CC BY
18
УДК 550.837
Н.Г. Шкабарня, Г.Н. Шкабарня, Б.Л. Столов, О.А. Горчаков
ШКАБАРНЯ Николай Григорьевич - доктор технических наук, профессор кафедры геологии, геофизики и геоэкологии Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), ШКАБАРНЯ Григорий Николаевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток), СТОЛОВ Борис Лазаревич - кандидат геолого-минералогических, доцент кафедры геологии, геофизики и геоэкологии Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: borstol@mail.ru, ГОРЧАКОВ Олег Алексеевич - студент, Инженерная школа (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). © Шкабарня Н.Г., Шкабарня Г.Н., Столов Б. Л., Горчаков О.А., 2012
Оценка оползневых явлений на площади Бикинского буроугольного месторождения
Дается оценка применения новой геофизической технологии - электрической томографии для изучения оползневых явлений на Бикинском угольном разрезе. Проанализированы особенности структурно-тектонического строения оползневых склонов, установлены их геоэлектрические модели. Определены закономерности аномальных электрических полей, используемых для обнаружения и прослеживания ослабленных слоев - основных элементов оползневых объектов. Показана целесообразность применения электрической томографии на подобных объектах с оползневыми массивами различного происхождения. Ключевые слова: оползни, ослабленные слои, электрическая томография, геоэлектрические модели, электрические поля.
Evaluation landslides area of Bikin brown coal deposit. Nikolay G. Shkabarnya, Boris L. Stolov, Oleg A. Gor-chakov - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok), Grigory N. Shkabarnya (i.il'ichev Pacific Oceanological institute FEB RAS, Vladivostok).
The article describes the evaluation of application of new geophysical technologies - electrical tomography for studying of landslides in the Bikin coal mine. The features of structure-tectonical construction of landslide slopes was analyzed. Their geoelectric model was founded. The regularities of of abnormal electric fields used for detection and tracking of weaklayers - core elements of landslide sites. The feasibility of electrical tomography in the landslide of similar objects with arrays of different origin are recommended.
Key words: landslidesweakened layers, electrical tomography, geoelectrical model, the electric fields.
На кафедре геологии, геофизики, и геоэкологии Инженерной школы ДВФУ проводятся исследования по оценке структурно-тектонического строения оползневых склонов Бикинского буроугольного месторождения с применением новой технологии - электрической томографии [1-4]. К настоящему времени рассмотрены сущность оползневых явлений, условия возникновения техногенных оползней, модели оползневых массивов и оценка оползневых процессов на угольных разрезах традиционными методами; особое внимание уделено структурно-тектоническому строению оползневых склонов и учету инженерно-геологических факторов при расчете бортов угольных разрезов. В данном сообщении мы попытаемся дать оценку возможностей основных геофизических методов. При исследовании оползневых процессов применение этих методов позволяет обследовать большие площади с заданной детальностью наблюдений, получать пространственные структурно-тектонические модели, определять напряженное состояние массивов горных пород, наблюдать за колебаниями влажности и минерализации вод, получать необходимые количественные показатели в процессе мониторинга аномалий геофизических полей.
При этом отмечено, что на отдельных участках наблюдаются чрезвычайно сложные инженерно-геологические условия. В частности, выявлено наклонное залегание слоев угольных пластов в сторону выработанного пространства, установлено наличие слабых пропластков аргиллитов в угольной толще, слоев мягкопластичных и текучепластичных глин в четвертичных и подстилающих их неогеновых отложениях, определен высокий напор подземных вод из нижележащих невскрытых групп угольных пластов [2].
Целью данного сообщения является анализ эффективных методов изучения геологического строения сложных оползневых массивов, вмещающих буроугольные месторождения.
В ходе исследований созданы геоэлектрические модели оползневых склонов южного борта разреза «Восточный», которые отражают сложный литологический состав пород и гидрогеологические условия верхней части изучаемой среды, характеризующиеся сочетанием разноориентированных границ раздела с определенными закономерностями изменения электрических свойств по латерали и глубине.
Из многообразия геолого-геофизических условий выделены четыре типа моделей сред с обобщенными геометрическими и физическими параметрами для математического моделирования электрических полей.
