Электротомография (ЭТ) (основной метод) современное направление метода сопротивлений и вызванной поляризации, предназначенное для получения двумерных и трехмерных геоэлектрических разрезов из измерений полученных на поверхности земли.с некоторыми оговорками электротомографические измерения можно называть сплошными зондированиями. Электротомографии применяются довольно плотные системы наблюдений с линейным шагом.

Суть методики измерений заключается в многократных повторных измерениях сигнала в приемных линиях, при различных положениях питающей. Благодаря использованию данного принципа и современных алгоритмов инверсии, электротомография позволяет изучать сложные двумерные и трехмерные среды, что существенно расширяет круг решаемых электроразведкой задач.

Метод оперирует большими объёмами данных от первых тысяч для двумерной, до десятков и первых сотен тысяч измерений для трехмерной. Это подразумевает использование высокопроизводительной многоэлектродной или многоканальной коммутирующей аппаратуры и электроразведочных кос. Для проведения исследований методом электротомографии необходимо специальное геофизическое оборудование и программа инверсии полевых данных.

Глубинность исследований, как и в методе ВЭЗ определяется геоэлектрическим разрезом и наибольшими разносами. Максимальная глубина исследований для электротомографии составляет 500--700 метров, обычно 50-60 метров. Разрешающая способность электротомографии определяется расстоянием между электродами в косе и, как и для других электроразведочных методов, падает с глубиной.

Для отображения полевых материалов используются псевдоразрезы, которые представляют двумерное распределение кажущихся сопротивлений или поляризуемостей в форме контурных карт. Для интерпретации полевых данных используются специальные программы, реализующие алгоритмы двумерной или трехмерной инверсии.

Геородирование(ГРЛ) предназначены для изучения сред-диэлектриков по изменению диэлектрической проницаемости и/или электропроводност в изучаемую среду излучается электромагнитная волна, которая отражается от разделов сред и различных включений. Отраженный сигнал принимается и записывается георадаром.Зондирование георадаром производилось путем излучения последовательности мощных наносекундных электромагнитных импульсов и измерении электрического поля движущегося фронта электромагнитной волны в геологической среде [Владов, 2004]. Под диэлектрическими неоднородностями в данном случае понимается геологические границы. По измеренному времени распространения сигнала в зондируемой среде и известной скорости распространения электромагнитного сигнала в материалах определяется расстояние до границы раздела литологических слоев

Частотного электромагнитного зондирования является модификацией метода частотного зондирования, одного из классических методов электроразведки. Он позволяет получать информацию об изменении сопротивления среды с глубиной посредством исследования частотных зависимостей компонент электромагнитного поля, создаваемого искусственным источником.

Изменение глубинности исследования в методе достигается за счет явления скин-эффекта. Оно заключается в том, что чем выше частота колебаний электромагнитного поля, тем сильнее оно затухает с глубиной. Таким образом, на высоких частотах поле охватывает приповерхностную часть среды, а по мере понижения частоты оно проникает все глубже и начинает нести информацию о нижних слоях разреза.

КМПВ определяются глубины, форма сейсмических преломляющих границ и скорость распространения вдоль них упругих волн (граничная скорость -- Vr) в интервале глубин от нескольких м до десятков км. КМПВ основан на регистрации головных волн. При падении волны под критическим углом на пласт, скорость прохождения волн в котором больше, чем в вышележащей среде (V 1 < V2), падающая волна образует в нем скользящую волну, распространяющуюся вдоль его верхней границы. Ее движение вызывает вторичную -- головную волну, которая возвращается к поверхности земли и может быть зарегистрирована.Основные особенности КМПВ: на сейсмограммах используется время не только первых вступлений, но и время прихода последующих гр. преломленных волн; как и в МОВ, при КМПВ используются принципы фазовой корреляции волн; выбор системы наблюдений подчиняется требованию корреляционных полных систем годографов; в КМПВ широко используются динамические признаки сейсмических волн для проведения фазовой корреляции и идентификации волн и с целью изучения особенностей строения среды. При КМПВ используются сложные системы наблюдений и применяются большие расстояния между пунктами взрыва и сейсмоприемниками (взрыв -- прибор), что ведет к усложнению техники полевых работ: одновременно используется 3 -- 5, а иногда и больше прибор требует высокой эффективной чувствительности аппаратуры; для снижения фона помех улучшают условия установки сейсмоприемников, выбирают для работы более спокойное время суток, строго соблюдают условия спокойствия на профиле и т. п. Большие расстояния от пункта требуют применения радиосвязи для передачи отметки момента и организация работ на профиле. Интерпретация материалов КМПВ предусматривает те же приемы фазовой корреляции, что и в МОВ. Исследуя форму записи в последующих вступлениях в КМПВ, можно уверенно различать преломленные волны, относящиеся к разл. горизонтам, и прослеживать преломленные волны, не выходящие в первые вступления. По годографам преломленных волн можно вычислить граничную скорость, которая характеризует в некоторой степени литологический состав п. преломляющего слоя, благодаря чему удается отождествить преломляющий горизонт со стратиграфической границей. Построение преломляющих границ ведется разл. способам”: от сравнительно простого способа t0 до метода полей времен для годографов сложной формы. Для ориентировочных расчетов средней скорости в покрывающей среде можно использовать годографы преломленных волн; для более точного знания средних скоростей необходимо получение годографов отраженных волн или данных сейсмического каротажа. КМПВ применяется на всех этапах сейсмической разведки при наличии в р-не работ преломляющих горизонтов. Особое признание метод получил при региональных работах и трассировании нарушений.

С помощью электротомографии/

Определение положения кровли многолетнемерзлой толщи в разрезе по данным электротомографии проводится на основании резкого различия по удельному электрическому сопротивлению сезонно-талого слоя и мерзлых пород. Не смотря на четкость выбранного интерпретационного критерия, присутствие в разрезе скальных грунтов усложняет качественную интерпретацию, поскольку скальные и мерзлые породы обладают одним порядком УЭС.

