СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИТОЛОГИЧЕСКОГО СОСТАВА МЕРЗЛЫХ ПОРОД
METHOD FOR DETERMINING LITHOLOGIC COMPOSITION OF FROZEN ROCKS

Способ относится к технической физике и может быть использован для инженерно-геологического обеспечения при проектировании и строительстве гражданского и промышленного объектов в криолитозоне.
Известен способ оценки литологического состава мерзлых пород с использованием геоэлектроразведки, для определения геоэлектрических параметров среды, где в пунктах профиля вводят в Землю ток через пару питающих электродов. Измеряют величину этого тока и разность потенциалов между парой приемных электродов, последовательно перемещают питающие электроды симметрично относительно центра до предельного расстояния, обусловленного заданной глубиной исследования.
По результатам измерений разности потенциалов и величины тока вычисляют кажущееся удельное сопротивление по формуле [4]:
где К - коэффициент симметричной установки AMONB;
ΔИ - разность потенциалов между парой приемных электродов MN;
J - величина тока введенного через питающие электроды АВ.
По графикам кажущегося удельного сопротивления, совмещая их с теоретическими графиками кажущегося удельного сопротивления, добиваясь предельного совпадения определяют удельные сопротивления пластов и, сравнивая их с данными бурения, оценивают литологический состав пород в пунктах наблюдения по профилю исследования [3, 4]. Недостатком данного способа является то, что он требует больших финансовых затрат для бурения скважин и ограничена возможность точности оценки мощностей и удельных сопротивлений мерзлых пород.
Известен способ геоэлектроразведки, где по графикам кажущегося удельного сопротивления осуществляют детальное геоэлектрическое определение мощностей и удельных сопротивлений мерзлых пластов и, сравнивая их с данными бурения, оценивают литологический состав пласта в разрезе криолитозоны [6].
Недостатком этого способа является то, что он сопровождается дорогостоящим бурением скважин.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков. Это достигается тем, что способом геоэлектроразведки только по данным кажущегося удельного сопротивления определение литологического состава мерзлых пород осуществляется без бурения, что снижает стоимость работ и повышает геологическую эффективность.
На фиг.1 отображен график кажущегося удельного сопротивления (I), отрезки на нем прямой по точкам измерений с интервалом через один метр (1-9) и удельные сопротивления мерзлых пластов (II).
На фиг.2 по профилю исследования показан геокриологический разрез А-А.
Способ осуществляется следующим образом.
Участок территории исследования обследуется, и затем на местности намечают профили и пункты наблюдений с соответствующими нумерациями. При выполнении наблюдений в пунктах профиля записывается номер наблюдения и соответствующий ему пункт профиля. Наблюдение, как правило, начинают с измерения разности потенциалов между приемными электродами MN при стабилизированной величине тока, введенной в Землю через пару питающих электродов АВ. При этом величину разносов питающих электродов выбирают такой, чтобы расстояние между ними в два раза превышало мощность исследуемой толщи пород, а отношение длины между приемными и питающими электродами не превышают 0,1.
к
Кажущееся удельное сопротивление (ρ) вычисляют по формуле:
где К - коэффициент симметричной установки AMONB;
ΔИ - разность потенциалов.
По совокупности данных кажущегося удельного сопротивления, наблюдаемых в пункте профиля от первого и до конечного расстояния АВ, обусловленного глубиной исследования, строят график кажущегося удельного сопротивления в зависимости от расстояния между питающими электродами АВ (фиг.1, I).
По терминологии в геоэлектроразведке этот график принято называть вертикальным электрическим зондированием (ВЭЗ).
По данным графика кажущегося удельного сопротивления вычисляют удельное сопротивление мерзлых пластов по формуле [2]:
i
где ρ- удельное сопротивление i-того пласта,
(АВ/2) - полуразнос расстояния питающих электродов АВ,
к
ρ - кажущееся удельное сопротивление.
Результаты вычисления удельных сопротивлений мерзлых пластов отображены в нижеприведенной таблице.
