The state-of-the-art technique for environmental and geotechnical studies

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2003, № 3, с. 245-259

МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

УДК 624.131.3

СОВРЕМЕННЫЙ КОМПЛЕКС МЕТОДОВ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

© 2003 г. М. Д. Каргер, Г. А. Лискевич, Д. В. Дудкивскиi1

Isotop Ltd, Израиль Поступила в редакцию 08.04.2002 г.

Описывается комплекс методов, предназначенный для детального геоэкологического и инженерно-геологического изучения приповерхностных частей литосферы. Комплекс использует современные геофизические, геохимические и геотехнические методы, базирующиеся на автоматизированных технологиях полевых, лабораторных и интерпретационных работ. Результат работы комплекса - трехмерная цифровая модель распределения исследуемого параметра в геологической среде. Эффективность применения комплекса на практике иллюстрируется примерами картирования карста, геоэкологической оценки территории промышленного предприятия, обнаружения очагов подземных пожаров на свалке бытовых отходов и инженерно-геологической оценки участка строительства.

ВВЕДЕНИЕ

При инженерно-геологическом или геоэкологическом изучении участков территорий бывает необходимо исследовать геологическую среду с заранее заданной детальностью и точностью. Соответствующие требования к детальности и точности (точностные требования) берутся из оценок степени риска, связанного с мелкими по разме

рам, но значимыми по амплитудам возмущениями

исследуемых геополей. Такая постановка задачи справедлива прежде всего в отношении современ

ных экологических задач, ориентированных на

стоимостную оценку территорий - объектов купли-продажи, а также в отношении детальных ин

женерно-геологических исследований толщ с высокой фациальной изменчивостью. Например, в областях распространения озерно-речных отложений детальность инженерно-геологических изысканий может определяться размерами линз плывунов, а детальность геоэкологических изыс

каний - размерами глинистых тел, способных депонировать загрязнители из грунтовых вод.

До недавнего времени в странах Запада легитимным путем решения таких задач считалось

прямое вскрытие изучаемой толщи пород густой сетью скважин и шурфов, которая гарантировала бы опробование всех "проблемных" объектов. "Косвенным" методам, например полевой геофизике, отводились вспомогательные роли. Очевидно, однако, что с уменьшением размеров "про

блемных" объектов затраты на такие системы наблюдений быстро растут, вплоть до выхода за рамки экономической целесообразности.

Вне этих рамок часто оказываются многие задачи детального подземного картирования относи

тельно мелких объектов, локально воздействую-

245

щих на недра, таких как автозаправочные станции,

полигоны захоронения бытовых и промышленных отходов, автодороги, трассы трубопроводов, мелкие здания и пр. [10, 11, 16, 28, 30]. В районах, где толщи характеризуются резкой фациальной изменчивостью, мелкооползневыми или карстовыми

явлениями, подобные исследования часто вовсе не реализуемы. Вот три примера, которые иллюстрируют разнообразие задач такого рода. На месторождении известняков [4, с. 400] ни детальная разведка, ни дорогостоящая эксплуатационная раз

ведка по сети 20 х 20 м не выявили широкого развития карста. Проблема была решена только с помощью электроразведки. Узкий шлейф солевого загрязнения гетерогенного водоносного пласта

был исследован в [19] геофизическими методами. Для его прямого обнаружения и оконтуривания потребовались бы десятки скважин по сети 3 х 4 м. Еще более густая сеть была бы нужна для обнаружения мелкого безамплитудного разрывного нарушения [2], которое "пробудилось" и показало свою геоэкологическую значимость только при деста

билизации барического равновесия в недрах.

С середины 1980-х годов монополия "прямого разбуривания" стала постепенно разрушаться по двум причинам. Первая причина - скачкообразный рост коммерческого спроса на детальные экологические и инженерно-геологические ис

следования. Следует заметить, что существенный импульс этому росту придали распад СССР и экономическая перестройка в России, которые повлекли за собой ликвидацию сотен военных баз и, соответственно, геолого- и эколого-экономичес

кую оценку освобождающихся территорий перед их приватизацией. Вторая причина - удешевление и одновременно повышение информативности

246 КАРГЕР и др.

многих неразрушающих и "слабо разрушающих" методов исследований, произошедшие благодаря проникновению компьютерных технологий в аппаратуру и интерпретационные процедуры.

Весьма заметно изменились электроразведочные методы, благодаря чему, например, электрозондирование и профилирование, в прошлом весьма громоздкие и дорогостоящие методы, сегодня

попали в разряд экспресс-методов по затратам

времени и материальных средств [16, 17, 21]. Возникли недорогие портативные химические лаборатории, прежде всего газоанализаторы [9, 31], которые позволяют выполнять кондиционные изме

рения непосредственно "на точке" и "в реальном времени". Следует также отметить прогресс в альтернативной бурению области слабо разрушающих способов проникновения в толщу пород. В этой области возникли пенетрометры малых диаметров, предназначенные для опробования подземных сред, а стандартные пенетрометры

были модифицированы для измерений химических и физических свойств in situ [23, 26].

Разнообразие коммерчески доступных методов, не разрушающих или слабо разрушающих геологическую среду, привело в итоге к тому, что

комплексирование и системная интеграция сква

жинных исследований с другими методами приобрели легитимный статус, что, в частности, отражено стандартами США 1990-х годов [12-14, 30]. Применительно к ускоренной экологической оценке участков узаконена своего рода "максималистская" задача: "комплекс комплиментарных методов измерений и опробований применяется для целей трехмерной характеризации недр до тех пор, пока применение обычноzо бурения остается чрезмерно дорогим" ([30, с. 22]); здесь под комплиментарными понимаются методы, согла

сующиеся по масштабам и точности измерений.

С учетом вышесказанного, понятно, что, откликаясь на запросы потребителя, современные многофункциональные исследовательские комплексы эволюционируют в сторону системной интеграции методов на всех стадиях исследований [10, 11]. В таком комплексе: 1) системы наблюдений (измерений) разными методами комплиментарны и отвечают априорным точностным тре

бованиям; 2) результаты наблюдений (измерений) разными методами взаимно калибруются с учетом различий масштабов и разрешающих способностей; 3) конечным результатом исследований является трехмерная цифровая модель распределения целевого параметра в массиве. Именно такими характеристиками обладает комплекс методов, рассматриваемый в настоящей статье.

Комплекс методов включает геофизические, геохимические и геотехнические методы, пред

назначен для детального геоэкологического и ин

женерно"геологического изучения приповерхно-

стных частей геологической среды. Результатом его работы Щ3J1яется трехмерная цифровая модель исследованной толщи. Эффективность применения комплекса показывается ниже на 4 примерах: картировани~ карста, геоэкологическая оценка

территории промышленного предприятия, детек

тирование очагов подземных пожаров на свалке

бытовых отходов и инженерно-геологическия оценка участка строительства. Попутная цель статьи - привлечь внимание российских специалистов к израильскому опыту решения геоэкологических

и инженерно-геологических задач.

