Решение геоэкологических проблем с помощью нестандартных геофизических методов (стр. 2 из 2)

На рис. 1 приведен ССП-разрез, полученный при профилировании в условиях малой мощности осадочных пород, под Выборгом (Ленинградская область). Согласно существующей геологической информации, мощность осадочного чехла в этом регионе может составлять от 0 до 100 м. Кристаллические породы фундамента представлены гранитом.

Каждый вертикальный объект на ССП-разрезе представляет собой спектральное изображение сейсмосигнала. Ось частот показана справа от ССП-разреза. Ось глубин находится слева и связана с осью частот соотношением

при Vсдв=2500 м/с. Величины раздувов на каждом вертикальном объекте пропорциональны плотности спектра. Шаг профилирования – 10м.

Рассмотрение ССП-разреза необходимо предварить следующим замечанием. ССП-разрез представляет собой изображение совокупности спектральных изображений сейсмосигналов, получаемых при профилировании. То есть, фактически, является изображением первичной информации, не измененной какой бы то ни было интерпретацией. За счет этого, при построении ССП-разреза полностью отсутствует субъективный фактор. Но, с другой стороны, при прочтении ССП-разреза необходим некоторый навык. В этом смысле ССП-разрез можно сравнить с изображением на экране рентгеновского аппарата. В связи с этим, для упрощения восприятия, на ССП-разрезах, представленных далее, некоторые геологические объекты будут средствами графики помечены либо выделены.

На ССП-разрезе, представленном на рис. 1, прослеживается кровля кристаллического фундамента, сложенного гранитами. Граница между породами кристаллического фундамента и осадочного чехла помечена белой штриховой линией.

На западном краю профиля (0-50м) мощность осадочных пород составляет примерно 40м, а на восточном (110 - 170м) - 70м. На участке профиля 60 - 100 м выявлено разрывное тектоническое нарушение - сброс амплитудой 30м. В зоне тектонического нарушения кровля гранита не прослеживается, так как гранит в этой зоне характеризуется блочной нарушенностью. Область блочной нарушенности выделена черными штриховыми линиями.

Рис. 1

На участке профиля 110 - 170 м в граните на глубине около 130 м видна граница, природа которой нам неизвестна. В принципе, такого же рода границы возникают, когда в кристаллических породах залегают массивные рудные тела.

В данном случае метод ССП использовался для поисков месторождения воды, и скважина, пробуренная на 80-м метре профиля, с глубины 40м дала воду с дебетом около 100м3 в сутки.

Нетрудно заметить, что здесь мы имеем уникальную информацию. В самом деле, для определения мощности осадочного чехла обычно используется разведочное бурение. Однако бурение дорого, и скважины при картировании обычно отстоят друг от друга на расстоянии в несколько километров. Для того же, чтобы выявить тектоническое нарушение и определить его параметры, необходимо было бы применить нереально большой объем буровых и вскрышных работ.

Как показал опыт, к тектоническим нарушениям в кристаллическом фундаменте в Выборгском районе приурочены месторождения воды трещинного типа. На сегодняшний день уже более десяти скважин, пробуренных под Выборгом на основании результатов ССП, дают воду с достаточным дебетом, и пока еще не было ни одного случая, когда бы такая скважина не давала воду.

С увеличением мощности осадочных пород увеличивается сила прижима их к кристаллическим породам, что проявляется ослаблением прорисовки границы между ними на ССП-разрезе. Но при этом над зоной тектонического нарушения на ССП-разрезе возникает воронкообразный объект. Его форма обусловлена процессами, происходящими в осадочных породах в условиях, когда сверху давит увеличивающаяся толща, а опора под ними в виде монолитного кристаллического фундамента отсутствует. Здесь в полной мере проявляется отсутствие у осадочных горных пород упругих свойств. Вместо того, чтобы вести себя наподобие упругой плиты, лишь прогибающейся в зоне тектонического нарушения, осадочные породы, покрывающие собой разрывное тектоническое нарушение, раздавливаются вышележащей толщей, заполняя собой разрыв в кристаллическом фундаменте.

Этот процесс "залечивания" разрывных нарушений представляет собой микроперемещения сверху вниз частиц осадочных пород. В него вовлечен весь столб пород, находящихся непосредственно над нарушением. Однако интенсивность микроперемещений убывает снизу вверх, по мере уменьшения горного давления. По этой причине верхний, приповерхностный слой осадочных пород до некоторых пор может быть достаточно прочным.

Понятно, что в зонах, где идут постоянные микроперемещения частиц, породы находятся в состоянии повышенной микронарушенности. Следовательно, находящиеся в зоне тектонического нарушения породы, бывшие прочными тогда, когда они еще были приповерхностными, по мере увеличения мощности осадочного чехла, будут вовлекаться в процесс микроперемещений, и тем самым, разрушаться.

