НА ТЕМУ:
В связи с постоянным расширением города, широким внедрением человека в окружающую среду и все более обостряемой экологической обстановкой растет необходимость в более детальном изучении тектоники г.Донецка, с целью прогноза и предотвращения опасных природных явлений и последствий вмешательства человека в окружающую среду.
Участок наших исследований находится на территории Донецко-Макеевского угленосного промышленного района и расположен на левом берегу р.Кальмиус в пределах г.Донецка.
Благоприятные условия для исследований, четкая привязка, легкая восстанавливаемость пикетов, и, наконец, выход под наносы в этом районе Мушкетовского надвига и оперяющих его нарушений повлияли на выбор именно этого участка для исследований.
Цель данных исследований - выделение зон разрывных нарушений по участку, выявление закономерностей связи между аномалиями газового поля и анизотропии электропроводности, и их обоснования. Для достижения этой цели ДонГТУ были использованы методы газовой съемки по диоксиду углерода и СГДК-А.
Изучение подобных тектонических структур в пределах населенных пунктов позволяет решать массу геологических и геоэкологических задач, в частности, выделение геопотагенных зон, влияющих на здоровье населения и сохранность зданий; подсечение зоны сместителя позволяет прогнозировать и прослеживать сток грунтовых, в том числе и загрязненных, вод.
СодержаниеУчасток исследований расположен в пределах Донецко-Макеевского угленосного района, в геологическом плане представлен породами свиты среднего карбона, перекрытыми четвертичными отложениями небольшой мощности (первые метры). Каменноугольные отложения представлены свитами K и L. По данным геологоразведочных работ, на площади исследований под четвертичные отложения выходят угольные пласты k2, l1, l2, l3, пласт известняка K2, а также вмещающие их песчано-глинистые отложения, представленные аргиллитами, алевролитами, песчаниками, гравелитами. Простирание пород изменяется от 70-80 градусов на юге до 90-100 градусов на севере. Падение пород в северном направлении под углом 10 градусов.
В тектоническом строении участка принимает участие Мушкетовский надвиг, один из крупнейших тектонических нарушений региона. По простиранию он прослеживается на десятки километров. Часто происходит изменение амплитуды нарушения по простиранию - в южной части Донецко-Макеевского района на расстоянии 35 км изменяется от 300 до 5 м; на центральном отрезке надвига преобладает крутое падение сместителя - 50-60 градусов на северо-северо-восток, амплитуда здесь изменяется в пределах от 72 до 150 м. Зона смятия пород в пределах надвига иногда достигает 100 м в горизонтальном сечении.
СодержаниеЗадача газовой съемки и метода СГДК-А заключалась в выявлении основного тектонического элемента участка работ (Мушкетовский надвиг).
С помощью газовой съемки опробовался подпочвенный воздух с глубины 0.5 м. В полевых условиях в подпочвенном воздухе определялась концентрация двуокиси углерода по одному профилю.
Проведение газовой съемки осуществлялось за счет применения газового анализатора. Отбор проб подпочвенного воздуха осуществлялся с помощью вакуумного насоса и конусного пробоотборника, соединенных вакуумными резиновыми шлангами с измерительным прибором. Число качков насоса было принято 10. Шпуры бурились вручную на глубину 0.5 м. Расстояние между точками отбора подпочвенного воздуха по профилю составляло 5 - 10 м. Определение концентрации углекислого газа в подпочвенном воздухе выполнялось на серийно выпускаемом интерферометре ШИ-11. Прибор предназначен для измерения в шахтном воздухе содержаний двуокиси углерода и метана. Он также широко используется в газовой съемке. Пределы измерений от 0 до 6 в объемных процентах. Цена деления 0.25 объемных процентов. Концентрация газа определяется по смещению интерференционной картины, наблюдаемой через оптическую систему прибора.
В основе азимутального способа СГДК-А лежат изобретения Ю.С.Рябоштана и Е.П.Тахтомирова "Способ геоструктурного картирования", Ю.С.Рябоштана и Е.П.Тахтамирова "Способ выявления современных геодинамических движений в горном массиве", Е.П.Тахтомирова, Б.С.Панова, Ю.С.Рябоштана "Способ структурного геодинамического картирования".
Важной особенностью метода СГДК-А, как и других методов СГДК, является использование покровных отложений в качестве источника информации о геодинамической и тектонической структуре массива коренных пород. Экспериментально установлено наличие в поверхностном слое покровных отложений микродеформационных структур, генетически связанных с современными геодинамическими процессами в массивах коренных пород. Интенсивность микродеформаций и их ориентировки проявляются в анизотропии электропроводности грунтов. Способ СГДК-А позволяет фиксировать такую анизотропию и выявлять геодинамические зоны, связанные с разрывными нарушениями массива коренных пород.