Статья имеет следующую структуру. Во 2-м разделе дается краткая характеристика методов

исследований. В 3-м разделе на примере ВЭЗ рассматривается система калибровки геофизических данных и их интеграции с геотехническими и гео

химическими данными. В последнем разделе приводятся примеры решений конкретных инженерных и экологических задач, взятых из практики

компании lsotop ltd (г. Ашдод, Израиль).

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Эколоzо-zеотехнический комплекс ENGIS Описываемые ниже методы исследований ин

тегрированы в эколого-геотехнический комплекс

ENGIS1• Комплекс базируется на автоматизированных технологиях полевых, лабораторных и интерпретационных работ. Он ориентирован на геоэкологическое и инженерно-геологическое изуче

ние приповерхностных частей толщ пород до глубин от 20 до 60 м (в зависимости от глубин проникновения геофизических методов). По результатам работы комплекса строится трехмерная цифровая модель исследованной толщи, отвечающая априори заданным точностным требованиям.

Обобщенно, ENGIS состоит из трех блоков, каждый из которых представляет собой симбиоз персонала, аппаратуры, информационных и коммуникационных каналов:

А - геотехнические и геохимические исследования, измерения и испытания грунтов, пород и

прочих наземных и подземных сред;

Б - геофизические зондирования;

В - компьютерные технологии калибровки данных (Б), интеграции данных (А) с данными (Б) и трехмерного моделирования.

Исследования (Б) выполняются по сети, параметры которой выбираются в соответствии саприорными точностными требованиями. Результаты (Б) используются для размещения наблюдений (А) по редкой сети и последующей интерполяции и экстраполяции данных (А), что выполняется в блоке (В). Следует подчеркнуть системообразую-

1 Аббревиатура английского названия комплекса: ENvironmental & Geotechnical Investigation System

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ No З 2003

СОВРЕМЕННЫЙ КОМПЛЕКС МЕТОДОВ 247

щие функции блока (В): он управляет всеми потоками данных, задает программы полевых и лабораторных исследований и при необходимости модифицирует эти программы.

Далее мы кратко опишем состав ENGIS, останавливаясь на тех методах и технологиях, кото

рые, во-первых, фигурируют в рассматриваемых далее примерах и, во-вторых, могут представлять

интерес для российского читателя.

Методы ~еотехнических и ~еохимических исследований

Методы геотехнических исследований охватывают весь круг полевых и лабораторных технологий, требуемых стандартами США и ЕС, - от классических методов лабораторных определений физических, физико-химических, химических и прочностных свойств на нарушенных и ненарушенных образцах грунтов (пород) до полевых определений тех же свойств in situ и прямых испытаний несущей способности грунтов. Эти методы в большинстве своем известны российским специалистам и не нуждаются в пояснениях. Определенный интерес представляют их современные аппаратно-компьютерные реализации, устройства, позволяющие радикально ускорить работы без потери качества.

К их числу принадлежит агрегат геотехнического зондирования [26], смонтированный на шасси грузовика и включающий установку статического и динамического зондирования, систему гид

равлических анкеров и пр. Он позволяет передавать на зонд статическую нагрузку до 22 т при постоянной скорости пенетрации. Существенная особенность агрегата - сменные зонды [23, 24], показания которых регистрируются автоматически. Среди них наибольший интерес представляют следующие: геотехнический зонд (пьезокон) с тензометрами, с помощью которого, кроме обычных геотехнических параметров, получают оценки порового давления, фильтрационных и прочностных свойств грунта, в том числе в эффективных напряжениях; зонды - пробоотборники грунта, грунтовых вод и газов; "экологический" зонд, предназначенный для каротажа Eh, рН, температуры и электропроводимости грунта.

Серия портативных полевых газоанализаторов [9, 31] весьма полезна для температурной съемки и атмогеохимической съемки почвенных и подпочвенных газов и их эмиссии в приземный воздух. Такие работы требуются в сложных экологических проектах - обследования автозаправочных станций, хранилищ нефтепродуктов, свалок бытовых и промышленных отходов и пр. В частности, портативный аппарат GA2000 анализирует (посредством инфракрасной спектроскопии и электрохимии) содержание биогазов в

почвенном воздухе и предназначен для опробования законсервир.ованных свалок твердых бытовых отходов. Анализ выполняется в реальном времени с реальной производительностью до 50 точек опробования в де~ь.

Геофизические методы

В состав ENGIS входят: сверхдлинноволновое радиопрофилирование СДВР (английское название Very Low Frequency), микросейсмическое зондирование, радиолокационное зондирование РЛЗ (Ground Penetration Radar) и вертикальное электрозондирование постоянным током в версии

сплошного электрозондирования СЭЗ (Resistivity Imaging Survey). СДВР, одной стороны, и РЛЗ и микросейсмика - с другой, образуют полюсы на шкале "низкая точность и цена - высокая точность и цена". Наиболее практичным и экономичным компромиссом между получением точных резуль

татов и низкими ценами является последний из перечисленных методов - СЭЗ. По нашему опыту, этот метод пользуется наибольшим спросом. Рассмотрим его подробнее.

Вертикальное электрозондирование основано на том, что электрическое сопротивление на глу

бине оценивается с помощью четырех электродов, размещенных на дневной поверхности, путем пропуска постоянного электрического тока через

два электрода и измерения в двух других электро

дах результирующей разности потенциалов. Последняя дает значение кажущегося сопротивле

ния в некоторой точке, координаты которой оп

ределяются расстояниями между электродами и

их взаимным расположением. СЭЗ проводят, многократно перемещая четверку электродов по

исследуемой территории и варьируя межэлектродные расстояния. В результате получают множество точек кажущихся сопротивлений на разных глубинах. Путем решения сложных обратных задач последние преобразуются в модель "истинных" удельных сопротивлений.

До недавнего времени перемещения электродов выполнялись буквально, четверка электродов устанавливалась индивидуально для каждой точки кажущегося сопротивления. То были весьма трудоемкие операции, так же как весьма гро

моздкими были алгоритмы и технология подбора модели истинных сопротивлений. В последнее десятилетие стала коммерчески доступной многоэлектродная, управляемая компьютером полевая

аппаратура [1]. Подключенная к косе электродов, размещенных на профиле, эта аппаратура автоматически конфигурирует четверки электродов, посылает и регистрирует сигналы. Были разработаны алгоритмы и мощное программное обеспечение быстрой инверсии разрезов кажущихся сопротивлений [5, 16, 22, 25, 27]. В результате кардинально увеличилась производитель-

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ No 3 2003


щие функции блока (В): он управляет всеми потоками данных, задает программы полевых и лабораторных исследований и при необходимости модифицирует эти программы.

Далее мы кратко опишем состав ENGIS, останавливаясь на тех методах и технологиях, кото

рые, во-первых, фигурируют в рассматриваемых далее примерах и, во-вторых, могут представлять

интерес для российского читателя.

Методы zеотехнических и zеохимических исследований

Методы геотехнических исследований охватывают весь круг полевых и лабораторных технологий, требуемых стандартами США и ЕС, - от классических методов лабораторных определений физических, физико-химических, химических и прочностных свойств на нарушенных и ненарушенных образцах грунтов (пород) до полевых определений тех же свойств in situ и прямых испытаний несущей способности грунтов. Эти методы в большинстве своем известны российским специалистам и не нуждаются в пояснениях. Определенный интерес представляют их современные аппаратно-компьютерные реализации, устройства, позволяющие радикально ускорить работы без потери качества.

