Комплекс инженерно-геофизических исследований по трассе строительства магистрального газопровода "Алтай"

Краткая геологическая и геофизическая изученность района. Физические свойства горных пород. Организационная структура отряда. Методика электроразведочных, сейсморазведочных и топографо-геодезических работ. Обработка и интерпретация данных георадиолокации.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 08.02.2019
Размер файла 7,0 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

На участке развития моренных отложений распространение ММП носит своеобразный характер. Многолетнемерзлые породы обладают очень большим сопротивлением, что говорит об их высокой льдистости. Кровля мерзлой толщи может погружаться до глубины 8-10 м, повсеместно встречаются несквозные талики изометричной формы (чаши протаивания на глубину от 5 до 28 м) размером от нескольких метров до нескольких десятков метров инт. 140-240 м;. В пределах участка развития высокольдистых моренных отложений выполнены площадные зондирования. Вся площадь характеризуется двухслойным строением. Верхний талый слой с УЭС 100-500 Ом•м мощностью 4-6 м и нижний мерзлый слой с УЭС 15000-20000 Ом•м. В разрезе по линии 3 в интервале 35-80 выделяется чаша протаивания.

В пойме р. Ак-Алаха многолетнемерзлая толща также характеризуется очень большим УЭС (десятки тысяч Ом·м), что обусловлено её высокой льдистостью. Кровля ММП залегает на глубине около 5 м. По данным ГРЛ выделяется уровень надмерзлотных вод на глубине 2.2 м. Характер распространения ММП - сплошной, а их мощность превышает глубинность геофизических исследований (30 м).

Вдоль левого борта долины р. Ак-Алаха в интервале профилей многолетнемерзлые породы характеризуются сплошным типом распространения с глубиной залегания кровли 3-5 м. Здесь также развиты моренные высокольдистые отложения. Мерзлые породы обладают большим аномально УЭС (5000-8000 Ом·м), встречаются участки с сопротивлением, достигающим десятки и сотни тысяч Ом·м. На не которых профилях многолетнемерзлая толща (ММТ) становится прерывистой и местами погружается на глубину до 10 м.Толща ММП имеет сложное прерывистое двухъярусное строение . Кровля верхнего яруса залегает на глубине 2-4 м при его мощности 5-8 м.

На профилях , вторично пересекающих пойму р. Ак-Алаха, характер распространения мерзлоты сложный - от прерывистого до сплошного с двухъярусным строением и внутримерзлотными таликами. В интервале 0-380 м многолетнемерзлые породы выделяются фрагментарно отдельными линзами, залегающими с глубины 3.5-4.5 м Двухъярусное строение ММТ проявляется . Глубина залегания кровли верхнего яруса мерзлоты 3.5-4.0 м при мощности 5-8 м.

Профили пересекают долину р. Бетсу-Канас и проходят по моренным отложениям. Характер распространения ММТ меняется от прерывистого до сплошного. Глубина залегания кровли мерзлых пород от 1.5 до 4.5 м при мощности 8-16 м.

На правом борту долины р. Ак-Алаха по профилям отмечается преимущественно сплошной характер распространения ММП. Наличие таликов предполагается в зоне тектонического нарушения, пересекаемого в интервале 480-680 м. Мощность мерзлоты на данном участке трассы изменяется от 15 м в прибортовой части долины до 30 и более метров в низине. Глубина залегания кровли ММТ - от 1.0 м в заболоченной низменности по данным ГРЛ до 3.4 м в прибортовой части долины по данным электротомографии.

Профиль проходящий по склону, на котором явно выражены оползневые ступени и трещины отрыва. Для оценки строения оползневой структуры были выполнены зондирования по поперечным профилям.Анализ результатов зондирования показал, что оползневый слой соответствует обводненным породам сезонно-талого слоя (УЭС 500-1500 Ом·м) мощностью 3-5 м, залегающий на многолетнемерзлых породах мощностью 15-20 м. Таким образом, оползневые структуры имеют неглубокое заложение и, по всей видимости, представляют собой криосолифлюкционные ступени.

На высокогорном участке трассы газопровода характер распространения ММТ меняется от сплошного до прерывистого. Мощность мерзлых пород меняется от 20 м при сплошном распространении до 6.5 м при прерывистом. Глубина залегания кровли ММТ по геофизическим данным составляет 2-3 м.

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 на данном этапе исследований не представляется возможным.

Таким образом, в результате комплексной интерпретации данных геофизических методов установлено, что практически на всем протяжении участка трассы газопровода км 2566-2622 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.

В урочище Музды-Булак выявлен особенный характер строения мерзлой толщи, отличающийся глубоким положением кровли и наличием большого числа чаш протаивания. На левом борту р. Ак-Алаха и в пойме предполагается двухъярусное строение ММТ.

3. Специальная часть

Электроразведка методом сопротивлений остается одним из основных методов при малоглубинных геофизических исследованиях. До сих пор в геофизических предприятиях основной методикой проведения электроразведочных работ являются вертикальные электрические зондирования, нацеленные на изучение горизонтально-слоистых разрезов.

Методика электротомографии, в отличие от классических ВЭЗ, позволяет исследовать сложно построенные геологические среды и проводить интерпретацию в рамках двумерных моделей. Такая методика применяется на Западе уже более 15 лет [Griffiths and Barker, 1993] и давно стала стандартным геофизическим инструментом. В России эта методика начала активно внедряться в практику совсем недавно, но термин электротомография уже вошел в «Свод Правил» Госстроя России [СП 11-105-97, 2004].

