Геофизические исследования

Методика проведения работ и используемая аппаратура

Метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ). Проводится для определения удельного электрического сопротивления грунтов.

Электропрофилирование проводится для определения коррозионной активности грунтов для проектирования устройств заземлений.

Метод естественного поля (ЕП) проводится для определения наличия блуждающих оков, связанных либо с промышленными утечками токов, либо с наличием в грунтах проведения изысканий вызванного потенциала.

Сейсмическая разведка методом отражённых волн (кратные перекрытия в модификации общей глубинной точки, МОВ ОГТ) – проводится для построения глубинного сейсмического разреза (волновой картины) с целью выявления и локализации участков со специфическими грунтами и опасными процессами (слабые грунты, карст).

Георадиолокационное зондирование проводится для выявления просадок грунта, приуроченных к верхней части разреза, возможно связанных с участками развития специфических грунтов и опасных процессов (слабые грунты, карст), либо определения наличия локальных объектов (кабелей высокого напряжения, коллекторов дождевой и городской канализации, водопровода и т.д.).

Технология проведения геофизических исследований предполагает использование следующего оборудования:

• электроразведка (ВЭЗ) – комплект многоэлектродной электроразведочной аппаратуры, в том числе низкочастотный компьютизированный электроразведочный прибор «Электротест-С» (либо аналогичного типа), электроразведочные косы для расстановки Шлюмберже и Винера, необходимый комплект питающих и приёмных электродов;
• сейсморазведка – специализированная компьютеризированная цифровая инженерная 24-х канальная сейсмостанция «Диоген-24/14» (или аналогичного типа) с соответствующей сейсмокосой до 46 м, с клеммами для расстановки сейсмодатчиков (сейсмографов) через 2 м, комплект сейсмодатчиков (сейсмографов) для приёмки поперечных (SH) волн, провод синхронизации до 200 м с отметкой момента (либо в беспроводном «Bluetooth»-режиме);
• георадиолокация – георадар серии "ОКО-2" с антенным блоком АБ-150/400 мГц (либо аналогичного типа).

Для производства электроразведочных работ методом естественного поля (ЕП) применяется портативный низкочастотный компьютизированный электроразведочный прибор для работы в условиях промышленных помех и сложных заземлений «Электротест-С» (производство НТК «Диоген», г. Москва)

Низкочастотный компьютизированный электроразведочный прибор «Электротест-С»

Низкочастотный компьютизированный электроразведочный прибор предназначен для проведения инженерно-геологических изысканий, обнаружения и прослеживания подземных промышленных сетей, выявления местоположения погребенных сооружений и археологических объектов.

Область применения:

• определение удельных электрических сопротивлений геоэлектрических разрезов методом сопротивлений с установками профилирования и зондирования;
• площадные инженерно-геологические исследования;
• определение характеристик грунтов по их электрической проводимости под основания зданий и сооружений;
• измерение сопротивлений заземлителей;
• обнаружение и прослеживание водопроводных и канализационных магистралей, подземных продуктопроводов, силовых кабелей, линий телефонной и сигнальной связи, в том числе методом заряда;
• определение местоположения нарушений изоляции металлических трубопроводов путем регистрации активности коррозионных процессов;
• поиски и оконтуривание археологических объектов.

Определение наличия блуждающих токов

Исследования для измерения полей блуждающих токов проводятся методом естественного электрического поля в соответствии с ГОСТ 9.602-2016. Для регистрации блуждающих токов (измерения разности потенциалов), применяется измеритель из комплекта сертифицированной электроразведочной аппаратуры «Электротест-С» (либо его аналог), предназначенного также и для измерения полей блуждающих токов. Приемные линии монтируются из проводов маркировки ГСП с эффективным сечением 0.5 мм2, в качестве приемных электродов применяются медно-сульфатные неполяризующиеся электроды ЭМС-0.4.

