Применение малоглубинной электроразведки для изучения трехмерно неоднородных сред (1100333), страница 6
Текст из файла (страница 6)
На основе этогопризнака, очевидно, каждый ограниченный по оси Y объект с аномальным сопротивлением поотношению к вмещающей среде будет являться трехмерной неоднородностью. В основном, кним будут относиться все локальные изометричные объекты, расположенные в любом местеотносительно профиля внутри влияющего объема. Но также в заданной системе координат кним будут относиться и некоторые двумерные объекты (или линейно вытянутые трехмерныеобъекты, которые можно в модели с определенной точностью аппроксимировать двумерными).Для того чтобы двумерную неоднородность можно было считать истинно двумерной в заданной системе координат, ее главная ось (вдоль которой она бесконечно вытянута), должна бытьперпендикулярна линии профиля (α=90°), то есть вытянута вдоль оси Y.
А при иных значенияхα в заданной системе координат все двумерные неоднородности будут считаться трехмерными.На основе изложенного выше составлена классификация трехмерных неоднородностей(Табл. 2.1 Классификация трехмерных неоднородностей. Рис. 2.1).Табл. 2.1 Классификация трехмерных неоднородностей.Пространственнаярактеристикаха- Двумерныенеодно- родности,неодно- Двумерныерасполо- родности,родности (на чем осно- женные вдоль профи- женныевано отличие от других ля, α=0°неодно- Собственно трехрасполо- мерныеподнеодно-углом родностиα≠90°, α≠0° к профилютипов)Дальнейшая терминоло- Продольные неодно- Пересекающиегия (как будут называть- родностинородностинеод- Трехмерные неоднородностися)Для определенности терминологии в ней, следует сформулировать некоторые понятия,которые будут использоваться в дальнейшем описании. Двумерные неоднородности, которыевытянуты вдоль оси Y, то есть поперек профиля, будут называться поперечными неоднородностями.
Двумерные неоднородности, которые вытянуты вдоль оси X, то есть вдоль профиля,будут называться продольными неоднородностями. А двумерные неоднородности, расположенные под углом α≠90°, α≠0° к профилю, - пересекающими неоднородностями (Табл. 2.1, Рис.2.1).В моей работе уделено внимание изучению влияния двумерных неоднородностей, расположенных вдоль профиля (продольных). В общем, такие неоднородности будут проявляться наразрезе как одномерная составляющая, то есть постоянное вдоль профиля искажение.20Двумерные неоднородности, расположенные под углом (пересекающие), подробно в данной работе не изучались.
Однако стоит отметить, что попытки вращения двумерного профиляотносительно неоднородности в среде, предпринятые в других исследованиях, показывают, чтоформа и амплитуда искажений на разрезе зависит от угла поворота (Козлова Е.А., 2010).Собственно трехмерные неоднородности - это широкий класс объектов.
Внутри негоможно создавать свои классификации на основе, например, реально встречающихся типов объектов. Анализ влияния таких объектов лучше начинать после постановки конкретной задачи,когда понятна конфигурация самого трехмерного объекта (оценки его свойств и геометрии) ицели исследования.Рис. 2.1 Типы трехмерных неоднородностей.Я рассматриваю непосредственно только два частных случая влияния трехмерной неоднородности среды на данные двумерных исследований, встречающихся при геоэлектрическихизысканиях. Каждый основан на реальном полевом примере, с которым я столкнулась в своихисследованиях. В одном случае сама неоднородность является целью исследования, во втором –помехой.2. Эффект ограничения глубины нижней кромки трехмерного объекта в данных двумернойпрофильной электротомографииОдин из принципиально важных эффектов влияния трехмерного строения объекта на результаты двумерных измерений был выявлен при решении задачи поиска опасных карстово-21суффозионных полостей методами электроразведки.
Искажение, вызванное здесь влияниемтрехмерности среды, относится к самому целевому исследуемому объекту – карстовой полости.Характеристика процесса образования и развития карстово-суффозионных полостейКарстовые и суффозионные провалы, хотя они вызываются разными процессами, имеютопределенное сходство и причиняют немалый вред в городах, населенных пунктах и даже наотдельных участках в сельской местности.Карст возникает преимущественно вследствие постепенного химического растворенияразличных пород подземными водами. Образование карста, т. е. системы полостей в растворимых породах, приводит к нарушению внутреннего строения всего объема пород и часто проявляется в изменении рельефа местности.
