CC BY
4УДК 550
Гурдова Г.
Старший преподаватель, факультет «Геологии» Кафедра «Гидрогеологии и инженерной геологии» Международный университет нефти и газа им. Ягшигельды Какаева
Туркменистан, г. Ашхабад
Моммадов А.
Преподаватель, факультет «Геологии» Кафедра «Гидрогеологии и инженерной геологии» Международный университет нефти и газа им. Ягшигельды Какаева
Туркменистан, г. Ашхабад
Нурмырадов Б.
Преподаватель, факультет «Геологии» Кафедра «Начертательная геометрия и сопротивление материалов» Международный университет нефти и газа им. Ягшигельды Какаева
Туркменистан, г. Ашхабад
Сапарова Т.
Старший преподаватель, заведующий кафедры «Физика» Туркменский государственный архитектурно-строительный институт
Туркменистан, г. Ашхабад
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Аннотация: В данной статье рассматривается применение геофизических методов для определения параметров гидрогеологических
систем, что является актуальной задачей в области гидрогеологии и физики. Геофизические методы позволяют изучать строение и свойства подземных вод, определять параметры водоносных горизонтов и водопроницаемость горных пород, а также оценивать их влияние на безопасность инженерных сооружений и экосистем. В статье анализируются различные геофизические методы, такие как сейсморазведка, электроразведка, гравиметрия и магниторазведка, а также их возможности для решения задач гидрогеологии.
Ключевые слова: гидрогеология, геофизика, подземные воды, водоносные горизонты, водопроницаемость, инженерные сооружения, экологические системы.
Гидрогеология - это наука, изучающая подземные воды и их взаимодействие с горными породами, а также процессы, происходящие в водоносных пластах. Важной задачей гидрогеологии является определение параметров гидрогеологических систем, таких как глубина залегания подземных вод, их качество и количество, а также водопроницаемость горных пород. Для решения этих задач используются различные геофизические методы исследования.
Подземные воды, являющиеся жизненно важным ресурсом для потребления человеком, сельского хозяйства и промышленности, часто скрыты под поверхностью Земли. Понимание характеристик этих скрытых водоносных горизонтов имеет решающее значение для устойчивого управления водными ресурсами. Именно здесь на помощь приходит геофизика, предлагающая набор неинвазивных методов для исследования невидимого и определения параметров гидрогеологических систем.
Геофизические методы используют различные физические свойства различных материалов, такие как содержание воды, пористость и электропроводность. Измеряя эти свойства с помощью различных методов,
геофизики могут создавать изображения недр, предоставляя ценную информацию о местоположении, протяженности и характеристиках водоносных горизонтов.
Одним из наиболее широко используемых методов является измерение удельного электрического сопротивления. Этот метод измеряет сопротивление материалов грунта протеканию электрического тока. Водонасыщенные зоны с более высокой электропроводностью по сравнению с сухими породами или почвой легко проводят электричество. Подавая ток в грунт и измеряя результирующее напряжение в различных местах, геофизики могут отображать изменения удельного электрического сопротивления, создавая картину распределения электропроводности под землей. Затем эта информация может быть интерпретирована для выявления потенциальных пресноводных водоносных горизонтов и отличия их от зон с соленой водой.
Другим ценным инструментом является сейсморазведка. Сейсмические волны, генерируемые управляемыми источниками, такими как вибраторы или взрывы, распространяются по Земле со скоростями, зависящими от свойств материала, с которым они сталкиваются. Регистрируя время прихода и характеристики этих волн в разных местах, геофизики могут создать сейсмическое изображение недр. Это изображение показывает различия в плотности и эластичности, которые могут быть использованы для отображения границ между различными геологическими слоями, включая потенциальные водоносные горизонты и ограничивающие слои.
Помимо этих устоявшихся методов, прогресс приводит к использованию более специализированных методов. Георадар (GPR) передает высокочастотные электромагнитные волны в грунт и измеряет их отражение. Этот метод особенно полезен при проведении неглубоких исследований, позволяя получать изображения приповерхностных слоев с высоким разрешением, что идеально подходит для выявления колебаний уровня грунтовых вод или потенциальных шлейфов загрязнения.
Магнитно-резонансное зондирование (MRS) измеряет реакцию ядер водорода в молекулах воды на воздействие сильного магнитного поля. Этот метод позволяет получить ценную информацию об общем содержании воды в определенном объеме подземных вод, что помогает оценить пористость водоносного горизонта и потенциальный выход воды. Однако, в отличие от определения электрического сопротивления или сейсморазведки, метод MRS является относительно дорогостоящим и требует специального оборудования, что ограничивает его широкое применение в гидрогеологических исследованиях.
Применение этих геофизических методов сопряжено с определенными трудностями. Сложная геология, наличие культурных особенностей, таких как заглубленные трубы, и колебания солености воды могут усложнить интерпретацию данных. Для решения этих проблем часто требуется использовать комбинацию геофизических методов. Например, исследование удельного электрического сопротивления может быть использовано для первоначальной разведки, за которой последует сейсморазведка для получения более детальной картины подземной структуры. Кроме того, интеграция геофизических данных с существующими геологическими и гидрологическими данными, такими как данные каротажа скважин и результаты испытаний на откачку из скважины, имеет решающее значение для всестороннего понимания гидрогеологической системы.