К их числу принадлежит агрегат геотехнического зондирования [26], смонтированный на шасси грузовика и включающий установку статического и динамического зондирования, систему гид

равлических анкеров и пр. Он позволяет передавать на зонд статическую нагрузку до 22 т при постоянной скорости пенетрации. Существенная особенность агрегата - сменные зонды [23, 24], показания которых регистрируются автоматически. Среди них наибольший интерес представляют следующие: геотехнический зонд (пьезокон) с тензометрами, с помощью которого, кроме обычных геотехнических параметров, получают оценки порового давления, фильтрационных и прочностных свойств грунта, в том числе в эффективных напряжениях; зонды - пробоотборники грунта, грунтовых вод и газов; "экологический" зонд, предназначенный для каротажа Eh, рН, температуры и электропроводимости грунта.

Серия портативных полевых газоанализаторов [9, 31] весьма полезна для температурной съемки и атмогеохимической съемки почвенных и подпочвенных газов и их эмиссии в приземный воздух. Такие работы требуются в сложных экологических проектах - обследования автозаправочных станций, хранилищ нефтепродуктов, свалок бытовых и промышленных отходов и пр. В частности, портативный аппарат GA2000 анализирует (посредством инфракрасной спектроскопии и электрохимии) содержание биогазов в

почвенном воздухе и предназначен для опробования законсервированных свалок твердых бытовых отходов. Анализ выполняется в реальном времени с реальной производительностью до 50 точек опробования в денр.

Геофизические методы

В состав ENGIS входят: сверхдлинноволновое радиопрофилирование СДВР (английское название Very Low Frequency), микросейсмическое зондирование, радиолокационное зондирование РЛЗ (Ground Penetration Radar) и вертикальное электрозондирование постоянным током в версии

сплошного электрозондирования СЭЗ (Resistivity Imaging Survey). СДВР, одной стороны, и РЛЗ и микросейсмика - с другой, образуют полюсы на шкале "низкая точность и цена - высокая точность и цена". Наиболее практичным и экономичным компромиссом между получением точных резуль

татов и низкими ценами является последний из перечисленных методов - СЭЗ. По нашему опыту, этот метод пользуется наибольшим спросом. Рассмотрим его подробнее.

Вертикальное электрозондирование основано на том, что электрическое сопротивление на глу

бине оценивается с помощью четырех электродов, размещенных на дневной поверхности, путем пропуска постоянного электрического тока через

два электрода и измерения в двух других электро

дах результирующей разности потенциалов. Последняя дает значение кажущегося сопротивле

ния в некоторой точке, координаты которой определяются расстояниями между электродами и

их взаимным расположением. СЭЗ проводят, многократно перемещая четверку электродов по

исследуемой территории и варьируя межэлектродные расстояния. В результате получают множество точек кажущихся сопротивлений на разных глубинах. Путем решения сложных обратных задач последние преобразуются в модель "истинных" удельных сопротивлений.

До недавнего времени перемещения электродов выполнялись буквально, четверка электродов устанавливалась индивидуально для каждой точки кажущегося сопротивления. То были весьма трудоемкие операции, так же как весьма гро

моздкими были алгоритмы и технология подбора модели истинных сопротивлений. В последнее десятилетие стала коммерчески доступной многоэлектродная, управляемая компьютером полевая

аппаратура [1]. Подключенная к косе электродов, размещенных на профиле, эта аппаратура автоматически конфигурирует четверки электродов, посылает и регистрирует сигналы. Были разработаны алгоритмы и мощное программное обеспечение быстрой инверсии разрезов кажущихся сопротивлений [5, 16, 22, 25, 27]. В результате кардинально увеличилась производитель-



Принята

1. Автостандартизация 2ММ

2. Гшютеза однородности множества стандартизованных 2ММ

Отклонена

3. Пространственная корреляция 2ММ

4.ВыборОСЛ

5. Стандартизация 2ММ параметрами осл

6. Калибровка 2ММ

7. Включение стандартизированных/ калиброванных 2ММ в 3-мерную модель

8. Регрессионный анализ калиброванных 2ММ на "целевой" переменной

Нет

Рис. 1. Основные процедуры калибровки двумерных моделей.

ность СЭЗ, и работа, которая раньше отнимала недели, сегодня выполняется за часы. Благодаря этим обстоятельствам, СЭЗ стало популярным инструментом инженерно-геологических и гео

экологических исследований [ 16, 17, 21].

Калибровка разрезов сопротивлений

Результатом РЛЗ, микросейсмики, СЭЗ являются двумерные модели (далее - 2ММ) распределения того или иного свойства в вертикальных разрезах вдоль съемочных профилей. Обычно каждая такая 2ММ имеет индивидуальный размах и среднее, даже если они характеризуют один

и тот же объект. Эта неравноточность 2ММ возникает по ряду объективных причин, среди которых главные - анизотропия и размеры эле

ментов неоднородности в массиве пород, которые

заранее не известны, и поэтому с ними нельзя со

гласовать параметры системы наблюдений, такие как ориентация съемочных профилей, геометрия и шаг наблюдений и пр.

Неравноточность не помеха в исследованиях, имеющих описательно-изобразительную конечную цель. Но она является таковой, если конечная

цель исследований - объединение 2ММ в единую

трехмерную_ цифровую модель, которая предназначена для ее интегрирования с результатами то

чечных наземных съемок или скважинных иссле

дований. В таких случаях необходимо привести все 2ММ к единой шкале. Эту задачу решает компьютерная технология калибровки двумерных моделей разрезов [18], представленная на рис. 1.

Эта технология позволяет:

- привести 2ММ, относящиеся к разным съемочным профилям, к единой шкале, т .е. калибровать их;

- объединить калиброванные 2ММ в единую трехмерную цифровую модель;

- внедрить в трехмерную цифровую модель данные иной физической или химической природы, полученные в скважинах, в ходе наземных

съемок и т.п.

Некоторые ключевые моменты этой технологии мы проиллюстрируем ниже на простом прак

тическом примере, причем в контексте двумерных

моделей сопротивлений (2ММС), продуцируемых СЭЗ, поскольку, при равных прочих условиях, СЭЗ - наиболее экономичный и прецизионный из вышеназванных геофизических методов. Для простоты изложение ведется в дата-аналитическом

стиле Дж. Тьюки [34, 35], позволяющем рассматривать объекты сложной вероятностно-статистической природы без излишних формальностей.

Работа, взятая нами в качестве первого примера (рис. 2), возникла в связи с задачей расширения шоссе № 5, прорезающего однородную толщу горизонтально залегающих пластов известняка, и

имела целью выявить карстовые зоны под будущим полотном дороги. Три профиля съемки

сэз2 (см. рис. 2а) были проложены между крутым откосом дорожной выемки и дорожным полотном на расстоянии 1.0 м между соседними профилями. Условия съемки, а также параметры интерпретации, примененные для получения 2ММС (рис. 2б), были идентичны во всех отношениях, кроме одного: профиль 1 пройден по кромке дорожного полотна, под которым, согласно пря

мым измерениям, повышена влажность и, соот

ветственно, понижены сопротивления пород.