Под мерзлыми грунтами при интерпретации электроразведочных данных понимаются горные породы с УЭС 2000-10000 Ом•м и выше, перекрытые более проводящими (100-2000 Ом•м) породами и имеющие пластовый или линзовидный характер распространения. При интерпретации учитывались геоморфологические особенности участка трассы. На склонах южных румбов экспозиции ожидалось прерывистое распространение ММП и глубокое залегание. На склонах северных румбов экспозиции характер распространения ММП, как правило, сплошной. На заболоченных низменностях глубина сезонного оттаивания минимальна, а мощность ММП максимальна.

С помощью георадирования

При интерпретации данных ГРЛ положение кровли многолетнемерзлых грунтов может быть определено по наличию отражающей границы на контакте перекрывающих талых грунтов и мерзлой толщи, а также по изменению характера волновой картины.

Однако интенсивные отражающие границы могут быть также связаны с кровлей скальных пород, уровнем грунтовых и надмерзлотных вод. Кроме того, при глубоком залегании ММП, вследствие недостаточной глубинности применяемых антенных блоков, положение кровли мерзлых пород может быть не определено. Все эти осложняющие факторы повышают неоднозначность интерпретации данных ГРЛ.

С помощью частотного электромагнитного зондирования

Определялась мощность верхнего относительно проводящего слоя, соответствующего сезонно-талому слою.

С помощьюКМПВ

Интерпретационным критерием для выделения кровли многолетнемерзлой толщи являлось наличие границы раздела сред с разными пластовыми скоростями Vp1 < Vp2. Такое условие выполняется, если верхняя часть разреза находится в сезонно-талом состоянии, а ниже ее подстилает многолетнемерзлая толща. Удалось подсечь скальные грунты.

Выбранный комплекс работ полностью справится с задачей подцепить нужные слои и оконтурить.С помощью выборного комплекса быстро можно справится с работами. Учитывая что в средним в электротомографии расстановок 9;ЧЗ проходим 12 км; георадирования 9км; КМПВ 7 расстановок.

2.4 Методика и техника полевых работ

2.4.1 Сейсморазведочные работы

Сейсмические исследования проводились по методике многократных перекрытий, включающую методы ОГТ, КМПВ и сейсмотомографию [Козырев и др., 2004].

Расстояние между сейсмоприемниками составляло 5 метров (Рисунок 3). Возбуждение упругих колебаний осуществлялось ударом кувалды по грунту. Каждое физическое наблюдение отрабатывалось с накоплением 12 воздействий. Наблюдения проводились по методике многократных перекрытий. Расстояние между пунктами наблюдений также составляло 5 метров. Производилась регистрация как Р так и S компонент. Максимальное удаление пикета приема от пункта возбуждения, составляло 235 метров.

При работе аппаратура обеспечивала широкополосную прецизионную регистрацию упругих колебаний в реальном времени. Шаг дискретизации составил 0,001 секунду, длительность регистрации 2 секунды. В расстановке использовалось 13 регистраторов и один концентратор. Планово-высотное положение точек измерений определялось с помощью спутникового геодезического двухчастотного GPS-приемника фирмы «Leica GX-1230».

Рисунок - Схема сейсмических наблюдений

Данная методика наблюдений позволяет обрабатывать данные по методу ОГТ с набором кратности от 1 до 48 это дает возможность уже на 10 сейсмоприемнике, как от начала, так и с конца профиля (т.е. на центральном участке протяженностью 135 метров набрать кратность 20. Также выбросив при обработке все ненужные ПВ (пункты возбуждения) получается расстановка по методу КМПВ длинной 235 метров, что с лихвой перекрывает параметры заданные в ТЗ. Отметим еще один факт, что при данной системе работ возможна автоматическая обработка по методу ОГП КМПВ (общей глубинной площадки). И наконец, данная система идеальна для построений методом сейсмотомографии.

2.4.2 Электроразведочные работы

В качестве основного электроразведочного метода на объекте был применен метод сопротивлений в варианте электротомографии, сочетающий в себе элементы вертикального электрического зондирования и профилирования. Работы выполнялись по линии проектируемого газопровода, а также для детализации характерных типов геологического строения на ряде площадок, центр которых был расположен на линии проектируемого газопровода. Дополнительно на объекте был применен метод частотного зондирования, позволяющий в благоприятных геоэлектрических условиях бесконтактно изучать разрез на глубину до 10 метров. Преимуществом ЧЗ являлось его мобильность и возможность проведения исследований в труднодоступных участках трассы.

Метод сопротивлений является одним из самых старых электроразведочных методов, его история насчитывает уже около ста лет [Schlumberger, 1920]. На протяжении многих десятилетий ограниченное количество электродов заземлялось и переносилось вручную, что определяло производительность электроразведочных работ. В 1980-х появились многоэлектродные системы измерений, сначала с ручным, а позже с автоматическим переключением. Такие системы позволяли выполнять полностью автоматические измерения и контроль качества данных. Таким образом, в конце 20-го века электроразведка методом сопротивлений вышла на качественно новый уровень. На смену или в дополнение к традиционным вертикальным электрическим зондированиям и электропрофилированию были разработаны так называемые сплошные электрические зондирования. В иностранной литературе чаще всего употребляются два термина - Resistivity Imaging и Electrical resistivity tomography. В России к настоящему времени был закреплен термин электротомография, который вошел в «Свод правил» Госстроя России.

Электротомография основана на применении многоэлектродных электроразведочных кос, подключаемых к аппаратуре, способной коммутировать токовые и измерительные электроды на произвольные выводы косы. Такая технология на порядок увеличивает производительность и разрешающую способность исследований методом сопротивлений, особенно если аппаратура имеет несколько измерительных каналов, позволяющих измерять разность потенциалов одновременно с нескольких приемных линий. Основным отличием электротомографии от классических вертикальных электрических зондирований является использование многоэлектродных электроразведочных кос и полная автоматизация измерений.

При измерениях применялись симметричные четырехэлектродные установки Шлюмберже. Измеренное значение соответствует глубине d. Для установки Шлюмберже точка записи относится по горизонтали к центру измерительной пары MN, а по вертикали к эффективной глубине исследования [L.S.Edwards, 77], либо к величине кратной разносу AB. В работах показано, что для метода электротомографии область, характеризуемая наибольшей чувствительностью измеряемого на поверхности потенциала к параметрам среды, сосредоточена в окрестности позиции, к которой относятся измерения. Таким образом, эта область представляет собой трапециевидную фигуру. При использовании четырехэлектродных симметричных установок для исследований вдоль одного профиля, именно эта область участвует в инверсии и в ней выполняется интерпретация. Однако в случае достаточного перекрытия, применения трехэлектродных установок, а также площадных работ, используется расширенная до прямоугольной области.

