Модели карстовых полостей

При растворении и выщелачивании поверхностными и подземными водами известняков, доломитов, мергелей, гипсов, ангидритов, каменной и калийной солей на поверхности земли образуются воронки, провалы, а в толще горных пород – разнообразные пустоты, каналы, пещеры. Все образовавшиеся таким путем поверхностные и подземные формы называются карстом.

Для возникновения карста необходимо:

· Наличие растворимых пород;

· Их проницаемость, являющаяся следствием тектонической трещиноватости;

· Активное движение подземных вод, растворяющие горные породы и выносящих продукты растворения.

Поверхностные карстовые полости заполняются обычно различными генетическими типами континентальных образований. За счет выветривания, смыва они аккумулируют материал, литология и гранулометрический состав которого, а следовательно, и физические свойства меняются в очень широких пределах. Границы между заполнителем и коренными породами носят часто градиентный характер. За счет увлажнения удельные сопротивления заполнителя низкие, а скорости продольных сейсмических волн в случае песчанистого и гравийного заполнителя, наоборот, повышенные.

Заполнителям подземных полостей могут быть: воздух, вода, лед, материал коры выветривания стенок полостей и различного рода переотложенные отложения. В зависимости от заполнителя удельные сопротивления изменяются в широких пределах – от низких до высоких. Скорости продольных волн в заполнители обычно пониженные, но исключение составляет пещерный лед. Величины плотности заполнителя также низкие по отношению к окружающим породам.

Реакция физических полей на карстовые объекты определяются в основном тремя факторами: размерами и глубиной залегания, формой и ориентацией пустот и различием физических свойств заполнителя и вмещающими породами. Особенности физических свойств рассмотрены выше, а с учетом геометрических параметров можно составить ряд моделей приближенно имитирующих карстовые полости.

При создании подобных моделей они аппроксимируются набором простых геометрических тел, так как аномалияобразующий эффект от тел сложной формы рассчитать практически невозможно. Тогда карстовые полости изометричной формы обычно аппроксимируются шаром, для которого имеются решения прямой задачи.

В природных условиях широко распространены протяженные карстовые полости типа каналов и галерей. Все эти формы аппроксимируются бесконечно протяженными круговыми цилиндрами. Сложные структуры карста можно представлять сеточными моделями, которые активно развиваются в различных геофизических методах. Во многих случаях известны места заведомо точного расположения пустот, которые могут быть использованы в качестве эталонов.

Помимо крупных пустот на трассе нефтепровода встречаются зоны нарушений и трещиноватости, мелкие карстовые объекты. Сам растворимый массив резко неоднороден по физическим свойствам и часто имеет блочно – слоистую структуру. Полости и зоны, как правило, окружены областями выветривания и разуплотнения. Все эти факторы следует учитывать в процессе проведения геофизических исследований.