Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Методика оценки карстоопасности территории по результатам геофизических исследований

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Методика оценки карстоопасности территории по результатам геофизических исследований"

МИНСТРОЙ РОССИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ НО

ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

г ~ ~ (ч п

"3 ' } ННИИИС

2 2 ЛПР 1396

На правах рукописи УДК 551.448:550.83

ЛЕОНЕНКО МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАРСТООПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ( НА ПРИМЕРЕ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ )

Специальность 04.00.07 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 1996 г.

МИНСТРОЙ РОССИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПНИИИС

На правах рукописи УДК 551.448:550.83

ЛЕОНЕНКО МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАРСТООПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ( НА ПРИМЕРЕ НИЖЕГ ОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ )

Специальность 04.00.07 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 1996 г.

Работа выполнена в Производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Минстроя России.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук Р.С. Зиангиров Научный консультант:

кандидат геолого-минералогических наук

А.Н.Боголюбов

Официальные оппоненты :

доктор геолого-минералогических наук Ю.Д.Зыков кандидат геолого-минералогических наук В.П.Хоменко

Ведущее предприятие:

Средне-Волжская геологоразведочная экспедиция ГШ "Волгагеология"

Защита состоится - 14 мая 1996 г. в 16 часов на заседании специализированного совета К 033.11.01 в Производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве ( ПНИИИС ) Минстроя России

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПНИИИС по адресу: 105058, Москва, Окружной проезд, 18, ПНИИИС

Автореферат разослан 12 апреля 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат геолого-минералогичесих наук О.П.Павлова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обширные территории России поражены карстом. Существует реальная опасность провалов и оседаний грунтов под существующими и проектируемыми зданиями и сооружениями. Строительство и эксплуатация инженерных сооружений в таких районах без учета проявления карстового процесса может привести и приводит к деформациям и даже разрушениям зданий и сооружений с причинением тяжелого материального и морального ущерба.

Необходимость хозяйственного освоения закарстованных территорий заставляет изыскивать возможности строительства инженерных сооружений в районах слабо изученных или ранее считавшихся непригодными. Особенную озабоченность вызывают действующие на карстоопасных территориях производства с высокой концентрацией радиоактивных, ядовитых и взрывчатых веществ. Провалы на таких объектах могут привести к катастрофическим последствиям и экологическим бедствиям.

Традиционные методы изучения инженерно-геологической обстановки (буровые работы и т.д.) дороги, часто малоэффективны при решении поставленных задач или не могут быть применимы по технологическим условиям производств. Результаты современных методов исследований находят, как правило, ограниченное применение, а оценка территории относительно карстовых провалов ведется без достаточного изучения пространственных характеристик карстуюшихся и перекрывающих их пород. Существует острая необходимость постановки рационального комплекса методов исследования, который позволил бы решить поставленную задачу с высокой инженерно-геологической и экономической эффективностью и в кратчайшие сроки. Применение геофизических методов может в значительной мере восполнить этот пробел. Разработка рационального комплекса таких методов оценки устойчивости территории в отношении карстоопасности представляется весьма актуальной и с позиции мониторинговых наблюдений за опасными экзогенными процессами для целей кратко- и среднесрочного прогноза провальной опасности.

Цель работы. Диссертационная работа ставит целью разработку рационального комплекса геофизических методов исследования в районах развития карстовых процессов, выбор способов наблюдений, обработки и интерпретации материалов для оценки карстоопасности территории при

производстве площадных и линейных изысканий.

Основные задачи исследования. I) Проанализировать существующие методы геофизических исследований среды развития карстовых процессов и выбрать рациональный комплекс методов, способных в реальных геологических, экономических и производственных условиях получать достаточное количество необходимой информации.

2) Разработать геолого-геофизическую модель изучаемой среды, отработать методику наблюдений и их интерпретацию для определения геологического строения участка, оценки степени карстоопасности и при благоприятных условиях выявить тенденцию развитая карстового процесса, спрогнозировать провальную опасность.

