CC BY
79
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011 Геология Вып. 4 (13)
УДК 550.831.017
Опыт проведения профильных гравиметрических работ с использованием методики узловых пунктов
Ю.М. Зюзин
Амакинская геологоразведочная экспедиция АК АЛРОСА, 678190, Республика Саха (Якутия), пос. Айхал, ул. Первооткрывателей, д.1 E-mail: zyuzinyum@alrosa.ru
(Статья поступила в редакцию 23 июня 2011 г.)
На примере ранее проведенных работ рассматривается технология выполнения высокоточных профильных гравиметрических съемок, основанная на применении методики узловых пунктов для создания опорной гравиметрической сети и измерений на профиле двумя операторами через точку. Оценена степень сокращения трудозатрат. Даны рекомендации по применению данной технологии в практике полевых гравиметрических работ.
Ключевые слова: профильные гравиметрические работы, минимизация трудозатрат, узловые пункты.
Выполнение профильных гравиметрических работ сопряжено, как правило, с существенно повышенными в сравнении с площадной съемкой трудозатратами. Это вызвано большими (по отношению к межпикетным) межпрофильными расстояниями и в связи с этим увеличением затрачиваемого времени на переходы между профилями, сравнительно небольшим объемом работ, выполняемым с одной стоянки и, как следствие, снижением доли полезного времени в течение полевого сезона. По опыту работ Ама-кинской ГРЭ на площадной съемке масштаба 1:25000 (сеть 200*50 м) с одной стоянки выполняется не менее 240 пог. км. В то же время на профильных работах по сети 2000*50 м - не более 35-40 пог. км, при одинаковых размерах отрабатываемого участка 6*8 км и при пеших подходах до профилей.
К сожалению, низкая производительность труда на профильных работах по отношению к площадным исследованиям не учитывается сборниками сметных норм (СУСН и ССН), где определяющей
величиной является межпикетное расстояние.
В 2007-2008 гг. Амакинской ГРЭ проводились профильные гравиразведочные работы (объект Верхне-Серкинский) с целью изучения северо-восточного фланга Вилюйско-Мархинской рудоконтролирующей зоны, выделения структур и участков, перспективных на поиски коренных месторождений алмазов в пределах «закрытой» части района.
По ряду причин все перебазировки гравиметрических и топогеодезических отрядов между стоянками производились только с помощью вертолетов. Переходы операторов между профилями были исключительно пешими.
Гравиметрические работы выполнялись по предварительно подготовленной сети параллельных профилей северозападного направления протяженностью 33 пог. км каждый, отстоящих друг от друга на расстоянии 2,0 - 2,4 км (рис.1). Кроме того, гравиметрические измерения проведены по 6 связующим магистралям, проходящим ортогонально про-
© Зюзин Ю.М., 2011
филям, протяженностью 100 км каждая. Еще 5 магистралей, по которым выполнялись только топогеодезические работы и выставлены пункты заполняющей опорной гравиметрической сети (ЗОС), располагались между ними. Общий объем работ составил 2184 пог. км, площадь исследований - 3300 км2. Гравиразве-дочные работы выполнялись гравиметрами Lacoste&Romberg модели D. Шаг измерений по профилю составлял 50 м.
Перемещение отрядов от стоянки к стоянке авиатранспортом априорно предполагает простои в течение полевого сезона в связи с метеоусловиями, отсутствием транспорта, отвлечением его на выполнение других задач и т.д., что еще более снижает и без того невысокую производительность труда. В связи с этим в период предполевой подготовки перед руководством партии была поставлена задача логистического характера -выработка технологии полевых работ, ведущей к минимизации трудозатрат для безусловного выполнения геологического задания при сохранении плановых точностных параметров.
Рис. 1. Общая схема производства ных гравиметрических работ
По схеме, предусмотренной проектом (условно назовем ее стандартной), сначала относительно каркасного пункта (обычно располагаемого в непосредственной близо-
сти от стоянки отряда) выполняется развитие заполняющей опорной сети (ЗОС), пункты которой располагаются на пересечениях профилей и магистралей. Согласно проекту, на каждом пункте ЗОС должно быть выполнено не менее чем 3 независимых измерения. Точность определения наблюденных значений поля силы тяжести на них должна быть + 0.025 мГал. Затем производятся измерения поля силы тяжести на пунктах рядовой сети по однократной методике. Согласно проектным и инструктивным требованиям необходимо проведение контрольных измерений независимыми рейсами в объеме 7.5%. Среднеквадратическая погрешность определения силы тяжести на рядовых пунктах должна составлять не более ±0.045 мГал.
