![]() |
![]() |
О нас | Услуги | Оборудование | Книги по теме | Примеры | Связь | Карта | Форум | Видео | ![]() |
En |
ВведениеНа изучение свойств зон тектонических нарушений (ЗТН) мы вышли совершенно случайно, в связи с развитием спектральной сейсморазведки. Само же спектрально-сейсморазведочное направление возникло в результате того, что в 1977 году был обнаружен новый физический эффект. Этот эффект заключается в том, что при ударном воздействии на плоскопараллельный объект из подавляющего большинства твердых сред (в том числе, и из горных пород) возникает затухающий гармонический сигнал, частота которого f0 соотносится с толщиной (мощностью) h этой структуры следующим образом: h = Vсдв / f0 (1), где Vсдв - скорость поперечных (сдвиговых) упругих колебаний.
2 Эта "простота" была обусловлена тем, что методика "Резонанс" отрабатывалась в шахтных условиях 15 лет. |
1. Зоны тектонического нарушения - как объект, подлежащий выявлению методом ССП Геотектоника как наука объединяет огромный массив знаний о тектонических движениях и деформациях. Однако, как оказалось, все эти представления носят чисто гипотетический характер. А те немногие экспериментальные данные, которыми эта наука оперирует, представляют собой не что иное, как результат сейсморазведочных изысканий.
ССП-разрез при профилировании под Выборгом
В первый раз тектоническое нарушение столь наглядно мы увидели еще в 1997 году, при использовании метода ССП под Выборгом, в городе Советске, когда выполнялась задача отыскания трещин в кристаллическом фундаменте (граните). Трещины же были необходимы для того, чтобы с помощью пробуренной там скважины получать воду. Это так называемые месторождения воды трещинного типа, и оцениваются они как наиболее стабильные источники воды хорошего качества.
ССП-разрез в условиях малых мощностей осадочного чехла
С увеличением мощности осадочного чехла кровля кристаллических пород перестает прорисовываться, а при пересечении тектонического нарушения на ССП-разрезе прорисовывается либо V-образный объект, либо одна его образующая. Мы не знаем на сегодняшний день, почему зона тектонического нарушения на ССП-разрезе проявляется именно воронкообразным объектом. Но то, что наличие этого объекта обязательно соответствует наличию тектонического нарушения - это точно, и проверено многократно, в самых различных геологических условиях. В порядке проверки этого соответствия, мы проводили измерения в самых различных условиях - от отсутствия осадочных пород (под Выборгом, под Мончегорском и в Нижнем Тагиле), и до 5-километровой его мощности (под Оренбургом). При этом глубины, на которых прорисовывается V-образный объект - это, как правило, от 50 до 200м. На рис.3 показан такой типичный объект. Участок ССП-разреза, изображенный на этом рисунке, получен при профилировании в геологических условиях полигона "Красный Бор".
Мы помечаем прорисовывающиеся объекты штриховыми линиями, чтобы они были виднее для тех, кто еще не привык к подобному изображению. Опыт показывает, что люди очень быстро начинают видеть их, и когда мы раздаем неотмеченные штриховыми линиями ССП-разрезы, то все отмечают одни и те же объекты, и разночтения почти не бывает.
Исходная причина формирования ЗТН и, соответственно, V-образного объекта - глубинная. Но если V-образный объект прорисован до поверхности, то это значит, что влияние ЗТН в настоящий момент уже распространяется до самой поверхности.
Схема перехода временное изображение сигнала - спектральное - разрез
Сигнал, изображенный на рис.5а, описывается следующим выражением:
где На рис.5b - спектральное изображение этого сигнала. Частоту гармонического сигнала f0, как видим, при спектральном его изображении определить гораздо проще - просто по местонахождению экстремума. Рисунки 5b и 5c по информативности абсолютно идентичны. Различие их состоит только в том, что на рис.5с ось частот дополнена осью глубин, в соответствии с формулой (1), и спектральное изображение сигнала повернуто на 90o, чтобы ось глубин была вертикальна, как ей положено на геологических разрезах. Кроме того, спектральное изображение сигнала искусственно, штриховкой дополнено до симметричной картины. Частота штриховки определяется тем, с каким дискретом просматриваются глубины. Мы стараемся просматривать строение земной толщи с таким дискретом, чтобы штриховка была не видна. Как на всех предыдущих рисунках.
