CC BY
87
УДК 550.3:537.811
В.Ф. Гордеев, Ю.П. Малышков, С.Г. Шталин, С.Ю. Малышков, В.И. Поливач Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск М.М. Задериголова ООО «ГЕОТЭК», Москва
МОНИТОРИНГ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОПОЛЗНЕВОГО СКЛОНА ПО ПАРАМЕТРАМ РАДИОШУМОВ СИСТЕМОЙ АСК-ГП
В конце 2007 года была запущена в опытную эксплуатацию первая очередь автоматизированной системы контроля геодинамических процессов (АСК-ГП) оползневого склона на трассе магистрального газопровода Уренгой - Помары - Ужгород в районе перехода через реку Кама. Комплекс состоит из 10-и многоканальных геофизических регистраторов «МГР-01», размещенных в антивандальных бункерах на территории склона и за его пределами. Места размещения бункеров выбраны на основании комплексных геофизических исследований, на участках с явно выраженными аномалиями напряженно-деформированного состояния горных пород. В докладе представлены результаты мониторинга напряженно-деформированного состояния оползня в 2009 году по показаниям сети станций регистрирующих естественное импульсное электромагнитное поле Земли (ЕИЭМПЗ) в ОНЧ-диапазоне, размещенных в различных точках берегового склона. Предложена методика комплексной оценки устойчивости оползневого склона и оперативной обстановки безопасной эксплуатации магистрального газопровода. Аномально высокая температура окружающей среды в ноябре-декабре месяце 2009 года, привела к активизации геодинамики, что было зарегистрировано системой АСК-ГП и адекватными инженерными решениями удалось избежать не штатных ситуаций при эксплуатации газопровода.
V.F. Gordeev, Yu.P. Malyshkov, S.G. Shtalin, S.Yu. Malyshkov, V.I. Polivach Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, Tomsk M.M. Zaderigolova GEOTEK, Ltd., Moscow
MONITORING OF DEFLECTED MODE OF LANDSLIP BASED ON RADIONOISE PARAMETERS IN ASM-GP
Pilot version of Automated System for Monitoring of Geodynamic Processes (ASM-GP) was put into trial operation at the end of 2007 to monitor landslip processes on Urengoy-Pomary-Uzhgorod gas main near the passage over Kama river. The complex consists of ten MGR-01 Multichannel Geophysical Recorders installed inside protected hoppers that are located along and outside the slope. Locations of the hoppers have clearly pronounced anomalies of deflected mode, they were chosen based on comprehensive geophysical studies. In the report results of monitoring of deflected mode of landslip in 2009 are presented. These results have been obtained based on the records of a station network that indicates natural pulsed electromagnetic fields of the Earth (NPEFE) in VLF range. A procedure was suggested for comprehensive on-line assessment of the landslip stability and safe gas main operation. Anomalously high temperature in November and December of 2009 resulted in geodynamic activation, which was indicated by ASM-GP. Proper engineering solutions were timely made that allowed to avoid contingency in the gas main exploitation.
К концу девяностых годов прошлого столетия довольно четко определилось и стало интенсивно развиваться новое направление изучения горного массива - экологическая геофизика. Оно охватывает широкую проблематику исследований - от очагов нарушения экологической и инженерной устойчивости в зонах активизации экзогенных геологических процессов (карст, оползни, выбросы угля и газа в геодинамических зонах и др.) до случаев техногенеза (термокарст, деформации поверхности в зонах горных подработок, подтопление массива техническими водами, нефтезагрязнения и пр.) [1].
Общая тенденция нового направления - это смещение акцентов в сторону оперативной оценки, контроля и прогноза экологической и инженерной устойчивости грунтов, разработка принципиально новых геофизических технологий. Естественно, что в этой связи все более широкое применение находят радиоволновые методы, основанные на регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ). Толчком к постановке первых работ по использованию ЕИЭМПЗ в технологии геофизических исследований послужила гипотеза профессора Томского политехнического университета А.А. Воробьева о подземной грозе, высказанная им в конце 60-годов прошлого столетия [2].