Апробированная на объекте технология отработки профильной съемки представляет собой синтез достаточно известной, но относительно редко применяемой методики узловых пунктов (Инструкция по гравиразведке, § 78), и измерений силы тяжести через точку двумя операторами [3]. Применение методики опиралось на тщательное изучение работы гравиметров Lacoste&Romberg и точности съемки, получаемой в различных условиях в предыдущие периоды; кроме того, предварительно был выполнен некоторый объем работ в качестве опыта для подтверждения ожидаемого результата.
Если в работе [3] главной целью являлось повышение точности работ, то в нашем случае во главу угла было поставлено сокращение затрат труда и времени.
Объект отрабатывался по следующей схеме: наблюдения на пунктах рядовой сети производились одновременно двумя операторами, при этом измерения каждым исполнителем выполнялись через пикет (по следующей схеме: 1-й оператор - ОП - ПК1 -ПК 3 - ПК 5 ...; 2-й оператор - ОП - ПК 2 -ПК 4 - ПК 6 ..., где
ОП - опорный пункт,
ПК 1-3-5 и т.д. - нечетные пикеты,
ПК 2-4-6 и т.д. - четные пикеты).
Таким образом, каждый оператор выполнял измерения с шагом не 50, а 100 м. В средней части профиля наблюдения проводились обоими операторами на каждом пикете (через 50 м) в таком количестве, чтобы объем выполненных таким образом контрольных измерений составлял не менее проектной величины 5 - 10%.
Применение данной технологии позволило
- сократить продолжительность каждого звена за счет меньшего количества пунктов в рейсе каждого отдельно взятого оператора не менее чем на 30%;
- выполнить контрольные измерения наиболее корректным образом, т.е. в потенциально самом слабом с точки зрения нелинейности дрейфа нуль-пункта месте - средней трети звена - разными исполнителями и разными приборами. Проведение отдельных контрольных рейсов в данном случае не требовалось;
- развить заполняющую опорную сеть (ЗОС) одновременно с рядовой съемкой по методике узловых пунктов.
Выполняемые рядовые рейсы начинались и заканчивались на пунктах каркасной сети. Все попутные на подходах к профилям пересечения магистралей и профилей, позиционируемые в дальнейшем как пункты ЗОС, включались в рейс. Подходы до профилей рядовой съемки, таким образом, также становились в полной мере продуктивными. По завершении отработки локального участка (это, как правило, 4 - 5 отрезков профилей по 6,6 пог. км каждый) вычислялись значения поля силы тяжести на пунктах ЗОС (относительно каркасного пункта), и, при достижении необходимой точности измерений на них, на пунктах рядовой сети с учетом значений ЗОС;
- соблюдать требования охраны труда и промышленной безопасности;
- операторам меняться местами при пробивке лыжни для восстановления сил;
- для отработки участка с выполнением всех необходимых видов гравиметрических работ делать один проход по профилям, хотя и двумя исполнителями;
- в результате примененной технологии отработки практически все выделяемые аномалии требуют не менее двух рейсов, что в условиях профильных работ (с расстоянием между профилями значительно большим межпикетного) немаловажно при определении степени достоверности аномалий и их коррелируемости в межпрофильном пространстве.
Разработанная оптимальная схема отработки профилей отдельного участка (стоянки) и стыковки с профилями соседнего участка представлена на рис.2. В основной массе (не менее 90% объема) площадь работ от-
работана П-образными ходами, включающими в себя 2 отрезка профилей по 3,3 км каждый и отрезок магистрали длиной 2-2,4 км.
Рис. 2. Схема отработки профилей рядовой съемкой и создания заполняющей опорной гравиметрической сети по методике узловых пунктов. Условные обозначения:
© пункты каркасной опорной сети (стоянки гравиметрических отрядов);
п
пункты заполняющей опорной сети;
гравиметрические ходы (рейсы);
-► движение операторов во время выполнения одного маршрута;
участок, отрабатываемый с од-
нои стоянки
Для окончательной уверенности в правильности выбранной методики сначала было отработано 4 стоянки с общим объемом измерений 138 пог. км (порядка 2800 ф.т.). В практике гравиметрических работ, проводимых экспедицией с аппаратурой Laсoste&Romberg, не выполнялось столь массового числа рейсов с продолжительностью 6 - 8 - 10 ч и более. При существенной нелинейности дрейфа нуль-пункта величина СКО единичного измерения неизбежно превысила бы предусмотренную проектом, что заставило бы применить более традиционную (проектную) методику. Кроме того, необходимо было определить воз-
можность работы вообще без развития заполняющей опорной сети, только относительно каркасных пунктов.