В Украине электротомография до сих пор не получила широкого применения из-за практически полного отсутствия соответствующей аппаратуры (достаточно высокая стоимость импортной аппаратуры). Кроме того, отсутствие аппаратуры приводит к недостатку информации об успешном применении и, соответственно, к отсутствию опыта проведения таких работ у специалистов в Украине.

Электротомография (Electrical Resistivity Tomography).

Электротомография - это целый комплекс, включающий в себя как методику полевых наблюдений, так и технологию обработки и интерпретации полевых данных. Ее особенностью является многократное использование в качестве питающих и измерительных одни и те же фиксированные на профиле наблюдений положения электродов. Это приводит к уменьшению общего числа рабочих положений электродов при существенном увеличении плотности измерений по сравнению с обычным методом вертикальных электрических зондирований. Такой подход позволяет с одной стороны, работать с современной высокопроизводительной аппаратурой, а с другой стороны, применять эффективные алгоритмы моделирования и инверсии. Интерпретацию данных электротомографии проводят в рамках двумерных и трехмерных моделей. Это принципиально расширяет круг решаемых электроразведкой задач, за счет исследования сред, значительно отличающихся от «классических» горизонтально-слоистых.

Настоящее время характеризуется бурным развитием геофизических методов и их активным применением в различных смежных областях, таких как экология, археология, инженерная геология, гидрогеология, инженерно-геологические изыскания для строительства, городское коммунальное хозяйство и т.п. В частности в последнее время получил развитие и внедрение такой метод как электротомография. 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 [Barker, 1981], а позже с автоматическим переключением [Dahlin, 1989]. Такие системы позволяли выполнять полностью автоматические измерения и контроль качества данных [Overmeeren and Ritsema, 1988; Griffits et al., 1990; Dahlin, 1993]. 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 [Бобачев и др., 1996]. В иностранной литературе чаще всего употребляются два термина - Resistivity Imaging и Electrical resistivity tomography. В работе [Dahlin, 2001] приведен краткий обзор развития метода. В России к настоящему времени был закреплен термин электротомография, который вошел в «Свод правил» Госстроя России [СП 11-105-97, 2004].

Электротомография позволяет решать с высокой степенью экономической эффективности широкий круг задач. Детальное изучение строения грунта на глубину до нескольких сотен метров, разведка рудных полезных ископаемых, картирование плотика россыпных месторождений, определение рельефа коренных пород при проектировании фундаментов зданий, изучение состояния промышленных объектов таких как дамбы, плотины, хвостохранилища ГОК и т.п.

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.

В России до недавнего времени (2008-2009 г.) аппаратура для электротомографии не производилась, что в совокупности с отсутствием нормативной документации приводит к тому, что методика практически не применяется в отрасли. Таким образом, соответствующая ниша, активно развивающаяся за рубежом, в отечественной геофизике практически пустует. В то же время, правительством Российской Федерации уделяется серьезное внимание вопросам безопасности окружающей среды, предупреждения и ликвидации последствий техногенных катастроф, аварий. Об этом свидетельствует значительное количество принятых федеральных законов, регламентирующих различные мероприятия по надзору за безопасностью гидротехнических сооружений, разработку декларации промышленной безопасности, осуществление целевых и научно- технических программ, направленных на предупреждение чрезвычайных ситуаций. Организацию наблюдения и контроля над состоянием окружающей природной среды и потенциально опасных объектов, прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Осуществляется экологический контроль над размещением опасных промышленных отходов. Для обеспечения оптимального исполнения обозначенных выше мероприятий необходима методика, опирающаяся на эффективные, хорошо известные методы инструментальных измерений, современную аппаратуру и программное обеспечение отечественного производства, которая могла бы быть внедрена на предприятиях, выполняющих проектирование, строительство, реконструкцию и эксплуатацию гидротехнических сооружений. Кроме того, необходимо, чтобы такая методика поддерживалась специалистами, подготовленными в учебных заведениях РФ. Основываясь на публикациях иностранных геофизиков, можно сделать заключение о том, что различные геофизические методы для мониторинга загрязнений грунтовых вод жидкими отходами, контроля состояния насыпных дамб и других гидротехнических сооружений, обеспечивающих производственные процессы горнорудной и обогатительной промышленности, применяются в Европе и США уже более двадцати лет. Известны единичные подобные работы и в России. В подавляющем большинстве случаев индикатором, указывающим на наличие нежелательных процессов в теле гидротехнического сооружения и на наличие загрязнений, является пространственное перераспределение жидкости или изменение ее минерализации. Количество и уровень минерализации жидкости в грунте влияют на его удельное электрическое сопротивление, распределение которого в большинстве ситуаций может быть быстро и достоверно определено методом электротомографии.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. (а) Типичная схема расположения двух сегментов 24х-электродных кос с последующим переносом первого сегмента для непрерывного продолжения профиля. (б) Схема привязки результата измерения для симметричной установки. (в) Вид протокола измерений для электротомографии. 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

Современное состояние электротомографии.

К настоящему времени аппаратурная база и методические аспекты электротомографии хорошо развиты. Серьезно проработана теоретическая основа метода, опубликованы методические приемы и созданы программы для многомерного моделирования и инверсии данных [Loke and Barker, 1996a,b]. Производительность аппаратуры растет с каждым годом: в некоторых электроразведочных станциях количество каналов доведено до 10-12; количество электродов в пассивных системах достигает сотен, в активных - может насчитывать несколько тысяч.

В настоящем разделе приведен обзор современного технического и программно-алгоритмического обеспечений метода электротомографии, а также методические аспекты. Методика выполнения измерений.

