Геотехнических задач

В последние годы резко возросла актуальность применения геофизических методов при обслуживании нефтепроводного транспорта и для экологического обследования территорий, примыкающих к объектам нефтяной промышленности /6/. Современная цивилизация характеризуется развитой системой подземных коммуникаций. Существующая система трубопроводов в настоящее время требует профилактической переоценки состояния, необходимо повторное обследование и профилактический ремонт. При решении этой проблемы возникает множество вопросов. Во-первых, следует точно определить трехмерное положение трубы. При наличии одной трубы эта задача с помощью магниторазведки решается просто, а при наличии нескольких труб, лежащих в узком коридоре, возникает сложная ситуация: аномальные эффекты от этих труб накладываются друг на друга. Во-вторых, точность определения глубины залегания трубы зависит от наличия мешающих факторов, осложняющих аномальный эффект от трубы.

Трубы, как правило, сделаны из стали различных марок, являющейся сильномагнитным материалом, который не встречается в геологических объектах. Большинство трубопроводов имеют очень высокую постоянную намагниченность, особенно в местах их соединения (узлах), подвергающихся термической и механической обработке. Обычно таким узлам соответствует поле, несколько отличное от того поля, которое существует над средним участком трубы. Аномалия горизонтального трубопровода, будь он в косонамагниченном поле или в поле на широте экватора, меняется обратно пропорционально квадрату расстояния между центром трубы и магнитометром. Модель трубопровода можно сравнить с линией диполей.

Тогда максимальную амплитуду магнитного поля от трубопровода можем оценить так:

,

где S – приблизительная площадь сечения железной трубы, D – диаметр трубы, t – толщина стен трубы. Эти показатели следует брать в одних единицах измерения, как и расстояние r и другие используемые величины. Большинство труб изготовлено из твердой стали с высокой магнитной восприимчивостью, возможно, порядка 10 – 50 ед.СИ и более. Например, горизонтальный трубопровод диаметром 15 см, толщиной стенок 0,6 см в поле с индукцией 50 000 нТл при погружении на глубину 6 м дает амплитуду магнитной аномалии, равную39нТл.

J

Рис. 12.18. Типичные профильные магнитные аномалии

над трубопроводом

Для сплошных труб, прутьев или стальных проводов амплитуду аномалий можно вычислить по формуле

,

где R – радиус тела.

Вид аномалий над трубопроводом, ориентированным в различных направлениях и при разных наклонениях поля, приведен на рис. 12.18.

а

в

Рис. 12.19. Методика магнитной съемки при поисках

трубопровода

Первичный магнитный момент труб, приобретенный при их изготовлении, преобладает и оказывает влияние на образование своих особых видов аномалий с смещенными минимумами и максимумами и очень большой амплитудой. Трубопровод имеет большую длину, потому его легко можно обнаружить. Профиль исследования должен располагаться перпендикулярно ожидаемому простиранию объекта (рис. 12.19,а).

После определения положения трубы переходят к детальному исследованию объекта. Проводят площадную съемку (рис. 12.19,в). В результате профильных измерений получают карту магнитного поля по профилям. На графиках наблюденного магнитного поля отчетливо прослеживается ось трубы по максимальным значениям Т (рис. 12.20) /7/.

Рис. 12.20. Графики наблюденного магнитного поля

над трубопроводом

Чтобы найти один трубопровод из многих, находящихся вместе с ним, можно пропустить через него ток сначала в одном направлении для снятия одного отсчета, а затем сменить направление тока для снятия второго отсчета, т.е. снимается по два отсчета в каждой точке. Полученная таким образом аномалия может быть легко откартирована.

Контроль за состоянием трубопровода, а именно, определение трехмерного его положения и оценка глубины залегания могут осуществляться с помощью магнитометрии, для чего используется высокоточная аппаратура. Однако возникают и проблемы, когда аномальные эффекты от этих труб накладываются друг на друга и возникает так называемая эквивалентность определяемых параметров.

Можно считать неразрешимой задачу для магниторазведки, если расстояние между двумя трубами будет коррелировать с глубиной этих труб. Выбор методики магнитной съемки определяется характеристиками целевого объекта и поставленной геологической задачей. Сеть наблюдений зависит от ожидаемых размеров аномалий, которые предварительно выбираются исследователем исходя из предварительной информации об объекте: размеры источника, глубина залегания и его магнитные свойства. При установлении местоположения трубопровода профиль наблюдения должен располагаться перпендикулярно ожидаемому простиранию объекта.

Положим, теоретические расчеты показывают, что ширина ожидаемой аномалии от трубопровода – 6 м. При этих условиях максимально допустимое расстояние между точками наблюдений на профиле – 2 м, а минимальное расстояние определяется требуемой точностью указания местоположения оси трубопровода.

Как правило, сильномагнитные объекты, к которым относятся трубопроводы, создают интенсивные аномалии – более 1000 нТл, которые хорошо проявляются в магнитных полях. Положение оси трубопровода можно проследить по площадной корреляции максимальных значений выявленных аномалий ΔТ.

Над местами сварки двух частей трубопровода происходит изменение знака в магнитных полях. Известно, что во время производства труб, они приобретают устойчивые магнитные свойства в результате температурного воздействия и воздействия параметров окружающего магнитного поля промышленных установок. Деталь трубы становится магнитом с его двумя полюсами. При соединении частей трубопровода возникает несколько ситуаций наложения полюсов, которые создают локальные положительные, отрицательные и резкоменяющиеся знакопеременные магнитные ситуации.

а

в

Рис. 12.21. Карты магнитного поля над участком железной дороги: а – карта аномального поля; в – карта остаточных аномалий магнитного поля после осреднения с радиусом 2.5 км

Аналогично описанной картине магнитного поля над трубопроводами распределяются локальные магнитные аномалии над железнодорожным полотном. Цепочки чередования локальных положительных и отрицательных магнитных аномалий указывают на места стыков рельсов.

На рис. 12.21 приведены результаты аэромагнитной съемки над железной дорогой в одном из районов Пермской области. На карте аномального магнитного поля (а) четко прослеживается присутствие цепеобразных локальных магнитных аномалий с чередующейся полярностью. Осреднением этого поля радиусом 2.5 км исключить влияние железной дороги не удалось (в). Наличие остаточных аномалии магнитного поля показывает, что процессы фильтрации только ослабляют аномальный эффект, но его не исключают.

Рис.12. 22. Магнитная карта над старой дорогой, покрытой

шлаком (по Т.Смекаловой)

На трансформированных картах магнитного поля влияние действия сильно намагниченных рельсовых отрезков остается в виде четких локальных аномалий. Полученный вывод должен быть учтен при качественном описании магнитных карт, наличие описанного вида локальных магнитных аномалий может дать ложное представление о геологическом разрезе и они могут быть приняты за проявление элементов разломной тектоники.

Интересны исследования Т.Смекаловой / / по изучению магнитного поля над дорогой, покрытой шлаком (рис.12.22). Дорога отображается на карте магнитного поля узкой полосой цепеобразных локальных аномалий разного знака. На качественном этапе интерпретации результатов магнитных съемок выявленный признак должен учитываться в разряде помех.

Искусственными причинами локальных магнитных аномалий могут быть и другие железные предметы. Приведем сведения об аномальных эффектах некоторых железных объектов (табл. 12.1).

Таблица 12.1