СКО единичного измерения на рядовых пунктах относительно только пунктов КОС составила ±0,043 мГал. Это удовлетворяло требованиям проекта по величине СКО единичного наблюдения на рядовой съемке (±0,045 мГал) и на первый взгляд позволяло обойтись вообще без создания ЗОС. Но эти измерения были проведены зимой, когда качество гравиметрических материалов традиционно выше, в основном за счет более равномерного движения исполнителей (на лыжах) и в связи с этим более щадящего динамического режима гравиметров. В летний период при более жестком режиме пешей ходьбы (включающем в себя многие факторы - большую вероятность падений, сложность передвижения по заболоченным участкам, переправы через реки и ручьи - участок работ довольно затруднителен для пешего передвижения, в особенности в летнее время) величина СКО могла оказаться хуже проектной. В этих условиях простая логика подсказывала необходимость разбивки гравиметрического рейса на отдельные звенья во избежание угрозы потери всего наработанного за день материала. На рис. 3 в качестве примера приведены графики дрейфа нуль-пунктов двух рейсов, выполненных парами гравиметров, в летнее время.
Продолжительность рейсов составила 10-15 ч. Характер дрейфа нуль-пунктов в целом нелинейный и не поддается аппроксимации ни по параболическому, ни по линейному законам и, скорее всего, обусловлен механическими сотрясениями приборов. (Гравиметры La-coste&Romberg при всей их механической прочности чувствительны к толчкам и ударам). В то же время амплитуда отклонения от линейности для отдельных гравиметров (или операторов) невелика и составляет первые сотые доли мГал. Схожий характер смещения нуль-пункта гравиметров для районов Крайне-
го Севера, в частности, приведен в работе [2]. Разбивка рейса на звенья значительно снижает нелинейный характер дрейфа в пределах отдельного звена.
а)
dG, мГал
10:30 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 20:40
D-219 ........D-232 веемя
dG, мГал
20:35 22:00 24:00 26:00 28:00 30:00 32:00 34:00 35:20
____ D-231 ----D-230 вРемя
Рис. 3. Графики смещения нуль-пунктов гравиметров D-219 и Б-232(а), D-231 и D-230 (б). Звенья рядовой съемки в интервалах 12:25-15:00 и 17:04 - 19:45 (а) и 24:10 - 32:24 (б)
Фактически среднее количество измерений на пунктах ЗОС достигло 4,3 (по проекту - 3), но при этом следует отметить, что все они выполнены попутно -при подходах к месту работы и во время производства рядовой съемки. СКО единичного измерения на пунктах ЗОС составила ±0,037 мГал.
СКО единичного измерения на рядовых пунктах - ±0,033 мГал.
Каркасная опорная сеть выполнялась традиционным образом по центральной системе с передвижением на вертолете с точностью ±0,023 мГал.
Суммарная среднеквадратическая ошибка определения наблюденных значений силы тяжести по участку составила ± 0,044 мГал при проектной ± 0,059 мГал. СКО определения аномалий силы тяжести ± 0,063 мГал при проектной ±
0,10 мГал.
Подсчет величины сокращения трудозатрат выполнен теоретически, по нормам времени СУСН и местным нормам. Хронометраж работ в полевых условиях не проводился в силу удаленности участка от базы экспедиции (450 км до центра площади) и других факторов, не в последнюю очередь - простоев из-за метеоусловий и отсутствия авиатранспорта.
Схема отработки элементарного (единичного) участка, по которой проводились вычисления трудозатрат, несколько упрощена, и ее можно рассматривать как один из вариантов. В реальности она может быть сложнее, но в конечном итоге результаты будут сравнимы, т.к. схема построена с учетом времени пешего передвижения и физических возможностей человека.
При подсчетах трудозатрат приняты следующие величины:
1. Затраты труда на переходы между профилями при выполнении наблюдений на заполняющей опорной сети (ЗОС), подходы до профилей от места стоянки и возвраты к стоянке по завершении работы вычислены в соответствии с СУСН, вып. 1 («Геологосъемочные и поисковые работы»), табл. 51, ст. 4, норма времени на прохождение 1 км при категории трудности IV равна 34,8 мин (0,58 ч).
2. Нормы времени на производство гравиметрических наблюдений с шагом 50 и 100 м взяты в соответствии с «Местными нормами времени и расценками на гравиразведочные работы при пешем передвижении по предварительно подготовленной сети, работа с одним гравиметром» и равны 0,059 отр.-час с шагом 50 м и 0,074 отр.-час с шагом 100 м при категории трудности IV.
3. Затраты времени на выполнение измерений при развитии ЗОС - 2.5 мин на 1 измерение (0,042 отр.-час) - в соответствии с указанными выше «Местными нормами...».
Проектом предусматривалось выполнение профильных работ с развитием заполняющей опорной сети с шагом 3000*2000 м, производство рядовой
съемки по профилям по сети 2000*50 м и шагом 50 м по каждой второй магистрали и контрольные измерения в количестве 7.5% общего объема. При этом контрольные наблюдения для полной корректности должны производиться в середине звеньев - на отрезках профилей, где влияние нелинейности дрейфа нуль-пункта теоретически максимально.