Основным отличием электротомографии от классических вертикальных электрических зондирований является использование многоэлектродных электроразведочных кос и полная автоматизация измерений. Так, например, для симметричной четырех электродной установки точка записи относится по горизонтали к центру измерительной пары MN, а по вертикали к эффективной глубине исследования, 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 применения трехэлектродных установок, а также площадных работ, используется расширенная до прямоугольной область (примеры инверсии будут даны ниже). 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. Такая расстановка называется нагоняющей (roll along). Таким образом, при полевых работах составляются профили необходимой длины. Типы установок для электротомографии и особенности их использования. Современное аппаратурное и программное обеспечение электротомографии, как правило, поддерживает типы установок, представленные на рис.

Рис. Стандартные установки, применяемые в электротомографии: (а) двухэлектродная, (б) Веннера, (в) гамма-типа, (г) трехэлектродная, (д) Шлюмберже, (е) Веннера ?-типа, (ж) дипольная осевая, (з) градиентная, (и) градиентная срединная

В работе [Loke, 2009] приводится следующая характеристика стандартных установок. Установка Веннера характеризуется высоким уровнем сигнала, хорошей чувствительностью к горизонтальным границам, плохой чувствительностью к вертикальным границам, средней эффективной глубинностью (а/2) и малым горизонтальным покрытием, изучаемой области. Дипольная установка характеризуется низким уровнем сигнала, хорошей чувствительностью к вертикальным границам, средней чувствительностью к горизонтальным границам, глубинностью на 20 % меньшей, чем у Веннера и средним горизонтальным покрытием. Установка Шлюмберже обладает одинаковой чувствительностью к горизонтальным и вертикальным границам, являясь компромиссом между установками Веннера и дипольной, глубинностью на 10% большей, чем у Веннера и средним горизонтальным покрытием. Двухэлектродная установка обладает наибольшим горизонтальным покрытием и глубинностью, однако имеет наихудшее разрешение и существенную зашумленность. Трехэлектродная установка, также как и двухэлектродная, имеет хорошее горизонтальное покрытие и большую глубинность, сочетая это с помехоустойчивостью и высоким уровнем сигнала. Аналогично дипольной трехэлектродная установка имеет большую чувствительность к горизонтальным неоднородностям. Асимметрия установки может привести к асимметрии результата инверсии, однако этого можно избежать, комбинируя измерения «прямой и обратной» трехэлектродными установками. В публикации [Dahlin and Zhou, 2004] проводится теоретический анализ разрешающей способности десяти различных типов установок для 2D электротомографии. В результате подробного анализа на различных синтетических 7 моделях делается вывод о том, что наиболее эффективными необходимо считать градиентные, трехэлектродную, дипольную установки, а также установку Шлюмберже.

Рис. Геоэлектрическая модель, имитирующая изменяющийся рельеф плотика (УЭС 1000 Ом·м), перекрытого двухслойными аллювиальными отложениями (УЭС 300 и 100 Ом•м). Результаты индивидуальной и комбинированной инверсии синтетических данных, рассчитанных для различных установок: Шлюмберже (SC), дипольной (DD), трехэлектродной (PD) и Веннера ?, ?, ? - типов (WA, WB, WG)

В работе [Бобачев и др., 2005] проводится аналогичная классификация стандартных установок с близкими по существу выводами, дополнительно гласящая о том, что основным путем повышения эффективности полевых наблюдений является комбинированная съемка с несколькими установками и совместная обработка полученных данных. Наиболее эффективным является комбинирование прямой и обратной трехэлектродной установки, альтернативой является комбинирование установок Шлюмберже и дипольной. В результате теоретических и экспериментальных исследований [Candansayar and Basokur, 2001] авторы рекомендуют использование прямой и обратной трехэлектродной установки, которая обеспечивает наибольшую глубинность и разрешающую способность среди стандартных установок. В последующей своей работе [Candansayar, 2008] автор показывает, что комбинированная инверсия произвольных пар стандартных установок повышает разрешающую способность по сравнению с индивидуальной 8 инверсией. Кроме того, показано, что комбинированная инверсия прямой и обратной трехэлектродной установки с дипольной установкой дает результат, превосходящий результаты комбинированной инверсии любой пары стандартных установок. В процессе развития метода сопротивлений было предложено и практически опробовано большое число различных установок. Каждая из них имеет свои особенности и предназначена для решения определенного рода задач. В работе [Szalai and Szarka, 2008] в результате широкого анализа научной литературы проведена классификация всех опубликованных типов установок. Работа описывает 102 установки.

