CC BY
31
© К.О. Соколов, П.Д. Попков, Н.Д. Прудсцкий, 2013
УДК 622.831:550.839
К.О. Соколов, П.Д. Попков, Н.Д. Прудсцкий
ВОЗМОЖНОСТИ ГЕОРДДИОЛОКДЦИИ ПРИ ИССЛЕДОВДНИИ РДЗРЫВНЫХ НДРУШЕНИЙ НД МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПДЕМЫХ КРИОЛИТОЗОНЫ
Предложено использование георадиолокации для изучения разрывных нарушений, на месторождениях полезных ископаемых криолитозоны, для картирования геометрии коренных пород горного массива и выявления структурно-вешест-венных особенностей в пределах 20—30 м.
Ключевые слова: георадиолокация, разрывные нарушения, месторождения крио-литозоны.
/"Жля изучения строения место-Л-Д рождений полезных ископаемых криолитозоны используются различные геофизические методы, каждый из которых имеет свою специфику и направленность. Одним из этих методов является георадиолокация - метод высокочастотной электроразведки. В последнее время объектами исследования георадиолокации все чаше становятся почвы и грунты [1—4], инженерные коммуникации и сооружения [5-7], пресноводные водоемы и горнопромышленные объекты [8-10]. Этот выбор связан с относительной простотой их исследования, благодаря малой глубине залегания и несложным строением вмешаюших сред, что позволяет использовать георадары с высокой разрешающей способностью, что делает эти исследования финансово выгодными, хотя и сушествует некоторый скептицизм относительно коммерциализации этого геофизического метода [11]. Современные исследования показывают перспективность применения георадаров для
изучения строения горного массива [12]. Изучение, как правило, ограничивается рыхлыми отложениями (до 10м), но в некоторых условиях потенциал современных георадаров позволяет изучать геологические структуры и на больших глубинах.
Наиболее благоприятными, для исследования методом георадиолокации, являются многолетнемерзлые породы, обладаюшие невысоким коэффициентом затухания электромагнитной энергии - менее 6 дБ/м, для низкочастотных георадаров, имеюших потенциал 80-90 дБ, что теоретически позволяет изучать мерзлый горный массив до глубины 30 м. Так как мошность рыхлых отложений в зоне распространения вечной мерзлоты невелика, то появляется возможность исследовать строение подстилаюших коренных пород верхней части разреза.
В изучении коренных пород наиболее интересным представляется исследование зон разрывных нарушений, повышенной трешиноватости и их картирование, особенно если они выполнены дайками, штоками,
диатремами и другими образованиями с различной интрузивной специализацией, включая рудные объекты. В последние годы делаются попытки прослеживания разломов методом георадиолокации [13-15]. Считается, что основным геофизическим методом изучения разрывных нарушения является магниторазведка и различные варианты электропрофилирования, с помощью которых можно обнаружить зоны нарушений по смещению их осей корреляции, а также по аномалиям физических свойств [16]. Однако информативность результатов георадиолокационных измерений гораздо выше, т.к. позволяют судить о слоистых структурах, геологических телах и неод-нородностях горного массива, хотя и на небольших глубинах.
Возможность успешного проведения георадиолокационных исследований разрывных нарушений подтверждена опытными работами на месторождении полезных ископаемых (Анабарский район Республики Саха (Якутия)), где мощность мерзлых рыхлых отложений (пески, супеси, суглинки) достигает 6м, в которых могут быть линзы льда толщиной более 2 м. При прохождении в этих средах потери электромагнитной энергии состоят из:
— потерь за счет фронта расхождения Ьфр.н. с учетом фактора фокусировки Ьф;
— потерь в средах Ьс;
— потерь на границах Ьф.н [19].
Общие потери (Р) для разреза,
представленного слоями снега, песка и льда составят:
Ьфр.н. — Ьф = 101д(64гс262/4Х2) -
- 201д(2 = 25,5 дБ
Ьс = 2*(0,01*1 + 0,1*0.9 + 0,01*2) = =0,24 дБ
ЬГр.н = -201д(0.172) + 201д11 -
- 0,12 I + 201д I 1 - 0,362 I = 16,29 дБ Р = Ьфр.н. - Ьф + Ьс + Ьгр.н = 42,03 дБ
Таким образом, современные георадары обладающие энергетическим потенциалом 90 дБ и более, израсходуют менее половины своего потенциала по достижению верхней границы коренных пород.
