Электрическая томография при исследовании геологической среды на участке нефтеперерабатывающего комплекса

Установлено, что результаты обучения по 45% от генеральной совокупности приближаются к контрольному прогнозу (обучение по 95% ячеек) при существенном совпадении с известными рудоносными структурами и значительной доле отбраковываемых безрудных площадей. Этот факт может являться подтверждением гипотезы достаточности изучения СП трещиноватости для восстановления гидротермальной структуры по неполным данным, а также классификации рудоносных площадей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Голозубов В.В. Тектоника юрских и нижнемеловых комплексов северо-западного обрамления Тихого океана. Владивосток: Дальнаука, 2006. 239 с.

2. Горяинов П.М., Иванюк Г.Ю. Самоорганизация минеральных систем. Синергетические принципы геологических исследований. М.: Геокарт, 2001. 312 с.

3. Государственная геологическая карта. М 1:1000 000 (новая серия). Лист L-(53),(54) - Кавалерово. Объяснительная записка / ред. Т.В. Брежнева. СПб.: ВСЕГЕИ, 1994.

4. Шевырев С. Л., Савко А. Д. Полезные ископаемые зон тектонической активизации южной части Воронежской антеклизы // Тр. Науч.-исслед. ин-та геологии Воронеж. гос. ун-та. Вып. 62. Воронеж, 2011. 104 с.

5. Riedmiller M., Braun H. A direct adaptive method for faster back propagation learning: The RPROP algorithm // Proceedings of the IEEE Interna Confe on Neural Networks 1993. URL: http://paginas.fe.up.pt/~ee02162/dissertacao/RPR0P% 20paper.pdf (10.11.2011).

X

УДК 550.380

Н.Г. Шкабарня, Г.Н. Шкабарня, А.В. Яковлева

ШКАБАРНЯ Николай Григорьевич - доктор технических наук, профессор кафедры геологии, геофизики и геоэкологии Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток), ШКАБАР-НЯ Григорий Николаевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН), ЯКОВЛЕВА Анна Викторовна - магистрант кафедры геологии, геофизики и геоэкологии Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: shkabarnya@mail.ru © Шкабарня Н.Г., Шкабарня Г.Н., Яковлева А.В., 2012

Электрическая томография

при исследовании геологической среды

на участке нефтеперерабатывающего комплекса

Низкое качество инженерно-геологических изысканий на многих участках строительства крупных объектов в Приморье обусловлено несовершенством существующих методик. Проектирование с использованием дискретных данных о свойствах грунтов не может гарантировать безопасную и долговечную эксплуатацию различных сооружений. Авторы представляют опыт применения метода электрической томографии. Ключевые слова: геологическая среда, свойства грунтов, электрическая томография, модель разреза.

Electrical tomography study in geological environment on site oil complex. Nicholay G. Shkabarnya, Anna V. Yakovleva - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok), Gregory N. Shkabarnya, (V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS, Vladivostok).

Poor quality of engineering and geological surveys in many areas of major construction projects in the Maritime region is due to imperfection of the existing techniques. Designing with the use of discrete data on the properties of soils can not guarantee a safe and durable operation of different facilities. The authors present the experience of applying the method of electrical tomography.

Key words: geological environment, soil properties, electrical tomography, the model section.

Участок проектируемого Приморского нефтеперерабатывающего завода расположен на юге края, в районе мыса Елизарова. Район работ приурочен к южной окраине главной горной системы Сихотэ-Алинь и представляет собой среднегорный массив с различно ориентированными водораздельными хребтами. Непосредственно площадка исследования приурочена к мелкогорью с холмисто-увалистым типом рельефа с отдельными сопками, разделенными межувальными долинами.

Рассматриваемый район характеризуется сложным геологическим строением, что обусловлено высокой тектонической активностью территории, проявлявшейся в период с позднего палеозоя и до настоящего времени. Площадка изысканий располагается вблизи крупного Западно-Партизанского разлома. Учитывая значимость строительных объектов, сложность геоморфологического и геологического строения на участке, потребовалось детальное изучение структурной модели геологической среды для определения типа фундаментов.