Заданные параметры способа
Измеренные параметры способа
Вычисленные параметры способа
АВ/2
MN/2
К
ΔИ
J
ρ<sub>k</sub>
R<sub>k</sub>
ρ
0,5
0,05
0,4
230
2,4
22,8
11,4
22,8
1
0,1
1,02
80
4,4
18,5
18,5
14,2
1,5
0,1
2,33
25,8
3,7
16,2
24,3
11,6
2
0,1
4,16
11,5
3,4
14,1
28,2
7,8
i
Последовательность операций по вычислению удельного сопротивления мерзлых пластов в соответствии с формулой вычисления удельного сопротивления мерзлого пласта (ρ):
I
i-1
1. Δ(АВ/2)=(AB/2)-(АВ/2)
к
к
2. R=(АВ/2)·ρ
к
кi
кi-1
3. ΔR=R-R
4.
После вычисления удельных сопротивлений мерзлых пластов геокриологического разреза строят график-диаграмму их распределения в вертикальном направлении (сверху вниз) в соответствующем масштабе (фиг.1; II).
Затем, используя данные удельных сопротивлений мерзлых пластов, вычисляют содержание в процентах (%) глины единичном объеме мерзлой породы по формуле:
где А - содержание в процентах (%) глины в единичном объеме мерзлой породы;
гл
ρ - удельное сопротивление глины, которая в разрезе криолитозоны характеризуется как постоянная величина, в среднем равная 100 Ом·м;
мпл
ρ - удельное сопротивление мерзлого пласта.
Содержание глины в единичном объеме мерзлой породы отождествляется с принятой классификацией литологического состава песчано-глинистого комплекса пород [5]. По результатам определения литологического состава мерзлых пластов строят геокриологический разрез по профилям участка исследования.
Пример.
На участке территории полуострова Ямал предложенным способом были выполнены наблюдения в четырех пунктах профиля исследования (фиг.2: ВЭЗ-8 скв. 6; ВЭЗ-10 скв. 5; ВЭЗ-3, СКВ. 18; ВЭЗ-1, скв. 20). Выполнение операций способа по вышеизложенной последовательности позволяет определить литологический состав мерзлых пластов в том числе и содержание глины как компоненты электропроводности в ледяном столбообразном массиве и построить геокриологический разрез А-А, необходимый для инженерно-геологического обеспечения при проектировании и строительстве гражданского и промышленного объектов в криолитозоне. На фиг.1 показаны результаты расчета по определению литологического состава мерзлых пластов сверху вниз (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Приведем пример определения литологического состава мерзлых пластов шесть (6) и девять (9) по их удельному сопротивлению, равному 500 и 800 Ом·м с помощью расчетной формулы.
В разрезе криолитозоны удельное сопротивление глины в среднем равно 100 Ом·м. На данном разрезе (фиг.1) удельное сопротивление глины, установленное по данным кажущегося удельного сопротивления, равно 100 Ом·м (пласты 2, 4). Отсюда по формуле:
где
А - содержание глины (%) в единичном объеме породы;
ГЛ
ρ - удельное сопротивление глины;
МПЛ
ρ - удельное сопротивление мерзлого пласта.
Содержание глины 0,2% в единичном объеме мерзлой породы согласно принятой классификации песчано-глинистого комплекса геологических образований относится к суглинкам средним (см. фиг.1, пласт - 6).
Другой пример.
Содержание глины 0,12% - относится к породе, по составу, определяющейся как суглинки легкие (см. фиг.1. пласт - 9).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Su 1223179 А.
2. Методические рекомендации по использованию ВЭЗ для детального расчленения разреза при решении гидрогеологических и инженерно-геологических задач. Составители: Е.А.Попов, К.М.Тен, Г.Н.Фунтиков, В.И.Селяков, С.П.Глушко. М. 1990, Издание ВСЕГНГЕО. Мингео СССР, 53 с.
3. Методы геофизики в гидрогеологии и инженерной геологии./ Под ред. М.И.Фазлуллина. М.: Недра, 1985 г. - 184 с.
4. Дахнов В.Н. Электрическая разведка нефтяных и газовых месторождений. М.: Гостоптехиздат, 1958 г. - 494 с.
5. Сергеев Е.М. Грунтоведение. Изд-во МГУ, М., 1959 г. - 334 с.
6. Тен К.М., Крицук Л.Н. Геологическое изучение и использование недр. Информационный сборник. Геоинформмарк. М., вып.4, 2001 г. - 52 с.