисто геометрическое, но и морфогенеткческое значение; б) дают точную и объективную характеристику рельефа, которая исключает возможность произвольных и субъективных толкований; в) легко определяются.
Исходя из приведенных выше требований, наибольшего внимания заслуживают показатели расчлененности территории и крутизны земной поверхности. В качестве показателя расчлененности целесообразно использовать энтропию абсолютных отметок, подсчитываемую по формуле: Н = - х Рг Ре , где Р; - вероятность встречи 1-ой отметки; а - количество точек. Ровные нерасчлененные поверхности будут характеризоваться значением энтропии близким к нулю. Максимальная расчлененность будет в том случае, если каждой точке рассматриваемого участка соответствует свое, неповторяющееся значение еысотной отметки.
Крутизну земной поверхности хорошо характеризует средний угол ее наклона, определяемый по шоиму.че
к
где л- - высота сечения рельефа горизонталями; ¿- <- - сумма длин горизонталей в пределах рассматриваемого участка; Р - площадь участка.
Наилучшей характеристикой фазового состояния подземных вод в горных породах является температура горных пород. Зажнейшие количественные характеристики сезонно-мерзлого и сезонно-талого
слоя - глубины сезонного протаивания и промерзания. В качестве количественных характеристик гидрогеологических условий необходимо ввести з рассмотрение глубину залегания первого от поверхности водоносного горизонта, величину напора артезианских зод, наличие или отсутствие вод типа "верховодки". Количественны!® характеристиками химического состава подземных вод могут служить агрессивность их по отношению к различным строительным материалам и сухой остаток.
Для количественной характеристики экстенсивности проявления экзогенных геологических процессов, могут быть использованы коэффициенты линейной, площадной и частотной пораженности. Интенсивность процесса, по сути дела, характеризуется приращением массо-энергопереноса в единицу времени. Примерами показателей интенсивности экзогенных геологических процессов могут служить, например, скорость отступания бровки берега водохранилища вглубь сули в метрах за один год, приращение площади карстовых воронок в квадратных метрах за год, величина подвижки оползневого тела в метрах за год и т.д.
Кроме интенсивности экзогенного геологического процесса большое значение имеет характеристика его активизации, физическим аналогом которой является ускорение, т.е. приращение интенсивности его развития в единицу времени.
Глава 5. Пути комплексной количественной оценки икженетоо-гео-логических услозий
Инженерная геология должна оперативно реагировать на требования пользователей ее информацией. Сегодня проектировщиков уже не могут удовлетворить материалы региональных исследований, если они вскрывают закономерности изменчивости только отдельных свойств литосферы (компонентов ИГС). Необходимо давать комплексную и обязательно количественную оценку инженерно-геологических условий, которая служит основой для экономически обоснованного проектирования сооружений, планирования хозяйственного освоения территорий, назначения состава, объемов инженерно-геологических исследований, а также рационального использования и охраны окружающей среды.
В последние годы многие отечественные и зарубежные исследователи предпринимали попытки комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий (В.Лованозич, М.Матула, П. Раймонд, М.Арнольд, П.Собине, И.Еезйнски, Е.Лух, В.Инец, К.Куро-да, Н.И.Дубровин, В.И.Клименко, В.Ф.Безруков, Д.Г.Гонсировсккй,
А.К.Козлов, А.а.Медведев, Л.К.Оздоева, Б.Б.Исакджанов к др.). В этих работах авторы по разному подходят к комплексной количественной оценке инженерно-геологических условий. Некоторые из них используют балльные оценки, недостатки которых рассмотрены выше. Другие пользуются количественным!; характеристиками, однако ни в одной из этих работ до конца не ввдерживается принцип объективной количественной оценки, и не рассматривается адекватность предлагаемых моделей целевому назначению исследований.
Трудности, связанные с разработкой объективной, формализованной процедуры комплексной количественной оценки можно преодолеть, базируя ее на синтезе системного подхода к теории изменчивости свойств литосферы (компонентов ИГС). 4 В зависимости от целевого назначения исследований могут использоваться различные варианты комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий.' Если в задачу проводимых исследований входит специальное районирование территории с целью выбора наиболее благоприятных участков для строительства конкретных инженерных сооружений, то в качестве меры эмерджент-нооти ИГС может быть использован интегральный показатель сложности инженерно-геологических условий, представляющий собой линейную' аддитивную функцию, взвешенных по вкладу в оценку нормированных характеристик компонентов инженерно-геологических условий.
В практике региональных инженерно-геологических исследований часто встает задача разделения некоторой области литосферы на участки, квазиоднородные в отношении состава и объема дальнейших исследований. Состав и объемы изысканий определяются степенью изменчивости инженерно-геологических условий. Корректное разделение исследуемой области литосферы на квазиоднородные, с точки зрения степени изменчивости инженерно-геологических условий, участки можно провести на основе комплексной количественной оценки. В качестве мерк зкерджектностк при этом целесообразно использовать основную меру теории информации - функцию энтропии.
Еще один вариант комплексной количественной оценки пнжене-рно-геологических условий может быть осуществлен на основе факторного анализа, позволяющего получить интегральные характеристики компонентов инженерно-геологических условий и исследовать закономерности их пространственной изменчивости.
Целью дискриминантного анализа является разделение объектов в заранее заданные группы. При комплексной количественной оценке инженерно-геологических условий этот метод целесообразно
использовать для подтверждения правильности разделения литосферы на объемы, квазиоднородные в заданном отношении (по комплексу признаков).
Процедура комплексной количественной оценки с использованием интегрального показателя инженерно-геологических условий предполагает последовательное осуществление следующих операций:
1. Построение содержательной концептуальной модели взаимодействия проектируемых сооружений с приповерхностной областью литосферы.
2. Количественное выражение компонентов инженерно-геологических условий.
3. Построение и геологическая интерпретация моделей полей отдельных компонентов инженерно-геологических условий (предсисте-мных моделей).