За сутки до выхода в поле электроды (2 штуки) замачивают в воде. Непосредственно перед работой металлические части зачищают до блеска. В электроды заливают раствор сульфата меди, закручивают пробки и устанавливают электроды в лунки рядом друг с другом. Электродам дают отстояться, чтобы прекратилась фильтрация, и выровнялись температуры, после чего измеряют собственную разность потенциалов приемных электродов ∆Uэ. Для измерения полей блуждающих токов собственная разность потенциалов приемных электродов ∆Uэ. не должна превышать 2-3 мВ.

На пикетах в точках заземления, выкапывают лунки по размеру электрода, и готовят в них водоземляную смесь. Так понижается переходное сопротивление измерительной линии, и достигаются сходные условия заземления.

Контакт с грунтом осуществляется через пористую стенку сосуда с электролитом. Измеритель подсоединяется к электроду через медный стержень, погруженный в насыщенный раствор сульфата меди, что обеспечивает малую интенсивность ОВ-реакций (окислительно-восстановительная реакция), то есть малую ∆Uэл (собственная разность потенциалов приемных электродов).

Разность потенциалов на объекте исследования измеряют по двум взаимно перпендикулярным направлениям при разносе измерительных электродов на 100 м. Показания измерителя снимают через каждые 10 с в течение 15 мин при каждом положении пар электродов. Запись производится на внутреннюю память устройства.

Расстановка измерительных электродов для выявления наличия блуждающих токов

Проведение вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и исследование процессов электрохимической коррозии

Для проведения вертикального электрического зондирования применяется симметричная 4-х электродная установка Шлюмберже.

Диапазон величины разноса AB/2 – от 0.125 м до 25 м. Длины приемной линии MN – 0.5, 1 и 10 м. «Ворота» измеряются на разносах 15 м и 20 м.

Симметричная расстановка «Шлюмберже» (MN = 0.5, 1, 10 м, АВ/2 = 0.125 - 25 м)

Величина используемого тока в питающей линии составляет 50-200 мА. В качестве заземлителей в питающей линии применяются стальные электроды-шпильки, приемников – латунные электроды. Монтаж установок осуществляется сталемедным проводом в целлофановой оболочке.

Также проводится предварительная обработка полученной информации, в результате которой строились кривые ВЭЗ. После этого на персональном компьютере проводился анализ преобразованных данных, по результатам которого делалось заключение о качестве данных.

Контрольные наблюдения методом ВЭЗ выполняются в объеме не менее 5% от общих объемов наблюдений. Пример разреза кажущегося сопротивления, полученный методом ВЭЗ, представлен на рисунке далее.

При исследовании электрохимической коррозии грунтов проводится электропрофилирование на глубину заложения проектируемых устройств заземлений. В случае электропрофилирования используется т.н. расстановка Винера, отличие от установки Шлюмберже заключается в равенстве расстояний разносов AM=MN=NB, расстояния подбираются в зависимости от глубины заложения каждого рассматриваемого устройства.

Пример разреза кажущегося сопротивления

Сейсморазведка. Прием колебаний

Приём колебаний осуществляется с помощью электродинамических сейсмоприемников GS-20DX с горизонтальными (Y-компонента) осями максимальной чувствительности. Приемники соединялись c сейсмостанцией сейсмической косой с шагом между контактами для подключения сейсмоприёмников 2 м.

Сейсмоприёмники GS-20DX производства предприятия OYO-GEO Impulse International обладают частотной характеристикой с собственной частотой 10 Гц, которая обеспечивает равномерность приема сейсмических колебаний в полосе частот 10-500 Гц, что даёт возможность принимать в неискаженном виде колебания от источников поперечных SH-волн. Основные технические характеристики сейсмоприемника GS-20DX представлены на рисунке и в таблице:

Амплитудно-частотная характеристика сейсмоприемника GS-20DX, заявленная производителем

Регистрация колебаний

Регистрация колебаний производится с помощью 24-канальной инженерной сейсмостанции «Диоген-24/14» (производство НТК «Диоген», г. Москва, либо аналога) (рисунок 6). Основные технические характеристики сейсморазведочной станции «Диоген-24/14» приведены в таблице 3. Специализированная компьютеризированная цифровая инженерная 24-х канальная сейсмостанция «Диоген-24/14» предназначена для проведения инженерно-геофизических изысканий методом МПВ и МОВ всеми общепринятыми методиками. Достаточно широкий частотный диапазон регистрируемых сигналов (от 5 до 8000 Гц) позволяет проводить измерения, как на обычных грунтах, так и на скальных основаниях, железобетонных сооружениях (плотинах, эстакадах и т.д.), в т.ч. и определение глубины забивки железобетонных свай. Регистратор обеспечивает получение данных с 24 сейсмических каналов и их предварительную обработку.