К тому же массив закарстованных пород приобретаетсовершенно иные геотехнические и гидрогеологические свойства в сравнении с массивом техже пород, не затронутым растворяющим воздействием движущихся подземных вод.Суффозия – это вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Процесс близок к карсту, но отличается от него тем, что суффозия является преимущественно физическим процессом и частицы породы не претерпевают дальнейшего разрушения.При механической суффозии наблюдается увеличение пористости и уменьшение механическойпрочности пород.Суффозия приводит к проседанию вышележащей толщи и образованиюзападин (суффозионных воронок, блюдец, впадин) диаметром до 10 и даже 100 метров.В карбонатных и гипсоносных песчано-глинистых отложениях и мергелях карст и суффозия могут проявляться одновременно.Для развития подземных карстово-суффозионных пустот, ведущих к последующему образованию провалов, необходимо сочетание трех условий:породы склонные к разрушению (химически или механически),движение подземных вод,вынос продуктов разрушения.Образование провала (проседания) может являться завершающим этапом нескольких похожих сценариев.
Первый - образование подземной пустоты относительно большого размера иобрушение свода; второй - объемная деградация горного массива (образование многочисленных каверн и трещин, уменьшение несущей способности горного массива), механическое разрушение массива и обрушение приповерхностной толщи; третий - деградация минеральногоскелета (увеличение пористости, уменьшение механической прочности) и уплотнение массивапод весом вышележащей толщи.Карстовые и суффозионные провалы обнаруживаются как в России, так и за рубежом.Например, в исследованиях в Калужской области я принимала личное участие (Ерохин С.А.
и22др. 2011), а при исследованиях в Гватемале помогала проводить численное моделирование(Cuevas Castellanos P. et al, 2013; Куэвас Кастельянос П. и др., 2013). В частности, именно события в Гватемале послужили стимулом для исследований, в которых на основе результатов численного моделирования был выявлен эффект ограничения глубины нижней кромки трехмерного объекта в методе сопротивлений.Геофизические исследования карстово-суффозионных районовПровалы могут образоваться в любом месте на огромной территории, и наибольшуюопасность они представляют в городах. Поскольку геофизические методы могут обнаруживатьрастущие карстовые провалы, постепенно движущиеся к поверхности земли, задача прогнозакарстовых и суффозионных процессов до момента образования провала на поверхности ставилась перед геофизиками неоднократно.
С помощью моделирования можно выявить величиныаномалий геофизических полей над провалами. Однако практическая реализация геофизического прогноза все еще встречает большие сложности, особенно, на застроенных территориях, гдемало места для изучения и велик уровень разнообразных помех. Поэтому пока не известно случаев точного обнаружения провалов до момента их обрушения.Как отмечалось ранее, информация о провалах в столице Гватемалы послужила стимуломдля того, чтобы выявить возможности электроразведки методом сопротивлений (в частности,метода профильной 2D-электротомографии) для прогноза опасных подземных полостей до ихобрушения.Для определения величины и геометрии аномалий, возникающих при образовании отдельной подземной полости, с помощью численного моделирования была решена прямая задача в варианте 3D.Расчет и сравнение эффектов от трехмерной высокоомной неоднородности в результатахдвумерной и трехмерной методик измерения с помощью математического моделированиеметодом МИУДля решения поставленных задач было проведено трехмерное численное математическоемоделирования в программе IE3R1 (Инструкция к программе IE3R1, 1991).
Алгоритм программы подразумевает расчет прямой задачи методом интегральных уравнений (МИУ) (СмирноваТ.Ю., 1994; Модин И.Н., 2010) для различных электроразведочных установок над средой стрехмерным распределением удельного электрического сопротивления.Основная идея моделирования заключается в том, что среда (модель) является трехмерной(ρ=ρ(x,y,z)), а источник точечным, то есть поле имеет математически трехмерный характер.
Таким образом, моделируются условия, максимально приближенные к реальным измерениям при23полевых исследованиях. В конкретном случае измерения, которые призвано симулировать моделирование, – это одиночный профиль двумерной электротомографии.Обычно обработка данных для получения геоэлектрической модели по профилю ЭТ проводится с помощью 2D-инверсии. Математически этот способ решения обратной задачи обладает меньшей размерностью (двумерная модель ρ=ρ(x,z)), чем реальная трехмерная среда и модель среды при моделировании в выбранном трехмерном варианте (IE3R1). Поэтому двумернаяинверсия данных трехмерного моделирования позволяет оценить ошибки, возникающие приисследовании конкретной 3D-модели среды при аппроксимации ее двумерной моделью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