Приведем определения понятий регулярной и нагоняющей расстановок. При разделении многоэлектродной электроразведочной косы на два сегмента (например, как упоминалось выше, по 24 электрода), регулярной называется расстановка, расположенная на двух первых сегментах косы и использующая полную систему измерений. После измерений на регулярной расстановке первый сегмент косы перемещается, и измерения проводятся на втором и третьем сегментах, при этом измерения, дублирующие таковые на регулярной системе, исключаются/ Такая расстановка называется нагоняющей. При этом перекрытие каждой последующей расстановки составляет 50% длины косы. При полевых работах таким способом составляются профили необходимой длины. В работах использовалась следующая аппаратура % одноканальная 48-электродная электроразведочная станция «СКАЛА-48» и 10-ти канальная 48-электродная электроразведочная станция «Iris Syscal Pro Switch48». Работы выполнялись с применением 24-х электродных кос с расстоянием 5 м между электродами, по 2 косы на одну расстановку. Длина каждой расстановки составляла 235 м (48 электродов х 5 м шаг - 1 = 235 м). Каждый электрод в процессе измерений являлся либо приемным, либо питающим.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок - Схема расположения двух сегментов 24х-электродных кос с последующим переносом первого сегмента для непрерывного продолжения профиля(а). Схема привязки результата измерения для симметричной установки (б). Вид протокола измерений для электротомографии (в): установка Шлюмберже, 48 электродов, расположенных с постоянным шагом 5 м. Каждому маркеру на диаграмме соответствует одно положение четверки электродов ABMN. При этом маркер отнесен по горизонтали к центру установки, а по вертикали к эффективной глубине

При выполнении длинных профилей применялось удлинение системы наблюдений по принципу нагоняющих профилей, при котором перекрытия измерений составляют 50%.

При повороте оси газопровода более, чем на 20?, происходил разрыв профиля с перекрытием 20% (10 электродов).

Характеристики измеряемых величин отслеживались оператором во время работы. По мере необходимости вносились поправки в настройки генератора и измерителя аппаратуры. Вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ) в модификации электротомографии применены в соответствии с СП 11-105-97 ч.VI; РСН 64-87.

Предварительная разбивка точек измерений методом электротомографии производилась с помощью рулетки. Планово-высотное положение точек измерений (каждого электрода) определялось далее с помощью спутниковых геодезических двухчастотных GPS-приемников фирмы Leica Geosystems «Leica GX-1220» и «Leica GX-1230» .

Метод частотного электромагнитного зондирования является модификацией метода частотного зондирования, одного из классических методов электроразведки. Он позволяет получать информацию об изменении сопротивления среды с глубиной посредством исследования частотных зависимостей компонент электромагнитного поля, создаваемого искусственным источником [Хмелевской, 1984; Ваньян, 1997] Изменение глубинности исследования в методе достигается за счет явления скин-эффекта. Оно заключается в том, что чем выше частота колебаний электромагнитного поля, тем сильнее оно затухает с глубиной. Таким образом, на высоких частотах поле охватывает приповерхностную часть среды, а по мере понижения частоты оно проникает все глубже и начинает нести информацию о нижних слоях разреза.

При проведении работ использовался аппаратурно-программный комплекс электромагнитного частотного зондирования грунта «ЭМС», разработанный в лаборатории электромагнитных полей Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН (г. Новосибирск). Данный аппаратурный комплекс работает без гальванического контакта со средой (индукционное возбуждение) и устойчив к воздействию электромагнитных полей. Электромагнитное поле излучается на 14 частотах в диапазоне 2.5-250 кГц. Приемники расположены в одной плоскости с генератором и имеют такую конструкцию, чтобы компенсировать его сигнал в отсутствии геологической среды. Условие компенсации записывается следующим образом: M1/r13 = M2/r23, где Mi и ri - соответственно моменты приемных катушек и их удаление от генератора. Аппаратурой измеряются квадратурная и синфазная составляющие разностной э.д.с., индуцированной вихревыми токами, текущими в среде.

Рисунок - Аппаратура малоглубинного частотного зондирования ЭМС

Метод электромагнитного индукционного частотного зондирования, реализованный в аппаратуре ЭМС, предназначен для исследования пространственного распределения кажущегося удельного сопротивления грунтов, расположенных на малой глубине (5-10 м) под дневной поверхностью. Ниже показана относительная эффективная глубина (Рисунок 7 а), нормированная на разнос между источником и приемником, для нескольких моделей среды, рассчитанная на основании оценки параметра интегральной чувствительности для двухслойной модели [McNeill, 1980; Callegary, 2007].

Значения УЭС варьируются следующим образом: = 1/10; 10/100; 100/1000 Ом*м. Нижний график отображает относительную среднюю эффективную глубину рассчитанную на основании значений, рассчитанных для разных глубин. Верхний график представляет зависимость абсолютной эффективной глубины, рассчитанной для разноса 2.5 м, соответствующего аппаратуре ЭМС. Представленные диаграммы указывают на существенное влияние используемой частоты на эффективную глубину исследования, что обеспечивает благоприятные условия для зондирований в целом.

Измерения аппаратурой ЭМС проводились по линии проектируемого газопровода по профильной системе с шагом 3 м (рис. 8). Предварительная разметка точек измерений проводилась с помощью пластиковой рулетки. Точка записи измерения находится в 1.2 метрах от центра генератора прибора. На каждой точке измерения записывалась кривая зондирования, представляющая собой зависимость кажущейся удельной электропроводности от глубины.

Планово-высотная привязка точек измерений (совместно с точками измерений методом георадиолокации) производилась бригадой топографов с помощью спутникового геодезического двухчастотного GPS-приемника фирмы Leica Geosystems «Leica GX-1220».

2.4.3 Георадиолокационные работы

Зондирование георадаром производится путем излучения последовательности мощных наносекундных электромагнитных импульсов и измерении электрического поля движущегося фронта электромагнитной волны в геологической среде [Владов, 2004]. Под диэлектрическими неоднородностями в данном случае понимается геологические границы. По измеренному времени распространения сигнала в зондируемой среде и известной скорости распространения электромагнитного сигнала в материалах определяется расстояние до границы раздела литологических слоев.