Классификация ведется по трем основным признакам - линейности системы электродов (коллинеарности), присутствию более 2х токовых электродов (фокусирующие установки), присутствию более 2х измерительных электродов (дифференциальные установки) - и их пересечениям. В силу того, что многоэлектродная электроразведочная коса для электротомографии имеет фиксированный арифметический шаг между электродами, на применяемые в этом методе установки должны быть наложены соответствующие ограничения. Поэтому вполне актуально провести анализ выделенных в упомянутой классификации установок на предмет применимости для электротомографии, а также изучить особенности их применения и разрешающую способность. Сравнение установок электротомографии на синтетических данных. Для исследования возможностей стандартных установок метода электротомографии при картировании рельефа плотика было проведено моделирование и последующая инверсия на модели золотосодержащего месторождения. Геоэлектрическая модель россыпного месторождения, построенная на базе опорного геологического профиля с априорными значениями удельного сопротивления слоев, представлена на рис. С помощью программного обеспечения Res2DMod (v 3.0; Табл. 2) было проведено моделирование сигналов для шести типов установок/Далее синтетические данные для этих установок и некоторых их комбинаций были обращены с помощью программы Res2DInv. Использовался алгоритм робастной инверсии с семью итерациями и расширенной до прямоугольной пространственной сеткой. Результаты инверсии в виде геоэлектрических разрезов для 10 различных установок и их комбинаций приведены на рис. Наилучшее воспроизведение исходной модели, а значит и разрешающая способность, достигается дипольной установкой (DD). Разрешающая способность трехэлектродной (PD) несколько ниже. Разрешение, полученное установками Шлюмберже и Веннера - значительно ниже, при несущественном превосходстве Шлюмберже и Веннера ?-типа. Трехэлектродная установка имеет существенно большую эффективную глубину исследования, превосходя остальные установки в 1.5-2.5 раза. Однако, необходимо отметить, что так как сигнал от дипольной установки является второй пространственной производной потенциала, то она чувствительна к подповерхностным неоднородностям. Этот недостаток при наличии неоднородностей верхней части разреза существенно снижает разрешающую способность и глубинность дипольной установки. Результаты комбинированной инверсии превосходят по качеству воспроизведения исходной модели результаты соответствующих индивидуальных инверсий. Так комбинирование трехэлектродной и дипольной (PD+DD) установок при сохранении глубины исследования повышает итоговую разрешающую способность. Совместная инверсия установок Шлюмберже и дипольной (SC+DD) повышает вертикальное разрешение дипольной установки. Использование установок Веннера актуально в случае высокого уровня помех и, аналогичным образом, в комбинациях приводит к улучшению результата инверсии. Современные аппаратурные достижения для электротомографии. Аппаратура может быть классифицирована по различным свойствам. Существуют одноканальные и многоканальные станции. Последние позволяют при одном положении пары токовых электродов измерять одновременно разность потенциалов на нескольких парах приемных электродов [Бобачев и др., 2008], существенно повышая производительность. Разделяют также аппаратуру по способу коммутации: в некоторых устройствах коммутация (переключение) электродов происходит вне многоэлектродного кабеля (пассивные системы), в других - непосредственно на кабеле (активные кабельные системы). В некоторых из электроразведочных станций реализован также метод вызванной поляризации, что дает дополнительные возможности при интерпретации данных электротомографии [Dahlin, 2002]. На европейском и американском рынках в настоящий момент широко представлены одноканальные и многоканальные аппаратуры для двух- и трехмерной электротомографии. Российские производители геофизической аппаратуры только начинают выходить на этот рынок. На специализированных выставках в 2008 и 2009 г. были продемонстрированы несколько прототипов электроразведочных станций для 10 электротомографии. В настоящей работе в табл. 1 приведены современные коммерческие системы для электротомографии с их краткими характеристиками. Современное программное обеспечение для моделирования и инверсии данных электротомографии. До внедрения в практику профильных и площадных томографических систем измерений, работы методом сопротивлений проводились попикетно и использовались, в основном, системы 1D и 1.5D инверсии. С появлением электроразведочных станций, реализующих плотные 2D и 3D томографические измерения, назрела необходимость многомерной инверсии. Так в 1996 году публикуются работы [Loke and Вarker, 1996a; 1996b], в которых приводятся алгоритмы для практической 2D и 3D инверсии. В то же время выходят первые версии программ Res2DInv, Res3DInv (см. табл. 2), реализующие эти алгоритмы. К настоящему времени насчитывается множество программ, специализированных для моделирования и инверсии данных электротомографии. В табл. 2 приведен список коммерческого программного обеспечения для моделирования и инверсии 1D, 2D и 3D данных электротомографии.

Табл. 1. Коммерческие системы для метода электротомографии (* - опциональная возможность; ** - любые значения по выбору; STD - WA, WB, WG, SC, DD, PD, PP; MG - градиентная срединная установка; USR - пользовательские установки)

Производитель

Allied Associates (Великобритания)

ABEM (Швеция)

GF Instruments (Чехия)

AGI (США)

Scintrex (Канада)

DMT (Германия)

Iris Instruments (Франция)

КБ Электрометрии (РФ)

КБ Электрометрии (РФ)

КБ Электрометрии (РФ)

Логис (РФ)

СибГеофизПрибор (РФ)

Продукт

Tigre / MultiRes

Terrameter LS

Ares

Supersting R8 IP

Saris

Resecs

Syscal Pro Switch

Скала 48

Скала 64

Скала 90

Омега 48

SGD-ETT

ВЭЗ

да / нет

не

да*

да

да

нет

да

да

нет

нет

нет

нет

Электротомография

да

да

да

да

да

да

да

да

да

да

да

да

Вызванная поляризация

нет

да

да

да

да

нет

да

да

да

да

да

нет

Входное напряжение, В

-

600

5, 10*

10

40

10

15

250

250

250

12

2

Выходной ток, А

0.2

2.5

2

2

1

2.5

2.5

2

2

2

5

2

Выходное напряжение, В

180

600

550

400

500

400

800

500

500

500

500

500

Выходная мощность, Вт

-

250

300

200

100

250

250

200

200

200

500

500

Входное сопротивление, МОм

22

0.3, 20, 200

20

150

11

30

100

10

10

10

10

5

Циклы измерений, с

2.1, 4.2, 8.4

0.1 - 30**

0.3 - 30*

0.2 - 14.4

0.2, 0.17

0.3 - 4**

0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8

0.25, 0.5

0.08 - 4

0.08 - 4

0.2 - 52.4

0.0016 - 1.66

Циклы ВП, с

нет

любые

любые

0.5, 1, 2, 4, 8

1, 2, 4, 8

нет

0.5, 1, 2, 4, 8

0.2, 0.4, 1, 2, 4, 8

0.6 - 4

0.6 - 4

-

-

Измерительные установки

STD+USR

STD+MG+USR

STD+MG+USR

STD+USR

STD

STD

STD+USR

STD+USR

STD+MG+USR

STD+MG+USR

STD+USR

STD

Связь с ПК

RS232, упр. ПК

USB, LAN

RS232, USB

RS232

RS232, USB

RS232, USB, LAN

RS232

USB

USB, LAN

упр. ПК

упр. ПК

упр. ПК

Экран

-

TFT (8.4 ")