Импульсы электромагнитного поля, несущие информацию о строении земной коры и используемые в данном способе, возникают в массивах горных пород вследствие естественного, постоянно существующего геодинамического и приливного движения земной коры. Процессы механоэлектрических преобразований энергии, вызванные этим движением, сопровождаются потоком электромагнитных импульсов, интенсивность и амплитудно-частотный состав которого определяется структурным и литологическим строением подстилающих пород, их напряженно-деформированным состоянием [3].
В конце 2007 года была запущена в опытную эксплуатацию первая очередь автоматизированной системы контроля геодинамических процессов (АСК-ГП) оползневого склона на трассе магистрального газопровода Уренгой - Помары - Ужгород в районе перехода через реку Кама [4]. Комплекс состоит из десяти многоканальных геофизических регистраторов «МГР-01», размещенных в антивандальных бункерах на территории склона и за его пределами рис.1. Места размещения бункеров выбраны на основании комплексных геофизических исследований в точках с явно выраженными аномалиями напряженно-деформированного состояния горных пород.
На рис. 1 пунктирными линиями обозначены трассы ниток магистрального газопровода с 1 по 9 нитки. Для исключения помех от металлических труб с анодной защитой от коррозии, бункера установлены между нитками. Реперная станция (Trep), расположена на ровном участке в 80 метрах от склона и результаты всех остальных станций обрабатываются с учетом временных вариаций параметров ЕИЭМПЗ, полученных на ней.
Кроме регистраторов «МГР-01», на склоне оборудованы 4 специализированных скважины, в которых установлены тросовые датчики,
регистрирующие горизонтальное смещение грунта на разных глубинах. Одновременно измеряется уровень и химический состав грунтовых вод.
Дополнительно на всех 9-ти трубах газопровода, в верхней и нижней части оползневого склона, установлены интеллектуальные вставки (ИВ), которые измеряют деформацию металла.
Рис. 1. Вид местности на переходе магистрального газопровода через р.
Кама и размещение десяти (Т1-Т10) антивандальных бункеров с
регистраторами «МГР-01»
Все оборудование работает в автоматическом режиме, с передачей информации каждый час по GPRS на FTP сервер фирмы «Ритм» (г. Краснодар). Дальнейшая обработка, при нашей консультации, проводится сотрудниками ИГЭ РАН (г. Москва) с выдачей результатов геодинамики оползневого склона в режиме «светофора», для соответствующих служб «Г азпромтрансгаз-Чайковский».
В качестве примера приведем результаты работы системы в конце октября начале ноября 2009 года, когда по всем параметрам геодинамика оползневого склона находится в статическом, устойчивом состоянии (рис. 2).
Дата
Рис. 2. Временные вариации интенсивности импульсного потока ЕИЭМПЗ по каналам приема север-юг (Ы) и запад-восток (Ь2)
Из рисунка видно, что наблюдается четкая 24-х часовая периодичность импульсного потока ЕИЭМПЗ, как по направлению север-юг, так и по запад-восток, причем показания всех десяти станций имеют высокую взаимную корреляцию.
Первый случай предаварийного состояния магистрального газопровода произошел в марте месяце 2009 года в районе станции Т8 на нитке №9. С Змарта началось аномальное повышение интенсивности ЕИЭМПЗ на станции Т8, причем максимальная разница по сравнению с показаниями станции Тгер достигла 7 марта (рис. 3). В это же время показания ИВ достигли значений 67,9, разрушение металла происходит при показаниях ИВ=70. Было принято решение остановить прокачку газа.
со 120 п С • 5 100 - 1 V
0 • ^ дп : !■ 4« 1 .« 1 ■ •' 4 « 4 * V т л /
Ш х . ¿5 ко « :• :3 і * . • а
& . і і 40 , і t • V 1 < « <1 « «Д < I •
со ^ . о 20 \ : « .і , . ! ' І/ і л > *Л її Ї.ЇІ І Р-1 і Ї V
1 о' 7 * Т Щ і [*•
г- и ^ X -1 X -66 0 - 1 '■'І
со ■ ^ -66 5 1 Гс р \/ Я
ск з: ■ X т -Я7 П - -А
со СО . ° -67 5 ,/ч |г
-68 0
Яг , 0і О) г? г0 & * ЯГ # о С? & л Яг Г* С? <#• >• V? & с Д£ Яг &у у £ та ? * 4 Г* с? 5 к? ЯГ Яг •
Рис. 3
Из рис. 3. видно, что 9 марта напряжения растяжения сменились на сжатие, по-видимому, за счет проседания грунта по трубе, т.к. показания ИВ скачком достигли нормальных значений. 13 марта напряжения релаксировали, суточный ход на станции Т8 стал соизмерим с показаниями Тгер, следовательно, геодинамика в данном районе стабилизировалась и с 15 марта прокачка газа по нитке №9 возобновилась. Таким образом, по показаниям развернутой системы удалось, не вскрывая трубу, обеспечить работоспособность магистрального газопровода в полном объеме.