Приведенный на рис.2 ССП-разрез получен при профилировании вдоль еще не построенного железнодорожного пути на окраине Санкт-Петербурга. Хорошо видный здесь воронкообразный объект соответствует области повышенной микронарушенности осадочных пород и является признаком того, что профиль пересек тектоническое разрывное нарушение.

На глубинах порядка 20м слабо просматривается почти горизонтальная граница. Это значит, что в 20-метровой приповерхностной толще пород никаких следов от находящегося под ними тектонического нарушения еще нет.

Воздействие на грунт со стороны строительной техники, а затем, и возведенного сооружения приведет к тому, что верхняя граница породного столба, в пределах которого идут микроперемещения частиц сверху вниз, начнет подниматься к дневной поверхности. Таким образом, ведение строительных работ в зоне тектонического нарушения обязательно приведет к разрушению приповерхностного слоя пород.

После завершения строительства железной дороги в этом месте и начала ее функционирования граница, прослеживаемая на глубине 20 м, также примет воронкообразную форму. Это будет свидетельствовать о том, что повышенная микронарушенность пород достигла поверхности, и прочный до строительства приповерхностный слой пород потерял свою несущую способность.

Обратим внимание на воронкообразный характер зоны повышенной микронарушенности пород, находящихся над разрывным тектоническим нарушением на рис. 2. В принципе, это та же воронка, что и в случае зыбучих песков. И только наличие связующего вещества между отдельными зернами осадочных пород делает процесс погружения в грунт значительно более медленным, чем там, где в качестве грунта – чистый песок.

Породы, находящиеся в состоянии повышенной микронарушенности, обладают также повышенной проницаемостью как для жидких, так и для газообразных субстанций. Поэтому, если в условиях залегания известняков встречается тектоническое нарушение, а мигрирующая там вдоль проницаемых пород вода имеет кислотный характер, то в результате взаимодействия ее с известняком пойдет процесс карстообразования. Следовательно, карст – лишь частный случай проявления разрывного тектонического нарушения в условиях залегания карбонатных пород.

Наличие повышенной проницаемости пород в зонах тектонических нарушений позволяет понять физику формирования геопатогенных зон. Проведение спектрально-сейсморазведочного профилирования в геопатогенных зонах, выявленных авторами работы /4/, показало, что зоны эти формируются непосредственно над разрывными тектоническими нарушениями.

Обладая повышенной газопроницаемостью, породный столб является каналом, по которому на поверхность выходят газы, находящиеся в недрах земли. Наличие выделений глубинного метана, радона, углекислоты и других газов легко регистрируется разного рода газоанализаторами. Концентрация этих газов обычно невелика, но при длительном воздействии они оказывают на наше здоровье вредоносное воздействие.

Многочисленные наблюдения за поведением инженерных сооружений в зонах, где на ССП-разрезах прорисовываются воронкообразные объекты, позволили увидеть целый ряд визуальных признаков зон тектонических нарушений. Это и провалы дорожного покрытия, и специфические трещины в стенах домов. Трещины эти чаще всего можно видеть под углами окон, и интенсивность их и протяженность зависит от параметров тектонического нарушения.

От качества стройматериалов и применяемых строительных технологий трещинообразование в стенах, по-видимому, не зависит. Во всяком случае, наблюдал я их одинаково часто как в России, так и в странах, славящихся высоким качеством строительства. Находясь во Франции, Бельгии, Германии я видел эти трещины, зачастую, в стенах домов, строительство которых еще даже не завершилось. Даже, более того, в старых домах, пронизанных насквозь трещинами, они могут быть вовсе не видны, так как созданы даже специальные технологии, позволяющие эти трещины сделать невидимыми.

Однако, к сожалению, уровень геопатогенности при замазывании трещин не только не снижается, но и, наоборот, увеличивается. Ведь замазывая трещины, мы, тем самым, увеличиваем герметичность помещений и как бы способствуем накоплению в них вредных веществ. А кроме того, видимые глазу трещины являются индикатором развивающейся аварийной ситуации. Нам известны случаи, когда жители покидали разрушающееся жилище заблаговременно, основываясь на визуально наблюдаемом трещинообразовании в стенах.

Не вызывает сомнения, что применение метода ССП со временем позволит уменьшить аварийность инженерных сооружений и повысит экологическую безопасность в жилых и производственных помещениях.

Список литературы

Мельников Е.К., Мусийчук Ю.И., Потифоров А.И. Геопатогенные зоны - миф или реальность? - Л.: ВНИИ Океангеология. - 1993.

Рудник В.А. Влияние зон геологической неоднородности Земли на среду обитания. // Вестник РАН N 8 т.66.- 1996.- с.713-719.