Научное обоснование и разработка технологии изучения массивов пород и грунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием

Ефремов, Владимир Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Научное обоснование и разработка технологии изучения массивов пород и грунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием
ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Научное обоснование и разработка технологии изучения массивов пород и грунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием"

На правах рукописи

48535с

Ефремов Владимир Николаевич

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗУЧЕНИЯ МАССИВОВ ПОРОД И ГРУНТОВ КРИОЛИТОЗОНЫ РАДИОИМПЕДАНСНЫМ ЗОНДИРОВАНИЕМ

Специальность 25.00.08 - инженерная геология,

мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 2 СЕН 2011

Якутск 2011

Работа выполнена в Институте мерзлотоведения им. П. И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук.

Научный консультант - доктор технических наук

Шестернев Дмитрий Михайлович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Гаврильев Рев Иванович,

доктор технических наук Башкуев Юрий Буддич,

доктор геолого-минералогических наук Зыков Юрий Дмитриевич.

Ведущая организация - Институт нефтегазовой геологии и

геофизики им. А. А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук.

Защита диссертации состоится 11 октября 2011 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 003.025.01 при Институте мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН по адресу: 677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, 36.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета. Копии отзывов для скорой доставки можно отправить на факс: 8-4112-33-44-76 или по электронной почте mpi@ysn.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН.

Автореферат разослан / сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук

М.М. Шац

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В массивах пород и грунтах криолитозоны содержание льда и незамерзшей воды, определяющее их физические свойства в пространстве и во времени, находится в динамически равновесном состоянии, параметры которого изменяются, в первом случае -под влиянием естественных изменений природной среды, во втором случае - под техногенным воздействия сооружения на природную среду. Изменение параметров динамического равновесия, а, следовательно, и криогенного состояния, наиболее эффективно регистрируется в натурных условиях электроразведочными методами геофизики.

Нашедшие широкое применение методы электроразведки на постоянном токе имеют некоторые недостатки, сужающие область использования. К основным из них относятся: сложность обеспечения надежного контакта электродов с мерзлыми породами при производстве измерений; экранирование высокольдистым горизонтом подстилающих пород; затруднение локализации исследуемых объектов при изучении изменения строения и свойств грунтов основания в процессе эксплуатации зданий и инженерных сооружений. Высокую степень локализации изучаемых объектов в грунтах криолитозоны имеет метод георадиолокации. Однако и ему присущи следующие недостатки: необходимость резкого отличия изучаемых отложений по электрическим свойствам для надежного получения отраженных сигналов; малая глубинность зондирования при наличии в верхней части разреза проводящих слоев, представляющих собой засоленные грунты либо криопэги.

Между тем в последние десятилетия продолжает развиваться метод, основанный на изучении структуры поля удаленных радиостанций и определении по ней электрического сопротивления пород в пункте наблюдения. Сначала он назывался методом радиокип, затем радиоэлектромагнитным профилированием (РЭМП) или зондированием (РЭМЗ). В последние годы, с развитием метода в России и за рубежом, он получил еще одно название - радиомагнитотеллурический (РМТ). Нами, при изучении данным методом пород и грунтов криолитозоны, применяется термин, характеризующий область частот и измеряемые параметры - радиоимпедансное зондирование (РИЗ).

В отличии от других высокочастотных методов электроразведки радиоимпедансное зондирование при изучении массивов пород и грунтов криолитозоны имеет такие преимущества, как глубинность, достаточная для их изучения при любых параметрах разреза, и возможность приме-

нения коротких приемных линий при зондировании высокольдистых отложений, за счет повышенных значений горизонтальной электрической составляющей поля над ними.

В настоящее время, в связи с глобальным изменением климата, участились случаи деформации зданий и сооружений, построенных на мерзлых грунтах. Поэтому особое внимание придается мониторингу основания сооружений в криолитозоне. Для выявления причин, вызвавших деформации, как правило, используются весьма дорогостоящие горно-проходческие работы, поскольку традиционные геофизические методы в этом случае малоэффективны. Наличие разработанной технологии радиоимпедансного зондирования грунтов основания сооружений позволит сократит!, расходы и повысить информативность сведений для принятия рациональных решений по выводу зданий и сооружений из аварийных ситуаций. Однако потенциальные возможности применения радиоимпедансного зондирования при изучении массивов пород и грунтов криолитозоны не реализуются из-за отсутствия научного обоснования и разработки эффективной технологии его применения.

Диссертационная работа решает крупную научно-техническую проблему - повышенна эффективности геокриологических исследований и предупреждения геотехногенных чрезвычайных ситуаций при изысканиях, строительстве и эксплуатации зданий и инженерных сооружений в криолитозоне, для чего в работе предложены научно обоснованные технологические ргшения применения радиоимпедансного зондирования.

Диссертационная работа выполнена автором в Институте мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН на основе проведенных им исследований по следующим программам и проектам:

1. Государственные научно-исследовательские программы и проекты СО РАН.

1.1. Программа 24.4. Криогенные процессы в естественных и искусственных средах. Методика мониторинга, моделирование и прогноз состояния криосферы.

Проект 24.4.3. Исследование взаимосвязи устойчивости природно-технических систем с кинетикой теплофизических и физико-механических свойств пород криолитозоны. № гос. per. 0120.0404034 (2005-2006 гг.).

1.2. Программа 7.10.2. Состояние, строение и изменения криосферы: криогенез и его воздействие на природные и техногенные геосистемы.

Проект 7.10.2.6. Обеспечение надежности оснований инженерных сооружений в криолитозоне на основе совершенствования современных методов изучения мерзлых толщ (2007-2009 гг.).

2. Программы хоздоговорных работ с организациями: ОАО «Про-екттрансстрой», Москва (2006-2007 гг.); ГУП Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва (2008 г.); ООО «ЛГ Интернэшнл Якутск» (2009 г.).

Объект исследований - массивы горных пород и грунтов криоли-тозоны Якутии.

Предмет исследований - возможности изучения мерзлых горных пород по частотной зависимости поверхностного импеданса и методические вопросы радиоимпедансного зондирования массивов пород и грунтов криолитозоны.

Цель работы состоит в теоретическом обосновании, экспериментальном подтверждении и разработке технологических решений для эффективного изучения массивов горных пород и грунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием.

Основные задачи исследований:

1. Исследовать влияние строения мерзлых толщ на частотную зависимость поверхностного импеданса численным моделированием и ра-диоимпедансными зондированиями на характерных объектах криолитозоны.

2. Обобщить результаты изучения геоэлектрического строения мерзлых толщ и дисперсных грунтов Центральной Якутии по результатам радиоимпедансного зондирования.

3. Разработать интерпретационные модели для различных типов строения мерзлых толщ при их изучении в радиоволновом поле и методики для комплексной интерпретации данных радиоимпедансного зондирования.

4. Разработать и опробовать специализированные методики картирования и оценки параметров залегания мерзлых дисперсных фунтов, талых, засоленных, водоносных и высокольдистых отложений.

5. Разработать методику радиоимпедансного мониторинга состояния мерзлых фунтов основания зданий и инженерных сооружений.

рования, математический аппарат геоэлектрики и основ физики распространения земных радиоволн, статистические методы обработки данных, традиционные методы построения геоэлектрических разрезов и карт.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Развитие теоретических основ радиоимпедансного зондирования, применительно к его использованию для изучения массивов горных пород криолитозоны, по результатам численного моделирования частотной зависимости поверхностного импеданса от параметров залегания основных горизонтов криолитозоны и тонких промежуточных слоев.

2. Массивы горных пород и фунтов криолитозоны, находящиеся в различных геокриологических условиях и обладающие разными параметрами криогенного строения, имеют значительное отличие по величине и по частотной зависимости модуля и аргумента поверхностного импеданса в диапазэне 10... 1000 кГц, наблюдаемое экспериментально в натурных условиях.

3. Предполагаемая численным моделированием и установленная экспериментальными натурными исследованиями дифференцирован-ность частотной зависимости поверхностного импеданса мерзлых дисперсных отложений различного строения позволила разработать интерпретационные модели и методики радиоимпедансного зондирования криолитозоны.

4. Разработанные методики интерпретации данных, основанные на особенностях частотной зависимости радиоволнового поверхностного импеданса криолитозоны, позволяют:

- устанавливать границы массивов мерзлых пород и грунтов по результатам радиоимпедансного профилирования и экспресс-зондирования - в плане, а по результатам частотного радиоимпедансного зондирования - в разрезе;

- определять параметры распространения и залегания талых, водоносных, высокольдистых отложений и подземных льдов.

5. Обоснование использования радиоимпедансного зондирования в комплексе с другими методами для проведения геокриологического мониторинга изменения состояния, строения и свойств мерзлых грунтов основания зданий и сооружений.

Новые научные результаты.

1. В результате многочисленных радиоимпедансных зондирований на территории Центральной Якутии установлено, что талые, водонос-

ные, засоленные отложения и криопэги либо тонкодисперсные отложения с отрицательной температурой, близкой к 0° С, создают эффект наличия тонкого проводящего слоя в геоэлектрическом разрезе мерзлой толщи при измерениях поверхностного импеданса в диапазоне 10... 1000 кГц.

2. Отмечена региональная распространенность нового элемента геоэлектрического строения толщи многолетнемерзлых дисперсных грунтов Центральной Якутии - тонкого проводящего слоя, залегающего глубже в аллювиальных отложениях восточной области региона, чем в делювиальных отложениях западной области.

3. Обоснована возможность приближенного определения типа геоэлектрического разреза мерзлой толщи по частотной зависимости аргумента поверхностного импеданса и разработана методика картирования подземных льдов радиоимпедансным экспресс-зондированием по разности аргументов поверхностного импеданса, измеренных на двух частотах.

4. Разработана модель геоэлектрического строения мерзлых толщ Центральной Якутии для радиоволнового диапазона частот переменного поля с учетом основных типов геоэлектрических разрезов, определенных радиоимпедансным зондированием.

5. По данным радиоимпедансного зондирования установлено влияние сезонных климатических изменений на эффективную продольную проводимость слоя годовых колебаний температуры и разработана методика радиоимпедансного мониторинга состояния мерзлых грунтов основания зданий и инженерных сооружений.

Достоверность научных положений и выводов подтверждена удовлетворительной сходимостью параметров строения массивов горных пород криолитозоны, полученных радиоимпедансным зондированием и бурением скважин, с определением литологического и криогенного строения, глубины сезонного оттаивания на массивах-эталонах характерных участков криолитозоны и по трассе изыскания железнодорожной Амуро-Якутской магистрали. Независимая оценка, выполненная на массивах пород различного литологического состава и генезиса, подтвердила точность метода, определенную ранее при исследованиях на массивах-эталонах.

Практическая ценность.

- научное инженерно-геокриологическое обеспечение проектно-изыскательских работ по трассе Томмот - Кердем - Нижний Вестях (ОАО «Проекттрансстрой», Москва);

- экспериментальное исследование характеристик прохождения ультразвуковых и радиосигналов через многолетнемерзлый грунт (ГУП Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва);

- исследования геотермических условий фунтового основания и разработка рекомендаций по устранению просадки территории Средне-колымской нефтебазы (Среднеколымская нефтебаза);

- исследование гидрогеологических условий района нефтебазы г. Ленска и разработка рекомендаций по устранению загрязнения нефтепродуктами грунтовых вод и реки Лены. Часть I (Ленская нефтебаза);

- поиск и оконтуривание зоны с повышенным содержанием нефтепродукта в фунте (Якутская нефтебаза);

- поиск и оконтурипание карстовых образований (ОАО «Нижнеленское», Якутск);

- оконтуривание таликовой зоны на площадке здания LG в Якутске (ООО «ЛГ Интернэшнл Якутск»),

Апробация раб эты. Основные результаты диссертационной работы были представлены: на Второй, Третьей и Четвертой конференциях геокриологов России (Москва, 2001, 2005, 2011); III Международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (Томск, 2002); I и II евразийских симпозиумах по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2002, 2004); Международной конференции «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения» (Пущино, 2003); Международной конференции «Криосфера нефтегазоносных провинций» (Тюмень, 2004); Международной конференции «Приоритетные направления в изучении криосферы Земли» (Пущино, 2005); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоиы» (Якутск, 2005); Международной конференции «Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений» (Тюмень, 2006); Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов» (Салехард, 2007); VII Международном симпозиуме «Проблемы инженерного мерзлотоведения» (Чита, 2007); Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения» (Тюмень, 2008); Международной конференции «Ninth Interna-

tional Conference on Permafrost» (Фербенкс, Аляска, 2008); Международном симпозиуме «Eight International Symposium on Permafrost Engineering» (Сиань, Китай, 2009).

Публикации. Материалы, использованные в диссертационной работе, отражены в 54 научных трудах. Основные положения диссертации опубликованы в 34 печатных работах, 10 из которых изданы в рецензируемых журналах и материалах международных конференций, вошедших в список ВАК, включая патент РФ на изобретение №2181918.

Личный вклад автора диссертационной работы. Исследования по теме диссертации выполнены лично автором. Основные научные результаты и научные положения, выносимые на защиту, получены и разработаны лично автором. Вклад соавторов состоит в помощи при получении первичных экспериментальных данных. Обработка, интерпретация и анализ экспериментальных данных проводились автором.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы из 167 наименований, приложений и содержит 369 стр. текста, включая 83 рис. и 18 табл.

В диссертации в основном представлены результаты исследования многолетнемерзлых пород и грунтов Центральной Якутии, выполненных автором в Институте мерзлотоведения СО РАН в течение 20052010 гг. по научно-исследовательским программам и проектам СО РАН.

Автор глубоко признателен за оказанную поддержку в проведении исследований академику В. П. Ларионову., д.т.н. М. Н. Бердичевскому, д.т.н. А. Д. Фролову., д.т.н. Р. В. Чжану, д.т.н. А. В. Омельяненко и д.т.н. В. В. Лепову.

Автор искренне благодарен за полезные замечания д.т.н. Д. М. Шес-тернёву, д.г.-м.н. В. В. Шепелеву, к.г.н. М. М. Шацу и за содействие проведению исследований к.г.н. А. Н. Фёдорову и к.т.н. С. А. Великину.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цели и основные задачи исследований, сформулированы защищаемые научные положения, отображены научная новизна и практическая ценность работы, приведены данные об апробации результатов работы.

В первой главе показана изученность проблемы, изложены естественные и технологические предпосылки, являющиеся основанием

для применения ргдиоимпедансного зондирования при изучении мно-голетнемерзлых толщ и грунтов. Представлен краткий обзор основных характеристик мерзлых толщ и фунтов, а также применения методов геофизики в криолитозоне. При этом основное внимание уделяется электроразведочным методам.

Как известно, основными параметрами мерзлых дисперсных пород, определяющими их физические свойства, являются плотность, гранулометрический состав, суммарная влажность, воздушная пористость, минерализация порового раствора, а также содержание незамерзшей воды при отрицательных температурах. Основополагающий и значительный вклад в изучение свойств мерзлых дисперсных пород внесли Н. А. Цытович, 3. А. Нерсесова, А. А. Ананян, Э. Д. Ершов, В. Г. Чеве-рев, И. Н. Вотяков, С. Е. Гречищев и др. Основные закономерности залегания и распространения повторно-жильных льдов отражены в работах П. А. Шуйского, Б. И. Втюрина, Б. Н. Достовалова, Н. Н. Романовского, К. Ф. Войтковского, В. В. Куницкого и др. Результаты изучения мерзлых толщ представлены в трудах Е. М. Катасонова, В. А. Кудрявцева, А. И. Попова, С. М. Фотиева, В. Т. Балобаева и др.