Преимущества использования геофизических методов многочисленны. Они являются неразрушающим и экономически эффективным средством исследования больших площадей в относительно короткие сроки по сравнению с традиционными методами бурения. Это позволяет эффективно выявлять перспективные места для бурения скважин и добычи ресурсов, что имеет решающее значение для устойчивого управления водными ресурсами. Кроме того, геофизические исследования могут быть использованы для мониторинга шлейфов загрязнения подземных вод, что помогает в усилиях
по охране окружающей среды. Например, визуализация удельного электрического сопротивления может быть использована для определения степени проникновения соленой воды в прибрежные водоносные горизонты или для отслеживания миграции шлейфов загрязняющих веществ с промышленных объектов.
Передовые методы для более глубокого изучения:
Магнитотеллурика (МТ): Этот пассивный метод использует естественные электромагнитные поля Земли. Он помогает расшифровывать более глубокие структуры, особенно в геологически сложных районах, где традиционные сейсмические методы могут столкнуться с ограничениями. Горные съемки могут предоставить ценную информацию о распределении соленой и пресной воды в системе водоносных горизонтов, что имеет решающее значение для управления ресурсами и предотвращения проникновения соленой воды в прибрежные регионы.
Гравитационные исследования: Незначительные колебания гравитационного притяжения Земли, известные как гравитационные аномалии, могут быть связаны с изменениями плотности грунтовых вод. Гравитационные исследования позволяют выявлять такие крупномасштабные объекты, как бассейны подземных вод или зоны проникновения соленой воды. Анализируя эти аномалии, геофизики могут получить представление об общей гидрогеологической структуре региона, что послужит руководством для дальнейших целенаправленных исследований.
Спектрально-индуцированная поляризация (SIP): Этот метод измеряет электрические свойства горных пород на различных частотах. Он позволяет отличить зоны, насыщенные пресной водой, от зон, содержащих соленую воду или загрязняющие вещества. Технология SIP дает значительное преимущество в областях, где одна только электропроводность может не
обеспечивать четкого определения, особенно при работе со сложными геологическими условиями или потенциальными шлейфами загрязнения.
Быстрый сбор и обработка данных:
Исследования с использованием нескольких датчиков: Объединенная мощь нескольких геофизических методов, таких как исследование электрического сопротивления и сейсморазведка, позволяет получить более полную картину недр. Используя набор методов, геофизики могут использовать сильные стороны каждого метода для преодоления ограничений и получения более точных интерпретаций. Например, сейсмические данные могут дать представление о более глубоких структурах, в то время как исследования удельного электрического сопротивления могут предоставить информацию с высоким разрешением о более мелких зонах, создавая более целостное представление о гидрогеологической системе.
ЗБ-визуализация: Достижения в области обработки данных и методов инверсии позволили создавать 3D-модели недр. Эти модели обеспечивают гораздо более реалистичную визуализацию геометрии и свойств водоносного горизонта по сравнению с традиционными 2D-профилями. Анализируя эти ЗБ-модели, гидрогеологи могут получить более полное представление о характере стока подземных вод, емкости их хранилищ и потенциальных зонах уязвимости к загрязнению.
Машинное обучение и автоматизация: Интеграция алгоритмов машинного обучения в анализ данных может значительно ускорить процесс. Эти алгоритмы могут выявлять тонкие закономерности в сложных наборах данных, которые могут быть упущены традиционными методами, что приводит к более точной интерпретации. Кроме того, машинное обучение может автоматизировать некоторые повторяющиеся задачи, связанные с обработкой данных, повышая эффективность и позволяя геофизикам сосредоточиться на более стратегических аспектах исследования.
Решение проблем и обеспечение успеха:
Учет специфики объекта: Успешное проведение геофизических исследований зависит от понимания специфики геологического контекста исследуемой территории. Такие факторы, как наличие металлических предметов или высокосоленой воды, могут существенно повлиять на процесс сбора данных и их последующую интерпретацию. Тщательно рассмотрев эти проблемы, связанные с конкретным участком, геофизики могут выбрать наиболее подходящий метод (ы) и адаптировать стратегии сбора данных для оптимизации результатов исследования.
Калибровка и валидация: Поддержание качества данных имеет первостепенное значение. Регулярная калибровка приборов и сверка геофизических данных с имеющейся информацией о скважинах или результатами испытаний водоносных горизонтов помогает обеспечить точность и надежность интерпретаций. Такой тщательный подход имеет решающее значение для преобразования собранных геофизических данных в содержательную информацию, которая может быть использована при принятии гидрогеологических решений.
Факторы окружающей среды: Внешние факторы, такие как погодные условия и сезонные колебания уровня грунтовых вод, могут влиять на сбор данных. Планирование исследований в оптимальных условиях и учет этих факторов окружающей среды имеют жизненно важное значение для получения надежных геофизических данных. Например, исследования удельного электрического сопротивления могут быть менее эффективными во время сильных дождей из-за повышенной проводимости поверхностных вод, поэтому планирование исследований в более засушливые периоды может оказаться более выгодным.
