Способ выявления современных геодинамических движений в горном массиве

 

I. СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОдаНАМИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ в ГОРНОМ МАССИВЕ, основанный на создании искусственного электромагнитного поля и периодической регистрации изменения параметров вторичного электромагнитного поля, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем разделени движений, приводящих к растяжению-сжатию и (или) сдвигу, регистрируют изменения параметров вторичного электромагнитного поля в поверхностном слое горного массива путем измерения серии амплитуд магнитной составляющей вторичного поля по кругу, в центре которого размещают излучатели электромагнитного поля, по отношению максимальной и минимальной ампли-г туд судят о наличии движений, приводящих к растяжеии 0-сжатию горных пород в массиве, а по углу поворота максимальной амплитуды судят о наличии дiзижeний, приводящих к сдвигу горных пород, при этом поверхностный слой переводят в квазиизотропное состояние до начала измерений в каждой серии. 2.Способ по п 1,отлича ющ и и с я тем, что, с целью выявления двг-жений в горном массиве, поверхнос7ншЧ слой которого образован сыпучей, скальной ши водной средой, изменение параметров вторичного электромагнитного поля регистрируют в контрольной среде, приведенной в контакт с поверхностным слоем горного массива, причем контрольную среду пеto ред измерением приводят в изотропное Oft состояние. ( 3.Способ по п. 2, .отличающий с я тем, что в качестве конт09 рольной среды используют асфальт, битум J лед.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„„31269

ЗЫО а01Ч 3 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / :

ГОСУДАРСТВЕННЦЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0ТНРЬ1ТИЙ (2l) 2804326/18-25 (22) 17.07.79 (46) 30.11.84. Бюп. И - 44 (72) 9. С. Рябоштан и E. П. Тахтамиров (71) Тематическая экспедиция объединения "Укруглегеология" (53) 550.837(088.8) (56) t. Авторское свидетельство СССР

У 396659, кл. С 01 Ч 5/00, 1972.

2. Монтрель N. Ф. и Федоров С. Ф.

Опыт применения геофизических методов исследования при решении горнотехиических задач.-В кн.: Разведочная геофизика СССР на рубеже 20-х годов.

N., "Недра", 1974, с. 400-401 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ВЬИВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧКСКИХ ДВККЕНИЙ В

ГОРНОМ МАССИВЕ, основанный на создании искусственного электромагнитного ноля и периодической регистрации изменения параметров вторичного электромагнитного поля, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения фучкциональных возможностей путем разделения движений, приводящих к растяжейию-слатйю и(или) сдвигу, регистрируют изменения параметров вторично"

ro электромагнитного поля в поверхкостном слое горного массива путем измерения серии амплитуд магнитной составляющей вторичного поля по кругу, в центре которого размещают излучате" ли электромагнитного поля, по отношенио максимальной и минимальной ампли-. туд судят о наличии движений, приводящих к растяжению-сжатию горных пород в массиве, а по углу поворота максимальной амплитуды судят о наличии движений, приводящих к сдвигу горных пород, при этом поверхностный слой переводят в квазиизотропное состояние до начала измерений в каждой серии.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью выявления движений в горном массиве, поверхпос;ный слой которого образован сыпучей, скальной или водной средой, изменение параметров вторичного электромагнитного поля регистрируют в контрольной среде, приведенной в контакт с поверхностным слоем горного массива, причем контрольную среду перед измерением приводят в изотропное состояние.

3. Способ по п. 2, .о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве контрольной среды используют асфальт, битум„ лед.

ll269l3

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для выявления и изучения современных геодинамических движений с помощью электромагнитных полей. 5

Известен способ выявления современных геодинамических движений в тактонических структурах посредством эманацианной съемки, при котором проводят периодические измерения концентрации радиоактивных газов в поверхностном слое горных пород ()) .

Данный способ обеспечивает выявление зон современных геодинамических процессов в тектонических струк- >5 турах, однако не позволяет разделять, движения, приводящие к сдвигу горных пород в массиве или к сжатьпо-растяжению. Кроме того, применение указанного способа невозможно при отсутст- 20 вии рыхлых акровных пород, а на ðåзультаты измерений влияет баро-гидротермический режим грунтов °

Известен также способ прогнозирования оползневых явлений,по которому с 25 помощью электрометрической установки создают в массиве горных пород электрическое поле низкой частоты и проводят регистрацию изменений параметров вторичного электрического поля, 3О

О начавшейся разрывной деформации горных пород судят по резкому изменению кажущегося сопротивления )» в результате периодических наблюдений за состоянием горного массива, нахо-. дящегося в зоне сдвижения (2) .

Известный способ позволяет определять движения, приводящие к деформации растяжение-сжатие и сдвигу при устойчивых баро-гидротермических ус- .щ ловиях. Однако он не обеспечивает разделения движений, приводящих к растяжению и сжатию или к сдвигу гарных пород, и не может быть реализован на сыпучих. "кальных и водных средах.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей способа путем разделения движений, приводящих к растяжению-сжатию и (или) сдвигу.

Указанная цель достигается тем, 50 что согласно способу выявления современных геодинамических движений в гарном массиве, основанному на создании искусственного электромагнитного поля и периодической регистрации изменения 55 параметров вторичного электромагнитного поля, регистрируют изменения па- раметров вторичного электромагнитного поля в поверхностном слое горного массива путем измерения серии амплитуд магнитной составляющей вторичного паля по кругу, в центре которого разме щают излучатель электромагнитного по ля, па отношению максимальной и минимальной амплитуд судят а наличии движений, приводящих к растяжению-сжатию горных пород в массиве, а по углу поворота максимальной амплитуды судят о наличии движений, приводящих к сдвигу горных пород, при этом поверхнастныи слой переводят к квазиизотропное состояние до начала измерений в каждой серии.