Этим объясняется то, что размах сопротивлений в 2ММС 1 приблизительно в 4 раза меньше таков:Ь1х 2ММС 2 и 3 (см. рис. 2б).

Поскольку в данном случае съемочная сеть регулярная, а геологическая ситуация монотонно

простая, можно уверенно полагать, что разрезы,

показанные на рис. 2б, представляют собой одни и те же литологические разновидности пород, при

чем в весьма близких пропорциях, а наблюдающиеся различия шкал сопротивлений обусловлены

2 Съемка выполнена по схеме Веннера с расстоянием между электродам.и 4 м.

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ No З 2003


о 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112 116 м (а)

м

10 (Z/ff«P'4'#""".?'И"ф".?'1'WP.?'8/Ptf/'7~,,V~#'#~~~4W't.'47~/tZ N Пр3

А 8 Пр2 Пр 1

6

4 ;',з ,"~, ! ,

2

о

(6) -1

-5

-9

-1

-5

-9

-1

-5

-9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

30 49 82 134 222 367 606 1000 1650 4500 Ом м

(в) -1

-5

-9

-1

-5

-9

-1

-5

-9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

(г) Разрез "14 м" Разрез "7 4 м" -!-= -1

-5 >; / ~, -5 -9 :_~ . -9 ~СО>

1 2 3 1 2 3

Рис. 2. Исследования на обочине автострады No 5. а - расположение съемочных профилей; б - двумерные модели сопротивлений (2ММС), полученные в результате СЭЗ; в - двумерные модели сопротивлений, калиброванные через 2ММС 3-го профиля (2ММС 3); г-поперечные разрезы сопротивлений-фрагменты трехмерной модели, полученной интерполяцией калиброванных 2ММС.



С!.) 3 ~ (а) (б) С!.)

~ 2 <l:S = "' С!.)

1 о = ..с1

~ о ::;;

р.

о = С!.) -1 о ::;; ~ -2

~ о -3

3 2

о 1 2 3 4 о Log(p)

1 2 3 4

Рве. 3. Нормальные вероятностные бумаги логарифмов сопротивлений: а - исходных 2ММС и б - 2ММС, калиброванных через 2ММС 3. Цифры на графиках - номера 2ММС.

индивидуальными особенностями проводки профилей. Представление о вероятностной структуре этих данных дают нормальные вероятностные бумаги для логарифмов сопротивлений (рис. 3).

Точки на рис. За группируются в кривые, которые имеют разный наклон, но в целом линейны, с некоторыми "шероховатостями" на краях. Более детальное рассмотрение показало, что кривые

состоят из линейных фрагментов, т.е. что распре-

Межкварт. размах, Омм

104

103 . " ... ~ 1111!1

ж ,. -,. ..... - ~

~оо 102

101

о~ 10°'--~~~-'-~~~-'-~~~-'-~~---'

10° 101 102 103 104

Медиана, Омм

- Водозабор (4, Т) • Стройка (11, К) • Стройка (3, Т)

8 Стройка (6, КЭ) + Стройка (4, К) 8 Архео (3, К)

О Архео (3, К) О Завод (3, Т) О Завод (18, Т)

+ Свалка (23, 0) Ж Свалка (2, 0) Х Свалка (8, 0)

Рве. 4. Диаграмма рассеяния медиан и межквартильных размахов двумерных моделей сопротивлений, полученных на 12 различных объектах. Обозначения: "Водозабор" - зона питьевого водозабора, "Стройка" -строительная площадка, "Архео" - археологический объект, "Завод" - территория промышленного предприятия, "Свалка" - свалка бытовых отходов; в скобках дано число съемочных профилей и характеристика исследованной толщи: "Т' - терригенная, "К" - карбонатная, "КЭ" - карбонатно-эвапоритовая, "О" - бытовые отходы.

деление является смесью нормальных распреде

лений. Отсюда вытекают следующие предположения относительно вероятностной структуры данных:

(i) исследуемый объект представляет собой совокупность литотипов, сопротивления которых

принадлежат некоторым логнормальным распре

делениям;

(ii) существует некоторый литотип, который доминирует над другими литотипами;

(iii) в процессе СЭЗ истинные сопротивления искажаются таким образом, что в 2ММС мы получаем показательную функцию истинных сопротивлений .

На приведенных соображениях основаны процедуры автостандартизации разрезов (см. рис. 1), которые описываются формулами:

(1)

(2)

(3)

где R@ - сопротивление в j-й точке (блоке) i-й 2ММС; Me<i) и IQR<iJ - медиана и межквартильный размах логарифмов сопротивлений i-й 2ММС; F;(·) - выборочная функция распределения множества логарифмов сопротивлений, из которых состоит i-я 2ММС.

Очевидно, что (1) - это стандартизованное сопротивление, т.е. стьюдентизированная слу

чайная величина, которая при условиях (ii) и (iii) не зависит от параметров искажения, неявно фигурирующих в (iii). Индекс сопротивлений (2) проецирует сопротивления в интервал [О, 1], что полезно в тех случаях, когда важно восстановить


104 103 102

102

Сопротивление, 10з Омм

СОВРЕМЕННЫЙ КОМПЛЕКС МЕТОДОВ

Расстояние вдоль профиля 2, м 20 40 60 80 - 100

(а)

1.0

0.5

о

-0.5

4 -1~ ~ 10 т-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~t__~~-=-::..::.J

~ о

c<)g · lОЗ-<--~--1..,_~~~~~~~~--1

С,,) =

~~ N ~ 102

о

§' 8 101

~ ~ о

N' g 103

С,,)=

~~ N ~ 102

о

§' о

u 101 6 14 22 30 38 46 54 62 70 78 86 94 102 110

Расстояние вдоль съемочных профилей, м

Рис. 5. Пример пространственной корреляции слоев 2ММС. а, б - кривые сопротивлений в слоях "- 3 м" 2ММС 2 и 3; в - кросскорреляционная цатрица этих кривых; г - кривые сопротивлений и поточечные соответствия 2ММС 2 и 3 в слоях "- 3 м"; ЛК - линия корреляции.

251

пространственное распределение доминирующе

го литотипа. Ранz сопротивлений (3) - это результат калибровки всех 2ММС какой-то одной

моделью. Пример такой калибровки приведен на рис. 2в; соответствующие логнормальные веро

ятностные бумаги см. на рис. Зб.



Обратимся к диаграмме рассеяния (рис. 4). Здесь в координатах { Ме, IQR} изображены 88 двумерных моделей сопротивлений, полученных на разных геологических и техногенных объектах. Каждый объект на диаграмме представлен "облаком" точек. Как можно видеть, некоторые облака узко вытянуты параллельно биссектрисе координатного угла, следовательно, соответству

ющие 2ММС имеют близкие коэффициенты вариации и пригодны для автостандартизации. Другие облака "размыты", менее отчетливо ориентированы и, следовательно, не допускают автостандарти

зации. Как правило, это объекты, на которых в силу анизотропии свойств и разнообразия литотипов не применимы предположения (i) и/или (ii).