С учетом только пеших подходов с одной стоянки можно выполнить не более 4 отрезков профилей по 6 км каждый и 2 отрезков магистралей по 8 км каждый; итого объем гравиметрических работ с одной стоянки составит максимум 40 пог. км.
Промежуточные вычисления затрат времени для простоты изложения опущены, даны только конечные результаты:
а) рейсы на рядовой сети планируются таким образом, чтобы суммарное время выполнения 1 рейса не превышало 10 -12 ч (см. рис. 4,а), затраты труда на производство рядовой съемки должны составить 81,31 отр.-час;
б) на производство ЗОС для обеспечения съемки, выполняемой с одной стоянки, необходимо 58,00 отр.-час (рис. 4,б);
в) затраты времени на проведение контрольных измерений (рис.4,в) - 35,84 отр.-час.
Итого затраты времени на выполнение профильных гравиметрических работ с расстоянием между профилями 2000 м на участке 6*8 км:
58,00 + 81,31 + 35,84 = 175,15 отр.-час.
Затраты труда на производство гравиметрической съемки на расчетном участке с применением технологии узловых пунктов и выполнением рядовых и контрольных измерений двумя операторами (рис. 2) равны 105,16 отр.-час.
Сокращение затрат труда на производство съемки на расчетном участке составит:
(175,15 - 105,16) = 69,99 отр.-час.
На весь объем работ на объекте Верх-не-Серкинский (2184 пог. км):
(2184 : 40) * 69,99 = 3819,70 отр.-час или
3819,70 : 7 : 25,4 = 21,5 отр.-мес, что составляет 40% экономии трудозатрат по отношению к стандартному варианту отработки площади.
Рис. 4. Схема отработки участка по стандартной технологии: а) - рядовая сеть; б) -заполняющая опорная сеть; в) - контрольные измерения;
☆ контрольные пункты
Библиографический список
1. Инструкция по гравиразведке. М.: Недра, 1980. 80 с.
Возможно, в реальных условиях величина сокращения трудозатрат будет отличаться от расчетной, но, судя по опыту работ, не очень значительно.
Выводы и рекомендации
1. Изложенная выше методика проведения профильных гравиметрических работ позволила существенно сократить трудозатраты и выполнить геологическое задание по объекту за 2 полевых сезона с задействованием 2-3 гравиметрических отрядов с качеством выше проектного. При этом в течение обоих сезонов простои в силу различных причин, как из-за отсутствия авиатранспорта, так и из-за неравномерной готовности отрядов к перебазировке, и, наконец, отставания выполнения топографо-геодезических работ, были весьма значительными.
2. В какой-то мере приведенную схему отработки можно считать несколько идеализированной - выполненная на объекте с применением GPS-технологий строго ортогональная система профилей и магистралей может отличаться от применимой в других условиях, в особенности при использовании ранее выполненных сейсмопрофилей криволинейной формы или расположенных в нерегулярном порядке. В последнем случае стройная схема П-образных ходов может быть не вполне реализована. Тем не менее возможен вариант использования отдельных ее элементов либо адаптации к реальной конфигурации системы профилей.
3. Настоящая технология рекомендуется к применению в практике производственных и научных организаций, выполняющих профильные гравиметрические работы.
2. Костицын В.И. Методы и задачи детальной гравиразведки. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1989. 128 с.
3. Лобанов А.М., Мельниченко В.И. Гравиметрическая съемка способом однократных измерений через точку//Разведочная
геофизика. М., 1985. Вып. 101. С. 119123.
4. Местные нормы времени и расценки на гравиразведочные работы при пешем передвижении по предварительно подготов-
ленной сети, работа с одним гравиметром / Амакинская ГРЭ.
5. Геологосъемочные и поисковые работы: справочник укрупненных сметных норм на геологоразведочные работы (СУСН). Вып. 1. М.: Недра, 1984. 89 с.
Field Experience of 2D Gravity Surveying Using Tie Point Technique
Yu. M. Zyuzin
Amakinskaya Geological Prospecting Expedition of “ALROSA” Company (open joint stock company), 678190, Republic of Sakha (Yakutia), Aikhal, Mir-ninskiy district, Pervootkryvateley st., 1. E-mail: zyuzinyum@alrosa.ru
The article presents (by way of early gravity studies example) the method of high- precision 2D gravity surveying based on the tie point technique. It is used for a gravity base stations network generation and survey line measurements with two operators in an alternate point way. The manhour minimization degree is evaluated. Some recommendations on practical application of the technique are worked out.
Key words: survey line gravity measurements, manhour minimization, tie points.
Рецензент - доктор физико-математических наук А.С. Долгаль