3) Разработать аппаратурную и программную поддержку основных геофизических методов рационального комплекса - электроразведки ВЭЗ МДС (вертикальных электрических зондирований в модификации двух составляющих) и высокоточной гравиразведки.

4) Опробовать и внедрить в практику методику рационального комплекса геофизических работ, проводимых в районах со сложными инженерно-геологическими условиями.

Научная новизна. Разработана и практически реализована методика геофизических исследований для оценки карстоопасности территории, обеспечивающая оптимальное размещение оценочно-защитных скважин или зональную конструктивную защиту сооружений.

Составлена программа для ПЭВМ, позволяющая обработать данные гравиразведки с выходом на плотностные характеристики елнничиых объемов пород, слагающих разрез.

Создан и опробован макет прибора для производства работ ведущего геофизического метода комплекса исследований - ВЭЗ МДС.

Разработаны методики картирования контакта грунтовых пресных вод с минерализованными трещинно-карстовыми и выделения участков повышенной вертикальной проводимости в покровных отложениях, связанных с зонами активизации карстово-суффозионных процессов.

Создана геолого-геофизическая модель толщи пород с протекающими в ней карстовыми процессами по комплексу методов.

Предложен алгоритм реализации комплекса геофизических методов на основе сопоставления и учета всех его составляющих.

Практическое значение. С помощью предложенной методики проведено-зонирование по степени карстоопасности территорий ряда промышленных объектов Нижегородской области и основных закарстованных участков Горьковской железной дороги. Практически доказана возможность использования разработанной методики наблюдений в сложных инженерно-геологических условиях. Спрогнозировано местоположение вероятных провалов на местности, впоследствии происшедших в указанных зонах. Апробация. Основные положения работы доложены на Научно-технических конференциях молодых специалистов ПНИИИС ( Москва 1987, 1989 ), на совещании "Карстолого-спелеологические исследования, использование и охрана закарстованных территорий и пещер Западного Кавказа" ( Сочи, 1988), на Всесоюзном совещании "Противокарстовая защита объектов строительства" (Куйбышев, 1990 ), на совещании "Катастрофы и аварии на закарстованных территориях " ( Пермь, 1990) , конференции "Карстовые провалы" (Кунгур, 1994).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4 статьях и приведены в 9 отчетах, где диссертант выполнял функции ответственного исполнителя.

Фактический материал. В работе использованы материалы, полученные при непосредственном участии автора в работах ГП "Противокарстовая и береговая защита" на протяжении более 10 лет.

Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, проиллюстрирована рисунками и таблицами.

Работа выполнена в институте ПНИИИС Минстроя России. Автор выражает благодарность научному руководителю работы, доктору геолого-минералогических наук профессору Зиангирову P.C., научному консультанту кандидату геолого-минералогических наук Боголюбову А.Н. и кандидату геолого-минералогических наук Боголюбовой Н.П. за советы и всестороннюю помощь. Сердечную признательность за ценные советы, критические замечания и содействие автор выражает коллегам из ГП "Противокарстовая и береговая зашита".

ГЛАВА 1. КАРСТУЮЩИЕСЯ И ПОКРОВНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Инженерное карстоведение получило развитие в работах Попова И.В, Соколова Д.С., Максимовича Г.А., Дублянского В.Н., Печеркина И.А., Кутепова В.М., Лукина B.C., Саваренского И.А. Костарева В.П., Ильина А.Н., Толмачева В. В., Хоменко В.П., Миронова H.A., Мартина В.И., Reuter F. и ряда других исследователей. Этими исследователями было проведено разностороннее осмысление карста как процесса и явления, сформулированы цели и задачи инженерного карстоведения, разработаны модели карстую-щейся среды и схемы механизмов процессов,в ней происходящих.