Следует отметить, что низкое качество инженерно-геологических изысканий на многих участках строительства крупных объектов в Приморье объясняется тем, что физико-механические и водно-физические свойства грунтов с помощью традиционных технологий определяются в дискретных точках. Для построения структурной модели и изучения закономерностей изменения свойств грунтов обычно используется метод интерполяции. В условиях горного рельефа и сложного геологического строения такая методика [1] приводит к ошибкам при обнаружении и прослеживании тектонических разломов, зон трещиноватости и дробления пород, областей повышенной обводненности грунтов и других неоднородностей. Проектирование с использованием дискретных данных о свойствах грунтов не может гарантировать безопасную и долговечную эксплуатацию различных сооружений.

Для детального изучения структурной модели на участке можно было использовать густую сеть скважин, но учитывая стоимость бурения, такая методика является очень дорогой. Кроме того, в условиях крутых склонов бурение скважин не всегда возможно. Поэтому в комплексе с единичными скважинами были проведены опытно-методические работы с применением электрической томографии.

Основным назначением такой технологии [3] являлось непрерывное определение удельного электрического сопротивления грунтов и построение геоэлектрических разрезов для оценки структурной модели геологической среды. В процессе исследований необходимо было установить также возможность электрической томографии для определения мощностей и структуры геоэлектрических слоев, закономерностей изменения физических свойств грунтов в пределах этих слоев, выделения неоднородностей в рыхлых отложениях.

В геологическом строении территории района принимают участие позднепалеозойские интрузивные образования, осадочные и вулканогенные породы мезозойского и кайнозойского возрастов. С поверхности коренные породы перекрыты чехлом четвертичных отложений. Интрузивные образования включают мусковит-микроклиновые граниты, гранодиориты и дайки аплитов. Осадочные и вулканогенные породы представлены песчаниками, алевролитами, углистыми и глинистыми сланцами, известняками, песками, глинами и базальтами.

Четвертичные отложения в долинах рек представлены песчано-глинистыми и гравийно-галечниковыми отложениями, а на пологих склонах в нижних частях - глинистыми грунтами со щебнем, дресвой, реже с галькой и гравием. Мощности комплекса в долинах достигают 20 м, а на склонах 10-15 м. Делювиальные и элювиальные образования сложены в основном щебнисто-глыбовыми и щебнисто-дресвяными грунтами с песчаным, супесчаным и суглинистым наполнителем, глинами, суглинками и супесями с дресвой и щебнем. Мощность этих образований колеблется от 1 до 10 м.

Работы методом электрической томографии выполнены по шести прямолинейным профилям. Три профиля длиной 475 м были ориентированы с юго-запада на северо-восток, а три длиною 380 м - с северо-запада на юго-восток. В первом случае измерения выполнялись томографическими расстановками с равномерным расположением 96 электродов через 5 м, а во втором - через 4 м. В процессе измерений использовались системы наблюдений с опросом электродов по установкам Веннера и Шлюмберже. Такая технология обеспечила высокую плотность измеряемых параметров поля для расчета кажущихся сопротивлений [2].

На первой стадии обработки проверялось качество измеряемых параметров с помощью программы Б18ее (анализ нормированного градиента). Затем производилось построение разрезов кажущихся сопротивлений, анализ которых совместно с априорной информацией о геологическом строении позволил сформировать модель начального приближения. Полученная информация о структуре геоэлектрических объектов, предварительных геометрических и электрических параметров использовалась на этапе количественной интерпретации с помощью программы Яе82Б1пу.