Для проведения полевых работ СГДК-А использовалась установка "ЭФА" - электронный фиксатор анизотропии, созданная на кафедре разведки месторождений полезных ископаемых Донецкого государственного технического университета. Установка относится к классу приборов индикаторного типа. Состоит из генератора и приемника, укрепленных на концах жесткого диэлектрического бруса. В районе генератора конец бруса шарнирно соединяется с опорной платформой. Опорная платформа обеспечивает жесткую стабилизацию установки на полевом пикете и возможность вращения бруса в горизонтальной плоскости.
При проведении съемки СГДК-А в точке наблюдения установка ЭФА вначале ориентируется с помощью компаса на север. Затем брус перемещается в горизонтальной плоскости для снятия замеров. Измерения проводят с угловым шагом в 30 градусов. Каждому фиксированному положению приемника присваевается порядковый номер от 0 до 12. Исходная позиция имеет номер 0. Последний замер берется в позиции 12. Последний замер дублирует измерения в исходной позиции и является контрольным.
Снятые замеры отражают электропроводность грунтов в различных направлениях. Их анализ позволяет установить направление с максимальной электропроводностью в пределах каждого из 4 квадрантов круга на каждом полевом пикете съемки. Азимутальная съемка СГДК-А проводилась по одному профилю, шаг по профилю составил 10 м.
При проведении съемки большое внимание уделялось качеству замеров. Перед началом работы, а также периодически в течение рабочего дня вся система ШИ-11 проверялась на герметичность. На пикете пробоотборник тщательно утрамбовывался в грунт для исключения подсоса атмосферного воздуха. В случае, когда показания прибора были явно ураганными, замеры повторялись.
В период съемки по отдельным пикетам проводились контрольные измерения. В конце рабочего дня на пикетах с явно аномальными значениями измерения также повторились.
СодержаниеДля выделения аномалий на фоне регионального поля и различного рода помех необходимо знать форму, интенсивность аномалий, интервал корреляции аномалий и помех.
Установлено, что зоны влияния крупных тектонических нарушений, которые являются объектом поиска и изучения, при газовой съемке отмечаются положительными аномалиями относительно фонового содержания СО2 в почвенном слое. Форма аномалий зачастую осложнена высокочастотными составляющими. Отношение аномалия/помеха на участках выходов тектонических нарушений достигает 1.5-2 и более.
Достоверность поисковых аномалий содержания СО2 должна подтверждаться сравнительно высокой оценкой отношения аномалия/помеха и шириной аномалии, охватывающей не менее чем 3-5 точек наблюдений, что доказывается предыдущими работами по выявлению аномалий над тектоническими нарушениями газовой съемкой.
Для выделения такого рода аномалий на профиле участка были использованы следующие способы:
Обработка результатов по методу СГДК-А осуществлялась в два этапа. На первом этапе рассчитывались дисперсия распределения значений анизотропии электропроводности грунтов по профилю и дестабилизация их фона. Для выделения аномалий электромагнитного поля по профилю на втором этапе обработки применялся довольно распространенный метод мультипликации - произведение значений дисперсии и дестабилизации фона по профилю.
СодержаниеРазведочный профиль был задан по левому берегу реки Кальмиус между проспектом Ильича и бульваром Шевченко г.Донецк с целью выявления места выхода Мушкетовского надвига при помощи газовой съем ки и метода СГДК-А.
При проведении газовой съемки за однодневный период было пройдено 57 пикетов в дневное время в условиях средней влажности атмосферного воздуха и почвенного слоя, температура воздуха колебалась от 0 до -5 градусов по Цельсию.
Профиль был разбит вдоль асфальтированной дорожки. Расстояние между пикетами составляло 5 - 10 м; расстояние от асфальтированной дороги до шпуров составляло 3 м. Глубина шпуров - 0.5 м. Грунт - искусственно насыпной (мелкая щебенка) с верхним тонким слоем чернозема и суглинков.
По полученным данным был построен график содержания СО2 в под- почвенном слое. Значения содержания СО2 колеблется в пределах от 0 до 2.75 объемных процентов. Четко выделяются несколько положителных аномалий, которые являются поисковым признаком выхода тектонических нарушений.
Оценка статистических параметров показывает, что в реализации из 57 точек наблюдений минимальное значение содержания СО2 составляет 0, максимальное - 2.75 объемных процентов. Среднеарифметическое значение и мода имеют 0.5 и 0.39 соответственно. Среднеквадратическое отклонение значений СО2 составляет 0.6. Коэффициент вариации достигает 0.123, чем подтверждается относительно высокая вариабельность значений содержания СО2 на профиле.