Стандартный подход при оценке карстоопасности, как правило, заключается в учете поверхностных карстовых форм и их влияния на ландшафт. В меньшей мере оцениваются подземные проявления карста. В условиях резкой активизации карстово-суффозионных процессов под действием техногенных нагрузок на урбанизированных территориях, где затруднено обнаружение поверхностных карстовых форм, особую роль приобретают методы, позволяющие "заглянуть" вглубь природного массива. При этом традиционный метод освещения геологической среды - бурение имеет ряд недостатков, а именно : нарушает сплошность среды, что при определенных условиях может спровоцировать активизацию суффозионных процессов; зачастую не может быть применен по конструктивным условиям объекта;

несет точечную информацию об изучаемой толще; сопряжен со-значителъными материальными затратами. Все это предопределяет необходимость разработки нетрадиционных подходов к оценке карстоопасности. Основу комплекса таких исследований составляют методы дистанционного изучения среды, в известной мере свободные от недостатков, присущих бурению. При этом объектом иследований являются как. карстующиеся, так и перекрывющие их отложения.

Первыми в 30-е годы использовали для изучения карста электроразведку Петровский A.A., Головицын В.Н., Каленов E.H.. В послевоенные годы данный вопрос неоднократно рассматривался в работах Огильви A.A., Хмелевского В.К., Семенова Г.С., Горелика A.M., Малышевой Т А., Матвеева Б.К., Брашниной И.А., Шувалова В.М., Neumann R., Stefanescu S. и ряда других исследователей. Несмотря на определенные успехи в целом, в связи с упрощенным представлением о карсте, его моделях, геологических условиях и задачах, решения получали с использованием простых геофизических методов, которые носили рекогносцировочный характер и требовали большого объема бурения. Круг решаемых задач был достаточно узким, определялся, как правило, близким расположением к поверхности карстующейся толщи и общегеологическими задачами в относительно простых инженерно-геологических условиях. Основным методом решения данных задач служила электроразведка методом вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) и электропрофилирование (ЭП). Гравиразведочные и сейсморазведочные работы применялись реже, носили главным образом, опытный характер и широкого применения не получили. Использование других методов для изучения карста было эпизодическим. Эффективность геофизических работ в сложнопостроенных геологических средах была недостаточной.

В семидесятые годы появляются электроразведочные методы со сложными системами возбуждения и наблюдений (ВЭЗ МДС, ДПФВ и др.) и разработанными приемами интерпретации получаемых данных (Боголюбов А.Н., Боголюбова Н.П). Это позволило достаточно успешно изучать

сложнопостроенные геологические среды. Высокая эффективность и достаточная технологичность позволила с помощью ВЭЗ МДС расширить круг решаемых задач, получить пространственные характеристики особенностей геологического разреза, повысить точность и достоверность сведений об изучаемой среде. Были разработаны геоэлектрические модели для сложнопостроенных сред и появилась возможность изучать объекты, ранее недоступные для исследования.

Появление в это же время высокоточных гравиметров во Франции и США привело к их широкому применению как основного метода для локализации плотностных неоднородностей и поиска пустот (ВПгкоузку М., {^Мелч'сг Ъ.У и другие ). Следует, однако, отметить, что успешный поиск пустот происходил в достаточно простых инженерно-геологических условиях, а истолкование результатов проводилось на качественном уровне - путем локализации зон потенциальной опасности. В начале 90-х годов вместе с производством единичных экземпляров такого класса гравиметров в СССР начались высокоточные гравиметрические работы на карст.

Использование широкого ряда других геофизических методов для изучения карста носило ограниченный характер, а их успешное применение обычно ограничивалось использованием в простых или специфических геологических условиях.

Вопросы комплексирования геофизических методов для оценки карстоопасности территорий слабо освещены в специальной литературе. Имеющиеся немногочисленные публикации свидетельствуют об использовании такого типа работ лишь для общего районирования территории по какому-либо виду геофизических признаков.

Достаточно жесткие требования к современным изысканиям для строительства привели к необходимости разработки методики работ, которая обеспечивала бы получение более достоверной и точной информации о строении и свойствах карстующихся и перекрывающих их отложений; геолого-геофизической модели изучаемой толщи; методических приемов наблюдения и интерпретации полученных материалов. При этом основу

интерпретации должны составлять конкретные представления о механизме процесса и структурных особенностях геологической среды посредством их отражения в физических полях (в первую очередь, электрических и плотностных) и знание основных закономерностей изменения аномальных геофизических параметров карстовых объектов в пространстве и времени.