Определить добротность по временнóму изображению и по соотношению (3b) можно лишь в том случае, если гармоническая составляющая одна-единственная. В реальности такого практически не бывает. Сейсмосигнал обычно состоит из нескольких гармонических составляющих, и единственная возможность определить добротность - это использовать соотношение (3,с). Больший раздув на вертикальной оси означает бóльшую величину добротности данной конкретной гармонической составляющей в данной точке (N-S; E-W) измерений. Таким образом, первое свойство зон тектонических нарушений (ЗТН) заключается в том, что при пересечении их профилем на ССП-разрезе прорисовывается либо воронкообразный объект, либо одна его составляющая.
|
2. О рыхлости пород в зонах тектонического нарушения Рыхлость пород в ЗТН - проявляется, в частности, при попадании разведочной скважины в зону тектонического нарушения.
|
2-а. Замечания об инженерно-геологических изысканиях Механические и прочностные характеристики горных пород вообще и грунта в частности, являются объектом особого внимания при инженерно-геологических изысканиях. Проведение инженерно-геологических изысканий является обязательным перед любым строительством. Да это ведь и понятно. Грунт является основанием для фундамента будущего здания, и от того, насколько однородна несущая способность грунта, будет зависеть судьба возводимого объекта.
|
3. О месторождениях воды в зонах тектонических нарушений Поиск месторождений воды является одной из важнейших в геологии задач.
Работа эта проводилась для того, чтобы найти решение задачи удержания воды в пруде. В результате того, что удалось установить механизм ухода воды, путь решения этой задачи стал очевиден.
|
4. О некоторых следствиях повышенной проницаемости пород в зонах тектонических нарушений Рыхлость осадочных пород в ЗТН обеспечивает проницаемость их при реализации артезианских скважин. А также, как мы теперь узнали, уход воды из разного рода водоемов. Однако, как оказалось, это только одна сторона вопроса. Повышенная проницаемость пород в ЗТН имеет также и другие следствия.
|
5. О геопатогенных зонах Известно, что есть на Земле такие места, где наблюдается повышенная статистика заболеваемости людей. Исходя из предположения, что источник губительного воздействия находится где-то в недрах Земли, эти места назвали геопатогенными зонами. Как именно воздействуют эти зоны на нас, точно неизвестно, и гипотез по этому поводу существует предостаточно. Единственное известное нам научное, и достаточно объективное исследование геопатогенных зон было осуществлено Мельниковым Е.К. и Рудником В.А. [4].
|
6. Механизм изменения во времени несущей способности грунта в зонах тектонического нарушения Осадочные породы, находящиеся над тектоническим нарушением, разрушаются под воздействием двух факторов - с одной стороны, эти породы покоятся на трещиноватом, податливом основании, а с другой, на них сверху давит породная толща. Понятно, что для приповерхностных пород (которые называют также и грунтами) второй фактор отсутствует. Поэтому в ЗТН приповерхностные породные слои могут оказаться достаточно прочными. То есть, по мере увеличения мощности осадочного чехла состояние повышенной микронарушенности поднимается снизу вверх, не достигая поверхности.
|
6-а. Влияние зон тектонического нарушения на инженерные сооружения Согласно сложившейся практике, наименьшее внимание при строительстве уделяется характеристикам грунта. Об этом уже говорилось в разделе 2-а. Но тема настолько важная и неподъемная в смысле инерции нашего мышления и восприятия, что я считаю нужным подойти к ней еще раз.
|
7. Русла рек, ручьев и болота Предположения о том, что русла рек и ручьев образуются не где угодно, а только в тех местах, где грунт наиболее легко размывается, произносились неоднократно и многими учеными. Однако было неясно, с какой стати в каких-то местах породы обладают повышенной рыхлостью. Сейчас, по мере приобретения опыта применения метода ССП, мы можем сказать с уверенностью, что причиной повышенной рыхлости пород является наличие ЗТН. Разумеется, не все ЗТН являются руслами ручьев и рек. Но можно уже сказать с уверенностью, что все русла обязательно находятся в ЗТН.
