Кандидатская диссертация: Применение электротомографии при решении рудных, инженерных и археологических задач

Актуальность проблемы.
Геофизические методы исследования являются средством решения широкого спектра
задач, имеющих важное значение для хозяйственной деятельности, научных исследований,
безопасности. Необходимость повышения точности и достоверности их решения в рудной,
инженерной и археологической геофизике требует создания универсальных геофизических
технологий, отвечающих растущим требованиям времени.
В последние десятилетия в области поисков и разведки полезных ископаемых
наметился переход к исследованию месторождений более сложного строения, с большими
глубинами залегания рудных тел. Для их изучения необходимо создавать методы, способные
повысить точность, детальность, производительность, разрешающую способность
проводимых исследований.
Сходная ситуация характерна и для области инженерных изысканий. Рост объемов и
сложности проводимого строительства и других видов инженерной деятельности требуют
повышения информативности и надежности геофизических исследований.
Повышение информативности археогеофизических исследований, являющихся
практически единственными средствами неразрушающего исследования памятников,
позволит до минимума сократить объем раскопок. Это может привести к качественному
прорыву в изучении крупных памятников, а также сыграть важную роль в сохранении
археологических объектов для будущих поколений.
Одним из сравнительно новых геофизических методов, с помощью которого можно
решать многие из поставленных задач, является электротомография. Как модификация
метода сопротивлений на постоянном токе, электротомография унаследовала все
принципиальные возможности метода сопротивлений, позволив, в то же время, существенно
расширить области его применения. Благодаря этому в настоящее время электротомография
становится одним из ведущих геофизических методов исследования верхней части
геологического разреза при решении структурно-геологических задач в рудной, инженерной
и археологической областях. Это требует более четкого понимания возможностей
применения метода в каждом из данных направлений. Оно позволит правильно определять
задачи, которые могут быть решены с помощью данного метода, ограничения метода, и
оптимально использовать метод в комплексе геофизических исследований.
Для всех геофизических методов и методик важно иметь и использовать совместно
программы решения прямых и обратных задач. Во многих практически используемых
программах решения обратных и прямых задач используются конечно-разностные методы,
имеющие практические ограничения при расчете прямых задач при сложном рельефе.
Поэтому было важно разработать программу двумерного моделирования с рельефом, что
было сделано на основе алгоритма метода интегральных уравнений, широко применяемого в
разработках кафедры геофизики МГУ.
Цель и задачи исследования.
Разработка и реализация алгоритма учета рельефа в методе интегральных уравнений,
определение возможностей метода электротомографии при решении структурно-
геологических задач в разных условиях.
Для решения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Создание прямой двумерной задачи метода сопротивлений с рельефом для оценки
возможностей учета влияния рельефа при проведении двумерной автоматической
инверсии.
2. Определение и развитие возможностей ЭТ при решении рудных и инженерных задач.
3. Разработка методики полного цикла измерений для ЭТ сопровождения
археологических раскопок (включающая петрофизические исследования образцов,
профильную и площадную ЭТ съемку, использование априорной информации), оценка
возможности данной методики.
Защищаемые положения.
1. Реализован алгоритм расчета электрического поля для двумерно-построенных сред с
учетом рельефа методом интегральных уравнений
2. Исследована эффективность и развиты подходы к интерпретации электротомографии
при решении рудных и инженерно-геологических задач.
3. Разработана методика полного цикла электротомографических измерений для
решения археологических задач.
Научная новизна.
 Реализован алгоритм учета влияния рельефа при моделировании методом
интегральных уравнений, оценена степень учета рельефа при автоматической инверсии в
программе Res2DInv.
 Исследованы возможности электротомографии при изучении месторождений
Карлинского типа, гидротермальных месторождений коры выветривания и медно-
порфировых месторождений, а также вопросы комплексирования электротомографии с
другими геофизическими методами для данных типов месторождений.
 Проанализированы возможности электротомографии при решении задач структурного
картирования, исследования погребенных карстово-суффозионных воронок, установлена
возможность картирования и изучения древних полигональных структур в средней полосе
России с помощью комплекса геофизических методов.
 Разработана и опробована методика «полного цикла» при проведении
электротомографических исследований в археологии - от лабораторных анализов до полной
заверки результатов, что позволило расширить представления о возможностях применения
метода в археологии и дополнить работы предшественников в этом направлении.
Практическая значимость.
Полученные результаты позволили повысить эффективность применения
электротомографии при решении геолого-структурных задач, расширить сферу применения
метода и способствовали его более широкому внедрению в практику исследований для
решения рудных, инженерных и археологических задач.
Фактический материал.
Диссертационная работа написана на основе результатов исследования большого
количества разнообразных геологических объектов. К числу основных полевых материалов
относятся исследования месторождения Депутатское, Карадагское рудное поле,
Александровский геофизический полигон МГУ, ряд инженерных объектов в средней полосе
России, проекты по поиску братских захоронений на Бородинском поле и результаты
сопровождения археологических раскопок в с. Бородино, проводимых Можайской
экспедицией ИА РАН.
Апробация работы.
Результаты исследований, а также основные положения диссертации докладывались и
обсуждались на международных научно-практических конференциях «Инженерная и рудная
геофизика» (V 2009, Геленджик; VI 2010, Геленджик; VII 2011, Москва) и Near Surface
Geoscience (2012, Париж), Петербургском геофизическом научно-практическом семинаре
(2009, 2010, Санкт-Петербург), научно-практических конференциях молодых специалистов
«Инженерные изыскания в строительстве» (ПНИИС, 2009, 2010, Москва), международной
научной конференции «Бородино в истории и культуре» (2009, Москва), Пятой
общероссийской конференции изыскательских организаций «Перспективы развития
инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (2010, Москва),
международной научно-практической конференции «Электромагнитные методы
исследований-2010», научном семинаре «Археология Подмосковья» (2011, Москва),
международном молодежном научном форуме Ломоносов-2011 (2011, Москва).