Анализ результатов работ предшествующих исследователей и опыт собственных работ по карстовой тематике, позволяют предложить перспективный комплекс геофизических исследований: электроразведку методом вертикальных электрических зондирований в модификации двух составляющих (ВЭЗ МДС) и высокоточную гравиразведку. Дополнительные методы привлекаются, исходя из реальной инженерно-геологической обстановки, технологических возможностей и особенностей решаемой задачи.

Выводы по главе:

1. В настоящий момент применяемые в инженерной геологии методы оценки карстоопасности слабо учитывают подземную закарстованность.

2. Использование методов ВЭЗ МДС и высокоточной гравиразведки повышает объективность оценки подземной закарстованности и, как следствие, увеличивает достоверность оценки устойчивости территории.

3. Применение предложенного комплекса геофизических исследований в характерных для карстовых районов сложных геологических условиях наиболее эффективно по сравнению с другими методами, так как обеспечивает наибольший объем информации об особенностях строения и свойствах геологической среды.

4. Проведение геофизических исследований экологически чисто, т.к. не приводит к нарушению сплошности геологической среды и не нарушает ее естественного равновесия.

5. Для инженерных сооружений, находящихся в эксплуатации, наиболее приемлема методика оценки карстоопасности на основе комплекса геофизических методов.

Глава 2. МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Результаты геофизических работ должны содержать достоверную и достаточно точную информацию о геологическом строении, физических свойствах и инженерно-геологических характеристиках пород карстующейся и покровной толщ. Это необходимо для обоснования прогноза развития карстовых процессов и должно использоваться в комплексе с геологическими и инженерно-геологическими методами изучения карста.

Выполнение этих требований к геофизическим методам возможно при условии: 1) дифференциации физических свойств горных пород и подземных вод, достаточной для того, чтобы они могли быть определены с требуемой точностью используемыми геофизическими методами;

2) обеспеченности геофизических методов аппаратурой соответствующей точности;

3) применении корректных систем наблюдений;

4) разработанности приемов интерпретации результатов измерений на основе решения необходимого и достаточного количества прямых задач геофизики для сложнопостроенных геологических сред;

5) проведения работ в границах применимости используемого метода.

Этим условиям в настоящее время в большей или меньшей мере удовлетворяют следующие методы: электроразведка на постоянном токе (преимущественно по методу двух составляющих), сейсморазведка методом преломленных и отраженных волн, высокоточная гравиразведка, комплексный каротаж скважин, метод естественного поля, радиоволновое и сейсмическое межскважинное просвечивание. Существуют и другие геофизические методы и способы изучения геологической среды, однако область их применения достаточно узка и использование их в сложных геолого-геофизических условиях, типичных для участков развития карстовых процессов, в большинстве случаев неэффективно.

Специфика изучения карста при инженерно-геологичеких изысканиях требует в дополнение к вышеизложенному:

1) возможности быстрой корректировки сети наблюдений для эффективного учета и заверки выявленных аномалий; 2) возможности дополнительной постановки методов с разной природой физического поля изучения среды для корректного истолкования и разбраковки аномалий;

3) разработки геолого-геофизической модели среды, ее сопоставления с результатами изысканий и оперативной корректировки интерпретационного процесса на основе моделирования геофизических полей;

4) мобильности проведения исследований.

Попытка реализовать данные требования предпринята в предлагаемой методике.

Главная особенность предлагаемой методики - взаимное дополнение при интерпретации данных электроразведки ВЭЗ МДС и высокоточной гравиразведки, используемых в качестве основных методов, и применение ПЭВМ как инструмента проверки полученных результатов по предложенному алгоритму интерпретации.

При этом для гравиразведки характерно применение гравиметров микрогальной точности, определенная методика полевых наблюдений и их обработки для реализации преимуществ микрогравиметрических исследований. Интерпретация гравиметрии проводится по специально разработанной автором программе для ПЭВМ с выходом на плотностные характеристики единичных объемов пород, слагающих разрез. Геологическая среда апроксимируется набором вертикальных пластин, состоящих в свою очередь из прямоугольных параллелепипедов с задаваемыми геометрическими и плотносгными характеристиками. Теоретически полученное поле силы тяжести в диалоговом и автоматическом режимах сравнивается с наблюденными на участке с минимизацией отклонений. Количество точек наблюдений и плотностных тел логически не ограничено.