Выбранные модели отражают только фрагменты геологических сред оползневых массивов, к которым можно отнести проводящие (мягкопластичные, текучепластичные глины) и слабо проводящие (полутвердые глины, песчано-глинистые слои, линзы водоносных горизонтов, песчано-гравийные отложения), выклинивающиеся водоносные пласты, фациальные замещения среди четвертичных глин и другие объекты. Для таких моделей существуют решения по определению потенциала в поле точечного источника на дневной поверхности.
На основании анализа томографических матриц установлены закономерности полей и сформированы критерии выделения горизонтального, вертикального и изометричного объектов в однородной среде, которые можно использовать при интерпретации практических материалов [3]. К ним относятся следующие:
- своеобразная форма аномальных областей для проводящих и непроводящих локальных неоднороднос-тей и законы изменения ее при совпадении и несовпадении середины расстановки электродов с эпицентром объекта; при совпадении элементы аномальной области располагаются симметрично относительно центра аномалии, при несовпадении наблюдается асимметрия, причем более протяженные зоны тяготеют к середине расстановки;
- расположение огибающих линий наибольшего градиента нормальной аномалии позволяет определять размеры объекта по профилю, приближенно установить его кровлю, менее уверенно - подошву;
- величины аномалий возрастают при увеличении объема неоднородностей иного удельного сопротивления во вмещающей среде, попадающего в область распространения токов; иногда это совпадает с уменьшением глубины залегания объектов.
Для теоретических моделей и практических сред с конкретными параметрами оползневого склона определены закономерности аномальных электрических полей, по которым сформированы критерии обнаружения и прослеживания ослабленных слоев, горизонтально-протяженных и вертикальных неоднородностей по практическим материалам; неогеновые глины (Ы^) выделяются низкими удельными сопротивлениями (8-14 Ом • м) совместно с подстилающими их водонасыщенными аргиллитоподобными суглинками или гравелитами палеогенового возраста (Р3), а линзы мягкопластичных глин в аллювиальных четвертичных отложениях выявляются только в случае, если их удельные сопротивления изменяются в диапазоне 10-14 Ом • м и ниже, а мощность их превышает 7 м.
Интерпретации геолого-геофизических критериев позволили установить условия, характер залегания, геометрические и физические параметры основных комплексов пород на разных участках оползневого массива, а также отметить фациальные замещения и выклинивания отдельных слоев. Весьма важным является определение пространственного положения ослабленных слоев, представленных мягкопластичными глинами в толще аллювиальных четвертичных отложений, текучепластичными глинами неогенового возраста, водонасыщенными песчано-гравийными и песчано-глинистыми породами четвертичного возраста. Закономерности поведения ослабленных контактов в пространстве и времени используются геологической службой разрезуправления «Лучегорский» для оценки развития оползневых явлений.
Таким образом, определены возможности электрической томографии в комплексе с параметрическими скважинами для решения инженерно-геологических и гидрогеологических задач.
Отметим, что исследования оползневых откосов с относительно простым строением проводились методом вертикального электрического зондирования (А.А. Огильви). Изучение же оползневых массивов сложного структурно-тектонического строения методом электрической томографии выполнено впервые.
Работы с применением электрической томографии в пределах оползневых массивов Бикинского месторождения продолжаются. Следует отметить, что бурение инженерно-геологических скважин на склонах бортов выполнить невозможно, поэтому результаты работ электрической томографии являются весьма ценными для принятия противооползневых мероприятий.
Приведенные исследования свидетельствуют о целесообразности применения электрической томографии на других подобных объектах, где существуют оползневые массивы различного происхождения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шкабарня Н.Г. Новые геофизические технологии поисков и разведки минерального сырья в России // Перспективы развития угольной промышленности. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2001.
2. Шкабарня Н.Г., Калинин И.В. Электрическая томография - новая геофизическая технология для изучения геологический среды // Экология и безопасность жизнедеятельности. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2004.
3. Шкабарня Н.Г., Столов Б. Л., Шкабарня Г.Н. Электроразведочные методы при исследовании тектонических нарушений верхней части литосферы на территории Приморья // Геофизика. 2010. № 5.
4. Шкабарня Н.Г., Шкабарня Г.Н. Особенности томографической электроразведки постоянным током // Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 1999.
