Файл: Общее мерзлотоведение..pdf

щим воду в стволе скважины от промерзания. При этом следует иметь в виду, что наличие греющего кабеля ограничивает воз-» можность термических замеров в верхней части ствола скважины, примерно равной длине греющего кабеля.

Особые осложнения возникают при постановке режимных исследований на источниках. В этом случае приходится учиты» вать следующие особенности, присущие источникам территории мерзлой зоны:

а) формирование наледи, фиксирующей зимний сток источника или его часть;

б) изменение характера выхода воды и стока в течение года;

и химического состава льда по площади и разрезу наледи, обус­ ловленных концентрированием и дифференциацией компонентов минерализации в процессе замерзания воды, растекающейся по поверхности наледи, и миграции ионов в толще сформировавше­ гося льда под влиянием температурных градиентов;

з) динамичность системы талик — мерзлая порода, определя­ ющейся величиной конвективного теплопотока (тепловой сток источника) и температурой мерзлых и талых пород и ее измене­ нием под воздействием климатических условий.

Существование всех этих факторов требует обычно постановки широкого комплекса исследований, включающих метеорологи­ ческие, геотермические наблюдения — в скважинах, заложенных на всю мощность талика и частично в подстилающих или ограни­

наблюдения за ростом и таянием наледи путем систематических, обычно подекадных ледосъемок по реперам заранее заложенной наблюдательной сети. Промерзание водоносного талика, каналов в теле наледи, по которым движется вода до поступления ее на поверхность, и, наконец, замерзание воды на поверхности наледи приводят к изменению ее минерализации и состава, а также к изменению минерализации и состава льда, образующего наледь. Эти обстоятельства предъявляют особые требования к системе химического опробования воды источников и образуемых ими наледей и интерпретации полученных результатов анализов. В этих условиях наиболее достоверные результаты можно получить лишь имея осредяенные данные, полученные по нескольким про­

2 7 2

бам воды пли льда, отобранным на разном расстоянии от выхода воды на поверхность наледи.

Инженерно-геологические режимные наблюдения проводятся для оценки длительного сопротивления мерзлых грунтов тем пли иным видам нагрузки при условии сохранения или изменения термического режима, динамики развития различных инженерногеологических процессов и явлений. В зависимости от назначения и условий проведения в комплекс инженерно-геологических ре­ жимных исследований могут входить геотермические наблюдения в скважинах и на поверхности, гидрологические наблюдения (исследование скорости водно-тепловой эрозии речных берегов), гидрогеологические наблюдения, систематические инструменталь­ ные замеры или повторные инструментальные съемки (например, оползневых блоков, суффозионных или термокарстовых явлений, пучения и т. и.), систематические исследования влажности и льдистости грунтов и т. и.

Геофизические исследования. Еще на первых этапах развития мерзлотоведения как науки М. И. Сумгпн обратил внимание на весьма многообещающий геофизический метод исследования мерз­ лых толщ. Он считал, что «геофизические методы должны стать основными методами первоначальной мерзлотной съемки огром­ ных территорий с вечной мерзлотой» [7]. М. И. Сумгпн привлек к этой работе основоположника электроразведки в нашей стране проф. А. А. Петровского [8]. По инициативе М. И. Сумгина на 3-м совещании Комиссии по изучению вечной мерзлоты (1934 г.) было вынесено решение, рекомендующее «немедленное включение прикладной геофизики в работу по вечной мерзлоте в целях оп­ ределения верхней и нижней границ вечномерзлого слоя лито­ сферы, а также водных п иных включений в этом слое...».

М. И. Сумгпн полагал, что наиболее рациональный комплекс геофизических методов исследования вечной мерзлоты должен состоять из электро- п сейсморазведки. В настоящее время наи­ более широко применяется электроразведка вследствие мобиль­ ности, производительности, простоты требуемого оборудования, достаточно высокой эффективности н большого разнообразия ре­ шаемых задач.

Основные задачи массового характера, для решения которых используется геофизика, следующие:

1.Картирование мерзлых пород.

2.Определение положения границ мерзлых толщ в верти­

кальном разрезе.

3.Изучение литологического состава и криогенного строения

имерзлых толщ, картирование подземных льдов.