4. Выбор целевого предиката.
5. Построение и анализ корреляционной матрицы взаимосвязи количественных характеристик компонентов инженерно-геологических условий и целевого предиката.
6. Определение коэффициентов, на которые надо взвесить оценки, характеризующие отдельные компоненты инженерно-геологических условий.
7. Проверка адекватности модели натурным данным.
. 8. Нормирование количественных характеристик компонентов инженерно-геологических условий.
9. Расчет интегрального показателя инженерно-геологических условий.
10.Построение и геологическая интерпретация модели поля интегрального показателя инженерно-геологических условий.
При построении содержательной концептуальной модели речь идет не только о формировании набора компонентов инженерно-геологических условий, но и о процессах взаимодействия подсистем литотехнической системы, об их парагенезах и пространственной структуре.
Одна из наиболее важных и трудоемких операций комплексной количественной оценки заключается в нахождении коэффициентов, на которые следует взвешивать меры, характеризующие отдельные компоненты. С целью определения этих коэффициентов необходимо провести специальное аналитическое исследование, направленное на выявление важности отдельных компонентов в комплексной оценке. Такое исследование целесообразно осуществить на основе использо-
вания множественного корреляционного анализа связи показателей, характеризующих компоненты КГС, и целевого предиката
Пц (Х1Д2,Х3...ХП. ), где Пц - целевой предикат; Xj.X2.X3..^ " количественные характеристики ког.шонентоь ИГС. Материалом для получения такой зависимости служат данные инженерно-геологических обследовании уже построенных и эксплуатируемых объектов, расположенных в предела:': исследуемого района. Эти данные представляют собой как бы обучающую выборку, на оснозе которой проводится оценка устойчивости исследуемой области литосферы при типичных искусственных взаимодействиях. Множественный коэффициент корреляции контролирует адекватность исходной концептуальной модели поставленной цели.
Так как количественные характеристики кост.окентоз КГС имеют различную размерность, необходимо осуществить дополнительное преобразование, которое позволит производить дальнейшие расчеты независимо от единиц измерения. Такая операция носит название нормирования. Кроме приведения всех характеристик к безразмерному виду, операция нормирования преследует цель их ранжирования так;-.: образом, чтобы "О" характеризовал наиболее благоприятное значение данного компонента, а "I" наоборот, наиболее неблагоприятное. '
Интегральный показатель инженерно-геологических условий л = 51 {¡.¿¡и , где - весовой коэффициент; - нормированная оценка I -го компонента ИГС; п. - число значащих компонентов. Значения интегрального показателя варьируют з пределах от 0 до I. Интегральный показатель инженерно-геологических условий служит мерой эмерджентности ИГС, поэтому математическую модель его паля можно рассматривать как многомерную модель поля инженерно-геологических условий.
При реализации комплексной. количественной оценки инженерно-геологических условий с целью классификации их по степени изменчивости целесообразно попользовать меры теории информации. В качестве интегральной характеристики при этом используется полная энтропия, определяемая по формуле: К (ХТ,Х9 ... Х$ } = Н (Хт) + Н (Хо/Х^ -I- Н (Х3/Х2,Х1) + ... + Н (X 7х1,х2...х5-, ), где Хт ,Х2 ... Хс. - представляйте характеристики компонентов инженерно-геологических условий; 8 - число компонентов.
Разделив значение полной энтропии на максимально возможное ее значение для заданного числа компонентов, получаегг отнс-
сительную энтропии. Относитель.чая энтропия варьирует в пределах от 0 до I, что дает возможность оценивать суммарную изменчивость инженерно-геологических условий в пределах рассматриваемой территории оез сравнения с другими.
Меры теории информации позволяют использозать как качественные, так к количественные характеристики, дает возможность учесть взаимосвязи мекду компонентам: и, таким образом, оценить степень изменчивости инженерно-геологических условий в целом. Процедура комплексной количественной оценки ИГС с использованием мер теории информации может быть представлена следящим алгоритмом.
1. Построение содержательной концептуальной модели.
2. Получение представляющих характеристик.
3. Заявление наиболее изменчивого компонента инжснерно-геологи-ческих условий.
4.. Расчет размеров квазкоднороднок области.
5. Определение оптимального количества точек для характеристики изменчивости кнжекерко-геологических'услоЕий в пределах квазкод-кородной области.
6. Подсчет полкой энтропии в пределах каждой из кзазиоднород-ньк областей.
?. Построение модели поля полной относительной энтропии.
6. Геологическая интерпретация полученных результатов.
9. Зцделение участков однородных по степени суммарной изменчивости инженерно-геологических условий.
Еще один вариант комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий может быть осуществлен на базе факторного анализа, одного из наиболее широко используемых в геологии многомерных методов обработки ксходной информации.
Применение факторного анализа в инженерной геологии связано, з основном, с работами Е.К.Коломенского. Кроме Е.Н.Коломенского, факторный анализ в инженерной геологии использовали С.А. Могильный, З.Н.Коломенская, Л.Г.Борейко и Г.И.Галака, Д.С.Дроз-доз и др. Однако, для комплексной количественной опенки икженер-но-геологЕческкх условий факторный анализ никем не использовался.
Схема операций факторного гкалнза с целью комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий призедена на схеме (рис. I).
Модели полей интегральных характеристик, полученных в результате использования факторного анализа, отражает закономерно-
. Рис.1 Схема операций факторного анализа с целью комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий
сти пространственной изменчивости комплекса компонентов инженерно-геологических условий. Исследование структуры таких полей позволяет получить кусочно-однородную схему инженерно-геологического районирования.
В заключении пятой главы приводится проверка соответствия методики комплексной количественной оценки ингенерно-геологичес ких условий требованиям, предъявляемым к методическим разработ-
кач, сформулированным 'Л.П.Шараповы:.'.. Последовательно рассмотрев 8 позиций: направленность, детерминированность, ясность, результативность, плодотворность, надежность, экономичность и осуществимость, можно сделать вывод о соответствии предлагаемой методики этик требованиям.