Георадарное профилирование выполнялось вдоль участка газопровода вдоль оси проектирования газопровода. Работы выполнялись георадаром «ОКО-2» с экранированными антеннами с рабочей частотой 250 МГц или 400 МГц. На каждой точке измерения выполнялось 32х кратное накопление. Длина временной развертки радарограмм составила 400 нс с последующим уменьшением до 200 нс при обработке.

Радиопросвечивание производилось дискретно с шагом 10 см по профилю путем передвижения радара по линии профилирования. Длины профилей варьировались в пределах 10 - 100 метров, составляя в среднем 50 метров. Планово-высотная привязка точек измерений (совместно с точками измерений методом частотного зондирования) производилась бригадой топографов с помощью спутникового геодезического двухчастотного GPS-приемника фирмы Leica Geosystems «Leica GX-1220».

2.4.4 Топогеодезические работы

Работы по предварительной разбивке геофизических профилей и планово-высотной привязке точек геофизических наблюдений в районе проектируемого строительства магистрального газопровода «Алтай» выполнены ФГУП центр «Сибгеоинформ».

ФГУП центр «Сибгеоинформ» обладает следующими лицензиями и сертификатами:

· на осуществление геодезической деятельности;

· на осуществление картографической деятельности;

· на работу со сведениями, составляющими гостайну;

· сертификат соответствия системы менеджмента качества международному стандарту ISO 9001:2008;

· аттестат аккредитации головной (базовой) организации метрологической службы;

Планово-высотное положение точек измерений (каждого электрода) определялось далее с помощью спутниковых геодезических двухчастотных GPS-приемников фирмы Leica Geosystems «Leica GX-1220» и «Leica GX-1230».Для обработки результатов GPS-измерений использовано коммерческое программное обеспечение «LEICA Geo Office».

Работы на объекте выполнены в местной системе координат Субъекта РФ (Республика Алтай) МСК-04, Балтийской системе высот 1977 г. В качестве исходных материалов использовались координаты и высоты пунктов специальной опорной геодезической сети, развитой в районе строительства газопровода. Полученная по итогам GPS-наблюдений точность определения координат и высот точек геофизических наблюдений имела абсолютную погрешность ± 0,2м.

Использованная аппаратурно-техническая база.

Сейсморазведочная аппаратура.

Сейсморазведочные работы выполнялись с помощью 48-ми канальной бескабельной сейсмической системы «РОСА», производство ФГУП «СНИИГГиМС», г.Новосибирск. Технические характеристики системы приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики сейсмостанции «РОСА»

Число регистрируемых каналов в блоке	4
Диапазон регистрируемых частот, Гц	0-3200
Разрядность АЦП	24
Интервал дискретизации	0.125;0.25;0.5;1.0;2.0;4.0;8.0;16.0
Мгновенный динамический диапазон	135 дБ(16мс); 130 дБ(4мс);125 дБ(1мс)
Коэффициент усиления	1; 6; 12; 18; 24; 30; 36
Коэффициент нелинейных искажений	Менее 0.0005%
Коэффициент взаимовлияния между каналами	Менее -110 дБ
Уровень шума (RMS)	Менее 0.16 мВ (при 36 дБ)
Потребляемая мощность	Не более 0.45 Вт
Способ питания	Батарея на каждый модуль
Диапазон рабочих температур оС	От -40 до +60
Способ передачи данных	USB Mass Storage Device
Погрешность синхронизации GPS, мкс	не более 0.1
Объем энергонезависимой памяти	2 - 16 Гб
Нестабильность частоты опорного генератора	10-8
Время автономной работы суток	не менее 10
Класс защиты от внешних воздействий	IP 67, допустимо погружение в воду

Электроразведочная аппаратура.

Электротомография отрабатывалась на объекте с помощью одноканальной 48-электродной электроразведочной станции «СКАЛА-48» и 10 канальной станции SYSCAL PRO. Технические характеристики электроразведочной аппаратуры приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 - Технические характеристики электроразведочного комплекса «СКАЛА-48»

Общие параметры
Число электродов	до 48 [1]
Размеры (Ш x В x Г)	420 x 350 x 230 мм
Вес	11 кг [2]
Внутренняя память	до 4 Гб [3]
Внутренний аккумулятор	12 В, 7 А • ч
Внешнее питание	12 В
Экран	12 ”, 240 x 128
Связь с ПК	USB 1.1
Класс защиты	IP 67 [4]
Рабочая температура	-20 ? +40 ?C
Генератор
Выходной ток	1 ? 2000 мА
Максимальное напряжение	750 В
Максимальная мощность	200 Вт
Частоты	2.44, 4.88 Гц
Точность измерения тока	1 %
Защита от перенапряжения	есть
Защита от короткого замыкания	есть
Измеритель
Входное сопротивление	10 МОм
Диапазон входных напряжений	0.1 мВ ? 250 В
Разрядность АЦП	24 бита
Точность измерения напряжения	1 %
Число измерительных каналов	1
Защита от перенапряжения	до 1 кВ
[1] При использовании двух многоэлектродных кабелей (входят в комплект оборудования) на 24 электрода каждый. Дополнительно могут быть использованы 1 или 2 выносных электрода для трёхэлектродной и двухэлектродной установок соответственно. [2] С учётом веса внутреннего аккумулятора. [3] Зависит от установленной в приборе карты памяти. [4] В закрытом состоянии.

Таблица 3 - Технические характеристики 10 канального 48-ми электродного электроразведочного комплекса SYSCAL PRO

Общие параметры
Число электродов	до 48 [1]
Размеры (Ш x В x Г)	310 x 230 x 360 мм
Вес	13 кг
Максимальное число записей в энергонезависимой памяти	До 20000
Внутренний аккумулятор	12 В, 7 А • ч 2 шт. для измерителя и источника
Внешнее питание	12 В
Экран	12 ”, 240 x 128
Связь с ПК	RS232
Класс защиты	IP 67
Рабочая температура	-20 ? +40 ?C
Цикл измерений сек.	0.25; 0.5; 1; 2; 4; 8
Генератор
Выходной ток	1 ? 2500 мА
Максимальное напряжение	800 В
Максимальная мощность	250 Вт
Точность измерения тока	1 %
Защита от перенапряжения	есть
Защита от короткого замыкания	есть
Измеритель
Входное сопротивление	100 МОм
Диапазон входных напряжений	0.1 мВ ? 15 В
Разрядность АЦП	20 бит
Точность измерения напряжения	1 %
Число измерительных каналов	10
[1] При использовании двух многоэлектродных кабелей (входят в комплект оборудования) на 24 электрода каждый. Дополнительно могут быть использованы 1 или 2 выносных электрода для трёхэлектродной и двухэлектродной установок соответственно.

