CC BY
17
© А.М. Мухамстшин, А.С. Ведерников, П.И. Зуев 2008
УДК 550.83
А.М. Мухаметшин, А.С. Ведерников, П.И. Зуев
РЕЗУЛЬТАТЫ КРУПНОМАСШТАБНЫХ СЕЙСМОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В СТЕСНЁННЫХ УСЛОВИЯХ УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ
Семинар № 2
На площадке будущего строительства «Екатеринбург -СИТИ» при выполнении сейсмометрических исследований использовались различные модификации сейсморазведки, как по части аппаратуры, так и по методике работ. В результате наиболее предпочтительной оказалась методика МОВ - ОГТ (разработка ГИ УрО РАН под руководством И.А. Санфирова).
Вместе с тем, благодаря результатам сейсмотомографических исследований удалось откорректировать величины эффективных скоростей продольных и поперечных волн, полученных по методике МОВ - ОГТ, в сторону их увеличения.
Это было вполне оправданным, так как при исследованиях прочностных свойств на образцах, отобранных в данном горном массиве, были измерены и скорости упругих колебаний, которые оказались еще более высокими, свыше шести километров в секунду. Не углубляясь в дискуссию по данному вопросу, остановимся на взятом из общеизвестных справочников значении Vp тах для габбровых массивов самого различного генезиса равном 6000 м/с. Эта величина была использована при классификации участка массива горных пород на площадке строительства башни «Урал» по трещиноватости (по СНиП 2.02.02
- 85) на основе фактора НОЭ и по сохранности. Поэтому величины эффективных скоростей продольных и поперечных волн, приводимых нами ранее были откорректированы на пропорциональной основе с учётом данных сейсмотомографии.
Были построены новые распределения скоростей продольных и поперечных волн в плане с дифференциацией по глубине через 10 м. Так как верхняя часть грунта будет сниматься, планы начинаются с глубины 20 м и заканчиваются на отметке 60 м.
На рис. 1 приведено распределение скорости продольной волны на поверхности прочного габбро.
Характер распределения скорости продольной волны относительно равномерный, это говорит о том, что структура данного массива имеет вполне обычное строение без нарушений, аномальное же проявление здесь наблюдается в районе между площадками Т1 и Н2.
Вытянутая зона плотных пород (которые характеризуются повышенными скоростями) пересекает территорию исследования почти по диагонали с запада на восток вплотную гранича с массивами низкой плотности, расположенными на юго-западе стройплощадки.
Ниже кровли прочного габбро картина сглаживается, диапазон ско-
Рис. 1. Схема распределения скорости продольной волны на поверхности «прочного»габбро
ростей уменьшается что свидетельствует о том что массив имеет относительное ненарушенное строение.
Также были построены карты распределения ряда необходимых при проектировании параметров. Одним из наиболее важных является величина прочности на одноосное сжатие, рассчитываемое по известному значению скорости продольной волны из выражения [1]:
=
10
0,355-Ур -10—3-0.0405-МсТ +6.5
х(10
-0.0405-МсТ0
— 0
.05)
в1п ф+0.65-(1—сов4ф)
(1)
где Мст - модуль слоистости-
трещиноватости, который принимался
как максимальная величина модуля трещиноватости из рассчитанных классификационных показателей для каждого значения скорости продольной волны; угол ф = 75° - это угол преобладающего наклона слоистости и трещиноватости изучаемого массива пород. Прочность измеряется в МПа.
Вполне похожая на карту распределения скоростей продольных и поперечных волн картина наблюдается в случае с прочностью на одноосное сжатие. На поверхности прочного габбро максимальная прочность зарегистрирована на отрезке профиля №1 (225 - 295 м). Максимальный уровень показателя прочности на одноосное сжатие (110 - 125 МПа) от-
мечен на глубине 30 м. На следующих глубинных интервалах картина почти повторяется, с незначительными колебаниями прочности пород.
Аналогичным образом на основе известных зависимостей определены следующие параметры:
Объёмная плотность пород [1]:
80 = 0.354(Ур)14, (2)
где Ур - скорость продольной волны, измеряется в м/с, плотность (80) соответственно в г/см3.
Коэффициент Пуассона [1]:
V- (0.5у2 — 1)/
Л2—1г
где у - отношение значений скоростей поперечных и продольных волн соответственно.
Значения статического модуля
упругости вычислялись по
соотношению В.Н. Никитина [2] для скальных и полускальных пород:
Ес = 0,35Е114 (4)
где Е - динамический модуль упругости (модуль Юнга) в МПа 103. Динамический модуль Юнга [2]:
= Ур280(1 + у)(1 — 2у)/ ;
/(1 — V
Динамический модуль сдвига [2]:
(3)
Е =
(5)
С = Е/
'2(1 + V) ’
Модуль объемного (упругости) [2]:
К = Е
(6)
расширения
(7)
3(1 - 2^’
Можно без труда заметить, что все рассчитываемые параметры опираются в своей основе на измеренные значения скоростей упругих волн. Вследствие чего, построенные по приведённым выше зависимостям карты распределения значений параметров визуально схожи.