Глаза 6. Комплексна? количественная оценка информации при региональных инженешо-геологических исследованиях В работе подчеркивается, что рациональный путь региональных инженерно-геолопгческих исследований состоит в разумном соотношении анализа к синтеза (рис. 2).
Рис. 2 Алгоритм региональных инженерно-геологических исследований
В глазе рассмотрены вопросы сценки сложности инженерно-ге-ологическпх услозиГ5. -С нашей точи: зрения, сложность инженерно-
геологически условий следует рассматривать в двух аспектах: а) с точки зрения благоприятности их для различных типов хозяйственного освоения; б) с точки зрения степени изменчивости инженерно-геологических условий.
В зависимости от аспекта, в котором рассматривается сложность инженерно-геологических условий, подбирается та или иная интегральная характеристика.-Первый аспект оценки сложности предполагает использование интегрального показателя инженерно-геологических условий. При оценке сложности инженерно-геологических условий в соответствии со вторым аспектом, наиболее целесообразно использовать суммарную энтропию, хорошо отражающую общую изменчивость инженерно-геологических условий.
Таким образом, степень сложности инженерно-геологических условий не декларируется, а рассчитывается по строго регламентируемой процедуре, что дает возможность получать сопоставимые результаты.
В шестой главе обсуждаются некоторые актуальные вопросы инженерно-геологического картирования, районирования и прогноза. Отмечается, что в целом, теоретические вопросы инженерно-геологического картирования, на настоящий момент времени, разработаны достаточно глубоко. Наибольший интерес представляют проблемы оценки кондиционности инженерно-геологических карт, а также использования при картировании лаэдшафтно-икдикащго иного метода. Предлагается ранжировать стратиграфо-генетические комплексы (ОГК), используя унифицированную стратиграфическую шкалу и классификацию генетических типов континентальных отложений З.В.Шан-цера. Совместив эти классификации, получаем схему ранжирования СГК, для отражения их на инженерно-геологических картах различного масштаба (табл. 2).
Количество точек наблюдении на 1а.? карты при съемке предлагается определять по формуле И = 0,49т1 - 0,15т. , где т -отношение суммарной протяженности инженерно-геологических гра- • ниц, к площади съемки.
При исследовании возможностей ландиафтно-кндикационного метода для целей инженерно-геологического картирования установлено: I. Обязательным условием использования ландшафтно-индика-ционного метода следует считать предварительное выявление структуры и степени взаимосвязи компонентов природно-территориально-го комплекса (¡ПК). Выполнение этого условия обеспечивает корректность процедуры экстраполяции данных, полученных на ключе-
Таблица. 2
Схема ранжирования СШ пород четвертичного возраста
N. Генетачес-N. кое под-СтсаХ^ разде-тигса-\ление фичёское^ч подразде- N. ленпе Класс ! Ряд ! 1 ! j | Группа 'Подгруппа ! 1 1 Генетический тип
Звено „ 3 - К ! 3 - ? [1:2500000! к мельче]! 1 ! ! К 0 н'д ЕЦЕОННЫе
Кгдгоризонт и н - ? 1С1:500300! 1
Горизонт !' Г - ? .] [1:500000 г Г-Г'Г-ПГ' [1:200000) II: 1000001
Подгоризонт Кекондицк энные ГПГ-ГТ 500004 .[1:25000
вых участках. 2. Для выявления структуры взаимосвязи компонентов ПТК необходимо: количественно оценить точность и достоверность использования частных ландшафтных индикаторов.(с этой целъа ис-пачьзуется парный корреляционный анализ); сконструировать комплексные количественные индикаторы некоторых компонентов инженерно-геологических условий; оценить вероятность и ошибку индикации, (для этого применяется множественный корреляционный к последовательный регрессионный анализ).
Получены комплексные количественные индикаторы температуры мкоголеткемерзлых пород и мощности сезонно-талого слоя для лесотундровой зоны севера Западной Сибири.
Существующие схемы инженерно-геологического районирования, в известной степени, строги .лишь до урозня выделения районов. При отграничении таксономических единиц более низкого ранга, четких рекомендаций в настоящее время не существует. Предлагаемая нами схема инженерно-геологического районирования (табл. 3) базируется на фундаментальных исследованиях в этой области, проведенных И.З.Попозым, И.С.Комарозым, Г.А.Голодковской, 3.Т.Трофимовым, основных принципах геоморфологического районирования, сформированных И.С.цукинык, К.К.Марковы!."., С.С.Зоскресенским, А-I:. Спиридоновым, О.К.Леонтьевым и на методике комплексной количественной оценю: инженерно-геологических условий.
Таблица 3
Общая схема инженерно-геологического районирования
Наименование таксономической единицы Признак выделения Способ выделения Целевое назначение Масштаб Стадия инженерно-геологпч. исследов.
Регион Структурно-тектонический Региональный Общее 1:500000 Внестадпйнке
Зона Оазовое состояние воды в горных породах _ м _
Провинция Характер структурных связей Типологический, или региональный и __ м _
Область Геоморфологический и
Район Генезис и возраст гошых портд Типологический Общее со специальной оценкой 1:2000001:500000
Участок Эмерджен-тнке свойства ИГС Функциональный Специальное 1:500001:200000 ТЭ0, Проект предварительная стадия
В этой схеме уточнены критерии выделения таких таксономических единиц, как зона, провинция, область, район и предложена формализованная процедура расчленения районов на участки, основанная на функциональном подходе к инженерно-геологическому районированию. Функциональный подход ставит своей задачей системное разделение пространства приповерхностной части литосферы на участки квазиоднородные в отношении их взаимодействия с конкретными внешними сферами, т.е. участки, характеризующиеся квазио-" днородными эмерджентными свойствами.
