И гидрогеологической обстановки

Структура, интенсивность и распределение геофизических полей тесно связаны с определенными физическими свойствами горных пород. Конкретными задачами геофизических исследований обычно являются определение пространственных параметров оползня, установление структурно-тектонического строения массива, выявление зон трещиноватости пород и напряженного состояния массива, определение уровня грунтовых вод, направления и скорости фильтрационного потока.

В первую очередь обращают внимание на выделение в пределах откоса геологических слоев, представляющих по своим геотехническим показателям наибольшую оползневую опасность. Это главным образом глинистые породы с высокими коэффициентами пластичности, которые характеризуются удельным сопротивлениями, не превышающими первых десятков омметров.

Детальное картирование таких пород ведут методами электроразведки. Линии наблюдений прокладывают вдоль хребтов и межовражных водоразделов, т.е по направлениям, где мощность покровных отложений минимальна и сравнительна мало меняется на различных гипсометрических уровнях.

Электрические зондирования позволяют определять положение кровли и подошвы выделяемых пластичных пород, что дает возможность оценить вероятность возникновения оползней выдавливания. Чем больше мощность раздавливания глинистого горизонта Һ по отношению к высоте склона Н, тем благоприятнее условия для их возникновения. Чаще всего оползни образуются при условии Һ/Н > 0.15 – 0.20. При таких соотношениях мощностей можно ожидать заметных минимумов сопротивлений на кривых зондирований.

Благоприятными условиями для применения электрических зондирований являются оползневые массивы, когда смещения происходят по границе между глинистыми слоями и слабо выветренными высокоомными породами, в том числе скальными. Тогда геоэлектрический разрез в этой части представлен типом Н и кривые кажущего сопротивления имеют тот же тип. В этом случае уверенно определяется пространственное положение проводящего горизонта, мощность его, поверхность скольжения и физические свойства пород.

В настоящее время, вместо электрических профилирования и зондирования эффективнее использовать электрическую томографию. Из других модификаций для изучения оползневых массивов можно применять зондирования методом вызванной поляризации, съемку методом естественного поля и метод заряда. Комплекс этих методов позволяет:

- картировать массив оползня, имеющих литологические особенности.

- определять мощности и электрические свойства отдельных слоев либо комплексов.

- определять глубины подстилающих слоев.

- картировать элементы тектоники, оценивать степени трещиноватости и выветренности пород.

- изучать участки разреза ослабленных пород и определять поверхности скольжения.

- определять поверхности древних оползней

- определять направление и скорости движения оползня в целом и отдельных его участков:

1. устанавливать направления и скорости движения подземных вод;

2. оценка водно-физических свойств грунтов, степени обводненности пород в естественном залегании.

Сложное структурно-тектоническое строение оползневых массивов, резкая геоэлектрическая неоднородность разреза по площади и глубине, неровности рельефа требуют густой сети наблюдений проведений полевых работ. Есть множество примеров применения комплекса в долине р.Волги, на Кавказе, в Крыму, на карьерах рудных месторождений и угольных разрезах. Особо надо отметить большой объем работ и результаты их при оценке структурного строения оползневых откосов на Лучегорском буроугольном разрезе в Приморье.

Для изучения оползневых массивов и пространственного изменения физико-механических свойств грунтов, наряду с электроразведкой, успешно используются методы сейсморазведки. С помощью этих методов решаются следующие инженерно-геологические задачи:

- определение границ между литологическими комплексами, установление состава и свойств пород;

- обнаружение и прослеживание зон тектонических нарушений, трещиноватости, выветривания и установление типа заполнителей пор и трещин;

- обнаружение и прослеживание зон ослабленных пород, установление поверхности скольжения;

- прослеживание уровня грунтовых вод и верховодки;

- оценка напряженного состояния пород оползневого массива;

- характеристика упругих свойств, определение прочностных и деформационных свойств пород;

- контроль изменений инженерно-геологических и гидрогеологических условий во времени.