Величина отрицательных температур мерзлых пород во многих регионах криолитозоны находится вблизи границы фазового перехода воды в лед. Это дополнительно осложняет их структуру, оставляя значительную часть содержащейся в них воды в незамерзшем состоянии. Последнее обстоятельство определяющим образом влияет на электрические свойства грунтов и на параметры геоэлектрического строения мерзлых толщ.

Изучение электрических свойств мерзлых горных пород широко представлено результатами лабораторных и натурных наблюдений на постоянном токе в работах А. А. Ананяна, Б. Н. Достовалова,

A. Д. Фролова, Ю. Д. Зыкова, В. П. Добровольского, А. Н. Боголюбова,

B. С. Якупова. В меньшей степени оно представлено результатами наблюдений на переменном токе. В основном это работы В. А. Боро-винского, А. Д. Фролова, Ю. Б. Башкуева, В. В. Гурова, Т. М. Клишес, в. Я. 01ЬоеИ, N. Маепо. Из трудов перечисленных авторов известно, что удельное электрическое сопротивление (УЭС) мерзлых горных пород находится в диапазоне 100... 100 ООО Ом м. При этом величина УЭС дисперсных мерзлых пород главным образом определяется их гранулометрическим состазом, влажностью и минерализацией поровой влаги, как внутренними первичными факторами, и такими внутренними вторичными факторами, зависящими от температуры пород, как содержа-

ние и структура распределения льда и незамерзшей воды, криогенная текстура. Относительная диэлектрическая проницаемость мерзлых горных пород в диапазоне частот 10... 1000 кГц изменяется в диапазоне 5... 50 единиц.

Широкое применение при изучении мерзлых толщ и фунтов нашли электроразведочные методы геофизики. В традиционном применении это в большей степени относится к методу сопротивлений на постоянном токе и методу вызванной поляризации на инфра низких частотах переменного тока. Основополагающие работы в этой области выполнены Б. С. Эненштейном, Б. Н. Достоваловым, А. Т. Акимовым, В. С. Якуповым, В. А. Боровинским, А. М. Снегиревым, В. П. Мельниковым, Б. И. Геннадиником. Однако традиционная электроразведка на постоянном токе, применительно к изучению мерзлых грунтов, характеризуется недостаточной локализацией исследуемых объектов, сложностью обеспечения качественных заземлений в холодное время года, высокой себестоимостью и низкой производительностью.

Свободны от перечисленных недостатков методы электроразведки, использующие импульсные и переменные поля. Индукционные методы (ЗМПП, ЗСГ1Б) позволяют выделить сравнительно проводящие зоны в криогенной толще, как показано в работах Ю. А. Нима и В. В. Стогния. С повышением частоты поля значительной становится и диэлектрическая проницаемость пород, усиливающая возможности разграничения мерзлых и талых пород, выделения водоносных отложений. Особенно это относится к методу георадарной съемки покровных льдов и мерзлых грунтов, получившему развитие в работах М. И. Финкельштейна, Ю. Я. Мачерета и А. В. Омельяненко.

Из наземных высокочастотных методов электроразведки наиболее рациональным и высокоинформативным является радиомагнитотеллу-рический (РМТ) метод или радиоимпедансное зондирование. Основу его составляют измерения модуля и аргумента (фазы) поверхностного импеданса на частотах диапазона 10... 1000 кГц в поле удаленных радиостанций. Начало методу было положено на рубеже 50-60-х годов прошлого века: в радиоволновом отношении - работами А. Г. Тархова, В. К. Хмелевского и А. Д. Фролова (метод радиокип), а в магнитотеллу-рическом - трудами J. R. Wait и М. Н. Бердичевского. Метод получил развитие в работах Е. С. Седельникова и С. Г. Гордеева (СДВ-радиокип), А. В. Вешева, В. А. Егорова и М. И. Пертеля (РЭМП, РЭМЗ); Ю. Б. Башкуева и JI. X. Ангархаевой (радиоимпедансное зондирование). Дальнейшее развитие, как радиоимагнитотеллурический, метод получил

в работах В. Тегкап и А. К. Сараева. Результаты измерений радиоволнового поверхностного импеданса в различных районах криолитозоны в основном представлены трудами Б. И. Кореннова, В. О. Папиташвили, Ю. Б. Башкуева, В. П. Мельчинова, В. Н. Захаренко и автора настоящей работы.

В радиоимпедансном зондировании достоинства, присущие в целом высокочастотным методам электроразведки, сочетаются с высокой информативностью данных, точностью и простотой их получения - за счет проведения относительных измерений амплитуд составляющих поля в дальней (волновой) зоне, с повышенной глубинностью зондирования и возможностью повышения локальности измерений - за счет низкой электропроводности мерзлых горных пород.

Во второй главе рассматривается роль соотношения токов проводимости и смещения в формировании частотной зависимости поверхностного импеданса массивов мерзлых горных пород, составляющих мерзлую толщу; приводятся результаты ее численного моделирования для типовых геоэлектрических разрезов криолитозоны.

Из теории плоских волн известно, что параметры среды, на которую из верхнего полупространства падает плоская электромагнитная волна, определяют величину отношения горизонтальных взаимно-перпендикулярных компонент поля Ех и Ну на поверхности раздела. Это отношение, по аналогии с теоретической электротехникой, в геофизике и радиофизике называют поверхностным импедансом

Первое уравнен ие Максвелла для полупроводящих сред

гоШ -(тЕ + е ^ ' Л

определяет отношение токов проводимости и смещения в среде как

\LpI\oE\__ Ла _ бОЯсг \jcм^ 2ЛС££0 В

Отсюда видно, что соотношение между токами проводимости и смещения присутствует и в известных выражениях для модуля и аргумента (фазы) поверхностного импеданса однородного полупространства:

7 120л- „ 60 Лет

- ; > arg Z = q>z = 0,5 • arctg - •

<1(60Ла)2+£2 £

Численное моделирование частотной зависимости поверхностного импеданса мерзлой толщи, как горизонтально-слоистой среды с плоскопараллельными изотропными по электрическим параметрам слоями (модель Тихонова-Каньяра), проведенное в диапгзоне частот 10... 1000 кГц, показало, что ее характер определяется изменением соотношения токов проводимости и смещения в слоях с понижением частоты и увеличением толщины скин-слоя. Уменьшение отношения токов проводимости и смещения в верхнем слое двухслойной среды сопровождается осцилляцией значений частотной зависимости поверхностного импеданса, имеющей вид затухающих, с повышением частоты и уменьшением степени влияния подстилающего горизонта, гармонических колебаний. Осцилляции имеют значительную амплитуду и ярко выраженный характер в том случае, когда в нижнем слое преобладают токи проводимости, а в верхнем слое - токи смещения.

Характер частотной зависимости модуля и аргумента поверхностного импеданса слоистой мерзлой толщи, представленной горизонтом мерзлых коренных пород (МКП) в основании и перекрывающими горизонтами мерзлых дисперсных отложений (МДО) и сезонноталого слоя (СТС), более нагляден в расширенном диапазоне частот от 0,1 до 100 000 кГц (рис. 1).

Для модуля поверхностного импеданса характер частотной зависимости с понижением частоты выражается сначала переходом от высокочастотной асимптоты, положение которой определяется относительной диэлектрической проницаемостью верхнего слоя мерзлых либо талых дисперсных отложений, к среднечастотной асимптотической линии, положение и наклон которой зависят от мощности и проводимости дисперсных отложений. С дальнейшим понижением частоты происходит переход к низкочастотной асимптотической линии, положение и угол наклона которой определяются проводимостью мерзлых коренных

И. Ом

100

'100

-20

0.1

10 ТОО 1000 ШОО 100000

0.1

10 100 1000 10000 100000

1, кГц

Г, кГц

Рис. 1. Частотные зависимости модуля и фазы поверхностного импеданса мерзлой толщи - трехслойной зимой (штриховая линия) и четырехслойной летом (сплошная линия).

Мощности горизонтов: СТС - 1 м, МДО - 20 м, МКГТ - 100 м. Для сравнения пунктирными линиями показаны соответствующие кривые для однородного полупространства с УЭС, характерными для основных горизонтов мерзлой толщи: СТС - 100, МДО - 10 ООО, МКП - 1000 Ом м.

пород. Частотная зависимость аргумента поверхностного импеданса характеризует соотношения: на высоких частотах - диэлектрических проницаемостей талых и мерзлых дисперсных отложений; на средних и низких частотах - проводимостей слоев дисперсных отложений, прово-димостей мерзлых дисперсных и коренных пород.

По результатам численного моделирования за опорный горизонт в диапазоне частот 10... 1000 кГц приняты мерзлые коренные породы, а вариации частотной зависимости поверхностного импеданса отнесены к изменению параметров дисперсных отложений. Проводимость МКП имеет определяющее значение для величины поверхностного импеданса мерзлой толщи на низких и средних частотах диапазона. С повышением частоты влияние УЭС МКП в области частот 300...500 кГц для \2\

и около 1000 кГц для (р, уменьшается.

Наличие горизонта МДО, перекрывающего опорный горизонт МКП, приводит к увеличению модуля и аргумента поверхностного импеданса. Для частот, на которых преобладают токи проводимости, приращение модуля поверхностного импеданса возрастает пропорционально как

увеличению мощности МДО И2, так и росту частоты /, образуя тем

самым среднечастотную асимптотику. В этом случае приращение моду-

ля импеданса не зависит от изменений удельного электрического сопротивления МДО и МКП, если выполняется условие рг » ръ, и может быть представлено как

Приращение фазы поверхностного импеданса, при преобладании токов проводимости, также пропорционально мощности МДО и частоте, но, кроме того, в отличие от модуля импеданса, зависит от изменения соотношения удельных электрических сопротивлений МДО и МКП. При преобладании токов смещения зависимость изменений импеданса от мощности МДО, проводимостей обоих горизонтов и частоты становится нелинейной.

Наличие сезонноталого слоя и увеличение его продольной проводимости уменьшают амплитуду осцилляции частотной зависимости поверхностного импеданса, появляющейся при преобладании токов смещения в МДО. Наличие СТС приводит к уменьшению модуля импеданса, определяемому, при преобладании токов проводимости в МКП, линейной зависимостью от продольной проводимэсти СТС и УЭС МКП, по формуле:

Для области частот, в которых доминируют токи смещения, линейная зависимость -А|2| определяется в большей степени произведением

продольной проводимости СТС на мощность МДО и в меньшей степени отношением удельных электрических сопротивлений МДО и МКП. СТС частично компенсирует влияние слоя МДО с УЭС много большим, чем УЭС МКП, причем по фазе импеданса компенсация происходит на более низких частотах, чем по его модулю. Компенсация по модулю поверхностного импеданса получается полной для частот, на которых в опорном горизонте преобладают токи проводимости, при выполнении условия равенства продольной проводимости СТС отношению мощности МДО к УЭС МКП.

Промежуточный плохопроводящий слой (ППС) в мерзлой толще представлен высокольдистым горизонтом с УЭС много большим, чем

(1)

~~ ^ стс ~ 1'54я"' /' Р\ .

(2)

УЭС вмещающих их мерзлых дисперсных отложений. Наличие на малой глубине (2 м) плохопроводящего высокольдистого горизонта мощностью Юме УЭС=10 ООО Ом м приводит: к максимальному увеличению модуля импеданса до 77% зимой на высоких частотах (1000 кГц) и на 29% летом на средних частотах (330 кГц); к максимальному дополнительному сдвигу фазы на 8° зимой на средних частотах и на 4° летом на низких частотах. Влияние неглубокозалегающего плохопроводящего слоя малой мощности более значительно на модуль импеданса, а влияние глубже залегающего плохопроводящего слоя большой мощности значительнее сказывается на фазе импеданса.

Наличие промежуточного тонкого проводящего слоя (ТПС), в зависимости от его проводимости, мощности и глубины залегания, может в значительной степени повлиять на величину поверхностного импеданса криолитозоны во всем рассматриваемом диапазоне частот (рис. 2).

Влияние ТПС наиболее велико на высоких частотах и приводит, в результате значительного различия соотношения токов проводимости и

Т. кГц I кГц

Рис. 2. Частотная зависимость поверхностного импеданса мерзлой толщи с тонким проводящим слоем на различной глубине.

_-/^=1,2, 19 м; pi = 100, 1000, 3000, 1000 Ом м; £,.=10.

----= 1, 2,2, 17 м; = 100, 1000, 2, 3000, 1000 Ом м; £, =10.

....- /г,-=1,2, 17,2м; = 100, 1000,3000,20, 1000 Омм; ^=10.

смещения в нем и в перекрывающих его породах, к осцилляции частотной зависимости поверхностного импеданса. В диапазоне частот 10... 1000 кГц проявлениями осцилляции являются повышенная крутизна наклона кривой модуля поверхностного импеданса и повышенные значения его аргумента (фазы). Помимо искажений, вносимых ТПС в частотные кривые импеданса, возможен эффект Э1:ранирования нижележащих горизонтов. В этом случае влияние ТПС можно оценивать как влияние подмерзлотного горизонта.

Таким образом, показано развитие теоретических основ ра-дноимпедансного зондирования применительно к его использованию для изучения массивов горных пород криолитозоны, по результатам численного моделирования частотной зависимости поверхностного импеданса от параметров залегания основных горизонтов криолитозоны и тонких промежуточных слоев (первое защищаемое положение).

В третьей главе обосновывается и подтверждается экспериментально возможность типизации и разграничения многолетнемерзлых массивов и грунтов различного строения и состава по величине и частотной зависимости модуля и аргумента поверхностного импеданса, эффективному электрическому сопротивлению и глубинности зондирования (толщине скин-слоя).

Региональные работы в Центральной Якутии показали, что различие типов дисперсных отложений и среднегодовых температур в ее восточной и западной областях проявляется в различии данных радиоимпе-дансного зондирования. В результате статистической обработки отмечено существенное отличие средних и модальных значений модуля и фазы поверхностного импеданса, эффективного электрического сопротивления и толщины скин-слоя, определенных для западной и восточной областей.

Данные описательной статистики и гистограммы эффективных параметров, относящихся к восточной области (рис. 3), показывают, что с понижением частоты растет разнообразие или изменчивость значений всех параметров, что отчасти подтверждается и ростом значений дисперсии фазы и толщины скин-слоя. Отмечаются средние значения фазы поверхностного импеданса 47° и толщины скин-слоя 91 м.

По данным описательной статистики и гистограммам значений параметров, полученных в западной области (рис. 4), тенденция к увеличению изменчивости значений просматривается в меньшей степени и только для толщины скин-слоя в ДВ и СДВ диапазэнах, что подтверж-

оШ-Ц

1:0*=

Модуль импеданса, Ом

жМ.

Фаза импеданса, град

1=22,3 кГц

Толщина скин-слоя, м

Ж.

Модуль импеданса. Ом

Фаза импеданса, град

Толщина скин-слоя, м

Рис. 3. Распределения значений эффективных параметров поверхностного импеданса мерзлых толгц с преимущественно аллювиальными дисперсными отложениями (по 339 точкам радиоимпедансного зондирования в восточной области).

Модуль импеданса. Ом

20-

т 10

0ш

Фаза импеданса, град

(=22,3 кГц

Л.

.ш

!П

20 40 Модуль импеданса Ом

10 20 30 40 50 60 70 Фаза импеданса, град

Я 12

5 10

□СЬ

Г=549 кГц

ПпПП

10 15 20 25 30 35 Толщина скин-опоя, м

Рис. 4. Распределения значений эффективных параметров поверхностного импеданса мерзлых толщ с преимущественно делювиальными дисперсными отложениями (по 120 точкам радиоимпедансного зондирования в западной области).