Для таких случаев разработан способ стандартизации опорным стратиграфическим литотипом (ОСЛ, см. процедуры 3-6 на рис. 1). Он состоит в следующем: сначала 2ММС послойно коррелируются, затем в коррелированных частях 2ММС выделяются фрагменты некоего ОСЛ, после чего оцениваются параметры коррелированных фрагментов ОСЛ и, наконец, 2ММС стандартизируются этими параметрами.

В процедуре пространственной корреляции примерен алгоритм корреляции кривых [3], восходящий к графическому методу биостратиграфической корреляции разрезов А. Шоу [33]. Алгоритм находит линию корреляции в кросскорреляцион

ной матрице двух кривых, соответствующих слоям

двух 2ММС, и таким путем устанавливает поточечное соответствие этих слоев. В качестве примера на рис. 5а, б, в показаны слои "-3 м" 2ММС 2 и 3, соответствующая кросскорреляционная матрица и линия корреляции.

В результате применения подобной операции ко всем смежным 2ММС возникает сеть увязанных точек (как на рис. 5г). По построению эта сеть представляет стратиграфически однородные образования, которые при определенных условиях могут

быть опорными. В процедуре 4 (рис. 1) в качестве ОСЛ выбирается тот объект, который реализует минимум абсолютных: или квадратичных отклонений стандартизованных значений в увязанных точках. Этот критерий можно проиллюстрировать геометрически, если представить элементы 2ММС как точки в многомерном профильном пространстве, по i-й оси которого отложены сопротивления (или их функции), относящиеся к i-й 2ММС. Критерий минимума отклонений прижимает точки к биссектрисе 1-го координатного угла этого пространства.

В заключение отметим особенности финальных процедур технологии калибровки (рис. 1 ). В процедуре 7 при построении трехмерных моделей (использующим методы [1]) выполняется пространственное моделирование полуварио

грамм [3], которое необходимо постольку, поскольку различия 2ММС обусловлены как геоло-

гической природой, так и переменным разрешением слоев- 2ММС. На рис. 2г показаны два поперечных разреза, извлеченных из полученной

трехмерной модели. Зоны высокой кавернозности, видные на этих разрезах, хорошо подтвержде

ны результатами бурения, выполненного впоследствии. В отношении регрессионного анализа (процедуры 8 и 9 на рис. 1) следует выделить его критериальную роль. Регрессионный анализ [ 6, 32] генерирует оценки "целевого" свойства и, кроме того, управляет процессом ENQIS: обработка прекращается тогда, когда регрессия значима и при этом малы ошибки регрессии.

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСА

В этом разделе рассматриваются примеры из разных областей применения комплекса ENGIS, иллюстрирующие разнообразие возможностей комплексных исследований, в которых интегрирующую роль играют геофизические зондирова-

ния, в частности СЭЗ3 . Следует подчеркнуть, что примеры описаны с той мерой детальности, которая позволяет не нарушить права собственности заказчиков на информацию.

Экологическая оценка территории промышленного предприятия (рис. 6). Работа была выполнена на территории химического завода (г. ТельАвив), которая подлежала реабилитации в связи с ликвидацией предприятия и передачей ее под жилую застройку. Мы рассмотрим здесь результаты решения одной из задач первой фазы геоэкологической оценки - оконтуривание и оценку объемов зон загрязнения приповерхностных грунтов

тяжелыми металлами.

Исходные данные, положенные в основу исследования, это - образцы пород из 30 скважин и 18 профилей СЭЗ (см. рис. ба). Образцы пород были проанализированы на широкий круг компонентов, включая содержания тяжелых металлов в

кислотных вытяжках, определенные атомно-абсорбционной спектроскопией. Профили СЭЗ были проложены по доступным проходам террито

рии завода, сквозь асфальтовое покрытие с шагом от 3 до 5 м. Эта система наблюдений была нацелена на получение итоговой модели с пространственным разрешением 10 х 10 х 2 м, что вытекало из ожидаемой структуры исследуемой

3 Во всех рассматриваемых ниже работах данные СЭЗ получены с помощью автоматизированной системы Sting/Swift с 30 электродами [1] по схемам Веннера или Шлюмберже с последующей инверсией по программе Res2Dinv [21]. Геотехнические испытания и литогеохимическое опробование выполнены в значительной мере с помощью пенетрометра [26], дополненного глубинным пробоотборниками [23]. Газо- и термосъемки проведены аппаратурой [9, 31]. Химико-аналитические работы выполнены методами атомной абсорбции и атомной спектроскопии по стандартам ЕРА 3050В и ЕРА 7000А.



(а)

300 • - А-250

200

150

п 1 2

8з 4 100

х 5 - 0.23 6 - 0.68 50 +-

50 100 150 200 250 300 350 400

(6) (в) (г)

F' Ф~ктор_l 3

F

2 3 ,...

~ 1 о 2 ~

' - 1 -2 - 1 '"" -3

о 10° 101 102 103 104 - 3 1 ' · , 1

- 2 -1 . о 1 Rsi

Рис. 6. Результаты геоэкологической оценки химического предприятия, Тель-Авив. а - система наблюдений и фрагмент итоговой трехмерной модели в интервале глубин [-2, -5] м (по осям карты отложены местные координаты в метрах): 1 - пруд-отстойник; 2 - направление гидравлического уклона; 3 - скважины; 4 - профили СЭЗ; 5 - значки, показывающие направления и соотношения осей анизотропии поля стандартизованных сопротивлений Rs1; 6 - изолинии значений Фактора 1, соответствующих границам 95%-ного доверительного интервала для дискриминатора "пескиглины"; б-упрощенный литологический разрез по линии F-F': 1- песчанистые суглинки, 2 - пески, 3 - глинистые пески, 4 - глины, 5 - суглинки; в - логнормальные вероятностные бумаги 2ММС, полученные в результате СЭЗ: г - диаграмма рассеяния Фактора 1 (см. рис. 7) и Rs1 и регрессия Фактора 1 на Rs1•

толщи, предельно допустимых концентраций в селитебной зоне, а также допустимых объемов выемки загрязненного грунта.

Исследуемая толща имеет четвертичный возраст и образована нелитифицированными лагунными песчано-глинистыми отложениями с незна

чительным содержанием карбонатного компонента в глинистых разновидностях. Разрез на рис. бб дает представление о строении толщи и ее высокой фациальной изменчивости, связанной с

поднятиями - опусканиями суши. Согласно априорным данным, в подобных толщах в данном районе глинистые и песчаные тела находятся в объемном соотношении 1 : 2.5- 3, узкие вытянутые глинистые тела "подвешены" в песчаной массе и могут иметь поперечные размеры до 10 м при минимальных толщинах до 2 м.