Предлагаемая нами методика прогнозной оценки изменений инженерно-геологических условий при искусственных взаимодействиях базируется на комплексном количественном анализе информации при максимальном использовании опыта проектирования, строительства и эксплуаташп: инженерных сооружений в районах с различными ин-
женерно-геологическими условиями. Прогнозная оценка изменений инженерно-геологических условий осуществляется в три этапа: первый этап - региональный прогноз изменений инженерно-геологических условий на основе количественного анализа структуры полей геологических параметров, характеризующих инженерно-геологичес-куи обстановку до и после хозяйственного освоения территории; второй этап - прогнозное инженерно-геологическое районирование территории по характеру взаимодействия различных типов сооружений с приповерхностной частью литосферы; третий этап - локальный количественный прогноз геологических параметров, определяющих состояние лктотехнкческой системы. Часть Ш. ПРАКТИЧЕСКИ ПРМО^аИЯ
3 этом разделе приведено экспериментальное подтверждение теоретических и методических разработок, изложенных в первых двух частях работы. На примере Уренгойской структуры рассмотрены все способы комплексной количественной оценки кнкенеряо-гео-логических условий: с использованием интегрального показателя, полной услозной энтропии, факторного и дискриминантного анализов. Остальные примеры посвящены применении какого-либо одного из способов в регионах с различными инженерно-геологическими,условиями.
Глава ?. Комплексный количественный анализ инженешо-геологи-чески-х услозий Уренгойской структуры На основе анализа работ Ю.Ф.Андреева, В.В.Баулина, Н.М.Бе-лору совой, З.Б.Белопуховой, З.Н.Коломенской, Л.Н.Крицук, Г.И.Ла-зукова, А.Н.Ласточкина, Е.С.Мельникова, А.И.Попова, В.Т.Трофимова, Н.А.Шполчнской и других исследователей, рассматриваются инженерно-геологические условия территории Уренгойской структуры. Особое внимание уделено историк геологического развития района в четвертичное время.
Для выявления закономерностей пространственной изменчивости компонентов инженерно-геологических условий использован метод тренд-анализа, втором синтезированы модели полей таких параметров, как показатели расчлененности и крутизны земной поверхности. коэффициент дисперсности, мощность биогенных отложений, густота речной сети, заозеренность, глубина сезонного протаива-ния, температура кшоголетнемерзлых пород, пораженность территории процессами термокарста, заболоченности и многолетнего пучения. Анализ структуры моделей полей позволил получить не только
вербальные заключения о закономерностях пространственной изменчивости рассматриваемых параметров, но и дать однозначную количественную характеристику этих закономерностей.
Реализована комплексная количественная оценка инженерно-геологических условий с использованием интегрального показателя. В результате такой оценки исследуемая область литосферы разделена на участки, квазиоднородные в отношении прокладки подземных газопроводов. В качестве целевого предиката использован коэффициент удорожания стоимости прокладки газопроводов в зависимости от инженерно-геологических условий. Полученное уравнение множественной регрессии имеет следующий вид.
КуД=-0,32+1.08Р-13,43^4.+6,75 3+0,47Д-0,06 C¿ +0,78НТ+ +0,57 Ясгс +0,88П-0,69М, где Куд - коэффициент удорожания; Р - расчлененность; - крутизна земной поверхности; 3 - заозеренность; Д - густота речной сети; С«1 - коэффициент дисперсности; Н^, - мощность торфа; кстс -глубина сезонно-талого слоя; П - пораженность территории экзогенными геологическими процессами; М - процент неустойчивой мерзлоты. Множественный коэффициент корреляции оказался равным 0,94, что свидетельствует о наличии очень тесной связи между стоимостью прокладки газопроводов и количественными характеристиками компонентов пкженерно-геологических условий, т.е. подтверждает правильность построения содержательной концептуальной модели.
Оценка доли вклада каждого из рассматриваемых параметров в общую оценку (табл. 4).
Таблица 4
Весовые коэффициенты
Компонен-! ты ИГС ! Р |ЦА| 3 ! ; Д ! ! са ; НТ ; кстс | П ! М г
Весовые ! 0,01 0,02 0,45 0,09 0,03 0,11 0,15 0,13 0,01
коэффици-!
енты !
После нормирования количественных показателей компонентов ИГС, для каждого из 356 квадратов площадью 16км2 на которые была разделена вся территория) рассчитан интегральный показатель инженерно-геологических условий. По этим значениям синтезирована модель его поля. Исследование структуры этого поля позволило провести специальное инженерно-геологическое районирование территории с точки зрения прокладки подземных газопроводов. Проверка значимости полученных границ осуществлена на основе использова-
нкя линейного дискриминатора.
Использование мер теории информации позволило провести районирование исследуемой территории по степени суммарной изменчивости инженерно-геологических условий. С этой целью в каждом из 356 квадратов по соответствующим картам (ландшафтной, мерзлотной, геоморфологической, топографической и др.) получены представляющие характеристики, путем наложения палетки, в узлах которой отмечались качественные или количественные признаки. При оценке состояния ИГС з пределах элементарного квадрата в каждой точке, приходящейся на узел сетки, отмечались: а) геоморфологический уровень; б) коэффициент дисперсности; в) относительная энтропия разреза; г) абсолютная отметка поверхности; д) тип ура-чипа; е) теп мерзлотных условий по температуре; ж) тип сезонного протаивакия. После этого по процедуре, рассмотренной вше, были рассчитаны значения полной относительной энтропии ИГС в границах каждого элементарного квадрата. Эти значения составили экспериментальную основу, по которой была синтезирована модель поля. Используя логический анализ структуры поля относительной энтропии ИГС, исследуюмуо территорию удалось разбить за участки, отлзгчаяшиеся друг от друга по суммарной изменчивости инженерно-геологических условий. По существующим нормативам вся рассматриваемая территория относится к третьей категории сложности. Проведенные нами исследования позволили выделить районы с существенно менее сложными инженерно-геологическими условиями, которые могут быть отнесены к более низкой категории сложности. Поэтому, при назначении объемов работ на следующей стадии инженерно-геологических исследований в пределах рассматриваемой территории учет, предлагаемого нами районирования, позволит сократить затраты труда, времени к средств.
