Сейсморазведочный контроль
противокарстовой защиты
Одним из практических приложений инженерной сейсморазведки на современном этапе ее развития, является сейсмоакустический контроль различных видов неоднородностей в фундаментах и основаниях действующих сооружений. Актуальность подобных исследований обусловлена их непосредственной направленностью на обеспечении безопасности жизнедеятельности человека. Особое значение эти исследования имеют в пределах территории Пермского края подверженной активным природно-техногенным инженерно-геологическим процессам.
К наиболее ответственным объектам можно отнести транспортные коридоры, прокладываемые по территориям с приповерхностными пустотами различного происхождения (подрабатываемые территории в зонах шахтного строительства, территории с карстовыми процессами). На подобных территориях, как правило, проводятся противокарстовые мероприятия. В большинстве случаев на этапе эксплуатации ответственных сооружений они заключаются в цементном тампонаже нарушенных интервалов разреза. Проектирование необходимых объемов инъекционных растворов и контроль качества тампонажа осуществляется в основном по данным бурения. При этом площадная дискретность скважинных данных и их высокая стоимость не позволяет в достаточном объеме эффективно осуществлять подобный контроль. В таких случаях наиболее информативными оказываются сейсмоакустические методы [1]. Основной предпосылкой к их использованию является, отличие плотностей закрепленной части массива относительно вмещающих пород. Это отличие предполагает присутствие в разрезах высокоскоростных зон, которые должны найти свое отражение в волновых полях отраженных волн. В результате сейсмические методы позволяют не только выделить структурные элементы породного массива, но и количественно оценить объемы его закрепленной и нарушенной части в масштабах соизмеримых с размерами всего сооружения.
Продемонстрируем элементы сейсморазведочного контроля противокарстовой защиты на конкретном примере.
Поводом для проведения исследований на пикете 1520 СЖД Кунгурской дистанции пути в районе п. Шадейка послужили деформации железнодорожной насыпи и активные поверхностные карстопроявления. Несмотря на проведенный тампонаж закарстованных областей породного массива, предполагаемых по данным прямых методов, признаки активного приповерхностного образования пустот сохранились. Основная цель сейсмических исследований в подобных условиях – выявление подземных карстовых форм в пределах участка дороги с поверхностными формами активного карстопроявления и локализация границ искусственно закрепленной части массива.
Сейсмические исследования выполнены по методике невзрывной малоглубинной сейсморазведки высокого разрешения с использованием интерференционной системы наблюдений по общей глубинной точке (рис.1). Параметры системы наблюдений соответствовали исследуемому интервалу глубин и размерам предполагаемых неоднородностей. Регистрация сейсмических колебаний осуществлялась с помощью цифровой компьютеризированной сейсмостанции IS-128, шаг дискретизации 0,1 мс.
Основные результаты проведенных сейсморазведочных исследований сводятся к следующему.
В интервале исследований до глубин в 50 м выделено четыре отражающих горизонта. Все отражающие горизонты находятся в пределах карстующихся нижнепермских отложений: Sсh-кровля шалашнинской сульфатной пачки, Nev-кровля неволинской карбонатной пачки, Lp –кровля ледяно-пещерской сульфатной пачки, Phil - условная кровля филипповских доломитов. Первый отражающий горизонт отмечен на глубине 10-15 м, второй – на глубине 20-25 м, третий на глубине около 36-40м, четвертый на глубине – 50-55 м.
По особенностям волновой картины (рис.2) ее амплитудной и скоростной характеристик в различных интервалах геологического разреза от 0 до 50 м по всем профильным линиям выделяются локальные участки. Они характеризуются нарушенной регулярностью волновой картины, пониженными значениями амплитуд и скоростей. Данные изменения перечисленных сейсморазведочных параметров обычно являются признаками нарушений в структуре геологического разреза, которые в данном случае вероятней всего вызваны карстовыми процессами [2].
Участки, выделенные на профилях, можно объединить в виде «полос» аномалий волнового поля, проходящих под полотном железной дороги. Данные аномалии нанесены на схемы интервальных скоростей (рис.3) для тех интервалов, в которых они установлены. Их положение согласуется с пространственными закономерностями в рельефе отражающих границ. Разуплотнение отложений, выражающееся в уменьшении значений скоростей упругих волн, отмечается в пределах всех выделенных зон волновых аномалий. Следует отметить, что разуплотнение в пределах отдельных участков выделенных зон носит сквозной характер, т. е. отмечается для всех исследуемых интервалов – от поверхности земли до подошвы ледяно-пещерской пачки.
Таким образом, в пределах зон с предполагаемой по особенностям волновой картины карстогенной нарушенностью отмечается: 1) разуплотнение отложений, как карстующихся, так и перекрывающих их, 2) наличие форм подземного рельефа выступающих относительными водоупорами неволинских карбонатов и филлиповских доломитов, благоприятных для гидрогеологического развития карстовых процессов. Сочетание всех отмеченных факторов и интенсивность их проявления позволяет выделить восточную часть района работ, как наиболее карстоопасную, а западную, как потенциально опасную.
Сопоставление результатов сейсморазведочных исследований с данными заверочного бурения и прогнозными результатами проведенной ранее противокарстовой защиты показало, что последняя выполнена в недостаточных
объемах или частично разрушена. Даже в самом оптимистичном варианте распределения объемов тампонажного раствора в массиве может быть не достаточно для предотвращения деформаций земной поверхности в результате продолжающихся карстовых процессов в интервале сульфатно-карбонатных отложений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Seismic wave images for different stages of the karst process
development / Sanfirov I., Yaroslavtsev A., Babkin A., Prima G., Prigara A. // Extended abstracts book: EAGE 67th Conference and Exhibition. – Madrid, Spain, 2005. – P.
2. Фатькин сейсморазведочных исследований при обследовании зданий и сооружений на закарстованных территориях / ,
, // Карстоведение – XXI век: теоретическое и практическое значение: тез. докл. междунар. симп. / ПГУ [и др.]. – Пермь, 2004. –
С. 46-47.