Толща расположена в зоне аэрации и почти

изолирована от атмосферы заводскими строениями и асфальтовым покрытием. Дождевые и про-



Фактор_2

08 1

о

-1

• -1 о 1 2 Фактор_l

Рве. 7. Образцы пород на плоскости двух факторов, Фактор 1 =0.91Ni+0.95Co+0.75Cr+0.96Cu+0.89Pb+ + 0.96Zn (82% полной дисперсии) и Фактор 2 = = -0.32Ni - 0.02Со + 0.62Cr - 0.19Cu + О.25РЬ - 0.19Zn (10% полной дисперсии). Разными значками показан состав пород: 1 - пески, 2 - глины, 3 - песчанистые глины, 4 - глины и песчанистые глины с карбонатами. Пунктир - дискриминация шкалы Фактора 1 на пески и глины.

мышленные стоки частично проникают в почву

через неисправности дренажной системы. Образующиеся при этом зоны просачивания занимают

относительно малый суммарный объем в объеме исследованной толщи; об этом говорит тот факт, что значимая влажность грунтов зафиксирована

лишь в тех скважинах (см. рис. ба), которые непосредственно примыкают к дефектам дренажа. Следовательно, можно уверенно полагать, что в данном случае результаты СЭЗ свободны от влияния насыщения и отражают в основном литоло

гию - соотношение песчаной и глинистой фаз в грунтах.

На рис. 7 приведены результаты факторного анализа геохимических данных4, категоризированных с учетом содержаний СО2 и тонкой фракции. Как можно видеть, на шкале Фактора 1, содержащего более 80% полной дисперсии выборки, тяжелые металлы (ниже - ТМ) образуют два кластера: один соответствует пескам с фоновыми концентрациями ТМ, другой - глинисто-карбонатным породам, которые содержат значимо вы

сокие концентрации ТМ. Учитывая это обстоятельство и принимая во внимание то, что ТМ попадают в грунты в кислых растворах, можно

утверждать, что ТМ-поллютанты задерживаются сорбционными и карбонатными геохимическими барьерами.

4 Параметры факторного анализа: главные компоненты стандартизованных данных, затем V ARIМAX вращение к простой структуре [20].

Из сказанного следует, что данные СЭЗ информативны относительно литологии грунтов, которая, в свою очередь, контролирует геохими

ческие барьеры, депонирующие ТМ. Этой опосредованноt связью обусловлена корреляция электрического сопротивления грунтов с концен

трациями ТМ, которую отражает рисунок бг. Благодаря этой корреляции рассматриваемую задачу оказалось возможно свести к задаче литоло

гического картирования средствами трехмерного

моделирования стандартизованных 2ММС. В частности, наиболее интересно картирование границ между песками и глинами в интервале глубин 2-5 м, так как на этих границах концентрируются фронты упомянутых геохимических барьеров.

Для этого были применены процедуры, описанные на рис. 1: автостандартизация 2ММС (исходные 2ММС представлены на рис. бв), пространственная корреляция, восстановление поля

анизотропии и построение трехмерной модели величин Rs1 с разрешением 15 х 15 х (2, 5, 7) м. После чего узлы модели были пересчитаны в факторные значения Фактора 1, взятые из регрессии (рис. бг). На рис. ба представлены некоторые из этих результатов, относящиеся к слою "2-5 м" модели, который наиболее важен в контексте конкретной экологической ситуации. Два контура, вынесенные на рисунок, соответствуют ни

жней и верхней границам 95%-ного доверительного интервала дискриминатора, показанного на

рис. 7. По построению искомые границы пескиглины "наиболее вероятно" лежат между этими контурами. Справедливость полученных результатов была подтверждена в ходе последующих работ.

Обнаружение очаzов подземных пожаров на свалке твердых бытовых отходов. На старой законсервированной свалке твердых бытовых отходов пос. Пурия (рис. 8) произошло самовозгорание подземного материала свалки и прорыв очага

пожара на дневную поверхность. Это событие вызвало подозрения, что под поверхностью свал

ки существует ряд других очагов самовозгорания,

потенциально опасных открытыми пожарами,

обрушениями кровли и оползнями. На выявление этих очагов и была нацелена работа.

По опыту аналогичных событий известно, что подобные очаги самовозгорания располагаются на глубинах до 5 м и имеют горизонтальные размеры порядка первых метров. Ассоциированные с ними потоки биогазов, газообразных продуктов горения и тепла создают приповерхностные газо

вые и тепловые аномалии; первые сравнимы по

горизонтальным размерам с очагами самовозго

рания, размеры вторых достигают первых десят

ков метров. На основании этих положений была выбрана и реализована следующая система наблюдений (см. рис. 8а): во-первых, по редкой сети


@ о w ~ g о

~

i "' ::t ~ @ g о

~ g ):;1

"' о @ g о g ~

@ о

~ g о

~ ~ w

§

(6) 8

11 (в) ~ 11 (д) 8

• • 11 / • j• ,, , - . , - , n

о • -г~1 r 11 .,, ~~~ 411а •( 11 . r ~ ri 1 ~ tт1 s::

е 1 "'~~~~ 1 1 е 1 IЛ' _,,,0611'1Т - ) 1 1 8 .,,..,_ 1 1 ~

~ • • 11 1 ~ •J 11 1 ~·1 1 ~'

о

• • • 11 1 • • ~ 11 1 • •· 1 ~

• • • 11 ·1. • / 11 ~- • :

.,"....,.,".,,,,. A/~i'· .. "_"~1,1 'Я' "1 1 V ~ il (г) . ~ • :2 ,....,,,ф" . : . ~_J_ 100 -~ о -w..-- ;; i,t 1 ""\О . 10 2ом • • \:-· ~ 1 1 ,1 ~Jf. : \_ \ 8' # • ~ ' l . ' 1' ".-~ . ~. ·'"''/ . • ... . !:'! " '.)

: J!r'1l11·~" '"'\"----. ·· ~ 50 • •.- -+

L .. . .i11~, i:. .. ;".,.;.....- • • о 50 RI

Рис. 8. Обнаружение скрытых очагов возгорания на свалке Пурия. а - расположение профилей СЭЗ (прямые) и пунктов опробования подпочвенной атмосферы и термометрии (кружки); б, в - результаты интерполяции данных газовой съемки и термометрии: б - аномалии высоких значений газового индекса (mole(C02) + + mole(CH4))/mole(02), в - высокотемпературные аномалии; г - диаграмма рассеяния и регрессия температуры (вертикальная ось) на индекс сопротивлений; д -карта подпочвенных температур, объединяющая данные термометрии и регрессионные оценки температур.

~ VI


проведены термо- и атмогеохимическая съемки,

в ходе которых были измерены температура и концентрации "биогазов" 0 2, СН4, С02 , СО и H2S в подпочвенной атмосфере на глубине 0.4 м и, вовторых, пройдены два профиля СЭЗ с расстоянием между электродами 5 м.

Предпосылкой использования СЭЗ для экстраполяции и интерполяции термометрических

наблюдений служило следующее "генетическое" представление, нашедшее подтверждение на ряде

подобных объектов: горение и сопровождающий его отток нагретых продуктов горения и биогазов приводят к высушиванию материала, располо

женного над очагом горения, и тем самым повы

шают его электросопротивление.