Еще един зарнант комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий Уренгойской структуры был осуществлен на основе факторного анализа. Б результате такого анализа из восьми исходных показателей было выявлено три фактора общности, которые в сумме учитнзаэт 75р общей ¡'зменчизостк исходных данных. Остальные пять факторов были отнесены к факторам специфичности, т.к. их общий вклад в суммарную дисперсию составил всего
Интерпрет.фуя первый фактор, вклад в суммарную дисперсию которого составляет 45,5%, автор приходит к выводу, что он хара-
ктеризует направленность неотектонических рельефообразующих процессов. Второй фактор (вклад в суммарную дисперсию 15,6$) интерпретируется как комплексный показатель морфолог/и рельефа к петрографического состава горных пород. Третий фактор общности (вклад в суммарную дисперсию 12,8$) характеризует, в основном, мерзлотные условия территории.
Полученные факторы рассматриваются автором, как интегральные показатели компонентов инженерно-геологических условий. По вычисленным значениям первого, второго и третьего факторов были построены модели их полей и дана их геологическая интерпретация.
Глава 8. Прогнозная оценка инженерно-геологических услозий разработки полиметаллического месторождения Рудного Алтая
В настоящее время прогнозная оценка инженерно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых в большинстве случаев базируется на традиционном геологическом анализе. С нашей точки зрения он должен дополняться комплексной количественной оценкой, позволяющей более корректно решать задачи, связанные с прогнозом инженерно-геологических услозий разработки месторождений.
В качестве примера такой оценки автором, совместно с А.К. Хацкевкчем, рассмотрено полиметаллическое месторождение Рудного Алтая со сложными горно-геологическими услозлями. Оно находится в пределах двух геоморфологических элементов: делювиального склона, расчлененного эрозионной сетью, и дна долины р.Бухтармы.
Исследовалась зависимость целевого предиката (коэффициент удорожания сооружения горных выработок) и количественных характеристик компонентов ИГС. Были разработаны три модели: а) при комплексном (шахтном и штольневом) способе вскрытия месторождения; б) только штольневом и в) только шахтном. Модели, представленные в виде стандартизированных уразнений множественной регрессии, имеют следующий вид:
1. К = О.ЗЭЭ^р +0,342(1 +0,241М+0,01бИ+0,032Х-0,1П£ -
-0,0918 -0,285с£. -0,574 К;
2. К = 0,460 ^кр +0,410(3. +0,2?2М+0,019Ц-0,053? -0.074К-
-0,090Нр"0Д418 -0,345^;
3. КуД = 0,465 +0,4610. +0,335К+0,212М+0,П5Нр+01017(1 +
+0,022 0 -0,294 X -0,193 I , где - коэффициент крепости заполнителя ослабленной зоны;
II - обводненность ослабленной зоны; М - мощность ослабленной зоны; & - прочность породы на одноосное сжатие; К - показатель иззнлистости стенок к заполнителя трещин; I - среднее расстояние между поверхностям: ослабления; 8 - угол падения ослабленной зоны; аС - угол встречи ослабленной зоны; к - расчлененность рельефа месторождения; Н^ - глубина залегания горной выработки; Коэффициенты множественной коррелях-п: для первой, второй и третьей модели составили С,85, 0,80 и 0,90.
Использование множественного корреляционного анализа позволило выявить структуру взаимосвязи компонентов инженерно-геологических условий и коэффициента удорожания вскрытия месторождения шахтным, етольнезым и комбинированным способами. Независимо от способа вскрытия месторождения, существенное влияние на стоимость проходки горных выработок оказывают следующие показатели компонентов инженерно-геологических условий: обводненность выработки¡коэффициент крепости заполнителя ослабленной зоны; угол встречи ослабленной зоны и выработки. Совместный анализ шахтного к штольневого способа вскрытия, кроме перечисленных показателей, выявил влияет.е расчлененности рельефа и мощности ослабленной зоны.
Полученные результаты могут быть использованы длч управления лктотехнической системой "массив горных пород - выработка". Глава 9. Прогноз устойчивости закаостованной территории
Изучение карста остается одной из наиболее сложных задач инженерной геологи:. Зто объясняется трудностью обнаружения карста к необходимостью учета большого числа влияющих на него факторов к их изменения во времени. 3 этой ситуации'целесообразно использовать комплексную количественную оценку инженерно-геологических условий, применение которой оказатось возможным, только после всестороннего к достаточно полного изучения карста на Благовещенском участке, выполненного автором совместно с Н.А.Мироновы,!.
Исследованная территория расположена на водораздельном пространстве, прилегающем к правому коренному склоку долины р. Белой. Оно расчленено долинами р.Потехи и руч.Сургуч, а также оврага-.т. 3 геоморфологическом отношении выделяются: пошла р.Белой, три надпойменные террасы р.Потехи п поверхность зодоразде-ла. По разработанной для Башкирии классификации 3.И.Картина, на Благовещенском участке-распространен закрытый подкласс преимущественно сульфатного карста к лишь на'пойме и 1-й надпойменной
террасе р.Белой - под аллювиальный его подкласс.