LCD

LCD (16 x 30)

LCD (320 x 240)

TFT (12 ")

LCD (240 x 128)

LCD (240 x 128)

TFT (1024 x 600)

-

-

-

Масса, кг

6

12

4.5

10.2

10.3

-

13

12

18

18

-

3.3

Размеры, см

40 x 34 x 20

39 x 21 x 32

15 x 21 x 40

18 x 41 x 27

34 x 19 x 27

-

31 x 23 x 36

45 x 35 x 23

50 x 31 x 46

50 x 31 x 46

-

-

Внешнее питание, В

12

12

12

12, 2 x 12

нет

12

12

12

12

12

24

24

Внутреннее питание, В

12 (7 Ач)

-

12

12

24

12

12 (7 Ач)

12 (7 Ач)

-

-

нет

нет

Число каналов

8-Jan

12

1

8

1

8

10

1

16

6

10

1

Кабели

пассив.

актив / пассив.

актив./ пассив.

актив.

актив.

актив.

пассив.

пассив.

пассив.

пассив.

пассив.

актив.

Электроды в сегменте кабеля

32

64 / 64

12-Aug

28

4

-

24, 12 / 18, 9 / 16, 8 / 10, 5

24

32 / 16 / 8

45

24

12

Общее число электродов

до 128

до 16320

до 200 / 48

до 65536

до 8192

до 960

до 48 / 72 / 96 / 120

до 48

до 64

до 90

до 48

-

Табл. 2. Программное обеспечение для моделирования и инверсии данных электротомографии

Электроразведочная станция «Скала-48».

Среди ряда современных российских разработок, реализующих метод электротомографии, можно выделить аппаратуру «Скала-48». Аппаратура разработана в лаборатории электромагнитных полей Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН и к настоящему моменту несколько комплектов «Скала-48» успешно применяются при решении различного рода научных и инженерных задач. Ниже будут приведены технические характеристики аппаратуры и некоторые результаты полевых работ/

Вес аппаратуры 12 кг. В дополнение к внутреннему аккумулятору (12 В, 7 А·ч) через разъёмы на лицевой панели к прибору можно подключить внешнее питание (12 В). Управление осуществляется при помощи плёночной клавиатуры. Прибор снабжен монохромным жидкокристаллическим пятидюймовым графическим дисплеем с разрешением 240 на 128 точек с синей подсветкой. Основа аппаратуры -микроконтроллер Philips NXP LPC2378 с ядром ARM7 и программируемая логическая матрица (ПЛМ) Xilinx Spartan-3E/ Аппаратура включает матричный релейный коммутатор 4 линии на 48, осуществляющий коммутацию, как приемных, так и питающих линий.Такая конфигурация рассчитана на работу с двумя электроразведочными кабелями, по 24 электрода каждый.

Дополнительно 14 на панель выведены клеммы питающей и приёмной линий, предназначенные для работой с традиционной четырехэлектродной установкой и выносными электродами. Источник тока изолирован от всей схемы и имеет мощность до 200 Вт. Максимальный выходной ток источника 1.5 А, максимальное напряжение 750 В. Входные цепи защищены от перенапряжения до 1000 В, а выходные - от короткого замыкания.

Измерительный канал выполнен с применением изолирующего усилителя постоянного тока, аналогичный канал используется и для измерения рабочего тока. В аппаратуре применяется прецизионный 24х-разрядный сигма-дельта АЦП AD7799. Диапазон регистрируемых напряжений в измерительной линии лежит в пределах от 0.05 мВ до 200 В. Точность измерения полезного сигнала не хуже 2.5 % и зависит от величины питающего тока. Диапазон усиления входного усилителя изменяется автоматически.

Рис. Структурная схема аппаратуры «Скала-48»

Результаты измерения сохраняются на встроенной флэш-карте формата SD/MMC объёмом до 4 Гб с файловой системой FAT32. Данные содержат полную информацию о токе, напряжении, относительном стандартном отклонении и используемой рабочей конфигурации. В аппаратуре реализована возможность выбора числа накоплений и времени интегрирования при измерениях. Программно-алгоритмическая составляющая. Аппаратура «Скала-48» может работать в режимах электротомографии , вызванной поляризации , электропрофилирования и вертикального электрического зондирования. В аппаратуре реализован развитый пользовательский интерфейс, позволяющий полностью контролировать процесс работы. В рабочем состоянии на дисплее отображается соответствующая режиму таблица, по которой можно определять расположение и геометрию текущей измерительной установки и просматривать результаты измерений.

Прибор работает с установками Веннера (типов ?, ?, ?), Шлюмберже, дипольной (осевой и экваториальной), трёхэлектродной и двухэлектродной. Для работы на ПК разработано программное обеспечение SiBER Tools, предназначенное для создания и редактирования файлов с описанием установок, а также первичной обработки данных - фильтрации, компоновки и экспорта в распространённые форматы. Программа позволяет создавать шаблоны измерений как для электротомографии, так и для традиционных четырёх электродных зондирований с линейным или геометрическим шагом по разносам.

Опыт применения электротомографии/

Являясь практически стандартом при решении ряда геофизических задач за рубежом, в России метод электротомографии применялся в основном группами из МГУ [Бобачев и др., 1996; 2006] и Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН [Эпов и др., 2005, 2006; Панин, 2008] для решения структурных, инженерных и археологических задач. Автоматизация многоэлектродной электроразведки разрабатывалась в Институтах СО РАН [Булгаков и Манштейн].