Для метода ВЭЗ МДС характерен частый шаг перекрытий приемных линий, обеспечивающих более четкое картирование близко залегающих к поверхности неоднородностей и, как результат, обнаружение наиболее

опасных приповерхностных и "всплывающих" полостей и суффознонных зон с помощью использования созданного и опробованного многоканального макета прибора для производства работ методом ВЭЗ МДС с повышенной по сравнению с серийными приборами техническими характеристиками.

Оценка карстоопасности проводится при широком использовании всей имеющейся геолого-геофизическон информации об объекте исследований (рис.1). Формирование геолого-геофизической модели среды, на основании которой ведется интерпретация, основывается на взаимокорректирующихся представлениях о геоэлекгрических и геоплотностных моделях и вероятном механизме карстового провала. Расчет теоретических моделей проводился с помощью ПЭВМ по прямым задачам на основе моделей по алгоритмам, разработанным как автором, так и исследователями сторонних организаций, для электрических и гравитационных полей.

Данная работа дополняет и расширяет применимость ранее предложенных методик изучения сложнопостроенных сред электроразведкой ВЭЗ МДС на основе комплексирования с гравиразведкой и некоторыми другими методами с привлечением геофизического моделирования, что позволяет более корректно проводить оценку геологических параметров.

Выводы по главе:

1. Выбран рациональный комплекс геофизических исследований изучения распространения и развития карста для целей оценки карстоопасности территории. Главная особенность предлагаемой методики - взаимное дополнение при интерпретации электроразведочных и гравиметрических данных.

2. Разработаны и апробированы макет аппаратуры для производства работ методом ВЭЗ МДС и программа обработки на ПЭВМ данных гравиразведки для решения поставленных задач по оценке карстоопасности территории.

3. Разработан алгоритм интерпретации рационального комплекса геофизических методов.

4. Разработана геолого-геофизическая модель покровной и карстующейся толщи реальных инженерно-геологических условий.

Блок-схема интерпретации комплекса геофизических работ

Сторонняя гсояого- гсо^ишегесгая информация

Графики поля силы тяжести

1 Картъ силы г ПОЛЯ ижести

Результаты вспомогательных геофизическая методов

Формирование геоплсггносгноп молелн срслм

Построение гсоплотностпых разрезов

Кривые ип/1<1 (ВЭЗМДС)

Формирование геологе-гсофтическч)Г| модели срои

Кривые Як (ВЭЗ МДО

Формирование геоэлектричсскоП модели срс;п-1

Формирование представления о механизме карстового процесса

±

Формальная нптсрпрсицня способом ocofn.it ТОЧСК

I

Расчет элементов залегания

I

Определение параметров ашпотрошш в слоях ОГНЮ» А(КН)

Построение гсолсггрическш разрезов

Уточнение параметров слоев с учетом ашпотрошш

Проведшие опорных геоэлектрнческих границ

ГГЕ

Увязка гсотаехгрическш раэрс-юв

Построение гсоэлопрпчсскон карты

I

Построение результативно!"! карты по комплексу геофизических работ

Оценка кхретомасности по результатам комплексных нселеломний

рис.1

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ

КАРСТООПАСНОСТИ.

В качестве примеров применения предложенного комплекса геофизических работ приводятся работы на карстоопасном участке железной дороги Арзамас-Пешелань ( 220-227 км) и корпусе 1 НПО "ДзержинскХиммаш".

Изучение основания земляного полотна железной дороги вблизи Арзамаса началось после образования карстового провала в январе 1988 г. Целью работ было зонирование трассы железной дороги по степени карстоопасности по результатам работ геофизическими методами.

Особенность первого участка - сложное геологическое строение и активное развитие карстово-суффозионных процессов. Кроме того, это линейный объект с малым уровнем промышленных помех, позволяющий проведение режимных наблюдений для определения динамики осложненных зон.