В результате проведенных исследований были получены математические модели взаимосвязи показателей закарстованности с количественными характеристиками компонентов ИГС для различных геоморфологически уровней. Так например, для первой ^адпоймен-ной террасы, были получены следующие модели:
У-,- = 230 + 7,9Х3 - 40,4X4 + 218,6X5 + 0,54X7 при Ц = 0,95 У2 = -84,2 + 2ДХ2 111)11 ^ = 0,44
У3 = -15,3 + 0,2Х1 - 1,7X5 при Я = 0,52
У4 = -37,4 + 0,5X2 + Х4 11511 ^ = 0,74
У5 = -45,1 + Х2 при Я = 0,30
где У}- - удаленность центра участка территории от ближайшей карстовой воронки; У2 ~ плотность карстовых воронок;. Уд - площадной показатель закарстованности; У4 - объемный показатель закарстованности; У^ - плотность карстовых провалов; Х^ - отметка земной поверхности; Х2 - отметка кровли карстующихся пород; Х3 -мощность покрывавших отложений; Х4 - мощность четвертичных отложений; Х5 - расчлененность территории; Хд - минерализация первого от поверхности водоносного горизонта; Хг, - расстояние территории от тылового шва соответствующей террасы.
Данные уравнения могут быть использованы в качестве прогнозных для детализации оценки карстоопасности исследуемого участками аналогичных территорий.
Глава 10. Прогноз изменения инженерно-геологических условий при искусственных взаимодействиях (на примере газопроводов, проложенных в криолитозоне)
Прогноз изменений инженерно-геологических условий при взаимодействии газопроводов с приповерхностной областью литосферы, сложенной мерзлыми грунтами, осуществлен наш на базе комплексного количественного анализа информации о функционировании ллто-технической системы (ЛТС) "газопровод - мерзлый грунт".
0 режиме функционирования ЛТС возможно судить на основании результатов сравнительного анализа состояния ЛТС в начальный период (сразу же по окончании строительства) и состояния через некоторый период эксплуатации.
В качестве меры состояния ЛТС предлагается характеристика, обозначаемая термином "стабильность ЛТС" ( 3 )■ Стабильность, оценивается на подсистеме "сооружение" (в данном случае газопровод) . Показатель стабильности варьирует в пределах от 0 до I. Причем, значение Б = I соответствуем полному отсутствию деформа-
цк£ сооружений, превышающих предусмотренные проектом, а 3 = О характеризует выход сооружения из строя в результате взаимодействуя последнего с мерзлым грунтом. Анализ состояния газопроводов на трассе межпромкслового коллектора "Медвежье", магистрального газопровода Уренгой-Надым, Ямбург-2лец и других, позволил разработать соответствующую классификацию.
Б то же время реальной может быть ситуация, когда величина 5 оказывается достаточно высокой к даже равной I (за счет запаса прочности подсистемы "газопровод"), а подсистема "сфера взаимодействия" существенно изменяется под влиянием инженерно-геслогических процессов. Мерой, непосредственно характеризующей изменение свойств литосферы, является скорость распространения наиболее неблагоприятного инженерно-геологического процесса (набора процессов) вдоль трассы газопровода,
В качестве обучающих выборок для прогнозной оценки функционирования ЛТС "газопровод - мерзлый грунт" были выбраны: два участка газопровода-коллектора месторождения "Медвежье" и участок магистрального газопровода Уренгой-Надым. С целью получения соответствующих параметров состояния ЛТС было проведено специальное инженерно-геологическое обследование этих участков.
Комплексный количественный анализ информации, полученной в результате позторного обследования трасс газопроводов, позволил получить прогнозные математические модели, с помощью которых можно прогнозировать изменения состояния ЛТС "газопровод - мерзлый грунт" в процессе ее функционирования.
Нами бьи:: получены четыре математические модели,, описывающие зависимости показателей стабильности ( 5 ) и приращения процесса заболачивания ( д Из) от ряда показателей компонентов ин-хенерно-геолог;:чес:-:;:х условий, зафиксированных на момент предпо-строечных изысканий. Это обстоятельство позволяет использовать полученные уравнена для вновь прокладываемых ниток з крколито-зоне Западной Слбггр;: (табл." 5).
Полученные модели могут быть использованы для прогноза состояния газопровода, эксплуатируемого в различных инженерно-геологических узлззиях з пределах У морской равнины (I модель) и 1У птсбрежно-морской разнияк (3 модель). Что касается второй и чет-Бертой моделей, то их анализ поззоляет сделать вкзод, что приращение плошадп проявления процесса заболачивания наиболее интенсивно происходи? ка участках уже з значительной степени заболо-
Таблица 5
Прогнозные модели
Участок газопровода й модели Вид модели Множественный коэффициент корреляции
Уренгой -- Надым I 3 =0,940-0,015 СЛю -0,024^з+ +0,176 Нт +0,М0Нотн-0,390Пз+ +0,033Яетс +0,024 Д.Н 0,62
2 А Па =0,82&-1,216Пз-0,098 Д Н 0,92
Коллектоо "Медвежье" з Б =1,182-0,278Пз-0,120Пп--0,243 ра 0,63
4 4 Пз=0,07+1, &1ПЗ+0,16Пп+0 ,С6 кете -0,03 а Н -0,02Нэ-0,23*е. 0,87
Условные обозначения: C¿ - коэффициент дисперсности десятиметровой толщи; C¿¡- то же, на глубине 3-х метров; Нт - мощность торфа; Нотн - относительная энтропия разреза; Пз - пораяенность территории процессом заболачивания; Пп - то же, процессом пучения; ¡1С7С - мощность сеэонно-таюго слоя; д Н - расчлененность рельефа; Нэ - превышение над местным базисом эрозии; - плотность сухого грунта; ^ - среднегодовая температура грунтов.
ченных. Новообразование заболоченных участков при строительстве и эксплуатации газопроводов протекает существенно менее активно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Глазным результатом проведенных исследований является научная концепция комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии. Предлагаемая концепция базируется на синтезе системного подхода и теории поля геологического параметра. Практическая реализация этой концепции позволяет накапливать и использозать опыт изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений з районах с различными инженерно-геологическими условиями.
Теоретические и методические разработки, предлагаемые в работе опираются на большой фактэтеский материал, полученный автором в процессе более чем 15-летних исследований.
Основные выводы, определяющие научную новизну и практическую значимость работы, сводятся к следующему.