Рассмотрим результаты оценки геодинамики оползневого склона за период с ноября по декабрь 2009 года. Во временных вариациях интенсивности импульсного потока ЕИЭМПЗ, зарегистрированных по каналам приема север-юг и запад-восток всех станций, в этот период наблюдались суточные вариации, характеризующиеся закономерными максимумами и минимумами. Отчетливо проявлялась и корреляция по всем станциям и направлениям приема.
Первая аномалия ЕИЭМПЗ была зарегистрирована с 13 по 30 ноября на станциях Т6 и Т8 по направлению запад-восток и с 26.11 по 30.11 на станции Т6 по направлению приема север-юг. В это время наблюдалось аномальное потепление в данном районе с обильными осадками в виде дождя и мокрого снега. По-видимому, такие метеоусловия привели к активизации геодинамических процессов на склоне в районе ниток №7,8,9, о чем свидетельствуют и повышенные показания ИВ на нитках №6 и №9. 28 ноября было принято решение остановить прокачку газа по этим ниткам. К началу декабря температура воздуха понизилась до отрицательной значений и все процессы в приповерхностном слое Земли стабилизировались, восстановился нормальный суточных ход всех станций, совпадающий с показаниями реперной станции. Деформации так же понизились до нормы и прокачку газа возобновили со 2 декабря 2009 г.
В дальнейшем лишь 17-21 декабря обнаружено незначительное повышение интенсивности ЕИЭМПЗ на станции Т1 (верхняя часть оползня между нитками №1 и №2). В это же время деформация трубы на нитке №1 достигла критических значений, поэтому прокачку газа прекратили с 21 декабря. Возобновили подачу 28 декабря, когда временные вариации интенсивности ЕИЭМПЗ всех станций стали совпадать со значениями, получаемые с реперной станции.
Начиная с 1 января 2010 года, все станции регистрируют фоновый сигнал, характерный для зимнего периода и мы, с большой долей вероятности можем считать, что в настоящее время каких либо опасных геодинамических проявлений ожидать не следует.
Заключение
Результаты мониторинга напряженно-деформированного состояния оползневого склона в 2009 году по показаниям сети станций,
регистрирующих естественное импульсное электромагнитное поле Земли, включенных в автоматизированную систему контроля геодинамических процессов (АСК-ГП), показали высокую эффективность оценки устойчивости оползневого склона и обстановки безопасной эксплуатации магистрального газопровода.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Задериголова М.М. Радиоволновой метод в инженерной геологии и геоэкологии.// Издательство Московского университета, 1998, - 319 с.
2. Воробьев А.А. О возможности электрических разрядов в недрах Земли. -Геология и геофизика, 1970, №12, с. 3-13.
3. Малышков Ю.П., Джумабаев К.Б., Малышков С.Ю., Гордеев В.Ф., Шталин С.Г., Масальский О.К. Способ прогноза землетрясений. Патент РФ № 2238575, выдан 20.10.2004, Бюл.. № 29.
4. В.Ф. Гордеев, Ю.П. Малышков, С.Г. Шталин, С.Ю. Малышков, В.И. Поливач.
Оценка напряженно-деформированного состояния горного массива по параметрам ЕИЭМПЗ //«ГЕ0-Сибирь-2009» Т.1. Геодезия, геоинформатика, картография,
маркшейдерия. Ч. 2. Сб. матер. V Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2009.. 20-24 апреля 2009 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2009, с.71-75.
© В.Ф. Гордеев, Ю.П. Малышков, С.Г. Шталин, С.Ю. Малышков,
В.И. Поливач, М.М. Задериголова, 2010