На рис. 1, а представлены данные георадиолокационного профилирования в зоне разлома, предполагаемого по данным магниторазведки. На рисунке можно выделить 2 типа областей: 1) с ярко выраженными осями синфазности георадиолокационных сигналов 2) с низкими значениями амплитуд сигналов (от 120 м до 500-600 м). Области первого типа интерпретируются как ненарушенный горный массив со слоистой структурой рыхлых отложений и коренных пород.
Область второго типа может быть проинтерпретирована как интрузивное тело, т.е. в зону нарушения, характеризующуюся ослабленностью горных пород вследствие дробления и трещиноватости, произошло внедрение магматического расплава, что привело к уменьшению электрического сопротивления и увеличению затухания электромагнитной энергии [18].
Таким образом, георадиолокация хоть и является менее оперативным и более трудоемким геофизическим методом предоставляет более информативные данные по сравнению с данными магниторазведки (рис. 2), по которым можно только приблизительно оконтурить область разлома.
Ь, м Г, дБ/м
Снег 1 1 0.01
Песок 0.9 4 0.1
Лед 2 3 0.01
Рис. 1. Георадиолокационный разрез н выделенные на нем Гранины геологических тел и слоев
а
б
Рис. 2. Фрагмент данных магниторазведки:--область разлома; ••• — профиль, по
которому получен разрез на рис. 1
Проведение площадной георадиолокационной съемки позволит картировать в плане и по разрезу разрывные нарушения и по характеристикам георадиолокационных сигналов сделать предположение о возможном
вещественном составе горных пород выполняющих разлом или зону повышенной трещиноватости в трехмерном приближении.
Использование метода георадиолокации для изучения разрывных нару-
шений является перспективным направлением исследований, в результате которых возможно получение инфор-
1. Xavier, M. Electrical resistivity and Ground Penetrating Radar for the characterization of the internal architecture of Quaternary sediments in the Midlands of Ireland / M. Xavier, Pellicer, Paul Gibson // Journal of Applied Geophysics. — 2011. — V.75- Issue 4.
— pp.638—647.
2. Явна В.А. Определение эффективности георадиолокационного метода в грунтах с различными электрофизическими свойствами / B.A. Явна, З.Б. Хакиев, К.Ю. Кислица, М.С. Рассудов // Инженерный вестник Дона. — 2012. — Т.20. — №2. — С.470-474.
3. Федорова Л.Л. Георадиолокация массива горных пород россыпных месторождений криолитозоны, перекрытого электропроводящим слоем / Л.Л. Федорова, К.О. Соколов // Горн. информ. — аналит.бюл.
— 2011. — №8. — С.310-316.
4. Carpentier S.F.A. Recent deformation of Quaternary sediments as inferred from GPR images and shallow P-wave velocity tomograms: Northwest Canterbury Plains, New Zealand / S.F.A. Carpentier, A.G. Green, J. Doetsch, C. Dorn, A.E. Kaiser, F. Campbell, H. Horstmeyer, M. Finnemore // Journal of Applied Geophysics. — 2012. — V.81. — рр.2-15.
5. Духин C.B. Георадиолокационные обследования: актуальные задачи и решения / С.В. Духин, А.И. Долгий, A.B. Нуйкин, С.Н. Игонькин, А.Е. Хатламаджиян // Путь и путевое хозяйство. — 2012. — № 9. — С.27-30.
6. Греховодов A.A. Практика применения георадара при обследовании земляного полотна / A.A. Греховодов // Сборник научных трудов ОАО «ГИПРОДОРНИИ». — М., 2012. — №3. — С.34-41.
7. Воробьев В.Б. Диагностика балластного слоя георадиолокационным методом /
B.Б. Воробьев, В.И. Колесников, А.В. Морозов, В.Л. Шаповалов, В.А. Явна // Путь и путевое хозяйство. — 2011. — №8. —
C.2-8.
мации не только о слоистой структуре горного массива, но и о структуре рудных полей, в верхней части разреза.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
8. Волкомирская Л. Б. Георадиолокационное приповерхностное зондирование в мониторинге негативных последствий ликвидации шахт и разрезов / Л.Б. Волкомирская, А.В. Лиманский // Мониторинг. Наука и технологии. — 2011. — №2. — С. 37— 46.
9. Лобанов Г. В. Перспективы георадиолокационных исследований пойменно-русловых комплексов (на примере бассейна верхнего днепра) / Г.В. Лобанов, Г.В. Баст-раков, А.В. Полякова, Б.В. Тришкин // Вестник Брянского государственного университета. — 2011. — №4. — С.196-200.