Методы и методика проведения полевых работ весьма разнообразны – это методы преломленных и отраженных волн (МПВ и МОВ), различные виды вертикального сейсмического профилирования (ВСП), акустический каротаж и ультразвуковые измерения на образцах, изучение естественных сейсмических и акустических полей (акустическая эмиссия) и собственных колебаний грунтов (виброметрия).

Сложный характер движения оползня создает разнообразное сочетание зон сжатия и растяжения, которые находят свое отражение в упругих параметрах. Показано, что в оползневых накоплениях породы от легчайших суглинков до глин включительно характеризуются меньшим диапазоном изменения сейсмических параметров, чем в коренном залегании. Уменьшается скорость продольных и поперечных волн, а поскольку породы разрушены, то коэффициенты поглощения значительно выше.

Для получения достоверных результатов сейсмические методы часто применяются в комплексе с электроразведочными. Примеры комплексирования работ и совместные результаты получены на Кавказе, в Крыму и в Сибири.

На одном из оползней-потоков Черноморского побережья Кавказа, были проведены комплексные исследования и в результате построены геолого-геофизические разрезы. На основании интерпретации данных электрических зондирований выделены три слоя. Верхний слой рыхлых суглинков имеет удельные сопротивления ρ₁ от 13 до 29 Омм, средний отвечает зоне ослабленных пород в наиболее выветренной и водонасыщенной части аргиллитов (ρ₂ = 4-6 Омм), нижний соответствует ненарушенным аргиллитам (ρ₃ = 8-12 Омм) и слагает ложе оползня.

В результате интерпретации сейсмических материалов выделена одна четкая граница, которая удовлетворительно совпадает со второй электрической в верхней части склона. В нижней части массива она располагается несколько (1- 1.5 м) выше электрической границы. Верхний горизонт (V_р =340–360 м/с) объединяет зону ослабленных пород, а нижний соответствует отложениям невыветренных аргиллитов. Расхождение границ в нижней части оползня объясняется значительной трещиноватостью аргиллитов.

Для изучения динамики оползневого массива применяются режимные наблюдения. Законы изменения удельных сопротивлений, потенциала и градиента потенциала, сейсмических скоростей и коэффициента поглощения характеризуют зависимость во времени таких важных параметров, как влажность и водонасыщенность массива, особенности движения подземных вод, ориентировку зон трещиноватости, мощности ослабленных пород, минерализации подземных вод. Слежение за изменением этих параметров позволяет прогнозировать перемещение тела оползня.

На современном этапе для оценки оползневых процессов начали использоваться высокоточные гравиразведка и магниторазведка, ядерно-физические методы и георадиолокация. Эти методы предназначены для изучения локальных геологических неоднородностей в теле оползня и съемки выполняются с высокой точностью и большой густотой сети точек наблюдений.

Поведение аномального поля силы тяжести объясняется двумя основными причинами, включающими меняющимися во времени дефицитом плотности пород в оползневом массиве и ускорениями, возникающими при вертикальных микроподвижках. В результате интерпретации полевых данных выделяют комплексы пород, имеющих различную эффективную плотность, определяют природу комплексов и, таким образом, устанавливают контакты, крутопадающие объекты, зоны трещиноватости и разуплотнения грунтов. Для изучения зон трещиноватости с успехом применяется и магнитная съемка в комплексе.

Оценку напряженного состояния пород и трещиноватости оползневого массива можно получить на основе применения ядерно-физических методов, включая радиоэманационную съемку по сгущенной сети наблюдений, а в скважинах гамма-гамму и нейтронный каротаж.

Применение метода георадиолокации позволяет идентифицировать залегающие слои песка, глины, водонасыщенные слои, определять уровень залегания грунтовых вод, условия их залегания и границы между слоями, выделять участки разреза с нарушенным естественным залеганием грунта. Есть примеры использования георадиолокации в различных инженерно-геологических условиях, в том числе на участках оползневой опасности.

На развитие оползней большое влияние оказывают особенности залегания и движения подземных вод. Поэтому применение метода георадиолокации в комплексе с электроразведкой и сейсморазведкой позволяет решать многие задачи для изучения гидрогеологической обстановки на участках оползневой опасности.