Технические данные ЭМС

Диапазон измеряемой электрической проводимости горных пород от 10 до 1000мС/м (соответствует удельному электрическому сопротивлению от 100 Ом·м до 1 Ом·м)

Диапазон частот электромагнитного поля, изучаемого генератором аппаратуры,таб.2

В соответствие с ГОСТ Р ИСО 5725-2002 выполнена оценка точности измерений. Формула рассчитывалась для шести уровней экспериментального сигнала , имеет вид ?=±(0.03+87.4/m)% где m-измеряемый уровень сигнал в единицах АЦП пяти разрядного десятичного представления (показания на ИЖК прибора) Точность измерения в кажущейся удельной электропроводности ±5% от 20мС/м.

Уровень собственных шумов НЕМФИС не превышает 0.2 мС/м и не зависит от уровня электромагнитных помех работ.

Аппаратура обеспечивает свои технические характеристики после 10 рабочих запусков.

Потребляемый ток в режиме излучения 1.6 А, в режиме “включено” 0.3 А. Аппаратура допускает не прерывную работу в рабочих условиях в течение 10 часов при сохранение своих технических характеристик.

Управление работой аппаратуры и визуализации данных при работе осуществляется с помощью карманного персонального компьютера (КПК) с поставленным ПО. Предусмотрено определение координатных точек измерений в автоматическом режиме с помощью GPS-приемника.

Ток в генераторной петле на частоте 2.5 кГц около 9 А и линейно убывает для соответствующих частот до 0.1 А на частоте 250 кГц. .Излучение прибора во времени измерений не представляет опасности для здоровья человека.

На работка на отказ не менее 1100ч.

Габариты размеры приборы 2720х350х140мм.

Масса прибора не более 9 кг

Исполнение прибора брызгозащитное, не герметичное.

Георадиолокационная аппаратура.

При георадиолокационных исследованиях использовался комплект георадара «ОКО-2» с антенным блоком АБ-250 МГц или АБ-400 МГц.

Таблица 4 - Технические характеристики георадара «ОКО-2»

Рабочая температура	-20 до +50°С
Тип и разрешение дисплея	Влагозащищенный, 6.5» TFT, 640х480 точек
Тип памяти и объем	Встроенная 256 Мб
Потребляемая мощность	- менее 8 Вт.
Минимальная разрешающая способность	0,03 м
Максимальная глубина зондирования	24 м (для сред с малым затуханием: песок, лед и т.д)
форматы получаемых данных	SEG-Y, CSV, HTML, EXEL
Временной интервал зондирования, нс	От 25 до 1500
Передача данных	Ethernet, USB
Антенный блок АБ-250	Центральная частота 250 МГц. Разрешающая способность 0,25 м. Габариты (в собранном виде) 1100х430х130 (мм) Масса (в собранном виде) 10 кг. Потребляемая мощность 7,0 Вт
Антенный блок АБ-400	Центральная частота 400 МГц. Разрешающая способность 0.15 м. Габариты (в собранном виде) 500 х 290 х 140 (мм) Масса 5.5 кг Потребляемая мощность 6 Вт

Топо-геодезическая аппаратура

В ходе работ для привязки геофизических профилей и пикетов измерений использованы спутниковые геодезические GPS-приемники Leica GX 1230 GG, Leica GG 1220 GX, нивелир Pentax AP 128 и электронные тахеометры Leica TCR-405 power, Leica TC06 power-3.

Метрологические данные и технические характеристики позволяют выполнить работу в соответствии с техническим заданием.

2.5 Методика обработки и интерпретации данных, основные результаты работ

Анализ литературных источников [Шац, 1978] показывает, что участок трассы газопровода км 2510-2622 пересекает области прерывистого и сплошного развития многолетнемерзлых пород. Поэтому основные задачи исследований были скорректированы до определения глубины залегания кровли многолетнемерзлой толщи, установления ее мощности и выделения таликов.

Интерпретационным критерием для выделения в разрезе многолетнемерзлых грунтов являлось их высокие удельное электрическое сопротивление и скорость распространения упругих колебаний по отношению к талым породам.

При интерпретации учитывались геоморфологические особенности участка трассы - оценивалась крутизна склонов, их экспозиция и растительный покров, принималось во внимание, что работы выполнялись в период максимального оттаивания деятельного слоя.

2.5.1 Обработка и интерпретация сейсморазведочных данных

Обработка и интерпретация сейсмических материалов проводилась по двум направлениям [Никитин, 1981]:

· получение временных сейсмических разрезов ОГТ (общей глубинной точки) для отраженных волн

· построение сейсмических разрезов ОГП (общей глубинной площадки) для преломленных волн;

· получение сейсмотомографических разрезов на поперечных волнах.

Временные сейсмические разрезы ОГТ и ОГП получены с использованием программного комплекса ProMAX.

Для построения глубинных разрезов использовались временные сейсмические разрезы ОГТ. Построение глубинных разрезов проводилось по формуле:

где - глубина до отражающей границы;

- средняя скорость продольных волн;

- время регистрации отраженных волн.

При определении учитывались данные по продольным волнам первых вступлений, значения граничных скоростей продольных волн в коренных породах и значения эффективных скоростей, вычисленных по годографам ОГТ.

2.5.2 Временные сейсмические разрезы ОГТ (отраженные волны)

Граф обработки отраженных волн направлен в первую очередь на фильтрацию данных в оптимальном частотном диапазоне и подавление различного рода помех. В некоторых случаях преломленная волна от ближайших границ также может являться помехой для прослеживания отраженных волн, поэтому обработка некоторых профилей включает её подавление, зачастую в оконном режиме.

