Оценка опасности карстопроявлений геофизическими методами

УДК 622.83 В.В. Мельник

ОЦЕНКА ОПАСНОСТИКАРСТОПРОЯВЛЕНИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ*

Приведены результаты исследования карстоопасного массива на участке газопровода «Бухара - Урал», сделаны выводы о динамике формирования карста.

Семинар №2

Диагностика массива горных пород является основной задачей при изучении опасности карстопроявле-ний на участках недропользования. Карстоопасный массив представляет собой производную нескольких составляющих, входящих в геомеханическую модель участка недропользования.

Исходя из характеристик, представляющих наибольший интерес с точки зрения построения геомеханической модели (структурно-тектони-ческое строение, глубина и площадь распространения карстовых полостей, гидродинамические и геодинамические характеристики), исследования наиболее целесообразно производить с помощью геофизических и геодезических методов.

Глубинное строение карстоопасного участка наиболее целесообразно изучать методами наземной геофизики.

Геофизические методы существенно отличаются друг от друга глубинностью исследований, разрешающей способностью и кругом решаемых с их помощью задач. Поэтому включаемые в комплекс геофизические методы, полезно разделить на основные и вспомогательные.

К основным методам следует относить методы, которые позволяют полу-

чить максимальный объем информации о составе, строении и свойствах грунтов при оптимальных затратах средств и времени. С помощью основных методов выполняется основной объем геофизических работ.

Вспомогательные методы должны обеспечивать получение дополнительной информации для устранения неточности и неоднозначности решений, получаемых основными методами. Они также должны обладать высокой надежностью и точностью.

Выбор основных и вспомогательных методов осуществляется в каждом случае в соответствии с кругом решаемых задач и учетом всех характерных для района природных факторов. В нашем случае, задача заключается в выявлении структурного строения массива горных пород, его гидродинамических параметров и геометрии карстовых полостей для создания геомеханической модели карстоопасного участка. Геометрия полостей, требуется для определения возможности обрушения кровли земной поверхности, что является заключительным этапом при определении опасности карстопроявлений.

Для решения поставленных задач, на основании опыта проведения исследо-

*Работа выполнена при поддержке РФФИ и Совета по грантам Президента РФ ведущих научных школ.

Рис. 2. Геоэлектрические разрезы по профилям

ваний карстоопасных участков коллек- них организаций следует выделить ос-

тивом сотрудников института при непо- новные геофизические

средственном участии автора, а также изучении накопленного опыта сторон-

методы, рекомендуемые для создания геомеханической модели исследуемого участка.

К основным методам в первую очередь относится электрометрия, в площадных и глубинных разновидностях, поскольку электрические свойства пород закарстованных районов отличаются высокой неоднородностью и позво-

ляют расчленить массив закарстованный и нетронутый процессами карстообразо-вания. Кроме того, этими методами с высокой детальностью и надежностью определяются структурные неоднородности массива, в частности тектонические трещины и разломы, которые в свою

I- контур гор. -33м 2001 г.

Г 1 - контур гор. -33м ‘ 2002 г.

О - контур воронок 2002 г.

+

Рис. 4. Развитие зоны опасных деформаций по данным электрометрии

очередь являются неотъемлемой частью участка развивающегося карста.

На использовании методов электроразведки для исследования карста хотелось бы остановиться в настоящей статье.

Наиболее показательные исследования, демонстрирующие возможности методов электроразведки при изучении карстоопасного массива проведены автором в 2001-2002 гг. в Красногорском районе Челябинской области на участке газопровода «Бухара-Урал», где в это

время активизировались процессы кар-стообразования с выходом воронок обрушения на земную поверхность (рис. 1).

Для определения скорости развития карста на аварийном участке и решения задачи безопасной эксплуатации газопровода были проведены детальные исследования карстоопасного участка методами электроразведки в вариантах вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и срединного градиента (МСГ).

В результате проведенных исследований были получены геоэлектрические разрезы по участку и определена площадь распространения карстующихся пород (рис. 2, 3). Из рис. 3 также хорошо видна ярко выраженная направленность распространения карста, связанная с тектоническим строением массива, выявленным по данным мелкомасштабной съемки методом срединного градиента. На основании полученных данных была построена граница зоны опасных деформаций, впоследствии огороженная, для исключения несанкционированного попадания в нее местного населения и транспорта.

Для определения скорости развития процессов карстообразования в 2002 году были проведены повторные исследования по тем же профильным линиям с точной привязкой.

В результате был получен прирост опасной зоны, отраженный на рис. 4. При этом следует отметить о возникших новых воронках обрушения, оказавшихся в пределах зоны опасных деформаций, оконтуренных в 2001 г.

На основании полученных результатов были сделаны выводы о динамике формирования карста и размерах возможных деформаций поверхности. Кроме того, во время исследований были проведены расчеты безопасных пролетов трубопровода и возможных площадях мгновенного обрушения поверхности. Исследована геодинамика территории и гидродинамический режим и на основании всех полученных материалов даны рекомендации по безопасной эксплуатации газопровода на данном участке.

Результаты, полученные в данной работе методами электроразведки, доказали состоятельность используемой методики для определения структурно-тектонического строения карстоопасного массива и выявления потенциально опасных закарстованных зон. Методика постоянно совершенствуется, параллельно используются и другие геофизические методы, не затронутые в настоящей статье, но это тема более широкого разговора. ЕШ

— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------

Мельник В.В. - младший научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург, MelnikVV74@mail.ru

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 2 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Л. Шкуратник.