Применение в области охраны окружающей среды и устойчивого развития:
Составление карт загрязнения подземных вод: Геофизические методы могут быть мощными инструментами для составления карт протяженности и перемещения шлейфов загрязняющих веществ, исходящих из таких источников, как свалки или промышленные площадки. Используя визуализацию удельного электрического сопротивления или SIP -исследования, гидрогеологи могут определить передний край шлейфа, отследить характер его миграции и направить усилия по восстановлению. Эта информация имеет решающее значение для охраны здоровья населения и сохранения ресурсов подземных вод от дальнейшего загрязнения.
Мониторинг проникновения соленой воды: Исследование электрического сопротивления может быть использовано в качестве неинвазивного метода мониторинга проникновения соленой воды в прибрежные водоносные горизонты. Отслеживая изменения электропроводности с течением времени, геофизики могут оценить скорость и масштабы проникновения соленой воды, что позволяет принимать превентивные меры для защиты ресурсов пресной воды вблизи побережья. Такой упреждающий подход необходим для обеспечения долгосрочной устойчивости прибрежных запасов подземных вод.
Устойчивое управление водными ресурсами: Способствуя эффективному исследованию ресурсов подземных вод и управлению ими, геофизические методы играют жизненно важную роль в продвижении практики устойчивого водопользования.
Применение геофизических методов исследования в гидрогеологии позволяет более точно определить параметры гидрогеологических систем и оценить влияние подземных вод на окружающую среду и инженерные сооружения. Комплексное использование различных методов геофизики позволяет получить более полную и достоверную информацию о состоянии подземных вод и водоносных горизонтах, что имеет важное значение для
рационального использования водных ресурсов и обеспечения экологической безопасности.
Геофизические методы играют жизненно важную роль в гидрогеологических исследованиях. Раскрывая скрытые секреты недр, эти методы позволяют нам эффективно находить, характеризовать и управлять нашими ценными ресурсами подземных вод. По мере дальнейшего развития технологий и появления новых методов, таких как магнитотеллурика, которые измеряют естественные электромагнитные поля Земли, геофизика будет оставаться незаменимым инструментом для обеспечения устойчивого использования водных ресурсов в будущем. Интеграция этих методов с достижениями в области сбора, обработки и моделирования данных приведет к еще более надежным и эффективным гидрогеологическим исследованиям, что позволит сохранить наши жизненно важные водные ресурсы для будущих поколений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Аникеев А. В., Белоцерковский И. И., Котова Л. Н. и др. Применение геоинформационных систем для анализа и обработки геофизической информации //Геофизический журнал. - 2016. - Т. 38. - №. 1. - С. 28-35.
2. Басов В. А., Горбунов Ю. Е. Геоинформационные технологии при прогнозировании и оценке запасов подземных вод //Известия Томского политехнического университета. - 2003. - Т. 306. - №. 6. - С. 52-56.
3. Вербицкий А. М., Леонов Ю. Г., Маловичко А. К. и др. Использование геофизических исследований для изучения гидрогеологических условий //Разведка и охрана недр. - 1984. - №. 8. - С. 4244.
4.Губин В. Н., Пашковский И. С., Сидоренко В. Д. и др. Геофизическая гидрогеология. - Недра, 1977.
5. Дулин В. А., Хмелевской В. К., Черепанский М. М. и др. Комплексирование геофизических и гидрогеологических исследований при изучении подземных вод //Гидрогеология и инженерная геология. - 1981. -№. 3. - С. 73-82.
6. Зайцев В. А. Геофизические исследования при изучении гидрогеологических структур //Разведка и охрана недр. - 1966. - № 10. - С. 17-21.
Gurdova G.
Senior Lecturer, Faculty of "Geology" Department of "Hydrogeology and Engineering Geology" International Oil and Gas University Turkmenistan, Ashgabat
Mommadov A.
Lecturer, Faculty of "Geology" Department of "Hydrogeology and Engineering Geology" International Oil and Gas University Turkmenistan, Ashgabat
Nurmyradov B.
Lecturer, Faculty of Geology, Department of Descriptive Geometry and Resistance of Materials, International Oil and Gas University Turkmenistan, Ashgabat
Saparova T.
Senior Lecturer, Head of the Physics Department, Turkmen State Institute of Architecture and Construction Turkmenistan, Ashgabat
APPLICATION OF GEOPHYSICAL METHODS TO DETERMINE THE PARAMETERS OF HYDROGEOLOGICAL SYSTEMS
Abstract: This article discusses the application of geophysical methods to determine the parameters of hydrogeological systems, which is an urgent task in the field of hydrogeology and physics. Geophysical methods make it possible to study the structure and properties of groundwater, determine the parameters of aquifers and the permeability of rocks, as well as assess their impact on the safety of engineering structures and ecosystems. The article analyzes various geophysical methods such as seismic exploration, electrical exploration, gravimetry and magnetic exploration, as well as their capabilities for solving problems of hydrogeology.
Keywords: hydrogeology, geophysics, groundwater, aquifers, water permeability, engineering structures, ecological systems.