Большое, как правило, различие мерзлых и талых горных пород по удельному сопротивлению, зависимость удельного со­ противления мерзлых пород от их литологического состава и крио­ генного строения определяют принципиальную возможность ре­ шения перечисленных задач методами электроразведки [9]. С мерз-

273

лымп толщами связаны факторы, ограничивающие возможности или осложняющие решения той или иной конкретной задачи методами электроразведки, а именно:

а) появление дополнительных границ раздела в литологнчески однородно]! толще;

б) большое различие в электропроводности между талыми и мерзлыми рыхлыми отложениями, между мерзлыми рыхлыми отложениями и другими мерзлыми породами и соответственно громадный экранирующий эффект мерзлых рыхлых отложений, усиливающийся при появлении сверху талого слоя, что создает неблагоприятную в большинстве случаев структуру геоэлектрнческого разреза;

в) существование сезонных изменений типа и параметров геоэлектрического разреза;

г) быстрое пространственное изменение параметров и нередко структуры геоэлектрического разреза, обусловленное различием

ностью, меняющейся с глубиной вследствие изменения темпера­ туры (при высокой концентрации порового раствора) и льдистости.

Наиболее широко используются методы электропрофшшрования и вертикального электрического зондирования в различных модификациях на постоянном и переменном токе низкой частоты. С помощью электропрофилирования решаются следующие задачи:

а) обнаружение и оконтуривание таликов среди мерзлых горных пород и островов мерзлых пород на фоне талых; оценка формы контакта мерзлых и талых пород;

б) обнаружение перелетков п новообразований мерзлых пород, формирующихся в пределах термокарстовых форм, речных остро­

вов II Т . Д . ;

в) картирование повторно-жильных льдов и залежей под­ земного льда иного происхождения;

г) картирование мерзлых горных пород различного литоло­ гического состава и криогенного строения;

д) прослеживание изменений глубины залегания верхней гра­ ницы мерзлой зоны.

В необходимых случаях повторные наблюдейия позволяют проследить динамику развития и сезонные изменения того или иного явления или объекта. Контроль результатов электропрофи­ лирования обычно возможен с помощью метода ВЭЗ. Электропрофилированпе, как и производство других видов геофизических работ, всегда должно предшествовать бурению, объем которого в этом случае существенно сокращается. В качестве примера картирования талых и мерзлых горных пород приведен построен­ ный по результатам электропрофилирования разрез участка с широким развитием несливающейся мерзлой зоны (рис. 94). Высокие значения сопротивления фиксируют участки со сливаю­ щейся мерзлой зоной. При этом неравенство рк ]> р'к отмечает

2 74

мерзлые породы с повышенной льдистостью на некоторой глубине, а неравенство рк р'к — мерзлые породы с повышенной льдис­ тостью верхнего горизонта. Значениями рк и р'к ниже 100 Ом-м выделяются участки неслнвающейся мерзло)! зоны. Скважины, заданные с учетом результатов электропрофилирования, пол­ ностью их подтвердили.

Впоследнее время для решения перечисленных задач все чаще применяются методы, использующие, как рекомендовали в свое время М. И. Сумгин и А. А. Петровский, переменные поля срав­ нительно высокой частоты, главным образом радиоволнового диапазона (радиокоп, радпоэлектромагннтное профилирование— РЭМП, дипольное электромагнитное профилирование—ДЭМП, ме­ тод индукции и др.), а также метод вызванной поляризации—ВП.

Вотдельных случаях возможно применение методов без исполь­ зования различий в физических свойствах талых и мерзлых по­ род, например магнитометрии для прослеживания таликов, при­ уроченных к тектоническим нарушениям.

Метод вертикального электрического зондирования приме­

няется для определения:

а) положения верхней и нижней границ мерзлой зоны п вы­ текающих отсюда задач (установление мощности замкнутых и выделение сквозных таликов, обнаружение сквозных таликов, обнаружение и оценка мощности межмерзлотных таликов, опре­ деление .мощности слоя сезонного промерзания);

б) полной мощности и мощности льдистого горизонта мерзлых рыхлых отложений;

в) литологического состава мерзлых рыхлых отложений по величине удельного электрического сопротивления п совокуп­ ности других признаков.

Совместное применение и рассмотрение результатов электропрофилирования и ВЭЗ позволяют составить представление о мерзлой толще, ее литологическом составе и криогенном строении.

Пример сводного изображения результатов мерзлотного карти­ рования — карта, составленная по данным электропрофилиро­ вания и электрозондирования (рис. 95). На этой карте очерчены участки со сливающейся и неслнвающейся мерзлой зоной, а также места развития сильнольдпстых пород. Как видно из рис. 95, центральная часть карты отличается наибольшей сложностью и разнообразием мерзлотных условий; правая часть характеризуется преимущественным развитием неслнвающейся, а левая — сли­ вающейся мерзлой зоны.

Такая карта дает возможность проектировщикам, во-первых, правильно разместить объекты промышленного и жилищного строительства и, во-вторых, выбрать рациональный принцип строительства. Так, в правой части карты возможно строитель­ ство без учета мерзлых пород в основании сооружений, в левой — строительство по принципу сохранения мерзлого основания, в центральной — либо строительство с предпостроечным оттаи-

275