По всем профилям была рассчитана поправка за рельеф, уровень приведения для каждого профиля выбирался индивидуально, по максимальной отметке рельефа.

Скоростной анализ был проведен в интерактивном режиме по сборкам из 15 ансамблей ОГТ с шагом 20 м и рассчитанным по ним вертикальным спектрам.

Суммированные данные также подвергались некоторым процедурам обработки, таким как переменная по времени полосовая фильтрация и ослабление случайного шума.

Граф обработки подбирался индивидуально для каждого профиля, но его основу составляли следующие процедуры:

· ввод полевых данных и перевод их в формат ProMAX;

· создание базы данных геометрии (из значений заголовков трасс);

· проверка и внесение исправлений в описание геометрии;

· присвоение геометрии сейсмическим данным;

· редакция просечек/отскоков;

· автоматическая регулировка амплитуд;

· полосовая фильтрация;

· подавление широкого спектра линейных волн-помех;

· спектральное отбеливание;

· деконволюция;

· анализ скоростей суммирования;

· суммирование сейсмических трасс по годографам ОГТ с введением поправок за рельеф до линии приведения;

· автоматическая коррекция статических поправок, анализ скоростей суммирования, суммирование сейсмических трасс по годографам ОГТ;

· полосовая фильтрация по разрезу;

· фильтрация по собственным векторам;

· подавление нерегулярного шума.

В процессе обработки использовались процедуры автоматической редакции трасс с целью ослабления аномальных пиков амплитуд и шумовых всплесков на отдельных участках трасс («Spike & Noise Burst Edit»).

Параметры	Значения
Пороговое значение отношения амплитуд	5
Величина окна анализа	50-100 мс

Диапазон полосовой фильтрации немного варьировался в зависимости от данных, но в основном полоса пропускания составила 30,40-100,120 Гц

Для ослабления шума поверхностных волн применялась процедура Surface Wave Noise Attenuation. Данная процедура использовалась в окне, указывающем дислокацию

2.5.3 Временные сейсмические разрезы ОГП (преломленные волны)

Временные сейсмические разрезы ОГП по преломленным волнам получены с использованием программного комплекса ProMAX.

Материалы Микро ОГТ 2D передавались в формате SEGY. Сейсмические материалы подгружались в обрабатывающий комплекс Promax компании Landmark.

После присвоения геометрии выполнялся амплитудно-частотный анализ, автоматическая регулировка амплитуд, подбор параметров деконволюции, подбор методики ослабления волн-помех, полосовая фильтрация, анализ кажущихся скоростей и дифференцирование по скоростям суммирования. На суммирование данные подаются после сканирования по удалениям. После получения суммарных разрезов выполняется фильтрация с целью повышения когерентности разреза.

Параметры	Значения
Скорость поверхностной волны помехи	300-700 м/с
Минимальная частота помехи	30 - 50 Гц
Максимальная частота помехи	50 - 70 Гц
Ширина переходной зоны	5 Гц

Ко всем данным была применена процедура отбеливания спектра TV Spectral whitening, в которой применяется различное усиление к разным участкам частотного диапазона. Коэффициенты усиления учитываются для восстановления истинных амплитуд.

Параметры	Значения
Количество частотных панелей	3
Частоты спектрального взвешивания	30-40-90-120

С целью повышения вертикальной разрешенности записи и выравнивания частотного диапазона, применялась минимальная фазовая предсказывающая деконволюция.

Фильтрация по собственным векторам (Eigenvector Filter) использует теорию Кахрунена-Леве (Kahrunen-Loeve) для разложения данных на компоненты путем использования собственных векторов. Данный фильтр можно применять как к суммированным, так и к не суммированным данным.

Для ослабления нерегулярного шума в рабочей полосе частот была использована процедура FX-деконволюции.

2.5.4 Основные результаты работ

Интерпретационным критерием для выделения кровли многолетнемерзлой толщи являлось наличие границы раздела сред с разными пластовыми скоростями Vp1 < Vp2. Такое условие выполняется, если верхняя часть разреза находится в сезонно-талом состоянии, а ниже ее подстилает многолетнемерзлая толща. Однако при неглубоком залегании коренных пород возникала неоднозначность интерпретации сейсморазведочных данных, так как плотные коренные породы и мерзлые дисперсные отложения имеют схожие скоростные характеристики. Также не всегда однозначно определялась нижняя граница многолетнемерзлых пород (ММП).

На всех профилях, где выполнены сейсморазведочные работы, отмечается трехслойный тип строения сейсмогеологического разреза.

Первый слой мощностью 0.5-10 м характеризуется широким диапазоном изменения скоростей продольных волн (300-1300 м/с), что, скорее всего, обусловлено его разным дисперсным составом. Этот слой включает в себя сезонно-талые породы.

Второй слой мощностью 20-35 м характеризуется пластовыми скоростями 3000-4500 м/с. Такие пластовые скорости характерны для многолетнемерзлой толщи и коренных пород разной степени трещиноватости.

В третьем слое, залегающем на глубине 25-45 м, скорость распространения продольных волн достигает 4700-5000 м/с. Этот слой интерпретируется как скальные грунты высокой прочности.

2.5.5 Обработка и интерпретация электроразведочных данных

Обработка данных электротомографии включала контроль качества, различного рода фильтрацию и сглаживание, конкретные параметры которых зависят от качества данных. Количественная интерпретация проводилась при помощи программы RES2DInv 3.59 (GeotomoSoftware), которая автоматически рассчитывает двумерную (2-D) модель сопротивления среды для данных, полученных с помощью электротомографии.

Результатом работы программы RES2DInv является преобразование разреза кажущихся удельных электрических сопротивлений как единой матрицы исходных данных в разрез истинных сопротивлений в функции глубины, причем число слоев и их мощности являются фиксированными для всех точек профиля и площади работ. Подбор двумерной модели выполнялся в режиме робастной инверсии с учетом рельефа дневной поверхности. При рассмотрении результатов двухмерной инверсии нужно принимать во внимание, что на измерения оказывают влияние объекты, находящиеся в боковых окрестностях профиля. Этим влиянием можно пренебречь в случае изучения среды, не имеющей выраженных трехмерных неоднородностей (в том числе горизонтально-слоистой).

