Комплексирование электроразведки ВЭЗ и сейсморазведки MASW

(тезисы доклада на конференции "Инженерная и рудная геофизика-2009")

1. MASW и ВЭЗ – общая идеология

Анализ волновой картины, возникающей при импульсном возбуждении сейсмических колебаний, позволяет построить кривую зависимости скорости распространения поверхностной волны от ее частоты. По своему интегральному характеру она подобна кривым электромагнитных зондирований и может пониматься как зависимость от частоты (f) кажущейся скорости поперечных волн (Vs). При этом, как и для электромагнитных зондирований, частота (длина волны) в определенной степени характеризует глубину изучения, а кажущаяся скорость – истинную. Количественная интерпретация кривых кажущейся Vs также может выполняется аналогично интерпретации данных электрозондирования: полуавтоматическим («палеточный способ») или автоматическим («инверсия») подбором теоретической кривой, рассчитанной над горизонтально-слоистым разрезом, наилучшим образом аппроксимирующей полевые данные.

2. Методика полевых работ MASW, сопоставление с данными статического зондирования

Все представленные материалы MASW получены в результате обработки сейсмограмм, записанных в ходе сейсморазведочных работ методом преломленных волн (МПВ) при возбуждении колебаний на концах сейсмокосы. Работы выполнялись по стандартной методике: 24 канала, шаг сейсмоприемников 2 метра, длина записи 500 мс, возбуждение ударное (кувалда). Точки записи кривых зондирования MASW отнесены на профиле к пикету ¼L, где L – длина сейсмокосы. В результате на непрерывных («коса в косу») профилях они расположены с равномерным шагом 23 метра.

Для сопоставления данных MASW и статического зондирования значения Vs(z), полученные в результате автоматической 1D инверсии, и лобового сопротивления q_з(z) пересчитаны в значения модуля деформации согласно прил. Е к СП 11-105-97, часть VI и прил. И, таблица 2 СП 11-105-97, часть I: E = 0.154Vs-12 (песчано-глинистые породы выше УГВ) и E = 1.32727q_з + 14.4 (a и f пески).

Рис. 1 Сопоставление данных MASW и статического зондирования. Разрез до 15 метров: пески, супеси.

Сплошные кривые – графики статического зондирования, точки – данные MASW

Сопоставление полученных графиков E(z) позволяет сделать следующие выводы. Средняя величина модуля деформации E, рассчитанная по данным статического и сейсмического зондирования, а также общая форма графиков совпадают. Однако результаты статики существенно контрастнее: по сейсмическим данным, даже в верхней части разреза, проблематично выделить слои мощностью менее 1,5-2-х метров. Формальная оценка взаимосвязи Vs, и q_з даёт невысокий коэффициент детерминации R² порядка 0,2 что, как показывает рис. 1, связано с интегральным характером оценки деформационных характеристик разреза по данным сейсмозондирования MASW.

3. Сопоставление информативности ВЭЗ и MASW

а)Изучение поверхности рекультивированного шламонакопителя (Рязанская обл.)

Рис. 2 Карты распределения УЭС (а) и Vs (б) на глубине 3...4 метра. Разрез – суглинки, техногенные грунты.

Чёрная линия – ориентировочный контур чаши шламонакопителя по архивным данным

По данным MASW на фоне коренных суглинков чётко картируется контур чаши, заполненной слабоконсолидированными техногенными грунтами. По УЭС низкоомные вмещающие породы абсолютно неотличимы от низкоомного заполнения шламонакопителя.

б) Карстологические исследования (Нижегородская обл.)

Рис. 3 Разрезы УЭС (а) и E =f(Vs) (б). Длина – 90м, глубина – 30м. Разрез – пески, суглинки, доломитовая мука, крепкие доломиты. Пунктирными линиями показано положение кровли доломитовой муки и крепких доломитов

Несмотря на пёстрый литологический состав грунтов, по всему разрезу, за исключением верхнего слоя высокоомных техногенных грунтов, наблюдается чёткая положительная корреляция УЭС и Vs. В пределах четвертичных отложений высокими значениями УЭС и Vs характеризуются среднезернистые пески, низкими – суглинки. Ниже, в правой части профиля, по снижению обоих параметров картируется зона трещиноватости в доломитах, сопровождающаяся прогибом их кровли.

в) Изучение миграции поллютантов (г.Красноярск)

Рис. 4 Разрезы УЭС (а) и Vs (б). Длина – 180м, глубина – 15м. Аллювий р. Енисей: пески, галечники; в основании разреза - аргиллиты

В целом по разрезу наблюдается обратная корреляция УЭС и Vs. Здесь скорость поперечных волн рассматривалась как функция пористости, что совместно с данными электроразведки позволило оконтурить в плане проницаемые и слабопроницаемые участки.

4. Выводы

Основными предпосылками для комплексирования ВЭЗ и MASW являются:

- единая горизонтально-слоистая модель среды и единая методика количественной интерпретации;

- сопоставимая разрешающая способность;

- направленность на определение физических свойств, а не структурные построения. При этом, основываясь на принципиально разных физических эффектах, методы могут как дополнять (пример 1), так и подтверждать (примеры 2 и 3) друг друга, позволяя более полно охватить спектр определяемых физических свойств пород: гидрогеологические параметры (k_ф, минерализация) по данным электроразведки и деформационные характеристики (Е, G, n) по данным MASW.

Литература:

1. Hayashi K. Data Acquisition and Analysis of Active and Passive Surface Wave Methods. SAGEEP 2003 Short Course. OYO Corporation.

2. Inazaki T. Relationship Between S-Wave Velocities and Geotechnical　Properties of Alluvial Sediments. SAGEEP2006: 19th Annual Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems, 2006.4

3. Park, C.B., Miller, R.D., and Miura, H. Optimum Field Parameters of an MASW Survey. SEG-J, Tokyo, May 22-23, 2002

4.Галин Д.Л. Интерпретация данных инженерной геофизики. М, 1989

5. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ.

6. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть VI. Правила производства геофизических исследований.