Результаты атмо- и термосъемки приведены на рис. 8б, в. Крупная температурно-биогазовая аномалия в центре участка тривиальна - она

оконтуривает вышеупомянутый очаг открытого пожара. Кроме того, в единственной точке на юге участка зарегистрирована высокая температура

(рис. 8в), не сопровождающаяся газовой аномалией. Отметим, что последнее характерно для подземного очага самовозгорания, не перешедшего в

фазу активного горения.

В точках термометрии было восстановлено поле значений стандартизованных сопротивле

ний, RsP путем интерполяции верхних слоев стандартизованных 2ММС, после чего значения Rs1

были преобразованы в индекс сопротивлений (2) Rl, с которым и сопоставлены измерения температуры (Т). Итоговая регрессия Тна RI, приведенная на рис. 8г, несет погрешности интерполяции поля RsP а также дисперсию точечной термометрии. Тем не менее регрессия применима в интервале температур Т > 60°С.

Результирующая карта (рис. 8д) объединяет оба типа данных - прямые измерения температуры и регрессионные оценки температуры. Сравнение рис. 8д и 8б показывает, что в результате выполненной обработки уточнена структура температурной аномалии, связанной с известным очагом пожара. И, кроме того, обнаружены две дополнительные высокотемпературные анома

лии. Последующие события показали, что они действительно были связаны с очагами подземного горения.

Инженерно-геологическая оценка участка строительства. На участке (г. Бэер-Шева), представленном на рис. 9, планируется возведение крупного промышленного предприятия.

Здесь выполнены разнообразные инженерно-геологические исследования и СЭЗ (см. рис. 9а), одной из задач которых было районирование участка по несущей способности грунтов с целью получения исходных данных для многовариантных

расчетов свайного поля проектируемых фундаментов. Районирование требовалось в масштабе

1 : 1000, т.е. с горизонтальным разрешением 10 х х 1 О м, что_ следовало из геометрии проектируемых сооружений и априорных сведений о лате

ральной изменчивости толщи пород, слагающих участок.

Исследуемая толща возникла в неогеновое время из карбонатных илов шельфового моря и представлена породами, которые состоят глав

ным образом из мергеля и мела в разных соотношениях. Скважинами был вскрыт сложно построенный, меняющийся от скважины к скважине разрез со значительными фациальными изменениями (см. рис. 9б), главным из которых является резкая латеральная текстурно-структурная из

менчивость. Как показало СЭЗ, эти изменения сосредоточены в узких субвертикальных зонах, имеющих не более 8 м в поперечном горизонтальном измерении. В нейтральном контексте эти зоны можно было бы считать локальными фациальными барьерами. Но, принимая во внимание то, что они корреспондируют с отрица

тельными формами рельефа дневной поверхности (см. рис. 9а), нельзя исключить, что это конседиментационные тектонические дислокации. Как бы то ни было, наши исследования должны были фокусироваться на объектах, геометрия которых подобна геометрии этих зон независимо от их генетической интерпретации.

Вариации соотношения терригенной (мергель) и карбонатной (мел) фаз в составе пород обусловливают в значительной мере вариации физико-механических свойств пород и соответственно корреляцию этих свойств. Последнее положение иллюстрируется на рис. lOa, где трехмерная и двумерные диаграммы рассеяния трех геотехниче

ских свойств отчетливо демонстрируют корреляционную вытянутость. Электрическое сопротивление пород также является функцией положения породы на шкале "мел-мергель": сопротивл~ние тем выше, чем выше карбонатность породы. Поскольку в данном случае, как и в предыдущем при

мере, грунтовые воды расположены ниже глубины зондирования СЭЗ, литология является главным фактором вариаций сопротивлений в 2ММС, которые в итоге оказываются коррелированными

с искомыми физико-механическими свойствами. Соответствующий пример показан на рис. 10б.

На этих предпосылках было построено решение вышеназванной задачи. Структура решения аналогична той, которая описана в предыдущем примере, с двумя отличиями: во-первых, в данном

случае моделировались поля не геохимических, а

физико-механических свойств (плотность пород, прочность на одноосное сжатие, показатели пла

стичности, влажность); во-вторых - полученные таким образом трехмерные модели были интегрированы в карты различных параметров, требуемых задачей.



Рис. 9. Участок инженерно-геологической оценки (г. Бэер-Шева): а- система наблюдений: 1 - буровые скважины, 2 -пункты динамического зондирования, 3 - шурфы полевых геотехнических испытаний, 4 - профили СЭЗ; б - разрезы по линии F-G: 2ММС и схематический литологический разрез, построенный по скважинам. Горизонтальная ось - расстояния вдоль профиля в метрах, вертикальная ось - высота над уровнем моря. Оцифрованные изолинии - сопротивления, Омм. Зигзагообразные кривые - предполагаемые зоны фациальных переходов. Литологические разновидности: 1 - насыпной грунт, 2 - лессовые суглинки, 3 - мел с линзами гипса, 4 - плотный меловатый мергель, 5 - переслаивание массивного и мергелистого мела, 6 - интенсивно слоистый мергелистый мел, 7 - массивный мергель, 8 - слабо слоистый массивный мергелистый мел.

На рис. 1 Ов показана одна из таких карт, характеризующая суммарную несущую способность по основанию и боковой поверхности буронабивных свай диаметром 90 см и длиной 10 м. В основе карты трехмерная модель предела прочности пород

при одноосном сжатии (S); разрешение модели 8 х х 8 х _2 м. Расчеты выполнены согласно рекомендации (11) СНиП [7], модифицированной следующим образом: вместо табличных сопротивлений грунта под основанием сваи и на боковой поверхности ствола сваи взяты значения, полученные пу-

тем преобразования значений S согласно Израильскому стандарту [29].

Отметим две особенности структуры поля S (рис. 10в), важные для целей исследования. Вопервых, оно состоит из волнообразно чередующихся, широтно вытянутых областей относительно высоких и относительно низких значений S, во-вторых, оно осложнено зонами повышенной "шероховатости", которые маркируются высокими значениями производной и корреспондируют с вышеупомянутыми зонами фациальных барье-

5 ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ No 3 2003


бо~-г-т--т--ГТ-Т-ГJ---,--,__

58

(а)

90

44 42 о

12

! .... -

N

А

(в)

о 1880

1860 1840

1820 50м 1800 р

1780 (б) s 12

Рис. 10. Корреляционные предпосылки и результат инженерно-геологической оценки участка: а, б - трехмерные диаграммы рассеяния и их двумерные проекции для ранга сопротивлений и трех геотехнических параметров (по данным лабораторных испытаний образцов керна): S - прочность на одноосное сжатие (МПа), р - плотность грунтов (кг/м3), WL - предел текучести(%), R* - ранг сопротивлений; в - карта оценок несущей способности сваи длиной 10 ми диаметром 90 см. Черные изолинии - оценки несущей способности, МПа, белые изолинии - средние производные в узлах поля несущей способности.