дается и ростом дисперсии значений толщины скин-слоя с понижением частоты от 171 до 22,3 кГц. В западной области увеличение изменчивости значений модуля и фазы импеданса с понижением частоты не наблюдается. Здесь повышенное среднее значение фазы поверхностного импеданса (61°) и малая средняя толщина скин-слоя (35 м) указывают на наличие тонкого проводящего слоя в мерзлой толще, а также на распространенность этого явления в западной области.

Как показали результаты численного моделирования, по характеру фазовых частотных кривых поверхностного импеданса можно судить о типе геоэлектрического разреза мерзлой толщи. Для того чтобы составить представление о типе ГЭР по данным измерений аргумента импеданса, разработаны критерии оценки фазовых кривых. При этом учитывались форма и положение участков фазовых кривых относительно частотной оси. С использованием разработанных критериев при обработке многочисленных данных радиоимпедансных зондирований в Центральной Якутии получены нижеследующие обобщенные сведения.

1. Здесь наиболее распространены четырехслойные геоэлектрические разрезы типа КН (рх < р2 > ръ < р4), представляющие более

40% пунктов зондирования.

2. Для разрезов типа КН третий слой с пониженным значением УЭС (ТПС) находится в основном на глубине более 20 м в области развития аллювиальных отложений (46% от ГЭР типа КН) и на глубине менее Юм в области развития делювиальных отложений (45% от ГЭР типа КН).

По результатам интерпретации многочисленных радиоимпедансных зондирований на участках в Центральной Якутии установлено, что эффект наличия тонкого проводящего слоя в многолетнемерзлой толще широко распространен в данном регионе. К тонким проводящим слоям, в первую очередь, относятся засоленные фунты и криопэги, а также надмерзлотные и межмерзлотные водоносные талики. Однако, согласно проведенным исследованиям, по распространенности тонкие проводящие слои более представлены тонкодисперсными глинистыми и суглинистыми отложениями. При малых отрицательных температурах, близких к 0° С, они находятся в талом или пластично-мерзлом состоянии и сохраняют пониженное значение УЭС. Протяженность тонких проводящих слоев, представленных тонкодисперсными глинистыми и суглинистыми отложениями, может быть весьма значительной. Максимальная протяженность такого тонкого проводящего слоя, прослеженная нами по результатам радиоимпедансного зондирования, составила

32 км. Некоторая часть тонких проводящих слоев может быть представлена отложениями аллювиалъно-болотного и органического происхождения, содержащими значительное количество незамерзшей воды.

Тонкие проводящие слои в многолетнемерзлых фунтах, с учетом факторов, определяющих низкое значение УЭС, по отношению к представляющим их отложениям, разделены на следующие типы: темпера-турно-влажностные (надмерзлотные и межмерзлотные талики, водоносные слои); минерализованные (засоленные отложения и криопэги); тем-пературно-гранулометрические (тонкодисперсные глинистые и суглинистые отложения); органогенные (илы, торф и отложения с растительными остатками). Глубина залегания обнаруженных тонких проводящих слоев, в зависимости от геокриологических и геологических условий, находится в диапазоне от долей и единиц метра - для засоленных отложений, надмерзлотных таликов и криопэгов; до единиц и десятков метров - для тонкодисперсных отложений, а их мощность - от десятых долей до единиц метра. Значение УЭС тонких проводящих слоев находится в пределах от единиц Ом м - для засоленных отложений и криопэгов до десятков Ом м - для таликов и тонкодисперсных отложений.

Наличие в горизонте мерзлых дисперсных отложений сильнольдистого слоя или подземного льда приводит к дополнительному увеличению его УЭС и модуля поверхностного импеданса. Экспериментальные данные подтверждают наличие линейной зависимости приращения модуля импеданса от мощности слоя с высоким УЭС, отмеченной при численном моделировании. Увеличение мощности льда в фунте от 3 до 9 м приводит к увеличению модуля импеданса от 27 до 73% на СДВ, от 50 до 81% на ДВ и от 50 до 90% на СВ.

В результате экспериментальных исследований, проведенных на суглинистых фунтах ледового комплекса, установлено, что определенное в результате радиоимпедансного экспресс-зондирования электрическое сопротивление нижнего слоя имеет сильную корреляционную связь с величиной естественной влажности мерзлых суглинков и еще более сильную корреляционную связь с их объемным весом. Для сопоставления были взяты значения электрического сопротивления, полученные в результате радиоимпедансного экспресс-зондирования на частотах 549 и 171 кГц, и усредненные по разрезу для пунктов зондирования значения естественной влажности и объемного веса грунта (получены Якутской поисково-съемочной экспедицией в результате анализа проб керна пробуренных скважин). Применение линейной модели при сопоставле-

нии электрического сопротивления нижнего слоя с результатами анализа проб мерзлых суглинков привело к следующему результату:

- для естественной влажности получен коэффициент корреляции 0,79 и коэффициент детерминации 63%;

- для объемного веса получен коэффициент корреляции, превышающий 0,9, и коэффициент детерминации выше 90%;

- высокие показатели корреляционной связи позволили получить уравнения линейной регрессии для оценки данных параметров.

С 2008 г. на экспериментальной открытой площадке в окрестности Якутска производятся еженедельные измерения эффективного сопротивления грунтов радиоимпедансным зондированием, сопровождающиеся измерениями температуры грунтов. Дисперсные грунты на площадке до глубины 30 м представлены песками с массивной криотексгурой, переслаивающимися глиной и суглинками. Глубже залегают алевриты с прослоями песчаника, песка и глины. Температура грунтов измеряется в скважине с помощью термогирлянды на термисторах от устья и до 4 м по глубине с интервалом 0,25 м.

По динамике периодических колебаний температуры грунтов полупериоду охлаждения грунтов соответствует временной отрезок август -февраль и лолупериоду их растепления - март - июль (рис. 5, а), а по интенсивным изменениям эффективного сопротивления, соответственно, октябрь - декабрь и март - июнь (рис. 5, б). При зтом в полупериоде охлаждения выделяются зоны некоторой стабилизации эффективного сопротивления по завершению промерзания СТС в декабре с последующим возрастанием в январе - феврале. В полупериоде растепления по некоторой стабилизации значений эффективного сопротивления в июле - октябре, с небольшим трендом на увеличение, выделяется зона, в которой увеличение температуры грунтов не привэдит к понижению УЭС. Объясняется это уменьшением глубины зондирования в результате растепления грунтов и соответствующего возрастания вклада подстилающих мерзлых дисперсных отложений, имеющих высокое УЭС.

Выделение на температурно-временных графиках (рис. 5, а) узловых точек с примерно одинаковой температурой фунтов на разных глубинах позволило предположить, что на ограниченное: время, определяемое окрестностью узловых точек, мерзлые фунты на данном пункте представляют собой примерно однородный по температуре, а следовательно, и по электрическому сопротивлению, массиз. Взяв результаты измерений эффективного сопротивления в подобные отрезки времени, отмеченные различными температурами фунта, получим температур-

ную зависимость его электрического сопротивления, по которой понижение температуры грунтов от -5° до -8° С привело к увеличению эффективного сопротивления более чем в 4 раза.

VI VII VIII IX

2 2

о .10000

8 юоо

о о

о 100

; О ; -■- 171 кГц

"Л -»-549 кГц

\ \

< : % ; ■ I" _ ■

I I '

«Г 1

' ; / : Т : .

Охлаждение! Растепление

Охлаждение

'Л*

Растепление

I I I I I I I I I I I м 1 1 1 1 I I I I I 1 I I I I I ) I I I м 1 I I ( I I I I I I I I I I

XIX» I II III IV V VI VIIVIII IX X XI XII I II III IV V VI VIIVIIIIX X

Рис. 5. Сезонные изменения температуры грунтов на различной глубине (а) и их эффективного сопротивления (б) в период с ноября 2008 до ноября 2010 гг.

Сезонные изменения средних значений эффективного электрического сопротивления многолетнемерзлых грунтов коррелируют и с изменениями среднегодовых значений температуры воздуха по данным

метеонаблюдений в этом же году. Например, на открытой площадке повышению среднегодовой температуры воздуха на 17% соответствует понижение среднего за год эффективного сопротивления грунтов на частоте 171 кГц на 18%, а повышению среднегодовой температуры воздуха на 1% - понижение среднего эффективного сопротивления также на 1%.

Значительные сезонные изменения температуры грунтов происходят на глубине 3 м и более. Эти изменения отмечаются в узком диапазоне температур от 0 до -5° С (рис. 5, а). Учитывая, что данный диапазон совпадает с температурной зоной перехода фунтов из талого состояния в мерзлое, следует ожидать значительных изменений их удельного электрического сопротивления и на глубинах, превышающих на первые метры максимальную мощность СТС.

На этом основании представляется необходимым выделить в геоэлектрическом разрезе мерзлой толщи переходный слой многолетне-мерзлых дисперсных отложений, отчасти соответствующий понятиям переходного слоя как «верхнего слоя вечной мерзлоты», по В. К. Яновскому, и промежуточного слоя сингенетических мерзлых отложений мощностью 1-2 м, по Ю. Л. Шуру. Переходный ге о: ■ л с ктр ич е с к и й слой многолетнемерзлых дисперсных отложений имеет сезонно переменные градиенты изменения температуры и УЭС по глубин2, и в этом он соответствует второму слою геоэлектрического разреза мерзлой толщи, по Б.А. Боровинскому. Но, кроме того, переходный гео:лектрический слой имеет сезонно изменяющиеся значения мощности. Залегая ниже СТС, он отличается многолетнемерзлым состоянием и более высокими значениями УЭС. Величина мощности переходного слоя находится в диапазоне 1 - 20 м, а его УЭС - в диапазоне 102 - 105 Ом м. Соответственно значения его продольной проводимости могут находиться в диапазоне от 0,01 до 200 мСм. Например, по результатам радисимпедансного зондирования на экспериментальной площадке в лесу значение продольной проводимости переходного слоя увеличилось от 0,4 мСм - в мае до 2,5 мСм - в октябре. Переходный многолетнемерзлый слой залегает в верхней части мерзлой толщи. Образуется он в результате продвижения с поверхности в глубину фронтов повышения или понижения температуры грунтов. Изменение продольной проводимости фунтов переходного слоя в период растепления происходит более динамично, чем у сезонноталого слоя, за счет большего изменения его мощности. Например, в период растепления грунта с 11.05.07 по 31.07.07 продольная

проводимость СТС увеличилась в 3 раза, а продольная проводимость переходного слоя в 5 раз.

В целом, содержание третьей главы обосновывает и доказывает второе защищаемое положение, утверждающее, что массивы пород и грунтов криолитозоны, находящиеся в различных геокриологических условиях и обладающие разными параметрами геокриогенного строения, имеют значительное отличие по величине и частотной зависимости компонент поверхностного импеданса в диапазоне 10... 1000 кГц, наблюдаемое экспериментально в натурных условиях.

В четвертой главе приведены разработанные методики профилирования, экспресс-зондирования и частотного зондирования по измерениям модуля и аргумента поверхностного импеданса в диапазоне частот 10... 1000 кГц на основе выбранных интерпретационных моделей массивов мерзлых пород и отмеченных особенностей частотной зависимости их поверхностного импеданса.

Построение интерпретационных слоистых моделей основано на том, что частотная зависимость поверхностного импеданса мерзлой толщи с тонким проводящим слоем в диапазоне частот 10'3...Ю6 кГц характеризуется более или менее ярко выраженной осцилляцией значений модуля и аргумента импеданса вокруг соответствующих значений для однородного полупространства с электрическими параметрами одного из слоев. Осцилляции вызваны наложением полей и появляются тогда, когда в одном из контактирующих слоев преобладают токи смещения, а в другом - токи проводимости. Для обнаружения тонкого проводящего слоя либо тонкого плохопроводящего слоя по частотной зависимости поверхностного импеданса за основу приняты осцилляционные двухслойные модели с различной степенью индуктивности.

Слабо-индуктивная двухслойная модель ( р, « р2) характеризуется формами частотных зависимостей модуля и аргумента поверхностного импеданса, вызванными преобладанием токов проводимости в верхнем слое с мощностью малой, по сравнению с толщиной скин-слоя, и преобладанием токов смещения в нижнем слое (рис. 6). В природе модель соответствует горизонту многолетнемерзлых дисперсных отложений (МДО) мощностью до сотни метров, имеющему высокое УЭС, перекрытому сезонноталым слоем (СТС) с много меньшим УЭС. Слабоиндуктивная модель приемлема в диапазоне средних и высоких частот (>300 кГц), для которых толщина скин-слоя не превосходит мощности дисперсных отложений.

1Е-3 0.01 0.1

1 10 100 1 000 10000 юоооо Частота, кГц

0.1

1 10 100 1000 10000 100000 частота кГц

Рис. 6. Частотные зависимости модуля и аргумента (фазы) поверхностного импеданса.

1 - слабо-индуктивная модель {р, = 50 Ом ■ м; И, = I м; р2= Ю 000 Ом • м);

2 - однородное полупространство с р- 10 000 Ом • м;

3 - однородное полупространство с р = 50 Ом • м.

Сильно-индуктивная двухслойная модель (рх » рг) характеризуется формами кривых модуля и аргумента поверхностного импеданса, представляющими собой малоамплитудные вступления с большим периодом, которые затем на высоких частотах переходят в ярко выраженные осцилляции значений вокруг кривых, соответствующих верхнему слою (рис. 7). Модель соответствует наличию под мошной толщей вы-сокоомных МДО гораздо более проводящего подстилающего горизонта. В зависимости от частоты проводящий горизонт может быть представлен одним из следующих. Для низких частот рабочего диапазона - это горизонт мерзлых коренных пород (МКП) с малым УЭС. Для средних и высоких частот - это может быть мощный межмерзлотный талый, водоносный, глинистый, суглинистый или засоленный горизонт в дисперсных отложениях. Сильно-индуктивная модель может применяться во всем диапазоне частот: при мощности верхнего илохопроводящего слоя >20 м на частотах < 300 кГц, а при мощности верхнего слоя <20 м на частотах >300 кГц.

Следующим приближением к распространенным типам реальных мерзлых толщ являются трех-шестислойные модели, в основе которых лежат рассмотренные выше двухслойные осцилляционные модели.

Рис. 7. Частотные зависимости модуля и аргумента (фазы) поверхностного импеданса:

1 - сильно-индуктивная модель (р/ = 10 ООО Ом • м; /г/ = 1 м; р2= 50 Ом ■ м);

2 - однородное полупространство с р= 10 ООО Ом ■ м;

3 - однородное полупространство с р= 50 Ом • м.

Трехслойная модель включает двухслойную сильно-индуктивную модель с добавлением сверху тонкого проводящего слоя мощностью 0,5 - 2,0 м и УЭС, равным 20 - 100 Ом м. Эта модель представляет основной горизонт МКП, перекрытый горизонтом МДО с сезонноталым поверхностным слоем. Добавление СТС уменьшает амплитуду осцилляции, вызванную доминированием токов разного типа в МДО и МКП (кривые 1 на рис. 8).

Рис. 8. Частотные зависимости модуля и аргумента поверхностного импеданса:

1 - трехслойная модель, 2 - четырехслойная, 3 - пятислойная, 4 - шести-слойная модель.

Четырехсложная модель соответствует мерзлой толще, в подошву рыхлых отложений которой внедрен тонкий проводящий слой (ТПС). В данном случае ТПС может быть представлен криогенной корой выветривания либо тонкодисперсными отложениями. Внедрение ТПС приводит к увеличению амплитуды осцилляции модуля и аргумента поверхностного импеданса (кривые 2 на рис. 8).