В мировой практике электротомография применяется при решении следующих задач экологической и археологической геофизики; разведки углеводородов; геотермальных исследований; инженерных изысканий; гидрогеологии; мониторинга хранилищ радиоактивных отходов; рудной разведки [Dahlin, 1996, 1999, 2002; Barker and Moore, 1998; Pellerin, 2002]. В настоящем разделе будут приведены результаты электротомографии, выполненной аппаратурными комплексами «Скала-48» и «SYSCAL Pro» (IRIS Instruments) для решения различных задач. Для инверсии была использована программа Res3DInv (v 2.15). Неразрушающий контроль состояния гидротехнических сооружений. С целью изучения геоэлектрического строения насыпной дамбы перемычки гидроотвала были выполнены площадные работы аппаратурой «Скала-48». Объект состоит из рыхлых 16 пород, преимущественно песчаников с глинистым цементом. Основание сооружения заполнено песчаной пульпой, намытой в процессе обогащения добываемого в карьере угля. По предварительным данным, в связи с отсыпкой пород на параллельно существующей дамбе, в ней стали образовываться трещины и промывные каналы, по которым вода и песчаная пульпа проникают через дамбу. Появился риск прорыва плотины. На изменение строения дамбы также указывает натяжение проводов ЛЭП, проходящей через плотину. Отсыпные работы были приостановлены.

Рис. Исследование дамбы. Трехмерное представление результата инверсии данных электротомографии. Справа приведена шкала значений удельных сопротивлений. Видна структура канала утечек. Вертикальная ось показывает высоту над уровнем моря

Был изучен прямоугольный участок дамбы шириной 60 м и длиной 235 м. Результат трехмерной инверсии в виде изоповерхностей различного уровня представлены на рис. Анализируя полученные результаты, можно предположить, что основную роль в изменении строения, сыграла песчаная намывная пульпа, которая под действием вышележащих масс поднялась в менее плотную часть дамбы и тем самым, создала под насыпью каналы, по которым вода вымывает песок из основания сооружения и, следовательно, разрушает плотину. Изоповерхность зеленого цвета, соответствующая значению 45 Ом*м, отображает примерную нижнюю границу насыпи. Изоповерхность синего цвета (20 Ом*м) показывает зону водонасыщения плотины. Уменьшение удельного сопротивления также может быть связано с увеличением глинистости. Изоповерхность фиолетового цвета (15 Ом*м) изображает структуру основного канала, по которому, предположительно, вода и пульпа движется поперек дамбы. Для более точного определения зон необходимы пробы воды и другая информация. Исследования под мостовой переход через крупную реку в Новосибирской области. Выполнено изучение геологического строения осадочного чехла и фундамента берегов и русловой части реки методом электротомографии.

Территория исследований - прямоугольный участок шириной 100 м и длиной 2300 м, центральная ось которого совмещена с осью мостового перехода. Согласно априорным данным здесь есть деструктивное нарушение коренных пород. На рис. показаны результаты 3D инверсии: карта распределения УЭС на глубине 50 м (а), разрез по оси моста (б) и изоповерхности фиксированного значения УЭС, предположительно ограничивающие целевые геологические структуры. Значение 400 Ом*м было выбрано как соответствующее кровле коренных пород в результате соотнесения данных бурения и результатов инверсии. Изоповерхность зеленого цвета соответствует поверхности коренных пород. Отчетливо выделяются два разлома (пикеты 500-700 м и 2000-2300 м), согласующихся с априорными данными и результатами бурения.

Рис. Исследование мостового перехода через реку. Распределение удельного сопротивления, полученные в результате трехмерной инверсии. (а) Карта распределения УЭС на глубине 50 м (центральная горизонтальная линия соответствует оси моста). (б) Геоэлектрический разрез по оси моста. (в) Изоповерхности фиксированного значения УЭС. Изоповерхность значения 400 Ом*м соответствует кровле коренных пород

Геофизические исследования в геотермальных регионах. Комплекс электротомографии на постоянном токе «Скала-48» применялся для исследования структуры различных по составу газо-гидротермальных объектов вулканогенного происхождения активного вулкана Эбеко (о. Парамушир, Сахалинская обл.). Было изучено Северо-Восточное термальное поле (схема показана на рис. ). На рис. демонстрируется распределение удельного сопротивления по результатам 3D инверсии электротомографии до глубины более 50 м. На площадке расположены зоны кипящих котлов и зоны парогазовых выходов. Для построения трехмерной картины внутреннего строения зон парогазовых резервуаров приповерхностного пространства Северо-Восточного поля были проведены измерения по пяти профилям (отмечены белыми линиями на рис. ) с максимальным разносом 235 м и шагом между электродами 5 м.

Рис. (а) Расположение профилей на Северо-Восточном поле вулкана Эбеко. (б) Изоповерхность удельного электрического сопротивления 2.5 Ом·м на Северо-Восточном поле по данным электротомографии

Согласно полученным результатам, на исследованном участке удельное сопротивление грунтов колеблется в пределах 0.5 - 100 Ом·м. По видимому, низкое удельное сопротивление среды связано с насыщенностью высокоминерализованными термальными растворами, а высокое (по краям, см рис.) наличием сухих вмещающих пород или газовой составляющей. Для Северо-Восточного поля, по данным электротомографии отчетливо видна конфигурация резервуара питающего систему котлов и фумарол. Электропроводность грунта в зоне резервуара выше у дневной поверхности и можно предположить, что это зона конденсации парогазовой смеси. Более низкая электропроводность объема у основания говорит о большем наличии непроводящей составляющей, которой может быть газ.