На рис.6 показан ССП-разрез, полученный при профилировании поперек реки Караболки (Челябинская обл.) Правый берег реки болотистый, а на левом - растет лес. Как видно из этого рисунка, геологическое строение по обоим берегам реки очень различается. На правом берегу прорисовались мощные V-образные структуры. Причем как глубинные, так и приповерхностные. Это все очень характерно для болот. На левом берегу таких структур нет. На левом берегу прорисована довольно четкая граница на очень малых глубинах - порядка 3 м. Как оказалось по материалам бурения, это таким образом отбилась кровля диабазов. На правом берегу таких границ нет. Это естественно, так как в ЗТН четких субгоризонтальных границ быть не может. Нет таких пород, которые сохранились бы в нетрещиноватом, неразбитом виде в ЗТН.
Эта наша точка зрения получила блестящее подтверждение. Дело в том, что стоящий там же, рядом с линией профиля, железнодорожный мост, построенный еще в конце XIX века, требует периодического ремонта именно южной опоры. Описанный профиль проводился в связи с "проектом века", имевшим название ВСМ (высокоскоростная магистраль СПб-Москва). Согласно этому проекту, ж/д полотно должно было проходить как раз в зоне профиля. Естественно, в отчете мы дали рекомендацию южную опору предполагаемого моста поставить на расстоянии 50 м от реки. |
8. Плывуны Плывун - наиболее часто произносимое слово при ведении строительных работ в С-Петербурге и Ленинградской области и некоторых других районах. Природа плывунов, на сегодняшний день, неизвестна. По крайней мере, если судить по обилию гипотез по этому поводу. Существует даже гипотеза техногенного, грибкового их происхождения. Так, некоторыми учеными высказывается утверждение, заключающееся в том, что причиной формирования плывунов являются утечки нечистот из канализационных систем. Но против этого свидетельствует тот факт, что плывуны встречаются и в таких местах, где нет никаких следов человеческой деятельности.
ССП-разрез по профилю, проходящему по набережной Обводного Канала
На рис.8. приведен участок ССП-разреза, полученного при профилировании вдоль Обводного канала, вблизи дома N 48. Здесь помечены три ореола, соответствующих выявленной системе плывунов. Один из этих соединенных между собой плывунов находится под домом №48. В результате проведения работ, направленных на расширение набережной Обводного канала, содержимое этих плывунов стало выходить непосредственно в Обводный канал. Потерявший при этом опору дом N 48 довольно быстро стал оседать и разрушаться.
|
9. Особенности зон тектонических нарушений в случае карбонатной толщи В случае если породная толща содержит известняки, возникает ряд довольно специфических моментов. Первоначально, до начала строительных работ известняковая плита в ЗТН не теряет своей прочности. При бурении это проявляется таким образом, что терригенные породы, залегающие ниже известняков, в ЗТН находятся в разрушенном состоянии, в полном соответствии с вышеописанными механизмами, а сами известняки и породы, покрывающие их, имеют прочность такую же, как и вне ЗТН. В результате, кроме хорошо известного механизма провалов в результате карстообразования, существует еще один механизм провалов. Но сначала о карстах.
ССП-разрез при профилировании в условиях залегания карбонатной толщи
Карст преобразуется в карстовую пещеру, если в карст перестает поступать напорная вода. Тогда полужидкое вещество карста уходит с водой, и остается полость.
|
10. Свойства зон тектонических нарушений при динамических воздействиях (о техногенных землетрясениях) Как видно из приведенных выше ССП-разрезов, воронкообразный объект или одна его образующая - это, по сути, совокупность из нескольких гармонических составляющих, имеющих повышенную добротность по отношению к другим гармоническим составляющим. Почему так получается, что в ЗТН увеличиваются отдельные гармонические составляющие, мне не вполне понятно. Но раз уж эффект есть, то нужно его учитывать и использовать, даже если мы его пока что не понимаем. Главное в данном случае заключается в том, что в ЗТН сейсмосигнал на отдельных гармонических составляющих имеет повышенную добротность. То есть, в отдельных участках земная толща проявляет свойства колебательных систем с повышенной добротностью. А с повышением добротности колебательной системы усиливаются ее резонансные свойства, которые заключаются в том, что при совпадении частоты внешнего периодического воздействия с собственной частотой колебательной системы (что, собственно, и является резонансом) происходит нарастание амплитуды колебаний. При превышении амплитуды колебаний критической величины, происходит разрушение колебательной системы.