В геологической характеристике участка отмечается, что карстуюшимися отложениями являются известняки и доломиты казанского и гипсы сакмарского ярусов пермской системы, залегающие под покровными песчано-глинистыми отложениями четвертичного возраста мощностью 13-20 м и частично размытыми глинами (0-10 м) татарского яруса верхней перми.

На основании проводившихся ранее работ и исследований на опытно-методическом участке была выработана, методика наблюдений (определены шаг и кратность, оценен уровень погрешности и т.д.), уточнены параметры геолого-геофизической интерпретации и геофизическая модель неблагоприятных и благоприятных относительно развития карстово - суффо-зионных процессов.

Работы проводились с использованием основного метода - ВЭЗ МДС, и дополнительных - гравиразведки, профилирования методом естественного поля и резистивиметрии.

На первом этапе работ был изучен семикилометровый участок железной дороги, его геологическая структура, оценен уровень "геологических шумов" для геофизических методов. Комплексом геофизичеких работ выявлены

участки, благоприятные для развития карста на глубине, с проявлением его на поверхности в виде карстово-суффозионных форм. По результатам геофизических работ проведено зонирование трассы железной дороги по степени карстоопасносги масштаба 1:5000 с рекомендациями по дальнейшему исследованию основания железнодорожного полотна и его эксплуатации.

На втором этапе был выбран участок железной дороги, наиболее подверженный карстовым процессам, и поставлены режимные наблюдения с целью выделения ошибок, повышения детальности расчленения геологического разреза и определения динамики аномальных зон, связанных, в первую очередь, с активным развитием суффозионных процессов и изменением гидродинамических условий. В результате режимных геофизических наблюдений были выявлены участки активного протекания карстово-суффозионных процессов. В пределах выделенных активных зон позднее, в ноябре 1989 г., произошло локальное оседание земляного полотна, а в 1994 г. карстовый провал, приведший к крушению поезда.

Буровые работы и произошедшие локальное оседание и провал подтвердили реальность среднесрочного прогнозирования карстоопасносги по примененному комплексу геофизических методов.

Второй участок расположен на территории НПО "Дзер жинскХиммаш", где внутри производственного корпуса в июле 1992 года в спрогнозированной зоне произошел катастрофический провал диаметром 30 и глубиной 10 метров. Ранее, в январе 1992 г., здесь по результатам гравиметрических работ была выявлена зона возможного провалообразования, даны соответствующие рекомендации по геотехническим и конструктивным противокарстовым мероприятиям. Однако, в силу ряда причин рекомендации не были своевременно выполнены.

Работы на месте катастрофы проводились в режиме ликвидации аварии, на территории с высоким уровнем промышленных помех в условиях дефицита времени и ограниченных технологических возможностях применяемых методов (высокий уровень помех, невозможность расположения оптимальной наблюдательной сети и др.). Параллельно выполнялись буровые работы, статическое зондирование, электроразведочные работы методом ВЭЗ МДС,

высокоточная гравиметрия, сейсморазведка МПВ и комплексный каротаж скважин.

Геологическое строение второго участка в целом сходно с первым и отличается наличием мошной пачки (до 40-45м) аллювиальных песков покровной толщи.

На основании имеющихся и полученных в ходе работ материалов выработана геолого-геофизическая модель разреза неблагоприятного и благоприятного к протеканию карстово-суффозионных процессов (рис.2). Результаты электроразведки ВЭЗ МДС и сейсморазведки, проведенных по контуру корпуса, позволили выявить зоны развития карстовых (в карбонатно-сульфатных) и связанных с ними суффозионных процессов (в покровных песчаных отложениях), определить направление их простирания и с помощью гравиразведки протрассировать внутри корпуса (рис.3). Дополнительно при этом использовались данные каротажа и статического зондирования, обработанные по специальной методике.

По результатам геофизических исследований выявлено широкое распространение ослабленных зон, в пределах которых отмечается ухудшение инженерно-геологических характеристик песков и глин и увеличение закарстованности карбонатных и сульфатных пород. На фоне пород, активно затронутых карстово-суффозионными процессами,выявлены целики пород, которые могут быть использованы для рационального выбора и проектирования конструктивных противокарстовых мероприятий.