Пятислойная модель образуется внедрением ТПС в МДО трехслойной модели. Это соответствует наличию тонкодисперсных отложений, водоносного слоя или криопэга в МДО. Внедрение проводящего слоя на глубине меньшей, чем та, на которой находится горизонт МКП, приводит к значительному увеличению амплитуды и периода осцилляции модуля и аргумента поверхностного импеданса на средних частотах (кривые 3 на рис. 8).

Шестислойная модель представляет мерзлую толщу с МДО, содержащей двухъярусные ТПС (талики, криопэги). Для нге характерно сложение осцилляций, приводящее к существенным фазовым сдвигам в диапазоне низких и средних частот (кривые 4 на рис.:$).

Для изучения массивов пород и фунтов криолигозоны по измерениям радиоволнового поверхностного импеданса предлагается комплексная интерпретация данных радиоимпедансного профилирования (РИП), радиоимпедансного экспресс-зондирования (РИЭЗ) и частотного радиоимпедансного зондирования (РИЗ).

Особенностью радиоимпедансного профилирования на многолет-немерзлых грунтах является возможность экспресс-оценки эффективного УЭС горизонта мерзлых дисперсных отложений по модулю поверхностного импеданса. В экспресс-оценке применяется метод снятия расчетным путем слоев, перекрывающих и подстилающих исследуемый горизонт. Для данных измерений, полученных в теплое время года, снятие слоев производится в следующей последовательности: сначала устраняется влияние на величину импеданса сезонногалого слоя, затем влияние мерзлых скальных пород с использованием зависимостей, приведенных во второй главе. По полученной величине импеданса мерзлых рыхлых отложений определяется их эффективное электрическое сопротивление. Устранение влияния изменений проводимости СТС и МСП значительно облегчает выделение аномалий электрического сопротивления МДО, вызванных наличием проводящих либо плохо проводящих неоднородностей.

В радиоимпедансном профилировании измерениями на одной частоте регистрируется изменение по профилю следующих параметров:

эффективное (кажущееся) сопротивление; эффективная толщина скин-слоя; эффективный электромагнитный параметр; эффективное электромагнитное сопротивление. Последний параметр - эффективное электромагнитное сопротивление используется с учетом низкой проводимости мерзлых пород и представляет собой произведение обратных величин проводимости и диэлектрической проницаемости на частоте, для которой существенно влияние токов смещения. Электромагнитное сопротивление можно представить как отношение эффективного сопротивления к эффективной диэлектрической проницаемости

Гэф ~

р,ф

■Зф

0.000891^| / • Бт2(р • Со$1(р

(3)

Для оперативного получения приближенных оценок разреза толщи многолетнемерзлых грунтов предлагается радиоимпедансное экспресс-зондирование (РИЭЗ) в двух реализациях: по модулю импеданса - РИЭЗ (М) и по его фазе - РИЭЗ (Ф).

В РИЭЗ (М) по данным измерений модуля импеданса на двух частотах с использованием сильно-индуктивной двухслойной модели рассчитываются УЭС нижнего слоя и глубина его залегания по следующим формулам:

Рниж

18-Ю9

/.л

(4)

6,67-107

А\б\ -

I I ичи

[р„и:А-]А - Л)

^верх

1,34-Ю5

А/

(5)

где /| - высокая частота, кГц; f2 - низкая частота, кГц; Д/ - разность частот и /2; | и |<5| - модули приведенного поверхностного импеданса, измеренные на частотах и f1; Д|<5| - разность значений , измеренных на двух частотах. Приведенные формулы

позволяют автоматизировать приближенную интерпретацию данных РИЭЗ (М) и получить результат в режиме реального времени.

В РИЭЗ (Ф) используются данные измерений аргумента (фазы) поверхностного импеданса на двух частотах. В результате радиоимпе-дансных зондирований на ледовом комплексе установлено, что увеличение льдистости отложений приводит к значителЕ.ному изменению разности фаз импедансов, измеренных на высокой и низкой частотах. Разность фаз увеличивается с появлением подземного льда и почти линейно растет с увеличением его мощности. Эта особенность послужила основой для упрощенной интерпретации данных фазовых измерений поверхностного импеданса. Подобная интерпретация фазовых данных позволяет провести экспресс-определение типа геоэлектрического разреза на пункте и выделить расположение льдистых зон и повторно-жильных льдов.

Для интерпретации данных частотного радиоимпедансного зондирования (РИЗ) массивов мерзлых пород и фунтов предлагается следующая методика. Сначала данные измерений модуля и фазы поверхностного импеданса обрабатываются по экспресс-методикам. Тем самым приближенно определяются по модулю - эффективное УЭС МРО, наличие ТПС, УЭС и глубина залегания проводящего слоя, а по фазе -тип геоэлектрического разреза. Затем с учетом априорных сведений производится совместная интерпретация частотных зависимостей модуля и аргумента поверхностного импеданса по измерениям на всех уверенно принимавшихся частотах. Совместная интерпретация частотных зависимостей модуля и аргумента поверхностного импеданса по измеренным данным производится в диалоговом режиме на компьютере с помощью пакета прикладных профамм «Импеданс», разработанного Л. X. Ангархаевой в БНЦ СО РАН. Для применения пакета предлагается методика, использующая рекуррентный принцип и включающая три этапа. На первом этапе интерпретация в первом приближении проводится по выбранному, с учетом результатов РИЭЗ и априорных сведений, гипотетическому разрезу, начиная с двухслойных моделей. При этом определяются мощность и УЭС верхнего слоя. На втором и третьем этапах производится уточнение восстанавливаемого разреза добавлением тонких проводящих и плохопроводящих слоев с использованием трех-шестислойных интерпретационных моделей.

Таким образом, предполагаемая численным моделированием и установленная экспериментальными натурным и исследованиями

дифференцированность частотной зависимости поверхностного импеданса мерзлых дисперсных отложений различного строения позволила разработать интерпретационные модели и методики ра-диоимпедансного зондирования криолитозоны (третье защищаемое положение).

В пятой главе показаны разработанные специализированные методики для решения ряда основных задач геофизической съемки в крио-литозоне с оценкой параметров залегания элементов массива пород.

Обнаружение и оконтуривание талых и засоленных зон включает их поиск радиоимпедансным профилированием по исследуемой площади, последующим РИЭЗ (М) с ориентировочной оценкой их мощности (глубины залегания) и окончательным РИЗ с восстановлением геоэлектрических разрезов по профилям. На основе полученной серии пересекающих исследуемую площадь геоэлектрических разрезов с результатами РИЗ по профилям (рис. 9) с помощью компьютерной интерполяции по изменению УЭС определяется распространение талых и засоленных зон по площадным срезам на различной глубине (рис. 10) или в объеме (3-Э формат).

Расстояние по профилю, м

Талым зонам соответствуют значения УЭС меньше 100 Ом м

Насыпной мелкий песок - талый Песок мелкий твердомерзлый

ШШ Песок лылеватый - талый, текучо-пластичный : Песок средний твердомерзлый В39Щ Песок пылевватый - талый, насыщенный водой (плывун)

Супесь твердомерзлая _ Песок лылеватый твердомерзлый

Рис. 9. Вертикальный геоэлектрический разрез, полученный в результате радиоимпедансных зондирований по профилю 21-15 на строительной площадке проектируемого здания филиала компании ЬО в Якутске.

Из совместного рассмотрения распределения УЭС по площади на различных глубинах (рис. 10) можно заметить, чтс надмерзлотные талики с погружением по глубине до 6 м заметно уменьшаются по площади. С дальнейшим погружением до 9 м проявляется значительный межмерзлотный талик в углу площадки.

Для радиоимпедансного зондирования на стадии рабочих чертежей рекомендуется использовать незаземленную (емксстную) симметричную приемную линию минимальных размеров (длина плеча 5 м) и методику площадного экспресс-зондирования. Точки зондирования рекомендуется располагать равномерно по сетке 5 х 5 м ориентируя приемную линию по пеленгу.

УЭС, Ом м : 700 200 100 50 -50

е.. rzüsssia®®

Рис. 10. Горизонтальные срезы распределения УЭС фунта в плане на различной глубине.

Талым грунтам соответствует УЭС меньше 100 Ом м.

При радиоимпедансных зондированиях на эксплуатационной стадии рекомендуется использовать емкостную приемную линию минимального размера для измерений вблизи (по периметру) зданий и инженерных сооружений. При измерениях под зданиями или инженерными сооружениями на свайном фундаменте в качестве несимметричной емкостной приемной линии, вводящейся снаружи, предлагается использо-

вать изолированную стальную ленту. Магнитная (рамочная) антенна при этом помещается в начале приемной линии, т.е. снаружи объекта.

Обнаружение и оконтуривание водоносных горизонтов состоит из проведения на первом этапе РИЭЗ (М) с приближенной оценкой глубины их залегания, на втором - РИЗ по профилям, секущим исследуемую площадь с уточнением глубины залегания, а на третьем - определение распространения оцениваемых параметров по площади. В задачу первого этапа решения поставленной задачи входит обнаружение водоносного горизонта и приближенная оценка глубины его залегания, в задачу второго этапа - определение геоэлектрического строения территории на основе построения геоэлектрических разрезов (ГЭР). Прослеживание изменения параметров ГЭР по площади на третьем этапе позволяет: оконтурить по площади сплошные и прерывистые мерзлые зоны; определить глубину залегания промежуточной талой или водоносной зоны; определить УЭС мерзлого чехла и промежуточной талой или водоносной зоны; оценить потенциальную водообильность.

Картирование сильнольдистых грунтов и повторно-жильных льдов производится в результате проведения РИЭЗ (Ф) по исследуемой площади с минимальными размерами линии приема горизонтальной электрической составляющей поля. Компьютерная интерполяция позволяет оперативно получить карту распространения сильнольдистых грунтов и повторно-жильных льдов (рис. 11). В дальнейшем для оценки глубины залегания и мощности льдистых образований и ледяных тел используется четырехслойная интерпретационная модель. Модель представлена следующими горизонтами: сезонноталый слой; мерзлые дисперсные отложения, высокольдистые отложения; подстилающие мерзлые дисперсные отложения и коренные породы. Результаты интерпретации данных радиоимпедансного зондирования на ледовом комплексе с использованием четырехслойной интерпретационной модели хорошо согласуются с разрезом по скважинам, пробуренным в тех же пунктах.

Картирование четвертичных отложений и геоморфологических уровней с помощью радиоимпедансных зондирований (РИЗ) основывается на значительном различии эффективных сопротивлений и геоэлектрических разрезов для определенных типов, возрастов и литологи-ческих составов отложений. Значительное различие по эффективному сопротивлению для различных типов многолетнемерзлых грунтов было обнаружено по проектируемой трассе АЯМ на стыке двух геоморфоло-

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

метры

грунт | ледогрунт |

лед

14 16 18 20 22 24

Разность фаз импеданса, град

X 9 - пункт бурения и мощность вскрытого бурением льда или ледогрунта (метры)

Рис. 11. Карта расположения ледогрунтов и повторно-жильных льдов в плане по результатам площадного РИЭЗ (Ф) на участке ледового комплекса (693 км АЯМ).

гических уровней - Абалахской равнины и Тюнгюлюнской террасы (рис. 12). Существующее различие по электрическому сопротивлению позволяет эффективно картировать и разграничивать подобные грунты и геоморфологические уровни.

Обнаружение и оконтуривание зон углеводородного загрязнения в мерзлых грунтах начинается с выполнения РИП с измерением эффективных значений сопротивления и диэлектрической проницаемости по площади исследуемого объекта. Затем следует проведение РИЭЗ (М) и РИЗ с анализом полученных данных о геоэлектрических разрезах и просмотр изменения глубины залегания и мощности выделяемых зон. По высоким значениям УЭС выделяются зоны грунта, загрязненные углеводородами в недавнее время, а по низким значениям УЭС - зоны мерзлого грунта, преобразованного углеводородами с течением времени, и талые зоны, по которым возможна фильтрация фунтовых вод. Поскольку образование скоплений нефтепродукта в ловушках возможно на участках затрудненной фильтрации подземных вод, то при анализе принимаются во внимание данные интерпретации о геоэлектрических разрезах, соответствующих наличию криогенных водоупоров и возмож-

100

Ё а>

-е-■е

сп

732 733 734 735 736 737 Расстояние по АЯМ, км

Суглинки и супеси, перекрытые песками Пески Прослои суглинков и супесей

Абалачская равнина Тюжюлюнская терраса

Рис. 12. Изменение эффективных сопротивлений на частотах 171 и 549 кГц по профилю для разных типов многолетнемерзлых грунтов.

Распространение определенных типов грунтов приведено по данным бурения.

ности наличия барражного эффекта. Далее перспективные на скопление нефтепродуктов участки тестируются на соответствие данным определений диэлектрической проницаемости и электрического сопротивления. Последующая компьютерная интерполяция позволяет определить распределение по площади объекта значений глубины проникновения углеводородного загрязнения, конфигурацию мерзлотных водоупоров и пути фильтрации грунтовых вод, транспортирующих углеводородное загрязнение к близлежащим водоемам.

В главе показано, что разработанные методики интерпретации данных, основанные на особенностях частотной зависимости радиоволнового поверхностного импеданса криолитозоны, позволяют:

- устанавливать границы массивов мерзлых пород и грунтов по результатам радиоимпедансного профилирования и экспресс-зондирования - в плане, а по результатам частотного радиоимпе-дансного зондирования - в разрезе;

- определять параметры распространения и залегания талых, водоносных, высокольдистых отложении и подземных льдов (четвертое защищаемое положение).

В шестой главе рассматриваются разработанные методики мониторинга состояния массивов мерзлых пород и грунтов криолитозоны ра-диоимпедансным зондированием. Радиоимпедансный мониторинг предлагается осуществить приближенно экспресс-зондированием либо более точно частотным зондированием.

Радиоимпедансный мониторинг экспресс-зондированием (РИМЭЗ) позволяет проводить мониторинг фильтрации подземных вод через отсыпку инженерных сооружений, таких как дамба или земляное полотно железной дороги в криолитозоне. Мониторинг позволяет по наличию проводящего слоя обнаружить появление зон фильтрации и оценить глубину их залегания.

Для мониторинга изменений, происходящих в сильнольдистых образованиях под техногенным и климатическим воздействием, в период строительства и эксплуатации сооружений предлагается заглубление приемной линии импедансметра вблизи сооружения или под ним. Это позволяет получить данные для мониторинга состояния грунтов основания и после строительства инженерного сооружения или здания, сохранив местоположение приемной линии и условия емкостного контакта с фунтом.

Изменения модуля поверхностного импеданса показывают лишь уменьшение эффективного электрического сопротивления фунта при оттаивании какой-либо части фунта, в пределах толщины скин-слоя, и его увеличение при промерзании. Изменения фазы поверхностного импеданса показывают изменения типа геоэлектрического разреза и могут служить индикатором образования талого слоя в многолетнемерзлом фунте. Поэтому для оперативного мониторинга мерзлотного состояния фунтов необходимо использовать прослеживание изменений фазы поверхностного импеданса.

Изменения фазы импеданса на различных частотах предлагается проследить по разности значений фазы поверхностного импеданса, измеренных на высокой и низкой частотах. Этот параметр чутко реагирует на изменение мощности сезонноталого слоя, а также на образование талых зон в мерзлом грунте.