Сейсмостанция «Диоген-24/14»

Наличие режима «СОНАР» даёт возможность работать на отражённых волнах, например, производя профилирование с постоянной базой. При этом, используют, как правило, 1-3 канала (1-3 сейсмоприёмника). В результате имитируется многоканальная запись с отсветкой на экране, максимально, до 80-ти трасс.

Пассивный входной коммутатор выполнен в виде двух разъёмов, к которым можно подключить одну «сейсмокосу» на 24 канала или две «сейсмокосы» по 12 каналов. Разрядность и, соответственно, динамический диапазон сейсмостанции достаточен для работы в режиме инженерных изысканий, которые, как известно, используют в основном короткобазовые измерения, т.е. длины «сейсмокос» не превышают 100-300 м.

Программное обеспечение сейсмостанции позволяет произвольно выбирать количество отсчётов на трассу, например, от 100 до 64000 и в этом случае возможна запись микросейсм или вибраций. При времени дискретизации, например, в 1 мс и числе отсчётов в 64000, общее время регистрации составит 64 секунды (примерно, одну минуту), а при времени дискретизации 10 мс, соответственно, 640 секунд (около 10 минут). Возможна запись файлами (один за другим) по 64000 отсчётов. Формат выходных файлов во всех режимах в стандарте SEG-Y.

В качестве штатной бортовой персональной ЭВМ используется ноутбук (нетбук) или ноутбук в защищённом варианте, например, Panasonic CF-18, которые позволяют управлять сейсмостанцией, а также проводить предобработку и обработку полученных данных в полевых условиях. Интерфейс сейсмостанции – USB.

Сейсморазведочные работы методом отраженных волн с использованием многократных перекрытий, в модификации общей глубинной точки (МОВ - ОГТ), выполняются с применением инженерной сейсмостанции «Диоген-24/14», а также электродинамическими сейсмоприемниками GS-20DX.

Параметры методики наблюдений:

• расстановка - поперечные волны,
• источник волн – кувалда (6 кг),
• отсчет момента – сейсмический приемник,
• длина профиля – 46 м,
• число каналов – 24,
• шаг между пунктами приема – 2 м.

Применяются методики возбуждения и регистрации SH-волн. При работе с возбуждением поперечных волн используются сейсмоприемники с горизонтальной осями чувствительности. В качестве источника импульсных колебаний использовалась кувалда весом 6 кг. Для увеличения соотношения сигнал/помеха на каждой точке проводится по 16 накоплений. Разнонаправленные удары наносятся по сторонам специализированной металлической подставки для возбуждения поперечных волн в противоположной фазе.

Георадиолокация

Георадар серии "ОКО-2" (производство группы компаний «Логис-Геотех», Москва) с совмещенным антенным блоком АБ – 150/400 предназначен для работы в двух частотах одновременно (технические характеристики см. таблицу №4). Это позволяет получить сразу два профиля: профиль с максимальной глубиной зондирования, а также профиль верхней части разреза с лучшим разрешением. Максимальная глубина зондирования антенного блока - 12 и 5 метров.

Георадары серии "ОКО - 2" позволяют проводить изучение инженерно-геологических условий участков, подверженных деформациям, в том числе:

• определение залегания грунтовых вод и наличия верховодки
• картирование кровли скального основания
• выявление зон распространения специфических грунтов (торфы, илы засоленные грунты и т.д.)

Георадары серии "ОКО-2" также используются при изучении опасных инженерно-геологических процессов, в том числе:

• оползней,
• плывунов,
• карстовых явлений.

Георадар серии «ОКО-2» с антенным блоком АБ-150/400