Определение положения кровли многолетнемерзлой толщи в разрезе по данным электротомографии проводится на основании резкого различия по удельному электрическому сопротивлению сезонно-талого слоя и мерзлых пород. Не смотря на четкость выбранного интерпретационного критерия, присутствие в разрезе скальных грунтов усложняет качественную интерпретацию, поскольку скальные и мерзлые породы обладают одним порядком УЭС.

Под мерзлыми грунтами при интерпретации электроразведочных данных понимаются горные породы с УЭС 2000-10000 Ом•м и выше, перекрытые более проводящими (100-2000 Ом•м) породами и имеющие пластовый или линзовидный характер распространения. При интерпретации учитывались геоморфологические особенности участка трассы. На склонах южных румбов экспозиции ожидалось прерывистое распространение ММП и глубокое залегание. На склонах северных румбов экспозиции характер распространения ММП, как правило, сплошной. На заболоченных низменностях глубина сезонного оттаивания минимальна, а мощность ММП максимальна.

Обработка данных частотного зондирования проводилась в программном пакете ISystem v3.3 (ИНГГ СО РАН, Россия). Она заключалась в расчете кажущегося сопротивления. Трансформация сигнала в кажущиеся сопротивления производится по точным выражениям поля в модели однородного проводящего пространства. В результате обработки строятся профильные кривые, отражающие зависимость кажущегося удельного электрического сопротивления (УЭС) вдоль профиля на различных частотах. Помимо графиков кажущегося УЭС строились двумерные разрезы, отражающие распределение кажущегося УЭС вдоль профиля по глубине. Поточечная инверсия данных проводилась в рамках двухслойной модели с фиксированным сопротивлением основания (5000 Ом•м). В результате определялась мощность верхнего относительно проводящего слоя, соответствующего сезонно-талому слою.

2.5.6 Основные результаты работ

По данным электротомографии на всем протяжении исследуемого участка трассы газопровода прослеживается преимущественно трехслойное строение типа 1 < 2 > 3 и редко четырехслойное 1 < 2 > 3 < 4.

Первый (верхний) слой мощностью 2.5-5 м характеризуется широким диапазоном изменения УЭС от первых сотен до первых тысяч Ом•м. Его УЭС определяется литологическим составом и влажностным режимом грунтов. Как правило, это грунты деятельного слоя, находящиеся в сезонно-талом состоянии. В межгорных впадинах и на плато Укок эти грунты представлены флювиогляциальными валунно-галечниковыми отложениями с супесчаным и песчаным заполнителем. При сопротивлении первого слоя менее 100 Ом·м считается, что грунты обладают повышенными пучинистыми свойствами за счет примеси глинистых частиц. На склонах гор первый геоэлектрический слой представлен корой выветривания скальных грунтов, курумными и осыпными отложениями УЭС второго слоя изменяется от первых тысяч до десятков и сотен тысяч Ом•м. Этот слой интерпретируется как многолетнемерзлые породы. Вариации УЭС обусловлены как температурным режимом, так и литологическим составом грунтов. Мощность данного слоя непостоянна и зависит от многих факторов, определяющих геокриологическую обстановку.

В межгорных впадинах и на плато Укок мощность второго геоэлектрического слоя достигает, а иногда и превышает 25-30 м. В прибортовых частях долин мощность этого горизонта сокращается до 10-20 м, а в тектонически ослабленных зонах высокоомный горизонт становится фрагментарным и нередко пропадает совсем.

Сопротивление третьего геоэлектрического горизонта определяется литологическим составом и влажностью и изменяется в пределах 800-3000 Ом•м. Это могут быть как талые валунно-галечниковые отложения, так и полускальные грунты.

Нередко на разрезах с глубины 20-25 м проявляется четвертый геоэлектрический горизонт, сопротивление которого лежит в диапазоне нескольких тысяч Ом•м (6000-8000) и может достигать десятков тысяч Ом•м. Этот слой интерпретируется как скальное основание. Данный горизонт может подниматься близко к поверхности.

Данные частотного зондирования использовались для оценки мощности сезонно-талого слоя (СТС) на профилях где устройство заземлений для гальванической электроразведки затруднено. Оценка мощности СТС проводилась на основании решения обратной задачи для двухслойной среды в предположении, что верхний слой обладает низким УЭС по отношению к мерзлому основанию. На разрезах по профилям проведена граница по рассчитанной мощности первого слоя и предполагаемая кровля ММП. Мощность верхнего слоя изменяется от 1.1 до 6.8 м, но в основном составляет порядка 2.0 м

На профилях где устройство заземлений для гальванической электроразведки затруднено. Оценка мощности первого слоя проводилась на основании решения обратной задачи для двухслойной среды в предположении, что верхний слой обладает низким УЭС по отношению к мерзлому основанию. На разрезах по профилям проведена граница по рассчитанной мощности первого слоя и предполагаемая кровля ММП. Мощность верхнего слоя изменяется в пределах от 2 до 5 м.

2.5.7 Обработка и интерпретация данных георадиолокации

Обработка данных георадиолокации выполнялась с помощью программы GeoScan32 (ООО «Логис», Россия). Граф обработки включал вычитание среднего, медианную фильтрацию, усиление по глубине, учет координаты Z. «Вычитание среднего» является эффективным средством для удаления регулярных помех, позволяет вычитать сигнал прямого прохождения, который, как правило, не несет полезной информации. Также устраняются помехи имеющие форму протяженных горизонтальных полос. Медианная фильтрация позволяет бороться со случайными выбросами короткой продолжительности на сигналах георадарной трассы, обусловленными внешними помехами. Усиление сигнала по глубине применялось для получения равномерной контрастности георадарного изображения по всей глубине профиля.

При интерпретации данных ГРЛ положение кровли многолетнемерзлых грунтов может быть определено по наличию отражающей границы на контакте перекрывающих талых грунтов и мерзлой толщи, а также по изменению характера волновой картины [Старовойтов, 2008]. Однако интенсивные отражающие границы могут быть также связаны с кровлей скальных пород, уровнем грунтовых и надмерзлотных вод. Кроме того, при глубоком залегании ММП, вследствие недостаточной глубинности применяемых антенных блоков, положение кровли мерзлых пород может быть не определено. Все эти осложняющие факторы повышают неоднозначность интерпретации данных ГРЛ.