Мониторинг радиоимпедансным зондированием (РИМЗ) позволяет проследить и количественно оценить развитие таких процессов в многолетнемерзлом дисперсном грунте, как образование и изменение раз-

меров талых зон к: зон фильтрации, изменение плотности и льдистости отложений, изменение температуры отложений. Два последних процесса прослеживаются с учетом лабораторного анализа керна и данных температурных измерений по опорным скважинам. С помощью РИМЗ развитие процессов, являющихся предметом мониторинга, может быть прослежено не только по площади, но и по глубине. Таким образом, результат может быть представлен в трехмерном варианте.

Для оперативного мониторинга по площади изменения талых зон рекомендуется использовать методику картирования по эффективному сопротивлению, а изменения льдистости грунтов - по разности фаз им-педансов в СВ и Д В(СДВ) диапазонах радиоволн.

Для мониторинга с получением количественных оценок состояния грунта рекомендуется использовать методику интерпретации радиоим-педансного зондирования сильнольдистых грунтов с определением мощности и УЭС сильнольдистого образования, с последующей оценкой плотности, естественной влажности и объемной льдистости фунта по уравнениям регрессии, полученным на основе использования данных лабораторного анализа проб грунта.

Таким образом, предложено обоснование использования ра-диоимпедансного зондирования в комплексе с другими методами, для проведении геокриологического мониторинга изменения состояния, строения и свойств мерзлых грунтов основания зданий и сооружений, являющееся пятым защищаемым положением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных работ позволили разработать технологию исследования массивов многолетнемерзлых пород и фунтов измерениями поверхностного импеданса в радиоволновом диапазоне, включающую интерпретационные модели, методики получения, обработки и интерпретации данных профилирования и зондирования.

Основные результаты, полученные в итоге исследований, выполненных в Центральной Якутии, сводятся к следующему:

1. Частотная зависимость поверхностного импеданса мерзлых толщ здесь во многом определяется наличием в мерзлой толще промежуточных тонких проводящих и плохопроводящих слоев, значительно отличающихся по проЕ.одимости от вмещающих пород основной толщи и существенно изменяющих соотношение токов проводимости и смещения в рабочем диагазоне частот 10... 1000 кГц.

2. Тонкие проводящие слои (Р =0,1-50 Ом м; Ь=0,1-5 м) представлены в мерзлой толще талыми, водоносными, засоленными отложениями, криопэгами и эпикриогенными тонкодисперсными отложениями с малой отрицательной температурой. Степень влияния подобных тонких проводящих слоев на частотную зависимость модуля и аргумента поверхностного импеданса определяется величиной их продольной проводимости.

3. Тонкие плохопроводящие слои (/7=5000-100000 Ом м;

Ь=1-10 м) представлены сильнольдистыми и очень сильнольдистыми фунтами (грунтами ледового комплекса), относящимися к синкриоген-ным тонкодисперсным отложениям. Степень их влияния определяется поперечным сопротивлением слоя.

4. Поверхностный импеданс мерзлых толщ во многом определяется строением и электрическими свойствами дисперсных отложений. В зависимости от геологического и геокриологического строения мерзлых дисперсных фунтов, оттаивания или промерзания деятельного слоя для них наблюдается весь спектр электромагнитных соотношений - от преобладания токов проводимости до преобладания токов смещения.

5. В зависимости от соотношения токов проводимости и смещения частотные кривые модуля и аргумента достаточно дифференцированы для основных типов геоэлектрических разрезов мерзлых толщ и отражают наличие в них как проводящих талых, так и плохопроводящих высокольдистых зон.

6. В Центральной Якутии, где максимальная глубина радиоимпе-дансного зондирования в большей части не превышает мощности мерзлой толщи, наиболее распространены четырехслойные геоэлектрические разрезы типа КН (р, < р2 > р3 <р4), представляющие более

40% пунктов зондирования.

7. Региональное распространение здесь имеет эффект наличия в мерзлых дисперсных отложениях тонкого проводящего слоя, залегающего глубже в аллювиальных отложениях и ближе к поверхности - в делювиальных.

8. Сезонные вариации поверхностного импеданса мерзлых толщ отражают изменение продольной проводимости слоя годовых колебаний температуры в целом.

9. В геоэлектрическом разрезе мерзлых толщ по сезонно изменяющейся продольной проводимости выделяется переходный многолетне-мерзлый слой дисперсных отложений. Для песчанистых фунтов сезон-

ные изменения продольной проводимости данного слоя более значительны, чем изменения продольной проводимости сезонноталого слоя.

10. Разработанные методики радиоимпедансного профилирования и радиоимпедансного экспресс-зондирования позволяют картировать следующие объекты в мерзлых дисперсных отложениях: талые, обводненные и засоленные :юны, криопэги; высокольдистые горизонты; повторно-жильные льды; типы мерзлых фунтов и фаницы распространения мерзлых дисперсных грунтов определенного геоморфологического уровня.

11. Разработан лая методика комплексной интерпретации данных радиоимпедансногс зондирования позволяет определить следующие параметры элементов строения мерзлых толщ: глубина залегания и мощность таликов, водоносных и водонасыщенных горизонтов, засоленных отложений и криопэгов; глубина залегания кровли многолетней мерзлоты; мощность мерзлых дисперсных отложений; мощность мерзлой толщи на отдельных участках; глубина залегания и мощность высокольдистых отложений и подземных льдов; параметры залегания мерзлых разнотипных грунтов. В этом качестве радиоимпедансное зондирование может использоваться как метод исследования мерзлых толщ при геокриологической съемке.

12. Разработанная методика радиоимпедансного мониторинга позволяет контролировать состояние мерзлых грунтов в основании зданий и инженерных сооружений.

Совокупность полученных результатов в диссертационной работе позволяет их квалифицировать как решение крупной научно-технической пробле мы научного обоснования и разработки технологии изучения массивов пород и фунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием, обеспечивающее повышение эффективности инженерно-геокриологических исследований и предупреждение геотехногенных чрезвычайных ситуаций при строительстве и эксплуатации зданий и инженерных сооружений в криолитозоне.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Ефремов ВН., Дедкжина Н.Д., Шасткевич Ю.Г. Толщина активной части подстилающей мерзлой толщи в СДВ-ДВ диапазонах. Распространение радиоволн километрового диапазона / Под ред. М.И. Белоглазова. - Апатиты 1987 -С. 82-84.

2. Ефремов В.Н. Определение параметров подстилающей среды в высоких широтах на основе импедансных измерений // Распространение километровых и более длинных радиоволн: Тезисы докладов. - Омск, 1990.

3. Ефремов В.Н. О влиянии тонких водонасыщенных слоев в мерзлой толще на локальный поверхностный импеданс // XVI Всесоюзная конференция по распространению радиоволн: Тезисы докладов - Харьков, 1990. - Ч. 1. - С. 297-298.

4. Ефремов В.Н. Опыт картирования неоднородностей в горных породах радиоволновыми методами на Куранахском рудном поле // Ресурсосберегающие технологии при открытой отработке полезных ископаемых Севера. - Якутск, 1990.-С. 73-75.

5. Ефремов В.Н., Дедюкина Н.Д. Возможности метода поверхностного импеданса для изучения мерзлых горных пород в массиве // Ресурсосберегающие технологии при открытой отработке полезных ископаемых Севера. - Якутск, 1990.-С. 73-75.

6. Ефремов В.Н. Поверхностный импеданс криолитозоны на радиочастотах // Геофизические исследования в Якутии. - Якутск: Изд-во Якутского госуниверситета, 1995. - С. 70-80.

7. Ефремов В.Н., Пуц В.М., Федоров A.A. Площадное радиоимпедансное экспресс-зондирование таликов и криопэгов // Материалы Второй конференции геокриологов России. Том 3. Региональная и историческая геокриология. - М.: Изд-во Московского госуниверситета, 2001. - С. 115-120.

8. Ефремов В.Н., Дедюкина Н.Д. Поиск тонких проводящих слоев в много-летнемерзлых грунтах для выполнения заземлений // Труды I Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. - Якутск, 2002. - Часть IV. - С. 200-205.

9. Ефремов В.Н., Федоров A.A. Возможности площадного контроля засоленности многолетнемерзлых грунтов радиоимпедансным зондированием // 111 Международный симпозиум «Контроль и реабилитация окружающей среды»: Материалы докладов, - Томск, 2002. - С. 102-103.

10. Ефремов В.Н., Кобылин В.П. Патент Российской Федерации на изобретение № 2181918. Способ выполнения заземления в многолетнемерзлых грунтах // Изобретения. Полезные модели. Официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам. - М.: ФИПС, 2002. -№ 12, ч. II.-С. 325.

11. Ефремов В.Н. Электрические характеристики грунтов Центральной Якутии в поле радиоволн // Итоги геокриологических исследований в Якутии в XX веке. Перспективы дальнейшего развития / Под ред. В.В. Шепелева. -Якутск, 2003.-С. 150-167.

12. Ефремов В.Н. Некоторые результаты радиоимпедансных зондирований грунтов Центральной Якутии // Материалы международной конференции «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения» (Пущино, 26-28 мая 2003 г.). -М.: ЗАО «ОЛИТА», 2003. - С. 212-213.

13. Ефремов В.Н., Пермяков П.П., Старостин Ю.С. Ненарушающий площадной контроль, мониторинг и прогноз динамики засоления и рассоления мно-голетнемерзлых груктов // Материалы международной конференции «Криосфе-ра Земли как среда жизнеобеспечения» (Пущино, 26-28 мая 2003 г.). - М.: ЗАО «ОЛИТА», 2003. - С 108-109.

14. Ефремов В.Н. Возможности использования особенностей геоэлектрического строения мерзлых грунтов для рационального выполнения заземлений // Труды II Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Часть II. Проблемы развития энергетики, транспорта энергоресурсов и нефтегазового комплекса холодных регионов. -Якутск, 2004.-С. 175-178.

15. Ефремов В.Н. Мониторинг мощности деятельного слоя радиоимпеданс-ным зондированием Ч Международная конференция «Приоритетные направления в изучении криооферы Земли»: Тезисы. 25-28 мая 2005 г. - Пущино, 2005. -С. 134-135.

16. Ефремов В.Н. Результаты радиоимпедансного зондирования мерзлых земных покровов в аспекте возможностей применения для мерзлотных исследований // Материалы Третьей конференции геокриологов России. МГУ им. М.В. Ломоносова, 1-3 июня 2005 г.- М.: Изд-во Московского университета, 2005.-Том 3. - С. 305-312.

17. Ефремов В.И., Дедюкина Н.Д. Поиск и оконтуривание зон углеводородного загрязнения мерзлых грунтов // Криосфера Земли. - 2005. - Т. IX, № 1.-С. 42-48.

18. Ефремов В.Н., Дедюкина Н.Д. Исследование и контроль параметров многолетнемерзлого грунта радиоимпедансным зондированием // Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны: Труды Международной научно-практической конференции (г. Якутск, 14-17 июля 2005 г.). - Якутск, 2005. - Т. 2. - С. 31-37.

19. Ефремов В.Н. Раздел 3.2.7. Применение метода радиоимпедансного зондирования для изучения изменений грунтовых условий на участках вырубки леса // «Спасская падь»: комплексные исследования мерзлотных ландшафтов / Под ред. M.IC. Гавриловой, П.Я. Константинова, М.М. Шаца. - Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2006. -- С. 117-123.

20. Ефремов В.Н. О возможности использования тонких проводящих слоев в многолетнемерзлом грунте для рационального выполнения заземлений // Элекгрические станции. - 2006. - № 1. - С. 62-64.

21. Ефремов В.Н Исследование грунтов ледового комплекса при изысканиях трасс и инженерто-геокриологическом мониторинге основания линейных сооружений радиоимпедансным зондированием // Материалы международной конференции «Теории и практика оценки состояния криосферы земли и прогноз ее изменений».- Тюмень, 2006. - Том И. - С. 96-99.

22. Ефремов В.Н. Радиоимпедансное зондирование мерзлых земных покровов // Наука и образование. - 2006. - Т. 44, № 4. - С. 83-88.

23. Ефремов В.Н. О приближенной оценке основных физических свойств мерзлого грунта в режиме реального времени при радиоимпедансном экспресс-зондировании // Материалы международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов». - Салехард, 2007. - Том II. - С. 311-313.

24. Ефремов В.Н. Оперативная оценка объемной льдистости мерзлого грунта радиоимпедаленым экспресс-зондированием // Материалы VII Международного симпозиума «Проблемы инженерного мерзлотоведения». - Чита, 2007. -С. 195-200.

25. Ефремов В.Н. Теоретические и экспериментальные аспекты интерпретации результатов радиоимпедансного зондирования мерзлых толщ Н Наука и образование. - 2007. - № 4 (48). - С. 97-103.

26. Ефремов В.Н. Радиоволновой мониторинг сезонного протаивания и промерзания деятельного слоя многолетнемерзлого грунта // Матер, междунар. конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения». - Тюмень, 2008.-С. 179-182.

27. Ефремов В.Н. Некоторые результаты исследования поверхностного импеданса мерзлых толщ в радиоволновом диапазоне // Наука и образование. - 2008. - № 4 (52). - С. 68-72.

28. Efremov V.N. 2008. Seasonal Variations of Sureface Radiowave Impedance of Frozen Ground. Proceedings of the Ninth International Conference on Permafrost 1, Alaska, Fairbanks 2: 409-414.

29. Vladimir N. Efremov. 2009. Mapping and Monitoring the Condition of Ice-rich Frozen Ground by Radiowave Impedance Sounding. Proceedings of the Eight International Symposium on Permafrost Engineering, China, Xian. 331334.

30. Vladimir N. Efremov, Rudolf V. Zhang. 2009. Monitoring of Frozen Fundation Soils by Surface Radiowave Impedance Measurements. Proceedings of the Eight International Symposium on Permafrost Engineering, China, Xian. 304-306.

31. Ефремов В.Н. Картирование и мониторинг состояния сильнольдистых грунтов радиоимпедансным зондированием // Наука и образование. - 2009. - № 4 (56). - С. 81-85.

32. Ефремов В.Н., Невольских С.Г., Евсеев Б.А., Колеватов А.С. Комплексное применение геофизических методов для картирования сильнольдистых грунтов и повторно-жильных льдов // Инженерные изыскания. - 2009. -№11.-С. 52-55.

33. Ефремов В.Н. Температурная зависимость сезонных изменений электрического сопротивления многолетнемерзлых грунтов // Наука и образование.-2011.-№ 1 (61).-С. 50-54.

34. Ефремов В.Н. Температурная зависимость сезонных изменений электрического сопротивления многолетнемерзлого грунта // Материалы Четвертой конференции геокриологов России. МГУ им. М.В. Ломоносова, 7-9 июня 2011 г.- М.: Университетская книга, 2011.-Том 1. -С. 188-191.

Владимир Николаевич Ефремов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Редактор Н. А. Устюжина. Компьютерная верстка выполнена Н. А. Устюжиной.

Подписано в печать 12.07.2011. Формат 63x84 1/16. Гарнитура «Тайме». Бумага писчая № 1. Усл. печ. л. 2,3. Уч.-изд. л. 2,5. Тираж 100 экз. Заказ № 28.

Издательство и типография Института мерзлотоведения СО РАН. 677010, г. Якутск, ул. Мерзлотная, 36, ИМЗ СО РАН.