В рамках программы для математического моделирования электрического поля применялась двумерная модель разреза, представленная большим количеством прямоугольных блоков с различными удельными

сопротивлениями. Для определения удельного сопротивления в каждом блоке при сравнении теоретических матриц с практической применялась схема инверсии наименьших квадратов. Использование данных о модели начального приближения по каждому профилю позволило сократить объем эквивалентных решений.

В результате интерпретации получены геоэлектрические разрезы, на которых отмечено слоистое строение с фациальными замещениями, а также значительная изменчивость удельного сопротивления верхней части разреза. Эти изменения обусловлены главным образом разной обводненностью грунтов. Установлено также, что изучаемый геоэлектрический разрез является градиентным. С некоторыми допущениями в разрезе выделены три укрупненных эквивалентных геоэлектрических слоя, которые с учетом данных бурения были связаны с инженерно-геологическими элементами.

Приповерхностный геоэлектрический слой отражает верхнюю и среднюю часть зоны аэрации и представлен почвенно-растительным слоем, супесью щебенистой, щебенистым грунтом с супесчано-суглинис-тым заполнителем, алевролитами и песчаниками. Алевролиты и песчаники этой части разреза сильновывет-релые, сильнотрещиноватые, низкой, малой и пониженной прочности и в различной степени обводненные. Мощность этого слоя изменяется от 12 до 25 м, а удельные сопротивления - от 50 до 170 Ом-м. Области повышения удельных сопротивлений связаны с сухими грунтами, а понижения - с обводненными и увлажненными грунтами.

Промежуточный геоэлектрический слой отражает нижнюю часть зоны аэрации и представлен алевролитами и песчаниками, сильновыветрелыми, сильнотрещиноватыми, средней прочности, с прослоями этих же пород пониженной прочности. Это сравнительно маломощный слой (в диапазоне от 3 до 23 м). Слой выделен по данным электрической томографии с учетом изменения удельных сопротивлений (170-265 Ом-м). В соответствии с данными бурения установлено, что прочность грунтов увеличивается до средней, но на отдельных участках сильнотрещиноватых и сильновыветрелых пород отмечается пониженная прочность.

Подстилающий геоэлектрический слой представлен в основном песчаниками выветрелыми и трещиноватыми средней прочности. Такое заключение сделано на основании высоких удельных сопротивлений этих пород (более 265 Ом-м). Мощность элемента превышает 50 м. Характер изменения удельных сопротивлений дает основание утверждать, что прочность пород с глубиной увеличивается, и в нижней части разреза прослеживаются прочные породы. Кровля залегания этого элемента меняется по площади от 15 до 44 м.

Скважины подтвердили достоверность интерпретации данных электрической томографии. Например, скважины отметили все поднятия пород средней прочности. Кровля песчаников здесь встречена на глубине 15 м. Ошибки в определении глубин не превышают одного метра. На участке выделено одно разрывное нарушение.

Таким образом, на основании данных интерпретации материалов электрической томографии показана закономерность поведения поверхности алевролитов и песчаников сильновыветрелых, сильнотрещиноватых средней прочности, а также поверхности этих пород выветрелых и трещиноватых средней прочности с постепенным повышением прочности на глубине. Скважины подтвердили достоверность интерпретации данных электрической томографии. Видно, что на глубине выделяются породы повышенного сопротивления, что связано с уменьшением степени выветрелости и трещиноватости. В целом работы показали эффективность электрической томографии в комплексе с единичными скважинами при детальном изучении геологической среды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Огильви А.А. Основы инженерной геофизики. М.: Недра. 1990. 501 с.

2. Шкабарня Н.Г., Калинин И.В., Шкабарня Г.Н. Перспективы электрической томографии при детальном изучении геологической среды // Экология и безопасность жизнедеятельности. Владивосток: ДВГТУ, 2004.

3. Шкабарня Н.Г., Шкабарня Г.Н., Голованов Б.Е. Электрическая томография при инженерно-геологических изысканиях // Вестн. отделения строит. наук. Вып.10. Владивосток: Дальнаука, 2006. С. 262-271.