I. Имеется принципиальная возможность охарактеризовать любой из компонентов инженерно-геологических условий количественно, при этом отнюдь не игнорируя качественные характеристики, а
линь давая их более уточное и рациональное выражение.
2. Зажнейшей задачей математизации инженерной геологии является конструирование активных идеальных посредников, с помощью которых могут быть разработаны корректные подходы к решению важнейших задач инженерной геологи'..
, г
3. литосшера имеет зероятностнуаррганпзацию, т.е. понятие вероятности онтологкчнз по отношению к геологическим объектам.
4. Инженерно-геологические условия целесообразно рассматривать как систему, под которой понимается формализованная, сознательно создаваемая, обладающая эмердкектными свойствами модельная конструкция, компонентам: которой являются взаимосвязанные и взаимообусловленные друг другом сведения о структуре и свойствах литосферы, изменяющихся при взаимодействии с внешними сферами (в том числе при искусственных взаимодействиях).
5. Важнейшими категориями инженерной геологии следует считать такие понятия как изоморфизм и кзомерность инженерно-геологических условий. Изоморфными, в инженерно-геологическом отношении, следует считать обье.ты литосферы, обладающие взаимно-однозначным соответствием свойств, рассматриваемых в качестзе критериев выделения таких объемов, на соответствующем уровне детальности. Мзомерность .объемов литосферы заключается в равнозначности их оценок в заданном отношении.
6. В зависимости ст целевого назначения исследований следует использовать различные варианты комплексной количественной оценки инженерно-геологических услозий.
При специальном районировании, проводимом с целью выбора наиболее благоприятных в инженерно-геологическом'отношении участков для конкретного вида хозяйственного освоения территории, в качестве меры эмерджентности инженерно-геологической системы имеет смысл использовать интегральный показатель инженерно-геологических условий. Последний представляет собой линейную аддитивную функции, взвешенных по вкладу в оценку, нормированных характеристик компонентов инженерно-геологических услозий.
для разделения некоторой области литосферы на участки, квазкоднородные з отношении состаза и объема дальнейших исследований, компоексная количественная оценка инженерно-геологических условий может быть осуществлена на основании применения мер теории информации.
С целью заявления закономерностей пространственной изменчивости комплекса инженерно-геологичбских условий целесообразно
использовать факторный анализ исходных данных.
Дискриминантный анализ имеет смысл использовать на заключительной стадии комплексной количественной оценки для подтверждения правильности выделения объемов литосферы в заданном отношении.
7. Рациональный путь региональных инженерно-геологических исследований состоит в разумном соотношении анализа и синтеза. Сначала инжзнерно-геологические условия мысленно расчленяются на отдельные компоненты, а затем, мысленно же, соединяются на основе использования системного подхода и исследуются как единое целое.
8. Сложность инженерно-геологических условий следует рассматривать в двух аспектах: с точки зрения условий строительства и эксплуатации инженерных сооружений и с точки зрения методики проведения инженерно-геологических исследований. При этом она должна не декларироваться, а рассчитываться по строго регламентированной процедуре, что позволяет получать сопоставимые результаты.
9. На базе концепции комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии разработана общая схема инженерно-геологического районирования. На заключительном этапе районирования, впервые в практике инженерно-геологических исследований, предлагается использовать функциональный подход, базирующийся на анализе взаимодействия между литосферой и внешними, по отношению к ней, сферами. Функциональней подход ставит своей задачей системное разделение пространства приповерхностной части литосферы на участки, обладающие квазиоднородными эмерджентными свойствами.
10. Проведена комплексная количественная оценка инженерно-геологических условий территории Уренгойского газоконценсатного месторождения. На основе анализа структуры моделей полей показателей компонентов инженерно-геологических условий выявлены закономерности их пространственной изменчивости, построены карты инженерно-геологического районирования по благоприятности для прокладки подземных газопроводов и по степени изменчивости инженерно-геологических условий.
11. Разработана прогнозная оценка инженерно-геологических условий разработки одного из полиметаллических месторождений Рудного Алтая. Полученные результаты могут быть использованы для управления литотехнической системой "массив горных пород - выработка" .
3ü
12. Дан прогноз устойчивости закарстованной территории Благовещенского участка Башкирии. В рамках этой разработки впервые получена математическая модель взаимосвязи характеристик компонентов инженерно-геологических условий с показателями эакарстованно-сги з форме уравнений множественной регрессии. Данные уравнения могут быть использованы з качестве прогнозных для детализации оценки карстоопасностп исследованного участка к аналогичных территорий.
13. Осуществлен прогноз изменений инженерно-геологических условий при искусственны:': взаимодействиях на примере газопроводов, проложенных в криолитсзоне Западной Сибири.
14. Концепция комплексного количественного анализа информации
в инженерной геологии .представляет интерзс не только для специалистов в облает;: инженерной геологии, но и в большинстве смежных наук геологического и географического циклов. Методические приложения предлагаемой концепции могут быть использованы специалистами смежных наук для белее эффективного использования накопленной пнферкацни.
СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО 73J3 ДИССЕРТАЦИИ
1. Выявление оптимальных условий применения методов прогноза переработки берегов водохранилищ. Зкспресс-информация, üE-iT-I минводхоза СССР, вып.З, cep.S, 1978.
2. Количественные характеристики литологкческого строения территории. "1::дрогеология и инженерная геология". Межвузовский сборник, Новочеркасск, 1978. (Соазтор: В.З.Кзэнтцель).
3. К методике количественной сценки сложности инженерно-геологических условий территории. "Геология и разведка". Изв. ВУЗоз, й 7, 19сС. (Соазтор: К.r.í.Чернявская).
4. Использование мер теории информации для оценки сложности инженерно-геологических условий. Теология и разведка". Изв. ЗУЗоз, № 5, ISoI. (Соазтор: А .¡О.Пзлез).
5. Закономерности пространственной изменчивости литологк-геского строен"-1: северо-восточной части Надым-Пурского междуре-еья. Ваял. ХО/Г., rea-, отделение, т.55, вып. 2, Изд. МГУ, 1981. Соазтор: В. 3 .Кштцель).