Содержание диссертации, доктора технических наук, Ефремов, Владимир Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗУЧЕНИЯ МАССИВОВ ПОРОД И ГРУНТОВ КРИОЛИТОЗОНЫ РАДИ ОИ М Г1ЕДАНСНЫ М ЗОНДИРОВАНИЕМ

1.1. Современные представления о характеристиках массивов мерзлых горных пород и подземных льдов

1.1.1. Мерзлые горные породы и подземные льды

1.1.2. Электрические свойства мерзлых горных пород и льда

1.1.3. Массивы пород и грунты мерзлых толщ

1.1.4. Мерзлые коренные породы

1.1.5. Мерзлые дисперсные отложения

1.1.6. Деятельный слой мерзлых дисперсных отложений

1.1.7. Геоэлектрические разрезы мерзлых толщ

1.2. Наземные геофизические методы в исследовании массивов мерзлых горных пород и грунтов

1.2.1. Магниторазведка

1.2.2. Сейсморазведка

1.2.3. Электроразведка на постоянном токе

1.2.4. Электроразведка на переменном токе

1.2.5. Высокочастотные методы электроразведки

1.3. Метод радиокип и его модификации РЭМП и РМТ

1.3.1. История развития метода

1.3.2. Теоретические основы метода

1.3.3. Техника измерений и методика обработки данных

1.3.4. Применение метода для изучения многолетнемерзлых пород

1.3.5. Предварительные результаты исследования поверхностного импеданса мерзлых толщ

1.3.6. Априорные преимущества и потенциальные возможности метода для изучения массивов пород и грунтов криолитозоны

Выводы по 1 главе

Глава 2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО ИМПЕДАНСА

ТОЛЩ И МАССИВОВ ПОРОД КРИОЛИТОЗОНЫ

2.1. Частотная зависимость поверхностного импеданса мерзлых толщ

2.1.1. Методика численного моделирования частотной зависимости поверхностного импеданса мерзлых толщ

2.1.2. Роль соотношения токов проводимости и смещения

2.1.3. Характеристика частотной зависимости поверхностного импеданса мерзлой толщи и определяющих ее факторов

2.2. Влияние на частотную зависимость поверхностного импеданса параметров основных горизонтов мерзлой толщи и их изменения

2.2.1. Опорный горизонт мерзлых коренных пород и горизонты мерзлых и талых дисперсных отложений

2.2.2. Продольная проводимость сезонноталого слоя

2.2.3. Проводимости опорного горизонта мерзлых коренных пород

2.2.4. Влияние подмерзлотного горизонта коренных пород

2.2.5. Критическая глубина залегания подмерзлотного горизонта

2.3. Влияние на частотную зависимость поверхностного импеданса мерзлой толщи тонких промежуточных слоев

2.3.1. Плохопроводящий слой

2.3.2. Тонкий проводящий слой

Выводы по 2 главе

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ИМПЕДАНСА МАССИВОВ ПОРОД И ГРУНТОВ КРИОЛИТОЗОНЫ

3.1. Частотная зависимость поверхностного импеданса мерзлых толщ

3.1.1. Основные факторы влияния мерзлых горных пород на частотную зависимость поверхностного импеданса

3.1.2. Методика радиоимпедансного зондирования мерзлых толщ при региональных исследованиях

3.1.3. Результаты региональных исследований поверхностного импеданса мерзлых толщ в Центральной Якутии

3.2. Геоэлектрический разрез мерзлых толщ Центральной Якутии

3.3. Влияние основных горизонтов мерзлой толщи на величину поверхностного импеданса

3.4. Тонкий проводящий слой в мерзлой толще

3.5. Влияние мощности подземного льда и степени льдистости дисперсных отложений на поверхностный импеданс

3.6. Сезонные изменения поверхностного импеданса мерзлых толщ

3.7. Температурная зависимость эффективного электрического сопротивления мерзлых грунтов 196 Выводы по 3 главе

Глава 4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПОВЕРХНОСТНОГО ИМПЕДАНСА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МАССИВОВ ПОРОД И ГРУНТОВ КРИОЛИТОЗОНЫ

4.1. Основные интерпретационные модели мерзлых толщ

4.2. Дополнительные интерпретационные модели с тонкими проводящими слоями

4.3. Модель с учетом сезонного оттаивания - промерзания грунта

4.4. Модель грунтов с ледяными включениями

4.5. Обобщенная модель геоэлектрического строения мерзлой толщи

4.6. Особенности аппаратуры и техники измерений

4.7. Методика радиоимпедансного профилирования (РИП)

4.8. Методика радиоимпедансного экспресс-зондирования (РИЭЗ)

4.9. Методика комплексной интерпретации данных радиоимпедансного зондирования (РИЗ)

Выводы по 4 главе

Глава 5. ИЗУЧЕНИЕ МАССИВОВ МЕРЗЛЫХ ПОРОД И ГРУНТОВ

РАДИОИМПЕДАНСНЫМ ЗОНДИРОВАНИЕМ

5.1. Обнаружение и оконтуривание талых и засоленных зон

5.2. Обнаружение и оконтуривание водоносных горизонтов

5.3. Картирование сильнольдистых грунтов и повторно-жильных льдов

5.4. Картирование четвертичных отложений и геоморфологических уровней

5.5. Обнаружение и оконтуривание зон углеводородного загрязнения

5.6. Оценка эффективности и относительной погрешности радиоимпедансного профилирования и зондирования

Выводы по 5 главе

Глава 6. РАДИОИМПЕДАНСНЫЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ

МЕРЗЛЫХ ДИСПЕРСНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ГРУНТОВ

6.1. Сезонные вариации поверхностного импеданса на лесной и открытой площадках

6.2. Сезонные вариации продольной проводимости слоя годовых колебаний температуры грунта

6.3. Оценка и мониторинг изменения мощности сезонноталого и сезонномерзлого слоев

6.4. Мониторинг состояния мерзлых грунтов вблизи инженерных сооружений и в основании зданий

Выводы по 6 главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Научное обоснование и разработка технологии изучения массивов пород и грунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием"

Актуальность работы. В массивах пород и грунтах криолитозоны содержание льда и незамерзшей воды, определяющее их физические свойства в пространстве и во времени, находится в динамически равновесном состоянии, параметры которого изменяются, в первом случае — под влиянием естественных изменений природной среды, во втором случае — под техногенным воздействия сооружения на природную среду. Изменение параметров динамического равновесия, а, следовательно, и криогенного состояния, наиболее эффективно регистрируется в натурных условиях электроразведочными методами геофизики.

РЭМЗ). В последние годы, с развитием метода в России и за рубежом, он получил еще одно название — радиомагнитотеллурический (РМТ). Нами, при изучении данным методом пород и грунтов криолитозоны, применяется термин, характеризующий область частот и измеряемые параметры -радиоимпедансное зондирование (РИЗ).

В отличии от других высокочастотных методов электроразведки, радиоимпедансное зондирование при изучении массивов пород и грунтов криолитозоны имеет такие преимущества, как глубинность, достаточная для их изучения при любых параметрах разреза, и возможность применения коротких приемных линий при зондировании высокольдистых отложений, за счет повышенных значений горизонтальной электрической составляющей поля над ними.

В настоящее время, в связи с глобальным изменением климата, участились случаи деформации зданий и сооружений, построенных на мерзлых грунтах. Поэтому особое внимание придается мониторингу основания сооружений в криолитозоне. Для выявления причин, вызвавших деформации, как правило, используются весьма дорогостоящие горнопроходческие работы, поскольку традиционные геофизические методы в этом случае малоэффективны. Наличие разработанной технологии радиоимпедансного зондирования грунтов основания сооружений позволит сократить расходы и повысить информативность сведений для принятия рациональных решений по выводу зданий и сооружений из аварийных ситуаций. Однако потенциальные возможности применения радиоимпедансного зондирования при изучении массивов пород и грунтов криолитозоны не реализуются из-за отсутствия научного обоснования и разработки эффективной технологии его применения.

Диссертационная работа решает крупную научно-техническую проблему - повышение эффективности геокриологических исследований и предупреждения геотехногенных чрезвычайных ситуаций при изысканиях, строительстве и эксплуатации зданий и инженерных сооружений в криолитозоне, для чего в работе предложены научно обоснованные технологические решения применения радиоимпедансного зондирования.

1. Государственные научно-исследовательские программы и проекты СО РАН.

Проект 7.10.2.6. Обеспечение надежности оснований инженерных сооружений в криолитозоне на основе совершенствования современных методов изучения мерзлых толщ (2007—2009 гг.).

2. Программы хоздоговорных работ с организациями: ОАО «Проекттрансстрой», Москва (2006-2007 гг.); ГУП Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва (2008 г.); ООО «ЛГ Интернэшнл Якутск» (2009 г.).

Объект исследований — массивы горных пород и грунтов криолитозоны Якутии.

Предмет исследований — возможности изучения мерзлых горных пород по частотной зависимости поверхностного импеданса и методические вопросы радиоимпедансного зондирования массивов пород и грунтов криолитозоны.

Основные задачи исследований:

1. Исследовать влияние строения мерзлых толщ на частотную зависимость поверхностного импеданса численным моделированием и радиоимпедансными зондированиями на характерных объектах криолитозоны.

4. Разработать и опробовать специализированные методики картирования и оценки параметров залегания мерзлых дисперсных грунтов, талых, засоленных, водоносных и высокольдистых отложений.

5. Разработать методику радиоимпедансного мониторинга состояния мерзлых грунтов основания зданий и инженерных сооружений.

Методы исследований, использованные для достижения поставленной цели и решения основных задач, включают: математическое моделирование, натурные экспериментальные исследования на массивах-эталонах пород криолитозоны, метод снятия слоев и метод регуляризации А. Н. Тихонова для интерпретации радиоимпедансного зондирования, математический аппарат геоэлектрики и основ физики распространения земных радиоволн, статистические методы обработки данных, традиционные методы построения геоэлектрических разрезов и карт.

Научные положения, выносимые на защиту:

2. Массивы горных пород и грунтов криолитозоны, находящиеся в различных геокриологических условиях и обладающие разными параметрами криогенного строения, имеют, значительное отличие по величине и по частотной зависимости модуля и аргумента поверхностного импеданса в диапазоне 10. 1000 кГц, наблюдаемое экспериментально в натурных условиях.

3. Предполагаемая численным моделированием и установленная экспериментальными натурными исследованиями дифференцированность частотной зависимости поверхностного импеданса мерзлых дисперсных отложений различного строения позволила разработать интерпретационные модели и методики радиоимпедансного зондирования криолитозоны.

4. Разработанные методики интерпретации данных, основанные на особенностях частотной зависимости радиоволнового поверхностного импеданса криолитозоны, позволяют: устанавливать границы массивов мерзлых пород и грунтов по результатам радиоимпедансного профилирования и экспресс-зондирования - в плане, а по результатам частотного радиоимпедансного зондирования - в разрезе;

Новые научные результаты.

1. В результате многочисленных радиоимпедансных зондирований на территории Центральной Якутии установлено, что талые, водоносные, засоленные отложения и криопэги либо тонкодисперсные отложения с отрицательной температурой, близкой к 0° С, создают эффект наличия тонкого проводящего слоя в геоэлектрическом разрезе мерзлой толщи при измерениях поверхностного импеданса в диапазоне 10.1000 кГц.

2. Отмечена региональная распространенность нового элемента геоэлектрического строения толщи многолетнемерзлых дисперсных грунтов Центральной Якутии — тонкого проводящего слоя, залегающего глубже в аллювиальных отложениях восточной области региона, чем в делювиальных отложениях западной области.

Практическая ценность.

Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при выполнении следующих договорных научно-исследовательских работ (в скобках указана организация, внедрившая результаты): научное инженерно-геокриологическое обеспечение проектно-изыскательских работ по трассе Томмот — Кердем — Нижний Вестях (ОАО «Проекттрансстрой», Москва); экспериментальное исследование характеристик прохождения ультразвуковых и радиосигналов через многолетнемерзлый грунт (ГУЛ Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва); исследования геотермических условий грунтового основания и разработка рекомендаций по устранению просадки территории Среднеколымской нефтебазы (Среднеколымская нефтебаза); исследование гидрогеологических условий района нефтебазы г. Ленска и разработка рекомендаций по устранению загрязнения нефтепродуктами грунтовых вод и реки Лены. Часть I (Ленская нефтебаза); поиск и оконтуривание зоны с повышенным содержанием нефтепродукта в фунте (Якутская нефтебаза); поиск и оконтуривание карстовых образований (ОАО «Нижнеленское», Якутск); оконтуривание таликовой зоны на площадке здания LG в Якутске (ООО «ЛГ Интернэшнл Якутск»).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены: на Второй, Третьей и Четвертой конференциях геокриологов России (Москва, 2001, 2005, 2011); III 1Ч/[еждународном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (Томск, 2002); I и II евразийских симпозиумах по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2002, 2004); ]Ч/1е:ждународной конференции «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения» (Пущино, 2003); Международной конференции «Криосфера нефтегазоносных провинций» (Тюмень, 2004); Международной конференции «Приоритетные направления в изучении криосферы Земли» (Пущино, 2005); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны» (Якутск, 2005); Международной конференции «Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений» (Тюмень, 2006); Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов» (Салехард, 2007); VII Международном симпозиуме «Проблемы инженерного мерзлотоведения» (Чита, 2007); Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения» (Тюмень, 2008); Международной конференции «Ninth International Conference on Permafrost» (Фербенкс, Аляска, 2008); Международном симпозиуме «Eight International Symposium on Permafrost Engineering» (Сиань, Китай, 2009).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы из

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Ефремов, Владимир Николаевич

Основные результаты исследований, выполненных в Центральной Якутии для частот диапазона 10. .1000 кГц, сводятся к следующему:

1. Частотная зависимость поверхностного импеданса мерзлых толщ данного региона во многом определяется наличием в мерзлой толще промежуточных тонких проводящих и плохопроводящих слоев, значительно отличающихся по проводимости от вмещающих пород основной толщи и существенно изменяющих соотношение токов проводимости и смещения в рабочем диапазоне частот 10. .1000 кГц.

2. Тонкие проводящие слои (р =0,1-50 Ом ■ м; 11=0,1-5 м) представлены в мерзлой толще талыми, водоносными, засоленными отложениями, криопэгами и эпикриогенными тонкодисперсными отложениями с малой отрицательной температурой. Степень влияния подобных тонких проводящих слоев на частотную зависимость модуля и аргумента поверхностного импеданса определяется величиной их продольной проводимости.

3. Тонкие плохопроводящие слои (р =5000-100000 Ом-м; 11=1-10 м) представлены сильнольдистыми и очень сильнольдистыми грунтами грунтами ледового комплекса) относящимися к синкриогенным тонкодисперсным отложениям. Степень их влияния определяется поперечным сопротивлением слоя.

4. Поверхностный импеданс мерзлых толщ во многом определяется строением и электрическими свойствами дисперсных отложений. В зависимости от геологического и геокриологического строения мерзлых дисперсных грунтов, оттаивания или промерзания деятельного слоя, для них наблюдается весь спектр электромагнитных соотношений — от преобладания токов проводимости до преобладания токов смещения.

6. В Центральной Якутии, где максимальная глубина радиоимпедансного зондирования не превышает мощности мерзлой толщи, наиболее распространены четырехслойные геоэлектрические разрезы типа КН ( рх < р2 > ръ < р4), представляющие более 40% пунктов зондирования.

7. Региональную распространенность имеет эффект наличия в мерзлом дисперсном грунте тонкого проводящего слоя, залегающего глубже в аллювиальных отложениях и ближе к поверхности — в делювиальных.

9. В геоэлектрическом разрезе мерзлых толщ по сезонно изменяющейся продольной проводимостью выделяется переходный многолетнемерзлый слой дисперсных отложений. Для песчанистых грунтов сезонные изменения продольной проводимости данного слоя более значительны, чем изменения продольной проводимости сезонноталого слоя. Соответственно значимо влияние этого слоя на поверхностный импеданс и эффективное сопротивление мерзлых толщ Центральной Якутии.

