Многоканальный анализ поверхностных сейсмических волн впервые применили под землей
В работе приняли участие сотрудники Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Института горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН и ООО НИЦ «Бамтоннель». На заброшенном тоннеле в Кемеровской области участники проекта отработали методику, которая может применяться в интересах безопасности действующих подземных объектов.
Почему эта работа важна
Проектирование тоннелей, выработок и других подземных сооружений основывается на результатах петрофизического и геофизического исследования скважин, пробуренных в пределах площади строительства. Однако этих данных может быть недостаточно для полного анализа геологической среды. В связи с этим не всегда возможно выявить потенциально аварийные области массива горных пород – например, с трещиноватостью и повышенной обводненностью. Впоследствии это создает угрозы безопасности при эксплуатации подземных объектов.
Так, одна из распространенных проблем – определение точного расстояния от местоположения тоннелепроходческого комплекса до опасных для проходки участков. Диагностика состояния обсадки тоннелей и горного массива, находящегося за этой обсадкой, целесообразна при планировании гидроизоляционных и других ремонтных работ.
Для исследования свойств горных пород в окрестности железнодорожного тоннеля новосибирские специалисты применили метод многоканального анализа поверхностных сейсмических волн (MASW). Этот метод хорошо зарекомендовал себя при работах на поверхности, но для решения задач в подземных объектах использовался впервые.
Где именно работали специалисты?
Полевые работы по наблюдению сейсмических волн проводились в Кемеровской области, в тоннеле на участке Артышта – Томусинская, построенном в 1967 г. Ввиду проблем с обводнением в настоящее время объект не эксплуатируется и находится на консервации. На расстоянии 30 метров от старого тоннеля расположен новый действующий тоннель.
Сейсморазведочные работы производились со стороны западного портала заброшенного тоннеля. В начале, первые 250 метров, тоннель имеет круглое сечение с чугунной тюбинговой обделкой, ранее часто использовавшейся при строительстве метрополитенов. Далее, ввиду того что тоннель уходит глубже в массив более плотных пород, профиль становится подковообразным.
Обработка полученных данных осуществлялась методом многоканального анализа поверхностных волн (MASW). В качестве источников колебаний использовался вибрационный источник на основе двух низкочастотных акустических трансдьюсеров, генерировался свип-сигнал 5-500 Гц. Далее получалась и обрабатывалась коррелограмма. Здесь применялся метод наклонного f-k преобразования (SFK), демонстрирующий хорошие результаты при обработке многоканальных данных поверхностных сейсмических волн.
Некоторые результаты
Проанализировав полученные данные, специалисты пришли к интересным выводам. Так, на одном из участков тоннеля отсутствует плотный контакт бетонной обсадки с горным массивом.
В числе возможных причин – наличие пустот или зон разуплотнения, которые могли возникнуть из-за трещин в породе. В таких зонах может происходить просачивание воды. Ранее тоннель был законсервирован именно из-за проблем, вызванных обводнением, – теперь же проблемные зоны были точно определены современными методами исследования.
– Полученные результаты показали, что под землей успешно применимы аппаратура, а также методики наблюдения и обработки данных, используемые в наземной инженерной сейсморазведке, – отметили участники проекта.
В дальнейшем отработанные методы можно применять в поиске проблемных зон и на действующих объектах.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-27-00192, https://rscf.ru/project/24-27-00192/
В работе участвовали к.ф.-м.н. А.С. Сердюков, к.ф.-м.н. А.В. Яблоков; А.В. Азаров; М.Н. Корми, К.Б. Акулов.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИНГГ СО РАН
Разместила: Ирина Усик