Краткие сведения о геофизических методах изучения горных пород

Для изучения геологического разреза, геологических процессов и свойств горных пород используются такие параметры среды, как плотность ρ и влажность W пород, удельное электрическое сопротивление ρ_k, скорость распространения упругих продольных ν _p и поперечных ν_s волн и др.

Первые из названных параметров с помощью расчётов определяются при выполнении радиометрического каротажа в скважине или непосредственно с поверхности Гориной выработки. Радиоактивный источник, а также приёмный элемент помещают в специальный корпус – зонд. Поток выделяемых γ-лучей рассеивается при прохождении через горную породу тем сильнее, чем она плотнее. Приёмный элемент фиксирует интенсивность γ-излучения и с помощью специальных расчётов при сравнении с эталонной породой вычисляется значение плотности грунта в каждой точке вдоль скважины или другой выработки. Аналогичным образом, но с помощью регистрации излучения нейтронов, которое поглощается водой, находят значения влажности грунтов.

Радиометрические метод относится к числу недорогих и отличается простотой и эффективностью, особенно при режимных наблюдениях в скважинах за изменением состояния грунтов. По результатам измерения ρ и W рассчитывают классификационные показатели физических свойств грунтов. Трудность метода заключается в основном в технологии проходки скважин малого диаметра (менее 0,06 м) и в каротажной модификации. Обычно применяются глубины от 15 до 30 м.

При эманационной съёмке регистрируется интенсивность распада эманаций родона и торона, которые всегда присутствуют в поровом и тещином воздухе. Количество их резко увеличивается в процессе различных подвижек, что позволяет выделять зоны соответствующих деформаций даже под мощным (до 20 – 30 м) чехлом покровных пород. Метод крайне простой и дешевый.

Сейсморазведочные наблюдения основаны на регистрации упругих колебаний, возникающих в породах вследствие естественных (землетрясения) или искусственных (взрывы, удары и др.) причин. Время прихода упругой волны от источника возбуждения до пункта приёма позволяет судить о скорости распространения упругих продольных р и поперечных s волн. Изменение скоростей ν _p и ν_s в пространстве свидетельствует об изменении литологического состава и физического состояния пород.

Сейсморазведка разделяется на методы наблюдения с поверхности и во внутренних точках среды. Последние отличаются большей точностью и детальностью, но характеризуют лишь грунты в непосредственной близости от скважины. Кроме того, их глубина ограничивается глубиной скважин. Поверхностные наблюдения позволяют характеризовать большие объёмы массивов, но ограничены обязательным условием возрастания скоростей упругих волн с глубиной.

Сейсморазведочные наблюдения позволяют с помощью корреляционных зависимостей переходить от скоростей ν _p и ν_s к упругим и физико-механическим характеристикам пород. Обычно такие корреляционные зависимости устанавливаются на основании данных ультразвукового прозвучивания монолитов или блоков породы и параллельных лабораторных или полевых испытаний их же. Сейсморазведочные методы обладают высокой эффективностью и информативностью и занимают среди геофизических методов ведущее место в инженерно-геологических изысканиях.

Электроразведочные методы основаны на регистрации вызванных или естественных электрических полей, а именно силы тока и напряжения в грунтах, которые определяют их проводящие свойства. Удельное электрическое сопротивление является характеристикой породы и меняется как с изменением литологического состава, так и с изменением плотности, трещиноватости и влажности породы. Электроразведочные методы служат надёжным критерием для изучения обводнения пород, их коррозийной активности и эффективной пористости.

Возбуждение и приём электромагнитных колебаний могут осуществляться как с поверхности, так и во внутренних точках среды – скважинах. В электроразведочных наблюдениях глубина распространения возбуждаемого электромагнитного поля возрастает с удалением друг от друга питающих электродов.

Приложение 15