- талые, обводненные и засоленные зоны, криопэги;

- высокольдистые горизонты;

- повторно-жильные льды;

- типы мерзлых грунтов и границы распространения мерзлых дисперсных грунтов определенного геоморфологического уровня.

11. Разработанная методика комплексной интерпретации данных радиоимпедансного зондирования позволяет определить следующие параметры элементов строения мерзлых толщ: глубина залегания и мощность таликов, водоносных и водонасыщенных горизонтов, слоев высокотемпературной мерзлоты, засоленных отложений и криопэгов;

- глубина залегания кровли многолетней мерзлоты;

- мощность мерзлых дисперсных отложений;

- мощность мерзлой толщи на отдельных учасках;

- глубина залегания и мощность высокольдистых отложений и подземных льдов;

- параметры залегания мерзлых разнотипных грунтов.

12. Разработанная методика радиоимпедансного мониторинга позволяет контролировать состояние мерзлых грунтов в основании зданий и инженерных сооружений. При этом измерительная приемная линия может располагаться как вблизи, так и под зданием или инженерным сооружением.

При радиоимпедансных измерениях на мерзлых грунтах, за счет их низкой проводимости, можно уменьшить размеры электрической приемной линии, что повысит локальность зондирования. Для проведения радиоимпедансных зондирований в отсутствие приема широковещательных радиостанций ДВ-СВ диапазона предложен автономный автоматический генератор фиксированных частот электромагнитного поля.

Методика радиоимпедансного профилирования разработана для оперативного обнаружения и картирования как проводящих неоднородностей в мерзлом грунте (талики, криопэги), так и плохопроводящих (подземные льды) измерениями на одной частоте по четырем эффективным параметрам: электрическое сопротивление, толщина скин-слоя, электромагнитный параметр, электромагнитное сопротивление. Профилирование по фазе импеданса или электромагнитному параметру может проводиться непрерывно в движении, что дает дополнительные возможности при обнаружении таких локальных объектов в грунте, как повторно-жильные льды.

Методика радиоимпедансного экспресс-зондирования предназначена для оперативного получения приближенной информации об объекте поиска. Экспресс-зондирование предлагается в двух вариантах: измерение модулей либо аргументов поверхностного импеданса на двух частотах. В результате расчета с применением разработанных формул, по данным измерения модулей импеданса оцениваются электрическое сопротивление и глубина залегания проводящего объекта (талик, криопэг). По разности измеренных значений аргументов импеданса определяется тип геоэлектрического разреза, что позволяет выделить местоположение в плане таких плохопроводящих объектов как повторно-жильные льды.

Комплексная интерпретация данных радиоимпедансного зондирования по модулю фазые поверхностного импеданса на трех и более частотах представляет наибольшие возможности для исследования массивов пород и грунтов криолитозоны. Совместная интерпретация частотных зависимостей модуля и аргумента поверхностного импеданса, с учетом результатов радиоимпедансного экспресс-зондирования, дает полное представление о геоэлектрическом разрезе мерзлого грунта и оценку мощности, удельного электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости каждого выделенного слоя. Методика комплексной интерпретации данных радиоимпедансного зондирования мерзлого грунта в диалоговом режиме на компьютере основана на рекуррентном принципе и поэтапном подборе гипотетических разрезов с решением прямой задачи, начиная с простейшего разреза.

Предложенная методика радиоимпедансного мониторинга позволяет проследить развитие талых зон в основании инженерных сооружений и зданий, а также косвенно оценить изменение состояния мерзлых дисперсных отложений и их льдистости.

С помощью разработанной технологии радиоимпедансного зондирования, по отношению к массивам горных пород криолитозоны, решается фундаментальная проблема геофизической разведки — получение карты и вертикального разреза изучаемого горного массива в результате исследования физических полей.

Совокупность результатов, полученных в диссертационной работе, позволяет квалифицировать их как решение крупной научно-технической проблемы научного обоснования и разработки технологии изучения массивов пород и грунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием, которое обеспечит повышение эффективности инженерно-геокриологических исследований и предупреждение геотехногенных чрезвычайных ситуаций при строительстве и эксплуатации зданий и инженерных сооружений в криолитозоне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования поверхностного импеданса мерзлых толщ Якутии показали возможности метода радиокип и необходимость разработки технологии изучения массивов горных пород и грунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием. В основу разработки технологии радиоимпедансного зондирования массивов горных пород и грунтов криолитозоны положены результаты численного моделирования' и экспериментального исследования частотной зависимости поверхностного импеданса на. четвертичных отложениях Центральной Якутии, на исследовательских площадках с характерным геологическим и геокриологическим строением, на проблемных участках промышленных и строительных объектов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Ефремов, Владимир Николаевич, Якутск

1. Акимов А.Т. Вопросы теории и практики электроразведки мерзлых пород // Труды ПНИИС, 1971, т. 6. С. 6-76.

2. Ананян A.A. Нетермоактивная вода в тонкодисперсных горных породах. -ДАН СССР, т. 195, 1970, № 4.

3. Ананян A.A. О понижении температуры замерзания тонкодисперсных горных пород и почв // Мерзлотные исследования. Вып. 20. — М.: изд-во МГУ, 1982. С.152-156.

4. Ангархаева Л.Х. Пакет программ «Импеданс» для решения задач радиоимпедансного зондирования. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002610893. Выдано РОСПАТЕНТОМ 6 июня 2002 г.

5. Ангархаева Л.Х., Башкуев Ю.Б., Мельчинов В.П. Обратная задача для слоистой импедансной среды // Радиотехника и электроника. Т.42. №10, 1997.-С.1169-1173.

6. Андрианов П.И: Связанная вода почв и грунтов. Труды института мерзлотоведения им. В.А. Обручева, т.Ш. М.: Изд-во АН СССР, 1946.

7. Балобаев В.Т., Павлов A.B., Перлынтейн Г.З. и др. Теплофизические исследования криолитозоны Сибири. -Новосбирск: Наука, 1983.

8. Белаш В.А. Анализ эффективности зондирования методами электроразведки // Разведочная геофизика. -Вып.108. М.: Недра, 1988. - С. 82-89.

9. Бердичевский М.Н. Электрическая разведка методом магнитотеллурического профилирования. М.: Недра, 1968. - 255 с.

10. Бердичевский М.Н., Губатенко В.П., Светов Б.С. Частотная дисперсия электрических свойств макроанизотропной среды // Физика Земли. 1995. №9. С. 42-48.

11. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Магнитотеллурическое зондирование горизонтально-однородных сред. — М.: Недра, 1992. — 250 с.

12. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. -М:: Научный мир, 2009. 680 с.

13. Бердичевский М.Н., Жданов М.С. Интерпретация аномалий переменного электромагнитного поля Земли. — М.: Недра, 1981, 328 с.

14. Боголюбов А.Н., Боголюбова Н.П. Экспресс-оценка содержания незамерзшей воды в мерзлой породе по значениям удельного электрического сопротивления // Геофизические исследования криолитозоны. Научные труды. Вып. 2.-М.: 1996. С. 136-141.

15. Боровинский В. А. Электро- и сейсмометрические исследования многолетнемерзлых горных пород и ледников. М.: Наука, 1969. - 183 с.

16. Булгаков А.К., Рысаков В.М. О возможности применения электромагнитных колебаний высокой- частоты в разведочной геофизике // Проблемы дифракции и распространения волн. Вып.1 / Под ред. Макарова Г.И. Л.: 1962. С. 143-150.

17. Ваньян Л.Л., Дебабов A.C., Юдин М.Н. Интерпретация данных магнитотеллурических зондирований неоднородных сред. М.: Недра, 1984. - 198 с.

18. Варламов С.П., Скрябин П.Н., Скачков Ю.Б. Геотемпературный мониторинг грунтов долины Туймаада // Научное обеспечение решения ключевых проблем развития г. Якутска. — Якутск: ООО «Издательство Сфера», 2010. С. 97-102.

19. Васильев И.С. Пространственно-временные закономерности формирования деятельного слоя в ландшафтах Западной Якутии. — Новосибирск: Наука, 2005. 228 с.

20. Верещагин Е.М. Антенны и распространение радиоволн. — М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1964. — 240 с.

21. Вешев A.B., Егоров В.А. О методике наблюдений и интерпретации результатов изучения, полей радиовещательных станций. — Вопросы геофизики. Ученые записки ЛГУ, 1966, № 329, вып. 16. С. 172-189.

22. Вешев A.B., Ивочкин В.Г., Игнатьев Г.Ф. Электромагнитное профилирование. — JL: Недра, 1971. — 215 с.

23. Вешев A.B., Ивочкин В'.Г., Пертель М.И., Шелемеха С.Е. Аппаратура для измерения модуля и фазы импеданса в методе радиоэлектромагнитного профилирования // Геофизическая аппаратура. Вып. 49. — Л.: Недра, 1972. С. 34-38.

24. Вешев A.B., Ивочкин В.Г., Пертель М.И., Яковлев A.B. Опыт применения методов электроразведки переменным током в условиях многолетней мерзлоты // Геология и география / Вестник ЛГУ, 1971, № 6.

25. Вешев A.B., Пертель М.И. Определение электрических свойств горных пород в полевых условиях // Тезисы докладов X Всесоюзной конференции по распространению радиоволн — М., 1972. С. 22-26.

26. Вешев A.B., Яковлев A.B., Сапожников В.Г. Эквивалентные схемы и параметры приемных линий // Геофизическая аппаратура. Вып. 55. -Л.: Недра, 1974. С. 46-56.

27. Вотяков И.Н. Физико-механические свойства мерзлых и оттаивающих грунтов Якутии // Новосибирск: Наука, 1975. 176 с.

28. Втюрин Б.И. Подземные льды СССР. — М.: Наука, 1975. 215 с.

29. Гордеев С.Г. Седельников Э.С., Тархов А.Г. Электроразведка методом радиокип. -М.: Недра, 1981-. — 132 с.

30. Гуров В.В. Методика и некоторые результаты экспериментального исследования диэлектрических свойств мерзлых пород // Мерзлотные исследования. Вып. XXI. - М.: Изд-во МГУ, 1983. - С. 170-178.

31. Гюннинен Э.М., Макаров- Г.И. Поле точечного диполя над импедансной поверхностью // Проблемы дифракции и распространения волн. Вып. 5. Л.: изд-во ЛГУ, 1966. - С. 97-120.

32. Даев Д.С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин. -М.: Недра, 1974. — 192 с.

33. Дедюкина Н.Д., Ефремов В.Н., Шасткевич Ю.Г. Толщина активной части подстилающий мерзлой толщи в СДВ-СВ диапазонах // Распространение радиоволн километрового диапазона. — Апатиты: 1987.-С. 82-84.

34. Дмитриев В.И. Электромагнитные поля в неоднородных средах. — М.: изд-во МГУ, 1969.-131 с.

35. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: Связь. 1972. 336 с.

36. Достовалов Б.Н. Электрические характеристики мерзлых пород // Труды Института мерзлотоведения им. В.А. Обручева. Т. V. — М.: Изд-во АН СССР, 1947. -С. 18-35.

37. Достовалов Б.Н. Картирование подземных льдов и толщ мерзлых пород методом постоянного тока. — М.: Изд-во АН СССР, 1955. 55 с.

38. Достовалов Б.Н. Закономерности развития тетрагональных систем ледяных и грунтовых жил в дисперсных породах // Перигляциальные явления на территории СССР. -М.: Изд-во МГУ, 1960. С. 37-65.

39. Ершов Э.Д., Данилов И.Д., Чеверев Е.Г. Петрография мерзлых пород. — М.: изд-воМГУ, 1987.-311 с.

40. Ефимов Ю.Н., Якупов B.C. Диэлектрическая проницаемость мерзлых рыхлых отложений как функция температуры // Всесоюзное совещание по приземному распространению радиоволн и электромагнитной совместимости (тез. докл.). — Улан-Удэ, 1990. — С. 190-191.

41. Ефремов В.Н. О влиянии тонких водонасыщенных слоев в мерзлой толще на локальный поверхностный импеданс // XVI Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов. Часть 1. — Харьков, 1990.-С. 297-298.

42. Ефремов В.Н. Опыт картирования неоднородностей в горных породах радиоволновыми методами на Куранахском рудном поле // Ресурсосберегающие технологии при открытой отработке полезных ископаемых Севера. — Якутск, 1990. — С. 73-75:

43. Ефремов В.Н. Радиочастотное зондирование криолитозоны методом поверхностного импеданса. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Якутск, 1992. — 182 с.

44. Ефремов В.Н. Поверхностный импеданс криолитозоны на радиочастотах // Геофизические исследования в Якутии. — Якутск: Изд-во Якутского госуниверситета, 1995. С. 70-80.

45. Ефремов В.Н. Электрические характеристики грунтов Центральной Якутии в поле радиоволн // Итоги геокриологических исследований в Якутии в XX веке. Перспективы дальнейшего развития / Под ред. Шепелева В.В. Якутск: 2003. С. 150-167.

46. Ефремов В.Н. Некоторые результаты радиоимпедансных зондирований грунтов Центральной Якутии // Материалы международной конференции «Криосфера Земли как средажизнеобеспечения»(Пущино, 26-28 мая 2003 г.). М.: ЗАО «ОЛИТА»,2003. - С. 212-213.

47. Ефремов В.Н. Мониторинг мощности деятельного слоя радиоимпедансным зондированием // Международная конференция «Приоритетные направления в изучении криосферы Земли». Тезисы. 25-28 мая 2005 г. — Пущино, 2005.-С. 134-135.

48. Ефремов В.Н. О возможности использования тонких проводящих слоев в многолетнемерзлом грунте для рационального выполнения заземлений // Электрические станции. №1, 2006. - С.62-64.

49. Ефремов В.Н. Радиоимпедансное зондирование мерзлых земных покровов // Наука и образование. Т.44. №4, 2006. - С.83-88.

50. Ефремов В.Н. Оперативная оценка объемной льдистости мерзлого грунта радиоимпедансным экспресс-зондированием // Материалы VII Международного симпозиума «Проблемы инженерного мерзлотоведения». — Чита, 2007. — С.195-200.

51. Ефремов В.Н. Теоретические и экспериментальные аспекты интерпретации результатов радиоимпедансного зондирования мерзлых толщ // Наука и образование. № 4 (48), 2007. - С.97-103.

52. Ефремов В.Н. Некоторые результаты исследования поверхностного импеданса мерзлых толщ в радиоволновом диапазоне // Наука и образование. № 4 (52), 2008. - С.68-72.

53. Ефремов В.Н. Картирование и мониторинг состояния сильнольдистых грунтов радиоимпедансным зондированием // Наука и образование. № 4(56), 2009.-С. 81-86.

54. Ефремов В.Н. Температурная зависимость сезонных изменений электрического сопротивления многолетнемерзлых грунтов // Наука и образование. 2011. - № 1 (61). - С. 50-54.

55. Ефремов В.Н., Дедюкина Н.Д. Возможности метода поверхностного импеданса для изучения мерзлых горных пород в массиве // Ресурсосберегающие технологии при открытой отработке полезных ископаемых Севера. — Якутск, 1990. — С. 73-75.

56. Ефремов В.Н., Дедюкина Н.Д. Поиск и оконтуривание зон углеводородного загрязнения мерзлых грунтов // Криосфера Земли. — Том IX. № 1, 2005.-С. 42-48.