ССП-разрез по профилю, проходящему по западной границе очистных сооружений
На рис.10 приведен ССП-разрез при профилировании в Ольгино, в непосредственной близости от разрушающихся сооружений. Спектральная составляющая с частотой около 13 Гц вынесенного отдельно сигнала имеет добротность, превышающую 100. Вот это и есть природная колебательная система, которая входит в резонанс с работающими механизмами, что, в свою очередь, приводит к разрушению этих механизмов.
ССП-разрез по профилю 2
Выйдя из подвала, где был получен этот ССП-разрез, я непосредственно над серединой лини только что сделанного профиля ударил (топнул) ногой по лестнице, чтобы избавиться от налипшей на обувь в подвале грязи. После чего ощутил колебания пола. То есть дом находится как бы в неустойчивом равновесии, что и является следствием высокой добротности колебательной системы, на которую фактически опирается дом. В отчете, написанном по поводу проделанных измерений, мы предупредили жителей, чтобы они избегали любых динамических нагрузок, находясь в этом доме, и особенно, вблизи выявленного нами V-образного объекта. И действительно, как оказалось, при работе стиральной машины в режиме отжима в квартире, находящейся непосредственно над этим профилем, машина начинает подпрыгивать, а в самом доме начинаются такие вибрации, что у жителей это вызывает беспокойство.
3 Главный стакан аэрации представляет собой вертикальный цилиндр, зарытый в землю заподлицо. Высота стакана 60 м, диаметр – 70 м. Толщина стенок достигает 8 м. |
11. Пульсации грунта в зонах тектонического нарушения и следствия из этого явления Сравнительно недавно ученые УрАН РФ с помощью средств космической геодезии обнаружили, что грунт в ЗТН находится в состоянии постоянной пульсации [6]. Амплитуда этой пульсации достигает 10 см. Когда я об этом рассказываю, то первый вопрос, который при этом обычно возникает, касается частоты этой пульсации. Но, к сожалению, те исследования, результатом которых явилась эта информация, не позволяют определить частоту пульсации.
|
11-а. Влияние зон тектонического нарушения на железобетонные конструкции Не зная, что именно является причиной весьма многочисленных разрушений, строители, тем не менее, пытаются им противостоять. Так, наиболее ответственные сооружения усиливают железобетонными несущими конструкциями, устанавливают эти сооружения на толстые железобетонные плиты. И тем не менее, это не спасает. Более того, когда происходит внезапное разрушение таких вот усиленных конструкций, то зачастую оказывается, что в местах трещин железобетона отсутствует арматура. От нее остается лишь пыль коричневого цвета.
|
12. Гипотеза о физике природных землетрясений Прогноз того или иного явления возможен только в том случае, если известна его физика. Прогноз - это экстраполяция в перспективу предвестников соответствующего явления, и до тех пор, пока мы не знаем, какие ему предшествуют события, прогноз невозможен. Сейчас мы имеем основание утверждать, что проблема прогноза техногенных землетрясений в основе своей решена. Естественно, возникает вопрос: а нельзя ли провести какие-то параллели между техногенным и природным землетрясениями с тем, чтобы приблизиться к решению проблемы прогноза также и естественных землетрясений.
Процедура собственно прогнозирования землетрясения - это именно выполнение 3-го пункта. При возникновении условий резонанса происходит увеличение амплитуды колебаний (пульсации). Установление факта нарастания этой амплитуды - это и есть краткосрочный прогноз землетрясения.
|
12-а. О сейсмостойком строительстве Инженеры, занимающиеся проблемой сейсмостойкого строительства, достигли больших успехов в создании сооружений, способных выдержать значительные подземные толчки. Это, конечно, здорово. Но мне казалось бы, что здесь следует идти еще по одному пути. А именно, не строить сооружения непосредственно в ЗТН. Ведь основные деформации почвы во время землетрясений идут именно там. И думаю, что каким бы сейсмостойким ни было сооружение, в зоне тектонического нарушения при землетрясении ему устоять и уцелеть будет очень трудно.
|
13. О надежности подземных сооружений Подземные сооружения находятся в особых условиях. С одной стороны, как и все сооружения, они опираются на грунт (правильнее в данном случае говорить - на горные породы), а с другой стороны, на них сверху оказывается давление со стороны вышележащих пород. Надо сказать, что в горном деле принято рассматривать только давление сверху, со стороны залегающих над сооружением пород. При этом, как решающий фактор, упоминаются такие понятия как горное давление и напряженное состояние.