Бурение тампонажных скважин в 1993-1994 гг. и результаты закачек в них позволили оценить эффективность методов, возможности их комплексирования и достоверность изысканий. Выводы по главе:

1. На примере конкретных объектов показана высокая инженерно-геологическая эффективность геофизических исследований и практически доказана возможность использования разработанной методики при работах в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе для целей средне-и краткосрочного прогнозирования провалообразования.

рис./ 1 еофжическга* модель разрез» неблагоприятного (А) и

благовритного (Б) к протекшею кярстомьсуффозионных . про несера вж ;ииц "ДмржнааДдммавв"

Pik2

• пест; -глняы;

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ßso-xolI - cropocr* сейсмпмшх юлн. Vp (w«n>.

- удслмюс эшц рнтаюс сорропющскис УЭС

иятароии мполюташОи.ы

Ц yj -«яоролиты; [ -wnmimrpjKmatcncœsmiititBmumtrtxyGaty,

ю»«яяга; I jr J]^ _ о6жяая доцдаод,^ »ертпаящсд заеггрячссгоа аяюотрошто;

УМ 6)ГтаМТРСДОИМт"; m -■ .«о*

•япесшпжвжшошпырируигешше | .— i

до дрсош и мужи; - урок» груито»ьи »од

т.*: » - • * '

ffl йвийишм @в usa

']! 1s

i í if f!í Г

fill Hi

¡ Ii il

Ii !1 ! !

2. По результатам геофизических работ проведено зонирование трассы железной дороги по степени карстоопасноста с рекомендациями по дальнейшему исследованию основания железнодорожного пути и его эксплуатации.

3. По результатам гравиметрических работ в январе 1992г. выявлен участок возможного провапообразования в производственном цехе НПО "ДзержинскХиммаш", даны рекомендации по геотехническим и конструктивным противокарстовым мероприятиям. Прогноз подтвердился провалом в июле 1992 г.

4. Геофизическими исследованиями основания грунтов корпуса 1 НПО "ДзержинскХиммаш" на фоне пород, активно затронутых карстово-суффозионными процессами, выявлены целики пород, что подтвердило возможность использования результатов изысканий предлагаемого комплекса методов для рационального выбора и проектирования конструктивной и геотехнической противокарстовой защиты.

Глава 4. ОЦЕНКА КАРСТООПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИЙ.

Основу оценки карстоопасноста территорий составляет выяснение ее общего геологического строения, решаемое геофизическими исследованиями с привлечением всей возможной сторонней информации. На фоне ее различными методами геофизики с той или иной детальностью и степенью достоверности, в зависимости от масштаба съемки характеризуются явления^ связанные с карстовыми процессами. При этом каждый объект исследования рассматривается как уникальный с присущими, ему особенностями и отражающим тот или иной этап развития провального процесса.

Вместе с тем имеются и характерные признаки, которые могут служить критериями карстоопасных зон. К их числу относятся: принадлежность их к участкам наибольших изменений структуры геоэлектрического разреза

(наличие развития повышенной вертикальной анизотропии в покровной песчано-глинистой толще; наличие погребенных карстовых воронок, локальных эрозионных переуглублений; зон пониженных сопротивлений в слоях, соотносимых с карстующимися отложениями и т.д.); наличие над такими участками значимых локальных гравиметрических минимумов, характерных для участков пород с пониженной плотностью сложения; пониженные скоростные характеристики сейсмических волн, потеря их корреляции и даже полное затухание; присутствие аномальных участков потенциала естественного поля, свидетельствующих об активном гидродинамическом режиме.

Анализ тех или иных признаков, их соотношений с учетом инженерно-геологической обстановки составляет основу оценки карстоопасности территорий.

По результам работ каждый дискретный объем (в соответствии с масштабом съемки ) идентифицируется определенными физическими параметрами: сопротивлением, плотностью и рядом других оценочных инженерно-геологических параметров.