Полигон распределения можно оценить как двумодальный, что говорит о высокой степени информативности выборки. На графике полигона различимы два максимума - глобальный с модой около 0.4 и локальный с модой более 2.5. Можно сказать, что фоновое значение распределения содержания СО2 близко к 0.4, а аномальное - более 2.5. Вытянутость правой ветви графика говорит о том, что аномальные значения в выборке не являются случайными (ураганными).
Анализ статистических параметров позволяет сделать вывод, что наблюденное поле достаточно дифференцировано и представляет сумму региональной составляющей (более 70% всех вариаций поля) и положительных аномалий.
Аномалии с поисковыми признаками, описанными выше, выделяются между пикетами 42-52 и 9-20. В первом случае это участок протяженностью более 100 м с довольно выдержанными аномальными значениями около 0.8.
Во втором случае это участок с повышенным содержанием СО2 в центре аномалии до 2.75 объемных % с плавными спадами значений поля слева и справа от пикетов 15 и 16. Ширина аномалии составляет около 100 м, ее границы четко прослеживаются на графиках коэффициента вариации и остаточных аномалий от линейного фона. Этот высокоаномальный участок отвечает за ослабленную зону между надвигом и поверхностью. По этой зоне углекислый газ быстрее разгружается в атмосферу, чем по основной плоскости сместителя надвига.
По-видимому, это связано с геодинамическими условиями функционирования разрывных нарушений - по плоскости сместителя надвига больше развиты сжимающие усилия (о чем говорят значения содержания СО2), а по ослабленной зоне развиваются растягивающие усилия, которые и обусловливают более интенсивный режим разгрузки СО2 под наносы.
Результаты математической обработки результатов азимутальной съемки представляют следующую картину. По графику мультипликации ясно отбиваются две положительные аномалии - между пикетами 19-31 и между пикетами 67-74. Эти аномалии говорят о степени анизотропии электропроводности покровных отложений.
Для точного выявления места выхода под наносы основных тектонических нарушений на участке работ и определения их режима результаты газовой съемки сопоставлены с результатами обработки данных СГДК-А.
При сопоставлении этих данных установлено, что тектонические нарушения с равным успехом четко отбиваются как газовой, так и азимутальной съемками. Аномалии газового поля шире электромагнитных аномалий вследствие свободного проникновения углекислого газа по площади первых почвенных горизонтов.
При анализе сопоставления данных двух методов следует обратить внимание на следующий момент. Как по газовому, так и по электромагнитному полям выделяются две положительные аномалии. Участки этих аномалий по данным двух методов исследований пространственно почти совпадают. Если анализировать каждый график в отдельности, то видно, что аномалии различны по значениям в 1.5 -2 раза ("большая" и "малая" аномалии). Причем "большой" по значениям газовой аномалии соответствует "малая" аномалия элетромагнитного поля и наоборот. Говорить о закономерности такого поведения газовых и электромагнитных аномалий пока еще рано вследствие малого объема исследуемой информации.
СодержаниеРезультаты исследований методами газовой съемки и СГДК-А показали их высокую эффективность при поисках тектонических нарушений, выходящих под наносы.
Наибольшей информативностью при математической обработке данных газовой съемки обладают показатели аномалий от линейного фона и высокочастотных аномалий, которые позволяют четко выделить аномальные участки на общем фоне помех. При этом показатели аномалий от линейного фона дают возможность локализовать поиски в пределах небольших участков, а высокочастотные аномалии четко отбивают место пересечения разведочного профиля линии выхода плоскости сместителя тектонического нарушения.
В качестве рабочей гипотезы принималось, что анизотропия электропроводности имеет малые значения на участке, подвергающемся сжимающим усилиям (общее направление микродеформаций имеет строгую ориентировку), и большие значения при растягивающих усилиях (микродеформации ориентированны менее строго). Следовательно, малым значениям аномалии анизотропии электропроводности должны соответствовать малые значения аномалии газового поля. По данным наших исследований это не подтвердилось.
По результатам исследований установлена зона влияния Мушкетовского надвига и других тектонических нарушений на покровные отложения и особенности их проявления в газовом и электромагнитном полях почв.
Метод газовой съемки позволяет не только определять место выхода тектонического нарушения, но и изучать изменение во времени интенсивности выделения вредных газов из этого нарушения.
Проведенные исследования не только расширяют возможность дальнейшего проведения актуальнейших работ по всей территории г.Донецка с целью геоэкологического прогнозирования и мониторинга геологической среды города, но и ставят вопрос о возможности комплексирования методов газовой съемки и СГДК-А, которое позволит охарактеризовать динамику тектонических нарушений, а также ее интенсивность при проведении режимных наблюдений.
Содержание