ров. Поперечные размеры первых (50--60 м) и тем более вторых (менее 10 м) оказались сопоставимы с параметрами ячейки проектируемого свайного поля. В связи с этим приведенная оценка площадного распределения несущей способности свай повлекла за собой коррекцию итогового проекта строительства в разделе планирования

статических и динамических испытаний свай.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выше показано, что комплекс ENGIS способен решать широкий круг геоэкологических и инже-

нерно-геологическтх задач - от картирования ин

женерно-геологических параметров до обнаружения подземных пожаров. Общая особенность всех приведенных выше примеров - геологическая

и/или техногенная сложность строения объекта исследования по отношению к конвенциональной системе исследований. В каждом случае объект исследования характеризовался чрезвычайно высокой латеральной изменчивостью и малыми размерами элементов неоднородности, на которых

фокусировалось исследование. Для того, чтобы получить результаты, аналогичные вышеприве

денным, безальтернативное "прямое" разбурива-



ние (опробование) должно было быть нерационально плотным. В противном случае оно могло привести лишь к пропуску большинства элементов неоднородности и, следовательно, к недопус

тимому упрощению реальной картины. В заключение следует подчеркнуть, что в статье рассмот

рены типичные примеры применения комплекса

ENGIS; авторы ежегодно выполняют на территории Израиля и за его пределами до 11 работ каждого из вышеописанных типов.

***

Авторы считают своим приятным долгом отметить ключевые роли коллег Д. Канторовича, Н. Коростышевского, В. Титова и Е. Шафрана в проведении геофизических, геотехнических и геохимических исследований, составляющих основу рассмотренного комплекса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Давид М. Геостатистические методы при оценке запасов руд. М.: Мир, 1982.

2. Kapzep М Д. Исследования мелкого тектонического нарушения // Геоэкология. 1994. No 4. С. 132-140.

3. Kapzep МД. Картирование геолоmческих различий// Докл. РАН. 1994. Т. 337. No 3. С. 363-367.

4. Кужварт М. Неметаллические полезные ископаемые. М.: Мир, 1986.

5. Марченко М.Н. ТRF-2D - программа автоматической 2D-инверсии для профильных данных ВЭЗ. http://www.gol.ru/-geoscanm/ТRF _2D.htm

6. Себер Дж. Линейный регрессионный анализ. М.: Мир, 1980.

7. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты/ Госстрой России. М.: Изд. ГУП ЦПП, 2000.

8. Advanced Geophysical Instrumeпts, USA (AGIUSA). htth://www .agiusa.com/

9. Bacharach Europe: Geotechnical Instrumeпts. http://www.geoctech.co.uk/

10. Burton J.C. Prioritizatioп to limit sampliпg and drilliпg in site iпvestigatioпs// Iп: Proceediпgs of Federal Eпvironmeпtal Сопfеrепсе and ExhiЬitioп. Greeпbelt, МD, Hazardous Materials Research and Coпtrol Institute, 1992. Р. 242-251.

11. Burton J.C. et al. Expedited site characterizatioп: А rapid cost-effective process for premedial site characterizatioп // Superfound XIV. V. 11. GreeпЬelt, МD, Hazardous Materials Research and Coпtrol Institute, 1993. Р. 809-826.

12. D 420--93. Standard guide to site characterizatioп for eпgineering, desigп, and coпstructioп purposes. ASTM Standard (American Society for Testiпg and Materials).

13. D 5730--96. Standard guide for site characteristics for eпvironmeпtal purposes with emphasis оп soil, rock, the vadose zопе and grouпd water. ASTM Standard (American Society for Testiпg and Materials).

14. D 5745-95. Standard guide for developing and implemeпting short-term measures or early actioпs for site re-

mediatioп. АSТМ Standard (American Society for Testing and Materials).

15. Dahlin Т. 2D resistivity surveying for eпvironmeпtal and eпgineering applicatioпs. First Break, 1996. V. 14. Р. 275-284.

f

16. Е 1739-95. Standard guide for risk-based coпective actioп applied at petroleum release sites. ASTM Standard (American Society for Testiпg and Materials).

17. Griffiths D .Н., Barker R .D. Two-dimeпsioпal resistivity imaging and modeling iп areas of complex geology // J. of Applied Geophysics. 1993. V. 29. Р. 211-226.

18. Karger М. Iпtegratioп of 2-D resistivity survey data into digital 3-D models for eпvironmeпtal and eпgiпeering studies // Geophysical Research Abstracts. 2001. V. 3. Р. 1462.

19. Кетпа А. et al. Analysis of solute transport using electrical resistivity tomography: а field-scale tracer experimeпt // Geophysical Research Abstracts. 2001. V. 3. Р. 569.

20. Lebart L., Morineau, А., Warwick КМ. Multivariate descriptive statistical analysis. New York, John Wiley & Soпs, 1984.

21. Loke М.Н. Electrical imagiпg surveys for eпvironmeпtal and eпgiпeeriпg studies. www .agiusa.com/docs/ lokeпotesonresistivity.pdf, 2000.

22. Loke М.Н., Barker R.D. Rapid least-squares inversioп of appareпt resistivity pseudosectioпs Ьу а quasy-Newtoп method // Geophysical prospecting. 1996. V. 44. Р. 499-523.

23. Lunne Т., Robertson Р.К., Powell JJ.M. Сопе peпetratioп testing in geotechnical practice. Loпdoп-New York, Е & FN Sроп, 1997.

24. Morgenstern N.R. Observatioпal methods in eпviroпmeпtal geotechniques // Proceeding of the First Intem. Coпgress оп Eпvironmeпtal Geotechniques, Edmoпtoп, Canada, 1994. Р. 128-156.

25. Oldenburg D., McGillevry P.R., Ellis R.G. Geпeralized subspace methods for large-scale iпverse proЫems. // Geophysical Joumal Intematioпal. 1993. V. 114. Р. 12.

26. Pagani Geotechnical Equipmeпt. http://pagani-geotechnical.com/

27. Parker R. L. Geophysical inverse theory. Priпcetoп: Priпcetoп University Press, 1994.

28. Pelsner А. (Ed.) Manual оп subsurface investigatioп. Washiпgtoп, DC, American Associatioп оп State Highway and Transportatioп Officials, 1996.

29. Pile fouпdatioпs in rock Ьу percussioп drilling, Israel Standard 1378. The standards Institutioп oflsrael, 1994.

30. PS 85-96. Standard provisioпal guide for expedited site characterizatioп of hazardous waste coпtaminated sites. ASTM Standard (American Society for Testing and Ma-terials ). ·

31. RAE Systems lnc. http: //www.raesystems.com/ 32. Seber GA.F., Wild CJ. Nonlinear Regressioп. New

York: John Willey & Soпs, 1989. 33. Show А. Time in Stratigraphy. New York: McGrow-Hill

Book Со., 1964. 34. Тиkеу J.W. The collected works of John W. Tukey:

Wadsworth, 1984. 35. Тиkеу J.W. Graphical Analysis of Multirespoпce Data.

CRC Press, 1998.

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ No 3 2003 5*

The state-of-the-art technique for environmental and geotechnical studies

Documents

Transcript of The state-of-the-art technique for environmental and geotechnical studies