Приведенный в работе анализ существующих подходов дает четкое представление о том, что наиболее эффективными установками для электротомографии следует считать градиентные, трехэлектродную, дипольную установки и установку Шлюмберже.

Для увеличения глубинности и разрешающей способности рекомендуется использование прямой и обратной трехэлектродной установки. Результаты полевых работ аппаратурными комплексами «Скала-48» и «SYSCAL Pro» показывают высокую эффективность электротомографии в задачах неразрушающего контроля гидротехнических сооружений, при проектировании крупных инженерных объектов, структурных исследованиях. В частности удалось провести контроль и выявить вымывания дамбы на начальной стадии. Результат инверсии представлен в виде изоповерхности и дает представление о процессе разрушения и месте его нахождения. Детальное восстановление кровли коренных пород при проектировании мостового перехода предельно важно для расположения и обустройства мостовых опор. Методикой электротомографии при помощи аппаратуры «Скала-48» без нарушения структуры были получены детальные карты, а также изоповерхности удельного электрического сопротивления для газо-гидротермальных объектов активного вулкана Эбеко. Новые данные об их структуре помогли составить представление о зональности процессов газо-гидротермальной разгрузки в верхней части разреза на глубинах 5-30 м

4. Технико-экономическая часть

4.1 Организационно-экономический раздел

Характеристика геофизического предприятия/

Компания ООО «КБ Электрометрии» создана в Мае 2009 года сотрудниками Российской Академии Наук, действует как самостоятельно, так и в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве с Институтом нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН.

Занимается разработкой, производством и поставкой представленного геофизического оборудования занимается ООО “КБ Электрометрии”. Компания осуществляет внедрение методов электроразведки в различные сферы народного хозяйства, а также обеспечивает информационную, методическую и сервисную поддержку по продукции.
Также компания осуществляет научно-исследовательскую деятельность в области геофизики, производит работы с применением различных методов электроразведки, а также проводит комплекс мероприятий направленных на усовершенствование продукции.

Компания имеет производственную базу, опыт разработки и внедрения аппаратуры, методов и методик геофизической разведки на малые глубины, а также их применения в различных отраслях:

- инженерные геофизические изыскания;

- разведка строительных площадок;

- анализ состояний систем трубопроводов коммунального хозяйства;

- почвоведение;

- археологические исследования;

- экологическая оценка загрязнения;

- качественная оценка водонасыщенности грунта

- поиск источников соленой и пресной воды;

локализация и мониторинг подземных сооружений и коммуникаций;

обнаружение и локализация захоронений промышленных отбросов любого химического состава;

- поиск источника утечки и оценка объема утечки из магистральных трубопроводов газонефтепродуктов;

- поиск залежей полезных ископаемых на глубины до 250 м.

КБ Электрометрии имеет все необходимые средства и соответствующий кадровый состав для выполнения любого комплекса инженерно геофизических исследований и их интерпретации, выпуска отчета.

Компания имеет достаточно грамотную и богатую опытом геолого-геофизическую службу и договоры с подрядчиками. Здесь наряду с работами по электроразведки ведутся разработки и внедрение новой аппаратуры.

На сегодняшний день, совместно с институтом нефтегазовой геологии и геофизики и другими учреждениями -- наша компания занимается разработкой методических указаний для решения различных задач с применением электромагнитного сканера Немфис. В рамках программы эффективного внедрения метода -- организовываются выездные практические семинары по темам применения электромагнитных методов сканирования почвы в различных областях.

В течение последних лет успешно проводит работы в Новосибирской области, в горном Алтае, Кемеровской области, в Казахстане и других районах и странах .

КБ Электрорметрия имеет полевую партию полностью оснащенную для проведения работ. Имеются патенты, выигранные тендеры, лицензионные и все другие необходиммые документы, позволяющие выполнить данные работы в любом регионе России и ближнего зарубежья

Мы выполняем инженерные геофизические изыскания по не скольким технологиям

электроразведки (частотное электромагнитное зондирование - ЧЭМЗ, вертикальное

электрическое зондирование - ВЭЗ, дипольное электрическое зондирование - ДЭЗ,

электропрофилирование - ЭП, 2D и 3D томография),

Технология выполнения работ выбирается в зависимости от задачи профиля могут проходить в воде и подводой

Особенно элективна технология при изучениях небольших повреждений трубопровод, захоронений , химические загрязнение почвы, Подтопления подвалов жилых домов , потеря свай при построения многоэтажных домов.

Полевые работы проводимые разными касами 5- митровыми 1,5 метровыми собственной разработкой дают возможность получения дополнительной информации .Регистрация осуществляется на аппаратуре (скала-48: Скала-64: Siskal)

У этой аппаратуры есть экран на котором можно посмотреть качество данных что позволяет из бежать брака данных.

Если же проводим работы ЭМСом то у него есть портативный карманный компьютер на нем можно посмотреть данные, построить разрез, карту.

Полевая партия имеет аппаратуру которая по своему уникально ее можно использовать как труднодоступных районах так и в черте города.

В распоряжении партии полный арсенал методов инженерной геофизики.

Внедренные новые программные обеспечение и приборы применяемые в инженерной и поисковой на малой глубине геофизики

КБ Электрометрии одна из всех кто внедряет новые технологии работ, что позволяет ускорит проведения полевых работ и повысить качество полевого материала. С помощью частотного зондирования получалось находить древние захоронения, старые церкви которые уже давно погребленны под землей.