10. Sambuelli Luigi A GPR survey on a morainic lake in northern Italy for bathymetry, water volume and sediment characterization / Luigi Sambuelli, Silvia Bava // Journal of Applied Geophysics. -2012. — V.81. — рр.48-56.
11. Серегин М.Ю. Перспективы развития георадиолокации / М.Ю. Серегин // Наука и бизнес: пути развития. — 2012. — №11. — С.70 -72.
12. Омельяненко А.В. Георадиолокационная технология для решения горно-геофизическиих задач на алмазоносных месторождениях криолитозоны / А.В. Омель-яненко, Л.Л.Федорова, Г.А. Куляндин // Проблемы комплексного освоения георесурсов: материалы III Международной научной конференции (г.Хабаровск, 16-18 сент.2009 г.).- Хабаровск: ИГД ДВО РАН. — 2010.- Т.4 — С.55-59.
13. Ground penetrating radar investigations to study active faults in the Norcia Basin (central Italy) Journal of Applied Geophysics, Volume 72, Issue 1,September 2010, Pages 39-45 Cristina Pauselli, Costanzo Federico, Alessandro Frigeri, Roberto Orosei, Mas-similiano R. Barchi, Gabriele Basile
14. Кожурин А.И. Активная разломная тектоника юга Центральной Камчатки /А.И. Кожурин, В.В. Пономарева, Т.К. Пинеги-на// Вестник Краунц. Науки о земле. 2008. № 2. Вып. 12. — С. 10-27.
15. Тарабанько A.B. Применение георадиолокации при изучении разрывных нарушений, связанных с коровыми землетрясениями в районе реки поперечная (Южная Камчатка) // Вестник Краунц. Науки о Земле. 2007. № 1. Вып. 9. С. 154-158.
16. Огильви A.A. Основы инженерной геофизики / A.A. Огильви. - М.: Геология, 1990. — 503 с.
17. Финкельштейн М.И. Подповерхностная радиолокация / М.И. Финкельштейн,
В.И. Карпухин, В.А. Кутев. — М.: Радио и связь,1994. — 216 с.
18. Хмелевской В.К. Геофизические методы исследования земной коры /В.К. Хмелевской, Ю.И. Горбачев, А.В. Калинин, М.Г. Попов, Н.И. Селиверстов, В.А. Шевнин// Учебное пособие для геологических специальностей вузов. — Петропавловск-Камчатский: изд-во КГПУ. — 2004. — 232 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Соколов КО. - кандидат технических наук, младший научный сотрудник, [email protected],
Прудецкий Н.Д. —старший инженер, [email protected],
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН,
Попков П.А. — начальник Отдела геофизических исследований. геологическое управление
ОАО «Алмазы Анабара», [email protected]
А
ГОРНАЯ КНИГА -
Сейсмическая безопасность при взрывных работах
В.К. Совмен, Б.Н. Кутузов, A^. Марьясов, Б.В. Эквист, A.B. Токаренко 2012 г. 228 с.
ISBN: 978-5-98672-306-8 UDK: 622.2:614.83(075.8)
Рассмотрены физика процесса возникновения и распространения сейсмических волн, теория колебательных процессов применительно к этой области науки. Приведены методы расчета устойчивости бортов карьеров, сохранности подземных выработок, инженерных конструкций, а также работоспособности электронной техники, находящейся в зоне производства взрывных работ. Проанализировано сейсмическое воздействие короткоза-медленного взрывания на окружающую инфраструктуру горного предприятия с использованием различных систем инициирования. Представлены результаты экспериментальных исследований и даны методики конкретных измерений с корректировкой параметров буровзрывных работ.
В.К. Совмен — канд. техн. наук, президент 3AO «Полюс»; Б.Н. Кутузов — д-р техн. наук, профессор кафедры «Взрывное дело» (ФГБОУ В ПО «Московский государственный горный университет»); A^. Марьясов — главный инженер 3AO «Полюс»; Б.В. Эквист — д-р техн. наук, доцент кафедры «Взрывное дело» (ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»); A^. Токаренко — директор карьера 3AO «Полюс».
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Горное дело» направления подготовки «Горное дело». Может быть использовано научными работниками и производственниками в качестве инженерного руководства для оценки сейсмобезопасности взрывных работ.