.6. Методика количественной опенки инженерно-геологических гслоз;гй и специального ккженернс-геологического районирования. Инженерная геология", №4, ISS2. (Соавтор: Г.К.Боширик).
7. Ьринцплы типизации природных условий для целей проекта-
розалия газопроводов. 3 сб. "Транспорт газа в северных районах", ВНИИГАЗ, 1982. (Соавтор: П.А.Дубин).
8. Моделирование процесса слоеобразования в четвертичных отложениях южной части Тазовского полуостроза. 3 сб. "Моделирование в гидрогеологии и инженерной геологии", Новочеркасск,1983.
9. К вопросу формализации инженерно-геологического районирования. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара "Состояние и перспективы инженерно-геологического картирования и съемок", Москва, 1983. (Соавтор: О.З.домарев).
10. Методика комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий. В сб. "Применение математических методов и ЭВМ в инженерно-геологических исследованиях", Киев, 1984.
11. Инженерно-геологическое районирование з формализованной постановке задачи. Тезисы докладов У Всесоюзной конференции, т. I, Свердловск, 1984.
12. Комплексная количественная оценка инженерно-геологических условий. 3 кн. 27-й Международный геологический конгресс,
т.8, 1984.
13. Количественные способы выражения компонентов инженерно-геологических условий. "Гидрогеология и инженерная геология", Новочеркасск, 1984.
14. К методике количественной оценки изменений инженерно-геологических условий при освоении месторождения природного газа Западной Сибири. Тезисы докладов Всесоюзного совещания г. Зо ркута, (с.53-61), 1985. (Соавторы: Г.К.Бондарик, З.Л.Невечеря).
15. Анализ и синтез при региональных инженерно-геологических исследованиях. "Инженерная геология", .'« 4, 1985. (Соавтор: Н.А.Миронов).
16. Общая схема инженерно-геологического районирования. Изв.ВУЗов Теология и разведка", И 7, 1985.
17. Применение многомерного корреляционного анализа для оценки и прогноза устойчивости закарстованной территории. "Ина нерная геология", й 3, 1986. (Соавторы: Р.С.Зиакгиров, Н.А.Миронов) .
18. Инженерно-геологическая система. Тезисы докладов П Зс союзной конференции "Системный подход в геологии", ч. Ш, Мосхе 1986. (Соавтор: Г.К.Бондарик).
19. Количественная оценка устойчивости инженерно-геологи* ских условий месторождения Медвежье и Уренгойское к техногенш
воздействиям. Сб."11нженерно-геологические изыскания в районах вечной мерзлоты", Благовещенск, 1986. (Соавторы: Г.К.Бовдарик, В .Л .Невечеря).
20. Опыт количественной оценки инженерно-геологических условий разработки месторождений на основе геолого-зкономического анализа. "Инженерная геология", Jé 2, 1987. (Соавтор: А.Н.Хацке-вич).
21. Применение теории изменчивости свойств геологической среды при инженерно-геологическом картировании и районировании. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара "Пространственна? изменчивость инженерно-геологических условий и методы ее изучения", ВСЕГИНГЕО, 1967.
22. Опыт количественного прогноза инженерно-геологических условий разработки полиметаллического месторождения. В сб. "Применение математических методов и ЗЗМ в геологии", Новочеркасск, 1967. (Соавтор: А.Н.Хацкевкч).
23. Возможности ландшафтно-индккационкого метода при инженерно-геологических исследованиях на севере Западной Сибири. "Инженерная геология", й 3, 1957. (Соавторы: Г.К.Бондарик, В.В. Кантцель).
24. Анализ состояния газопроводов, проложенных на вечномер-злых грунтах (на примере межпромыслового коллектора !£едзежье и участка магистрального газопровода Уренгой-Надым). Изв. ВУЗов "Геология и разведка", £■ II, 1988. (Соавторы: В.Л.Невечеря, А.Г. Купцов и др.).
25. Проблемы комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий. Тезисы докладов I Воес. съезда инженеров геологов, гидрогеологов и геокриологов, Киев, 1988.
26. Критерии оценки качества кнженерно-геологкческого картирования. "Инженерная геология", & 4, 1989. (Соазтор: А.Г.Купцов) .
27. Методика прогноза изменений инженерно-геологических условий при взаимодэйстзии газопроводов с приповерхностной частью литосферы. Сб. научных трудов "Основные технические решения по освоению газоко.чденсаткых месторождений полуострова Ямал", БЖИГАЗ, 1990. (Соавторы: П.А.Дубин, К.А.Ксмаклов н др.).
28. Принцип! инженерно-геологической оценки территории для обоснования литэмонитори.чга объектов газовой промышленности. "Инженерная геология", № I, 1991. (Соазтор: В.Л.Невечеря).
29. Прогнозирование состояния природно-техническнх систем криолитозоны Западной Сибири. "Советская геология", J6 6, 1990. (Соавторы:Г.К.Бондарик, ВЛ.Невечеря).
30. К вопросу оценки сложности инженерно-геологических условий. "Инженерная геология", № 4, 1991.
31. С-е-пегаб ¿cfie/ne of e/u>inee%L/z.0
cccC zoning // Jsitezruzicasicc^ /¿et'ie^
/986. /OZ ¡23 8/.
-
Пендин, Вадим Владимирович
-
доктора геолого-минералогических наук
-
Москва, 1992
-
ВАК 04.00.07
- Сходство и различие инженерно-геологического и эколого-геологического подходов к изучению литосферы
- Методологические основы построения информационной системы геологической среды урбанизированных территорий
- Особенности применения метода инженерно-геологических аналогий при изысканиях на городских территориях
- Теория и практика создания геоинформационной системы в инженерной геологии
- Диагностика и прогноз функционирования литотехнической системы "нефтепровод-геологическая среда"