С целью реализации геолого-технологических исследований иногда производится бурение (например строительство нефтепровода через горный Алтай в Китай)

КБ Электорметрии имеются своё программное обеспечение, так и другое

4.2 Объемы работ

Виды геофизических исследований

Объем, м (протяженность профилей)*

Объем, физ.

пп

набл.

1

Инженерно-геологическая, гидрогеологическая рекогносцировка

159522

53177

2

Планово-высотная привязка точек на местности

159522

160

3

Электротомография

149835

22470

4

Георадиолокация

148830

550

5

Частотное электромагнитное зондирование

157881

22447

6

КМПВ

148835

28986

4.3 Условия производства работ

По трудности проведения работ район отнесён к III категории.

Поправочные коэффициенты:

Время года конец лета - осень коф. 0.8%

Районный- 1,4%

Выплатой полевого довольствия коэффициент1,5%

Выполнение расчетов на ЭВМ коэффициент 1,15%

Учетом затрат по метрологическому обеспечению единства и точности средств измерений и дополнительным амортизационным отчислениям по производственному оборудованию и транспорту (расходы по организации и ликвидации работ и по внешнему транспорту не учитываются) к-т 1,05

Поправочных коэффициентах к ценам на изыскательские работы для строительства к базовому уровню цен на 01.01.1991г.-
1.21

Индексы цен в строительстве на III квартал 2011г.применительно к уровню базовых цен 91г. по состоянию на III квартал 2011 г. -37.80

4.4 Поэтапный план

Продолжительность и сроки работ

№№ п/п

Периоды и виды работ

продолж. календ. дней

Сроки работ начало

Сроки работ окончание

1

Проектно- сметный

5

19.08.2011

23.08.2011

2

Организационный

5

19.08.2011

24.08.2011

3

Полевой

58

25.08.2011

20.10.2011

4

Ликвидационный

2

20.10.2011

22.10.2011

5

Камеральные работы

182

30.08.2011

до 1.03.2012

5

Сдача материалов заказчику конечный отчет

до 1.03.2012

4.5 Организационная структура отряда

Список исполнителей

Начальник геофизической партии

Балков Евгений Вячеславович

Начальник отряда

Тикунов Семен Юрьевич

Ведущий геофизик

Оленченко Владимир Владимирович

Инженер-геофизик

Егоров Владимир Евгеньевич

Техник-геофизик

Егоров Александр Евгеньевич

Инженер-геофизик

Кочнев Кирилл Алексеевич

Инженер-геофизик

Игонин Иван Сергеевич

Инженер-геофизик

Иванов Арсений Игоревич

Инженер-геофизик

Деев Сергей Евгеньевич

Техник-геофизик

Житов Евгений Юрьевич

Техник-геофизик

Полянский Павел Олегович

Техник-геофизик

Разглядный Артем Георгиевич

Замерщик

Кондратюк Владимир Александрович

Замерщик

Петров Михаил Николаевич

Замерщик

Оскомова Ксения Александровна

Водитель

Демьянов Олег Эдуардович

Замерщик

Титов Александр Семенович

Замерщик

Петров Сергей Иванович

Геофизик

Светлицкий Игорь Николаевич

Техник-геофизик

Сагайдачный Александр Владимирович

Техник-геофизик

Сальников Тимофей Александрович

Замерщик

Ларькин Максим Викторович

Замерщик

Ежиков Вадим Иванович

Геолог

Канарейкин Борис Алексеевич

Замерщик

Киселев Борис Тимофеевич

Водитель

Дит Федор Андреевич

Замерщик

Мелеск Андрей Хельдурович

Замерщик

Кошелев Антон Сергеевич

Геодезист

Андреев Вячеслав Михайлович

Геодезист

Высочин Сергей Иванович

Геодезист

Киреев Андрей Михайлович

Водитель

Кнауб Андрей Александрович

Геодезист

Колесников Алексей Александрович

Геодезист

Пушков Владимир Анатольевич

Геодезист

Ходырев Сергей Михайлович

4.6 Календарный план и пояснения к нему

Наш план начинается с подготовительных работ для того что бы в поля выехать нам надо подготовится. На организацию нам потребуется 5 дня так как все уже укомплектовано и стоит на складе. Проверить работоспособность аппаратуры, целостность кос, до укомплектовываем продуктами для отряда.

Полевые работы будут происходить 58дней работы будут проводится по 12 часов отряд будет состоять в основном из инженерного состава на косах будут техники -геофизики в помощь им другие люди из состава отряда. Работы проводились в летние и осенние время при средне температуре +15 до -15 снежного покрова не значительный, таел. Работы осложнялись тем что территория по которой проходит газопровод не везде хорошо доступно встречаются крутые склоны под 30градусов.

Камеральные работы проводились 182 дней. В течения всех полевых работ заказчику выдавалась первичная интерпретация. В интерпретацию входило обработка первичного материала, маштабирование, и выпуск отчет, работа над замечаниями.

Так как объект находился не далеко от база предприятия На окончание работ потребовался 3 дня. За эти дни успели вывезти всех людей ,помыть косы, просушить и отнести для дальнейшей сушки на склад, там же и хоронится все оборудование.

Организация производства по видам работ

...

Даты

Виды работ

Результат

1.

2.

3.

4.

1.

19.08.2011по 23.08.2011

Проектно- сметный

Обсуждение, подписания технического задания

2

19.08.2011 по 24.08.2011

организационный

Проверка аппаратуры на работоспособность

3.

24.08.2011

Подготовительные

Погрузка аппаратуры

4.

25.08.2011

Полевой

Начало работ, расстановка аппаратурны

5.

26.08.2011

Полевой

Планово-высотное положение точек измерений (каждого электрода) определялось с помощью спутниковых геодезических двухчастотных GPS-приемников

5.


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.