57. Ефремов В.Н., Дедюкина Н.Д., Шасткевич Ю.С. Толщина активной части подстилающей мерзлой толщи в СДВ-ДВ диапазонах. Распространение радиоволн километрового диапазона / Под ред. Белоглазова М.И. Апатиты: 1987. С. 82-84.

58. Ефремов В.Н., Кобылин В.П. Патент Российской Федерации на изобретение № 2181918. Способ выполнения заземления в многолетнемерзлых грунтах» // Изобретения. Полезные модели. Официальный бюллетень

59. Российского агенства по патентам и товарным знакам. — 2002 г. № 12, ч. П.-М.:ФИПС.-С. 325. .

60. Ефремов В.Н., Невольских С.Г., Евсеев Б.А., Колеватов A.C. Комплексное применение геофизических методов для картирования сильнольдистых грунтов и повторно-жильных льдов // Инженерные изыскания. № 11, 2009. - С.52-55.

61. Ефремов В:Н., Омельяненко A.B. Применение комплекса георадар-РЭМЗ для определения параметров мерзлых рыхлых отложений // Распространение километровых и более длинных радиоволн. Тезисы докладов. Омск, 1990.

62. Ефремов В.Н., Федоров A.A. Возможности площадного контроля засоленности многолетнемерзлых грунтов радиоимпедансным зондированием // III Международный симпозиум «Контроль и реабилитация окружающей среды». Материалы докладов. — Томск, 2002.-С. 102-103.

63. Ефремов В.Н., Шасткевич Ю.Г., Якупов B.C. Импеданс мерзлых толщ с тонким проводящим слоем // Распространение километровых и более длинных радиоволн. Тезисы докладов. — Хабаровск: 1983. С. 53-54.

64. Захаренко В.Н., Попов Л.Н., Выцлан И.А. и др. Электропроводность подстилающей поверхности в зоне высоких широт // Геомагнетизм и аэрономия. 1989. - Т. 29, № 2. - С. 347-349.

65. Захаренко В.Н., Попов Л.Н., Кабанов М.В. и др. Об анамалиях электропроводности подстилающей поверхности земли в зоне высоких широт // ДАН СССР. 1990. - Т. 314, № 5. - С. 1092-1095.

66. Захаренко В.Н., Краковецкий Ю.К., Попов Л.П. Результаты работ методом РЭМЗ в центральной части Таймырского полуострова // XVI семинар по распространению километровых и более длинных радиоволн: Тез. докл. Томск, 1991. - С. 78.

67. Зыков Ю.Д. Геофизические методы исследования криолитозоны. — М.: Изд-во МГУ, 1999.-243 с.

68. Иванов М.С. Криогенное строение четвертичных отложений Лено-Алданской впадины. Новосибирск: Наука, 1984. — 126 с.

69. Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты. ВСН 84-89. М.: Министерство транспортного строительства СССР, 1990. — 271 с.

70. Институт горного дела Севера. «Импеданс-2М» прибор для радиоволнового зондирования горных пород // Выставка научного приборостроения «Сибирский прибор — 87». Аннотированный каталог. — Новосибирск: наука, 1988.-С. 210.

71. Карелин В.И. Удельное электрическое сопротивление вечномерзлых грунтов Якутии // Проблемы строительства в Якутской АССР. — Якутск, 1974. С. 179-182.

72. Катасонов Е.М. Типы мерзлых толщ и рпоблемы криолитологии // Геокриологические и гидрогеологические исследования Сибири. -Якутск: Якутское книжное изд-во, 1972. — С. 5-16.

73. Кашпровский В.Е., Кореннов Б.И. Особенности распространения радиоволн в зонах многолетнемерзлых горных пород // Электросвязь. №5, 1967. - С. 32-36

74. Клишес Т.М., Трепов Г.В. Электрофизические характеристики мерзлых пород в диапазоне 10-120 МГц // Региональная разведочная и промысловая геофизика. № 19. ОНТИ ВИЭМС. М.: Недра, 1977. - С. 23-33.

75. Клишес Т.М., Трепов Г.В. Измерение электрических характеристик мерзлых и талых пород в диапазоне частот 10-120 МГц // Экспресс-информация. Региональная, разведочная и промысловая геофизика. — М.: ВИЭМС,1980.-№4.-С.12-21.

76. Новосибирск: Наука, 1977. 108 с. Мерзлотоведение / Под ред. проф. В.А. Кудрявцева. - М.: изд-во Моск. ун-та,1981.-240 с.

77. Мясковский О.М. Применение метода в наземном и воздушном вариантах на орошаемых территориях // Геофизические методы при гидромелиоративных исследованиях на орошаемых территориях. — М., ОНТИ ВИЭМС, 1970, № 9. С. 27-31.

78. Некрасов И.А. Региональное распространение многолетнемерзлых пород // Мерзлотно-гидрогеологические условия Восточной Сибири / Под ред.I

79. П.И. Мельникова. Новосибирск: Наука, 1974. - 191 С. 46-58.

80. Нерсесова З.А. О таянии льда в грунтах при отрицательных температурах / ДАН СССР, 1951, т. 79, № 3. С. 507-508.

81. Нерсесова З.А., Цитович H.A. Незамерзшая вода в мерзлых грунтах // Доклады на Международной конференции по мерзлотоведению. М.: изд-во АН СССР, 1963.

82. Нефедьева Ю.А., Мотенко Р.Г., Зыков Ю.Д. Роль трансформации нефтяного загрязнения в формировании акустических, электрических и теплофизических свойств промерзающих грунтов // Криосфера Земли. 2008. - Т. XII. - №4. - С. 36-42.I

83. Ним Ю.А., Омельяненко A.B., Стогний В.В. Импульсная электроразведка криолитозоны. Новосибирск: Изд. ОИГГМ СО РАН, 1994. - 188 с.

84. Новиков В.В. Распространение радиоволн над слоистой трассой // Проблемы , дифракции и распространения волн. Вып. 1. — Д.: изд-во ЛГУ, 1962.1. С.116-132.

85. Общее мерзлотоведение / Под ред. П.И. Мельникова, Н.И. Толстихина. -Новосибирск: Наука, 1974.— 291 с.

86. Омельяненко A.B., Федорова JI.JI. Георадиолокационные исследования < многолетнемерзлых пород. — Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2006. 136с.

87. Павлов A.B. Теплообмен почвы с атмосферой в северных и умеренных широтах территории СССР. Якутск: Кн. изд-во, 1975. 304 с.

88. Павлов A.B., Перлыптейн Г.З., Типенко Г.С. Актуальные аспекты моделирования и прогноза термического состояния криолитозоны вусловиях меняющегося климата // Криосфера Земли. — 2010. — Т. XIV. -№ 1. — С. 3-12.

89. Новосибирск: Наука, 1977. Руководство по радиоволновым методам скважинной и шахтной геофизики /

90. Светов Б.С., Сидельникова Т.А., Скугаревская O.A. Использование импедансных частотных зондирований для изучения многослойного геоэлектрического разреза // Разведочная геофизика Вып. 73. - М.: Недра, 1976.-С. 74-86.

91. Светов Б.С., Сидельникова Т.А. Амплитудно-фазовый способ интерпретации результатов метода частотных зондирований // // Разведочная геофизика Вып. 75. - М.: Недра, 1977. - С. 62-67.

92. Соловьев П.А. Криолитозона северной части Лено-Амгинского междуречья. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 144 с.

93. Соловьев П.А. Зональность мощности сезоннопротаивающего слоя и картирование ее в Западной и Южной Якутии // Сезонное протаивание и промерзание грунтов на территории Северо-Востока СССР. — М.: Наука, 1966.-С. 14-20.

94. Сикорский В.А. Определение параметров среды методом радиокип // Геология и разведка / Изв. Вузов, 1975, № 7. С. 97-104.

95. Симаков А.Е, Пертель М.И, Сараев А.К., Хименес Х.М., Toppe К., Мартин П. Возможности радиомагнитотеллурического метода при решении экологических задач // Вопросы геофизики. Вып. 40. — СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского ун-та, 2007. — С. 101-109.

96. Снегирев A.M. Экспериментальные и теоретические исследования вызванной поляризации мерзлых ионопроводящих горных пород. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — М., 1972.

97. Снегирев A.M. Некоторые особенности поля ВП в пределах рудных месторождений криолитозоны // Инженерное мерзлотоведение. Материалы к III Международной конференции по мерзлотоведению. — Новосибирск: Наука, 1979. С.261-264.

98. Снегирев A.M. Скважинная электрометрия мерзлой зоны литосферы. — М.: Изд-во СИП РИА, 2002. 274 с.

99. Тархов А.Г. Основы геофизической разведки методом радиокип. М.: Госгеолиздат, 1961. - 174 с.

100. Тархов А.Г. О дисперсии электрических свойств горных пород в переменных полях // Труды межвузовской научной конференции по индуктивным методам рудной геофизики. -М.: Недра, 1964. С. 55-59.

101. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. — М: Наука, 1986.-288 с.

102. Толстихин Н.И. Вечная мерзлота или мерзлая зона земной коры // Проблемы советской геологии, 1935, № 8.

103. Толстихин О.Н., Якупов B.C. Структурно-гидрогеологические предпосылки методов поиска подземных вод в Восточной Сибири // Региональные и тематические геокриологические исследования. — Новосибирск: Наука, 1975. — С.69-79.

104. Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А., Голодковская Г.А., Васильчук Ю.К., Зиангиров P.C. Грунтоведение. М.: Изд-во Московского госуниверситета, 2005.— 1024 с.t

105. Фейнберг E.JI. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. — М.: Изд-во АН СССР, 1961. 546 с.

106. Финкелынтейн М.И., Кутев В.А., Золотарев В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. -М.: Недра, 1986. 126 с.

107. Фотиев С.М1 Гидрогеотермические особенности криогенной области СССР. -М.: Наука, 1978.-236 с.

108. Фролов А.Д. Об исследовании полей широковещательных радиостанций для картирования контактов многолетнемерзлых толщ // Мерзлотные исследования. Вып. 1. -М.: изд-во МГУ, 1961. С.227-235.

109. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства криогенных пород. — М.: Недра, 1976.-253 с.

110. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. -Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2005. 607 с.

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

112. Цыдыпов Ч.Ц., Цыденов В.Д. О возможности использования поверхностного импеданса для изучения электрических свойств слоистой среды // Радиофизика / Изв. ВУЗ, 1975, т.24, № 2. С.263-268.

113. Цыдыпов Ч.Ц., Цыденов В.Д., Башкуев Ю.Б. Исследование электрических свойств подстилающей среды. — Новосибирск: Наука, 1979. — 176 с.

114. Черняк Г.Я., Мясковский О.М. Радиоволновые методы исследований в гидрогеологии и инженерной геологии. -М.: Недра, 1973. 176 с.

115. Черняк Г.Я. Электромагнитные методы в гидрогеологии и инженерной геологии. М.: Недра, 1987. - 213 с.

116. Шейнманн С.М. О возможности использования полей теллурических токов и дальних радиостанций для геологического картирования // Труды Всесоюзного института методики и техники разведки. — М.: Гостоптехиздат, 1958. С. 47-51.

117. Шепелев В.В. К понятию о криолитосфере Земли. Якутск: Институт мерзлотоведения СО РАН, 1997. - 72 с.

118. Шумский П.А. Основы структурного ледоведения. М.: Изд-во АН СССР, 1955.-492с.

119. Шумский П.А. Подземные льды // Основы геокриологии (мерзлотоведения). Т. 1. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - С. 274-327.

120. Электроразведка: Справочник геофизика. Т. I. -М.: Недра, 1989.-438 с.

121. Эненштейн Б.С. Результаты применения электроразведки методом постоянного тока в районах вечной мерзлоты // Труды Института мерзлотоведения им. В.А. Обручева. Т. V. — М.: Изд-во АН СССР, 1947.-С. 36-86.

122. Якупов B.C. Электропроводность и геоэлектрический разрез мерзлых толщ. — М.: Наука, 1968.-180 с.

123. Якупов B.C. Геофизика криолитозоны. Якутск: Изд-во Якутского госуниверситета, 2008. — 342 с.

124. Якупов B.C., Грачев В.Н., Шасткевич Ю.Г. Управление сезонными вариациями сопротивления заземлений. Якутск: кн. изд-во, 1983. — 68 с.

125. Якупов B.C., Ефремов В.Н., Дедюкина Н.Д: Поверхностный импеданс мерзлых толщ // Физико-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых Крайнего Севера. — Якутск.: Кн. Изд-во, 1978. -С.51-62.

126. Яновский В.К. Экспедиция на реку Печору по определению южной границы вечной мерзлоты. Труды комиссии по изучению вечной мерзлоты, т. И. M.-JL: Изд-во АН СССР, 1988. - С. 66-149.

127. Araki Т., Маепо N. Measyrement of dielectric properties of frozen soils // Contributions of the Institute of Low Temperature Science. Ser. A. 1989. V. 48 P. 27-40.

128. Darayan S., Lin C., Chen L.C., Shattuk D. Measurement of electrical properties of contaminated soil. Geophysical Prospecting, 1998, vol.46, N 5, p.477-488.

129. Efremov V.N. 2008.Seasonal Variations of Sureface Radiowave Impedance of Frozen Ground. Proceedings of the Ninth International Conference on Permafrost 1, Alaska, Fairbanks 2: 409-414.

130. Frazer D.C. Contouring of VLF-EM data // Geophysics, 1969, vol.34, №6, p.958-968.

131. Geophysical exploration (Turair, Deltair) // Mining Mag. 1970, vol.123, № 5, p. 412-413.

132. Hoextra P., Delaney A. Dielectric properties of sails at UHF and microwave frequencies //Jorn. Geoph. Rec. 1974, vol.79, № 1699.

133. Hoextra P. Electromagnetic method for mapping shallow permafrost // Geophys. — 1978. Vol. 43, № 4. - P. 782-787.

134. Olhoeft G.R. Electrical properties of natural clay permafrost // Canad.J. Earth Scienc. 1977. V. 14. №1-. P. 16-24.

135. Olhoeft G.R. Electrical properties of permafrost // Proc.3-rd Int. conf. Permafrost, Edmonton, 1978.-v. 1.-P. 127-131.

136. Ostercamp T.E., Jurick P.W., Gislason G.A., Acasofy S.I. Electrical resistivity measurements in permafrost terrain at the Engineer creek Road cut, Fairbancs, Alaska // Gold regions science and technology. 1980. - Vol. 3, №4.-P. 277-286.

137. Powell B.W., Jensen D.G. Radiohm mapping of permafrost // Pap.Geol.Surv.Can, 1982.-№81-85.-P. 19-33.

138. Tezkan B., Saraev A. A new broadband radiomagnetotelluric instrument: applications to near surface investigations. // Near Surface Geophysics, 2008, Vol. 6, No 4. P.245-252.

139. Vladimir N. Efremov. 2009. Mapping and Monitoring the Condition of Ice-rich Frozen Ground by Radiowave Impedance Sounding. Proceedings of the Eight International Symposium on Permafrost Engineering, China, Xian.331-334.

140. Vladimir N. Efremov, Rudolf V. Zhang. 2009. Monitoring of Frozen Fundation Soils by Surface Radiowave Impedance Measurements. Proceedings of the Eight International Symposium on Permafrost Engineering, China, Xian. 304-306.

Информация о работе

Ефремов, Владимир Николаевич
доктора технических наук
Якутск, 2011
ВАК 25.00.08

Диссертация

Научное обоснование и разработка технологии изучения массивов пород и грунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Научное обоснование и разработка технологии изучения массивов пород и грунтов криолитозоны радиоимпедансным зондированием - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы