Введение

В период с 17 по 29 января 2008 года сотрудниками ООО «ГеоАльянс» были выполнены работы по георадиолокационному обследованию геологической структуры грунта на территории карьеров № 2 и № 3 (участки 1, 2) Бованенковского ГКМ.

Георадар «ЛОЗА-В» с антеннами 150 см.

Цель обследования:

• выявление промышленных объемов песка с помощью георадарного зондирования.
• выявление структуры и состояния грунтовых массивов в указанном Заказчиком месте.
• Разработка методики обследования подобных объектов в условиях Крайнего Севера.

Работы проводились с помощью геофизических комплексов: георадиолокаторы «ЛОЗА-Н» и «ЛОЗА-В».

Отчетными материалами являются геолого-геофизические разрезы и плоскостные срезы 3Д-моделей по карьерам, находящиеся в соответствующих главах отчета.

 Схема расположения в карьере № 2 георадиолокационных профилей, выполненных комплексом «Лоза-Н»

Описание аппаратуры Георадары серии «ЛОЗА» относятся к классу геофизических приборов для исследования подповерхностной структуры почвы на глубины единицы — десятки метров, в зависимости от модели прибора, используемых антенн и параметров зондируемой среды.

Принцип действия радаров основан на излучении сверхшироко-полосных электро-магнитных импульсов без несущей в подстилающую среду и регистрации их отражений от границ раздела слоев или объектов.

Глубина проникновения электромагнитных волн определяется главным образом электрическим сопротивлением грунта и центральной частотой спектра зондирующего импульса. Диэлектрическая проницаемость грунта влияет на скорость распространения и длину электромагнитных волн в среде. Для определения истинной глубины залегания границ раздела сред и объектов необходимо знать скорость распространения волны в соответствующей среде.

Электромагнитные волны отражаются от границ сред, имеющих разные скорости распространения волн и, соответственно, разные диэлектрические проницаемости. Влажность и содержание минеральных солей ухудшают условия распространения электромагнитных волн и снижают максимальную глубину зондирования.

Георадар «ЛОЗА-Н» в варианте с антеннами 300 (600) см

Методика проведения измерений

Для изучения геологической структуры требуемого разреза по вертикали, георадар «ЛОЗА» с приемо-передающими антеннами перемещается вдоль профиля. Пространственный шаг измерений по профилю выбирается в зависимости от необходимой подробности исследования объекта. При поиске мелких объектов (трубы, кабели и т.п.) шаг составляет 5-10 см, а при обследовании геологических объектов (например, песчаных карьеров) — 50-100 см. В процессе измерения антенны георадара передвигаются по поверхности земли с фиксацией в каждой точке съёмки — это обеспечивает высокое качество профилирования. Возможен и другой способ профилирования, подходящий для предварительного обследования больших районов. В этом случае антенны передвигается равномерно без остановки по поверхности земли (воды) со скоростью 3-4 км в час (скорость пешехода). Радар переводится в автоматический режим регистрации (одно измерение в секунду, например). Операторам необходимо поддерживать постоянное расстояние между антеннами (для антенн 50 МГц — 3 метра).

Результаты измерений выводятся на экран прибора в виде радарограммы, фиксирующей время прихода сигнала, отражающегося от границ раздела сред, для каждой точки измерения. Время прихода отраженного сигнала зависит от глубины залегания отражающей поверхности и скорости распространения волны в грунте.

При проведении работ по георадиолокационному обследованию геологической структуры грунта на территории карьеров № 2 и № 3 Бованенковского ГКМ использовалась следующая схема.

1. Полевая часть
   • Первым этапом работы была разбивка профилей с помощью GPS-навигатора на площади указанной Заказчиком. Профили разбивались внутри огороженной вешками Заказчика территории карьера (землеотвода), с учетом рельефа, параллельно друг другу, на участках доступных для расчистки бульдозером и прохождения по ним с полутора и трехметровыми антеннами.
   • Вторым этапом работы стала расчистка размеченных профилей до допустимой для метода толщины снежного покрова с помощью бульдозера Т-170. Работы затруднялись большим количеством снега в понижениях рельефа и у искусственных преград (дорожные насыпи, бурты, скопления металлолома).
   • Третий этап работы. Выполнение георадиолокационных профилей комплексом «Лоза-Н» с шагом измерений 0,5 метра.
   • Четвертый этап работы. Выполнение отдельных георадиолокационных профилей комплексом «Лоза-В» для уточнения положения границ слоев верхней части разреза.
2. Камеральная обработка материалов

• Оперативная обработка сразу после прохождения профилей в поле.
• Сопоставление и анализ полученных различными комплексами разрезов и построение 3D-моделей выполнялось в Москве.

Анализ результатов георадарного обследования

На примере профиля 1 рассмотрим ход обработки георадарного профиля.

Георадарный профиль, полученный в ходе полевых работ

Полученный в результате полевых работ профиль обрабатывается в специальной геофизической программе «Крот 175D». Далее проводится анализ границ и выделение слоев объекта с помощью математического аппарата, встроенного в программу.

Георадарный профиль после анализа границ и выделения слоев

Далее проводится обработка профиля (применение различных фильтров (ВЧ, НЧ), представление в максимумах и направлениях амплитуд) и сопоставления данных полученных комплексами «Лоза-Н» и «Лоза-В» для определения положения и окончательного установления границ интересующих нас слоев (песчаного грунта).

Выявление границы слоев песчаного грунта

Границы слоев, получившиеся в результате обработки георадиолокационных профилей на данных карьерах, будут использованы в дальнейшем для построения 3Д-моделей.

Затем идет геологическая интерпретация профиля с выделением следующих слоев:

1. Деятельный слой — верхний слой грунта, подвергающийся периодическому (сезонному) протаиванию и промерзанию, в результате чего слой разбивается на прослойки с различными электромагнитными свойствами. На геофизических профилях в этом слое регистрируются внутренние границы. На карьерах этот слой может быть представлен слоями почвенно-растительного, торфяного и, частично, песчаного грунта.
2. Слой песчаного грунта — песок твердомерзлый, пылеватый. В слое встречаются линзы льдогрунта и прослои других пород.
3. Подстилающие породы представлены супесями, суглинками и глинами.

Геологическая интерпретация профиля с выделением слоев

Выводы

В результате георадарной съемки трех площадок карьеров Бованенковского ГКМ получена 3Д-схема запасов песка, представляющего промышленный интерес. В качестве примера ниже приведена 3Д-схема для карьера № 2.

Карьер 2. 3D-модель. Мощность слоя песчаного грунта

Карьер 2. Положение кровли песчаного грунта в сантиметрах от дневной поверхности. Длина и ширина полигона даны в метрах.

Грунт на полигонах представлен следующими слоями (от дневной поверхности):

1. Почвенно-растительный, мощностью до 15 см
2. Слоем озерно-болотных отложений (торф) мощностью от 0,2 м до 1,8 м.
3. Слоем песка пылеватого, твердомерзлого с линзами льдогрунта мощностью от 0,5 до 3,8-4 м. Как правило, в местах с наибольшей мощностью слоя в песке встречаются прослои других грунтов.
4. Подстилающий слой песка грунт, в основном однородный, редко — слоистый (супеси, суглинки).

Толщина покрывных грунтов и толщина продуктивного слоя песка

3D-модели залегания песчаных месторождений на территории полуострова Ямал