4 Но говорить, что упругие свойства горных пород полностью отсутствуют, тоже нельзя, так как их звукопроводность - это проявление как раз упругих свойств. Но при увеличении амплитуды колебаний наступает пограничное состояние, когда упругие колебания вызывают неупругие, необратимые деформации. |
14. О герметичности хранилищ Все, что производится на Земле, рано или поздно становится отходами, и неизбежно возникает проблема их переработки и захоронений. Токсичные отходы необходимо размещать в емкостях таким образом, чтобы предотвратить их распространение. Но вот беда в том, что надежных способов решить эту задачу, на сегодняшний день, не существует.
|
14-а. КРАСНЫЙ БОР Необходимость найти место для захоранивания высокотоксичных отходов химического производства возникла в начале 60-х годов. Одна из рекомендаций по поводу захоранивания подобных веществ заключается в том, что для отходов вредного производства могут быть использованы ямы, вырытые в мощных глинистых отложениях. Мощные (более 20 м) залежи кембрийских глин под Колпино (СПб) были использованы для этих целей. Там был создан полигон "Красный Бор", на территории которого были вырыты котлованы глубиной 10-12 м. В эти котлованы и сливались высокотоксичные продукты.
5 Заказчик - ГГП "Севзапгеология" |
14-б. Глубинные захоронения радиоактивных отходовСейчас возникло мнение, что безопасное захоронение радиоактивных отходов можно обеспечить, разместив их в глубоких шахтах. Так, одно такое хранилище обустраивается в Техасе, на глубине порядка 1000 м, в шахтах, которые использовались ранее для осуществления подземных атомных взрывов. Одним из аргументов реализации этого проекта является то, что породы в шахтах оплавлены в результате этих взрывов, что, как предполагается, обеспечит герметичность хранилищ. Нечто подобное предполагается создать и в России. В соответствии с этими намерениями, сообщаю следующее:
ВЫВОД - для захоронения на больших глубинах необходимо из территории будущих хранилищ исключать ЗТН.
|
14-в. Большеобъемные цистерны В хранилищах могут находиться не только отходы, но и разного рода топливные ресурсы. Например, жидкие и газообразные нефтепродукты. Весьма распространены для хранения, скажем, бензина, большеобъемные цистерны емкостью 2000 м3. Опросы показали, что большое количество этих цистерн, что называется, текут.
|
15. О роли зон тектонических нарушений на месторождениях нефти Как известно, нефть под Оренбургом была открыта Губкиным, когда, находясь на берегу одной из речек, он обнаружил следы асфальта - продукта, который остается при возгонке нефти. Закономерно, что это произошло именно на берегу реки, то есть в ЗТН. В самом деле, как бы глубоко ни залегала нефть, в ЗТН ее пары поднимутся до дневной поверхности, что и проявится следами асфальта.
ССП-разрез по профилю, проходящему через нефтедобывающую скважину
На рис.12 показан участок ССП-разреза, полученного при профилировании через ЗТН, оконтуривающую месторождение нефти под Оренбургом. Два V-образных объекта - с центрами около 480-го и 550-го м от скважины - это тектонические нарушения, непосредственно оконтуривающие данное месторождение. А образующая, соседствующая с ближайшим к скважине V-образным объектом, которая выполаживается к 400-му м, возникла в результате подвижек, возникших при выжимании нефти на границе месторождения.
|
Заключение Важнейшим, пожалуй, выводом является то, что все перечисленные выше явления имеют глубинные причины, и влияние тектонических нарушений сказывается независимо от мощности осадочного чехла.
|
ЛИТЕРАТУРА
|
Подборка необъясненных аварий
|
Обсудить статью |
При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна | Публикации о нас |
|
Реклама на сайте: |