2.5.8 Основные результаты работ

Анализ радарограмм с учетом данных электротомографии показал, что по данным ГРЛ весьма четко выделяются талые дисперсные грунты верхней части разреза (до 2.5-3 м). В случае неглубокого залегания, кровля многолетнемерзлой толщи выделяется по протяженным осям синфазности интенсивного отраженного сигнала. Ниже по разрезу ГРЛ сигнал, как правило, затухает, что обуславливает «прозрачный» тип радарограммы.

Сопоставление данных различных по природе геофизических методов показало, что положение кровли многолетнемерзлых грунтов по данным георадиолокационной съемки в инженерно-геологических условиях Горного Алтая необходимо проводить только при совместной интерпретации данных по комплексу геофизических методов.

По данным комплексной интерпретации установлено, что практически на всем протяжении участка трассы газопровода км 2510-2566 в интервале глубин 0-10 м присутствуют многолетнемерзлые породы. Глубина залегания кровли ММП варьирует в пределах 1.0-5.0 метров, а мощность изменяется от 5 до 25-30 м. Максимальная мощность ММП характерна для межгорных впадин и тальвегов долин.

При прохождении трассы по межгорной впадине и долине р. Усай встречаются участки с прерывистым распространением ММП. Такие участки выделяются на профиле в интервале 0-700 м пересекает тектонически ослабленную зону, по которой вероятно происходит восходящая фильтрация воды, приводящая к деградации ММП. На профиле , пересекающем долину р. Усай, отмечается максимальная мощность ММП более 25 м, а в интервале 320-410 м выделяется сквозной талик, который вероятно связан с тектоническим нарушением.

На склоне горы также отмечается прерывистый характер распространения ММП, что может быть вызвано увеличенным тепловым потоком по бортовому разлому.

На профилях где устройство заземлений для гальванической электроразведки затруднено, предполагаемое положение кровли ММП проведено по данным ЧЗ. К сожалению, проследить развитие и характер распространения ММП на глубину на этом участке трассы не представляется возможным.

Профили проходят по левому борту долины р. Калгуты на склоне северо-западной экспозиции. На поверхности склона развиты курумы, отмечаются многочисленные выходы грунтовых вод и солифлюкционные ступени. Интенсивный гидрогеологический режим трещиножильных вод по разломам обуславливает прерывистый характер распространения ММП на этом участке трассы газопровода. Многолетнемерзлая толща характеризуется здесь малой мощностью (5-15 м) и близким залеганием к поверхности (1.0-2.5 м).

Профиль расположен на правом борту долины р. Калгуты, на склоне юго-восточной экспозиции. На поверхности склона явно выражены криосолифлюкционные ступени. Для оценки строения криосолюфликционной ступени в плане и на глубину были выполнены локальные площадные исследования методом электротомографии по шести поперечным профилям. Юго-восточная экспозиция склона обуславливает повышенную глубину сезонного оттаивания, а расположение площади исследований в зоне тектонического разлома - сложную конфигурацию многолетнемерзлой толщи. На разрезах видно, что локальные приповерхностные высокоомные (2500-3500 Ом•м) образования развиты на глубину 2-3 м. Они представлены крупнообломочной фракцией солифлюкционных отложений. Под ними, как правило, залегает слой пониженного сопротивления (900-1000 Ом•м), отвечающий обводненным породам, залегающих на многолетнемерзлой толще (3500-8000 Ом•м). Кровля высокоомного горизонта, интерпретируемого как ММТ, залегает на глубинах от 1.25 до 8 м.

На плато Укок трасса проходит по бортам долины р. Калгуты. Характер распространения ММП здесь преимущественно сплошной. Встречаются отдельные сквозные и несквозные талики под руслами рек и ручьев. Прерывистый характер ММП отмечается в местах пересечения трассой тектонических нарушений и связанных с ними областями разгрузки подземных вод. Мощность ММП на плато Укок возрастает до 15-25 м, а глубина залегания кровли по геофизическим данным составляет 3.0-5.0 м.

Профиля пересекают оз - линейно вытянутый вал шириной 250-350 м, сложенный водно-ледниковыми отложениями. В разрезе оз характеризуется очень высоким УЭС, достигающим нескольких сотен тысяч Ом·м, что говорит о его высокой льдистости, а возможно и наличии ледяного ядра внутри. Природу аномалии высокого сопротивления 810-870 необходимо проверить бурением скважины на глубину до 10 м.

Таким образом, в результате комплексной интерпретации данных геофизических методов установлено, что практически на всем протяжении участка трассы газопровода км 2510-2566 на глубину до 10 м встречаются многолетнемерзлые породы. Глубина залегания кровли ММП изменяется от 1.0 м на заболоченных низменностях и склонах, до 5.0 м в хорошо дренирующих маловлажных отложениях водно-ледникового генезиса на плато Укок. Характер распространения ММП изменяется от сплошного на плато и межгорных впадинах, до прерывистого в разломных зонах предгорий.

По данным комплексной интерпретации трассы газопровода км 2566-2622установлено, что практически на всем протяжении участка в интервале глубин 0-10 м присутствуют многолетнемерзлые породы. Глубина залегания кровли ММП варьирует в пределах 1.0-10.0 метров, а мощность изменяется от 5 до 25-30 м. Максимальная мощность ММП характерна для межгорных впадин и тальвегов долин.

Некоторые профиля проходят по левому борту долины р. Калгуты, по пологому склону северной экспозиции. Характер распространения ММП прерывистый. В местах пересечения трассой тектонических нарушений, по которым происходит разгрузка подземных вод, наблюдаются многочисленные талики, либо мерзлые породы отсутствуют. Мощность ММП меняется от 5-7 до 25-30 м в зависимости от различных факторов. Глубина залегания кровли 3.5-6.0 м. Характер распространения мерзлых пород по площади можно проследить по результатам площадных зондирований. На разрезах по шести профилям видно, что многолетнемерзлая толща, как единый слой высокого сопротивления, отсутствует. Мерзлые породы выделяются фрагментарно, а их относительно невысокое сопротивление (2000-2500 Ом•м) говорит о температуре, близкой к 0 оС. Кровля мерзлых пород по данным электротомографии залегает на глубине около 3.5 м, а их мощность порядка 10 м.

...