Использование комплексной интерпретации позволяет представить результаты каждого метода более полновесно и избежать в большинстве случаев неоднозначности трактовки результатов на аномальных участках. Этому же способствует широкое привлечение результатов натурного, лабораторного и электронного моделирования как физических полей геофизических методов, так и процессов провапообразования.

С использованием известных зависимостей и методики перевода физических параметров при необходимости рассчитываются оценочные инженерно-геологические характеристики пород (пористость, глинистость и т.д.), влияющие на развитие карстово-суффозионных процессов.

Анализ полученных материалов позволяет выделить зоны разуплотнения и провалоопасности и провести оценку карстоопасности по геофизическим

данным, а также предоставить инженеру-геологу материалы для. оптимального прогноза развития карстово-суффозионных процессов и разработки мероприятий по предотвращению возможного ущерба. При необходимости, по результатам исследования, на участках,максимально затронутых карстовыми процессами, выполняется ограниченный объем оценочно-защитного бурения с тампонажем песчано-глинистой смесью.

Разработанная методика геофизических наблюдений опробована и внедрена на промышленных объектах Нижегородской области, Марий Эл, Татарстана и карстоопасных участках Горьковской железной дороги ( более 20 объектов).

В частности, только в 1995 г. с учетом данной методики было выполнено более 400 точек ВЭЗ МДС, 2500 точек гравиразведки, 500 п.м. сейсморазведки, межскважинное радиоволновое просвечивание на 2-х объектах и ряд других исследований. По результатам работ выявлен ряд аномальных зон для дальнейшего учета и прогноза провальной опасности.

Полученные в ходе проведения комплексных изысканий материалы легли в основу заключений о карстовой опасности изученных территорий.

На основании опыта проведенных работ по участкам с различными геолого-геофизическими условиями выработаны рекомендации по применению предложенного рационального комплекса геофизических методов для оценки карстоопасности участков Горьковской железной дороги. Выводы по главе:

1. С учетом реальной инженерно-геологической обстановки определены критерии степени карстоопасности различными геофизическими методами.

2. Предложенная методика геофизических исследований апробирована и внедрена при изучении территорий промышленных объектов Нижегородской области и Горьковской железной дороги.

3. Разработаны рекомендации для Горьковской железной дороги по использованию геофизических методов для оценки карстоопасности.

В Заключении диссертации помещены следующие основные выводы, которые одновременно являются и защищаемыми положениями :

1. На основаниии выполненных исследований выявлены основные критерии карстоопасносги по совокупности геофизических параметров.

2. Разработана и апробирована многоканальная помехоустойчивая аппаратура, позволяющая повысить эффективность работ методом ВЭЗ МДС.

3. Создана программа интерпретации гравиметрических данных, позволяющая определить плотностные характеристики блоков пород.

4. Разработан алгоритм реализации комплекса геофизических методов и их интерпретации при оценке карстоопасносги.

5. Предложенный комплекс геофизических методов обеспечивает получение геолого-геофизической информации в объеме, необходимом для оценки карстоопасносги. Реализация предложенного комплекса позволила оценить карстоопасность, подтвердившуюся образованием провалов и локальных оседаний.

Основное содержание диссартации изложено в следующих работах: I Леоненко М.В. Использование некоторых геофизических методов при спеяеоисследованиях. Тезисы докладов карстолого-спелеологического совещаниия "Карстолого-спелеологические исследования, использование и охрана закарстованных территорий и пещер Западного Кавказа" (Сочи, 1988).

2.Леоненко М.В., Леоненко C.B. Режимные геофизические наблюдения по трассе железной дороги в районе развития суффозионно-карстовых процессов. Материалы всесоюзного совещания "Противокарстовая защита объектов строительства" (Куйбышев, 1990).

3.Леоненко М.В., Ефимов A.A. Некоторые возможные последствия повреждения полотна карстовым провалом. Тезисы докладов совещания "Катастрофы, аварии на закарстованных территориях "

(Пермь, 1990).

4.Леоненко М.В., Гантов Б.А. Методика прогноза провалообразования с использованием комплекса дистанционных методов. Тезисы докладов конференции "Карстовые провалы" ( Кунгур,1994).