Заметные на рисунках резкие изменения искомой величины коэффи-
циентов и параметров обозначают контактовые зоны массивов пород, что и отображается в виде резких переходов одной цветовой гаммы в другую.
При совместном анализе всех вышеперечисленных параметров можно указать явную неоднородность исследуемого района, которая, скорее всего, вызвана в отличие от равнинных и холмистых территорий повышенной тектонической активностью района Уральских гор. Более всего неоднородности на площадке строительства «ЕКАТ - СИТИ» отмечаются на горизонтах соответствующих, как и ожидалось, выветрелому габбро.
Структурно - тектоническая схема (рис. 2) расположения метаморфизи-рованных и сильновыветрелых габбро построена в интервале «прочного» габбро (глубины 40 - 60 м) с учётом проведённых комплексных исследований.
Приведенные границы раздела являются, скорее всего, границами физически разнородных горных пород, но иногда это могут быть и границы, по которым были тектонические подвижки (см. например - 1 и 2 - подвижки по вертикали, а 3 - скорее всего по горизонтали). Превышения, имеющиеся на рельефе по сейсмическим профилям №№ 5 и 11 отмечаются вертикальными сместителями, а уже на поверхности прочного габбро (глубины 40 - 60 м) эти превышения нивелируются. Следовательно, смещения по данным сместителям 1 и 2 были в очень ранней , не позже эпохи мезозоя стадии развития. И поэтому ровная поверхность прочного габбро образована в результате процессов геохимического выветривания за весьма значительное время. Подвижки на границе 3 произошли скорее всего одновременно с внедрением гранитной интрузии.
Условные обозначения
габбро прочное
метаморфизованное габбро
габбро сильновыветрелое
\ границы раздела
\ зоны повышенной трещиноватости
1,2,3 линии смещений в процессе консолидации
Рис. 2. Структурно-тектоническая схема расположения метаморфизованных и сильновыветрелых габбро по кровле прочного габбро (ОГ - 4).
Все остальные выделенные на рисунке 2 границы разделяют силь-новыветрелые и метаморфизованные габброиды от неизменённых и прочных габбро. Пунктирными линиями выделены зоны повышенной трещиноватости и рассланцевания, причем чем гуще эти пунктиры, тем больше степень трещиноватости.
Из приведённых материалов можно сделать следующие выводы.
На данных рисунках-схемах распределения прочностных и упругих физико-механических параметров приведенные значения являются в определённой мере осреднёнными величинами этих параметров в основном без выделения локальных аномалий для конкретного, скажем метрового интервала как по глубине, так и в плане.
Однако по этим рисункам можно с помощью интерполяции определить необходимое значение искомой величины в любой точке горного
массива и до любой исследованной глубины.
Например, с помощью этих рисунков можно построить инженернотехнический разрез по любому направлению.
Основываясь на многочисленных измерениях, проведенных на участке строительства «Екат-СИТИ», в массиве пород можно выделить различные инженерно-геологические элементы (ИГЭ). Как уже было отмечено выше, большинство рассчитываемых параметров массива опираются на значения скоростей продольных и поперечных упругих волн, поэтому по данному параметру можно провести первичную дифференциацию ИГЭ.
Таким образом, каждому ИГЭ соответствует некоторый диапазон скоростей упругих волн, который определяется в том числе по результатам анализа кернового материала, извлеченного из пробуренных скважин, и по результатам проведенных в этих скважинах каротажных исследований.
Рис. 3. Инженерно-технический разрез по линии 1-1'
На основе полученных соответствий между ИГЭ и скоростями упругих волн возможно построение инженерно-технических разрезов до любых глубин, на которых имеются достоверные значения скоростей упругих волн в массиве. Для этого для каждой заданной точки линии разреза в плане необходимо определить значение
1. Сейсморазведка (Справочник геофизика). Под редакцией В.П. Номоконова. Книга первая. М.: Недра, 1990.
скорости продольной волны. Далее отметки границ между различными ИГЭ определяются с помощью интерполяции. Таким образом, можно получить представление о строении рассматриваемого участка при малом количестве пробуренных скважин или даже при их отсутствии. Пример такого разреза показан на рис. 3.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Савич А.И., Ященко З.Г. «Исследования упругих и деформационных свойств горных пород сейсмоакустическими методами». -М.: Недра, 1979. ШИЗ
— Коротко об авторах----------------------------------------------------------------
Мухаметшин А.М. - научный руководитель ООО «АМиК - Инновационные технологии», профессор кафедры геофизики УГГУ, доктор геолого-минералогических наук, Ведерников А.С. - младший научный сотрудник ИГД УрО РАН.
Зуев П.И. - младший научный сотрудник ИГД УрО РАН, аспирант УГГУ.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 2 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Л. Шкуратник.