С целью выявления движений в горном массиве, поверхностный слой которого образован сыпучей, скальной или водной средой. изменение параметров вторичного электромагнитного поля регистрируют в контрольной среде. приведенной в контакт с поверхностным слоем горного массива, причем контрольную среду перед измерением приводят в изотропнае состояние.

В качестве контрольной срецы используют асфальт, битум лед.

На фиг, 1-3 представлены полярные диаграммы зависимости магнитной со ставляющей вторичного поля Н от азимута установки. поясняющие явление регенерации микродеформаций в естественном поверхностном слое и движения, приводящие к растяжению-сжатию горных пород в массиве (на фиг. 1 — структура поьерхностного слоя в момент первого измерения; на фиг. 2 — структура поверхностного слоя, переведенного в квазиизатропиое состояние: на фиг. 3 — структура поверхностнога слоя в момент второго измерения); на фиг. 4 и 5 — полярные диаграммы зависимости Втаричнога магнитного полн

Н2 ат азимута установки, поясняющие движения, приводящие к сдвигу горных пород в массиве; на фиг. 6 — геологическая карта с двумя профилями, пройденными по бетонному покрытию; ла фиг. 7 — геологическая карта двух профилей, из которых один пройден по асфальтовому покрытию„ а другой — по льду.

3 основе способа лежит экспериментально установленная связь современных геадинамических процессов а повсеместно обнаруживаемых анизотропией структурных свойств сред„ па своей природе квазииэотропных, на

3 11269 являющихся частью горной среды или хотя бы временно вступающих в контакт с ней.

Основными фактами в пользу связи названной анизотропии с современными геодинамическими процессами следует считать явления генерации и регенерации микродеформаций в различных средах, а также дестабилизацию ориентаций микродеформаций во времени.

Во всех случаях интенсивность проявления микродеформаций определяется прежде всего характеристиками сред.

Последнее хорошо согласуется с зависимостью (nn * — „,((га3 V(4 С, 7 где n — - ксличество разрывов в среде; Р— коэффициент пропорциональности;

1,1 „, — характеристики среды;

V — - скорость современных движений;

С вЂ” постоянная„

Способ реализуется следующим образом.

С помощью радиоволновой установки, содержащей излучатель, размещенный на диэлектрической платформе, создают электромагнитное поле.

Для регулирования глубины зонди- З0 рования от нескольких дециметров до нескольких сантиметров диаметр платформы изменяют от 2 до 0,5 м. Иаксимальная мощность, подводимая к излучателю, не превышает 1 Вт, реальная чувствительность приемника не хуже

0,5 мВ/м.

Посредством указанной установки наблюдают за амплитудой магнитной составляющей вторичного электромагнит40 ного поля на фиксированной рабочей частоте 2 мГц, На пикете профиля излучают первичное электромагнитное поле и измеряют амплитуды магнитной составляющей вто-45 ричного поля по кругу с центром в точ- ке профиля с угловым шагом от 5 до

30, определяемым необходимой датальо костью исследований, при этом ось вращения проходит в зоне излучателя,от- 50 счет азимутального угла поворота ведут по положению приемника.

Регистрируют серия амплитуд магнитной составляющей вторичного полн в поверхностном слое горного масси- 55 в . Из полученной серии выделяют направления с максимальной и минимальной амплитудами, фиксируя при этом

1З ф направление максимальной. Определяют значения указанных амплитуд и величину их отношения.

Через промежуток ввемени, равный периоду измерений, проводят повторные измерения, при этом фиксируют направление максимальной амплитуды, определяют изменение ее направления по сравнению с предыдущим, т.е. угол поворота„ а также значения максимальной и минимальной амплитуд и величину их отношения. По величине угла поворота судят о наличии движений, приводящих к-сдвигу горных пород в мас-, сиве, а по изменению величины отношения максимальной и минимальной амплитуд судят о наличии движений, приводнших к растяжению-сжатию горных пород.

Для наблюдения за характером и развитием современных геодинамнческих движений измерения проводят периодически, через промежутки времени, обусловленные необходимой детальностью исследований.

Об относительной интенсивности совремейных геодинамических движений судят по изменению величин отношения максимальной и минимальной амплитуд и угла поворота максимальной в единицу времени.

При наличии покровных пород из влажных глин и суглинков регистрируют изменение пара .етров вторичного электрамагни".ного поля в поверхностном г.;!ое указанных пород, Б случае, если поверхностный слой горного массиве образован сыпучей скальной или

Bop .;-1 срецами, для регистрации использ;ют контрольную среду (например, асфальт, битум, лед}, которую приводят в контакт с поверхностным слоем горного массива наложением, при этом время контакт;; задается.и зависит от свойств среды.

Для выявления и изучения законо- мерностей изменения современных движений посредством получения текущей геодинамической информации перед ка>кды измерением: поверхностный слой или контрольную среду переводят в квази-, изо ропное состояние рыхлением или нагреванием.

На фнг. 1-3 в полярной системе координат представлены результаты измс-рений и время их проведения при постановке опыта по наблюдению за явлением регенерации микродеформаций

1126913 в среде. Опыт проводился на поле шахты Нагольчанская (Донецкий бассейн).

17.05.77 в ll ч была зарегистрирована структурная неоднородность, ориентировки этой неоднородности в каждом квадранте указаны стрелками.

Затем на пикете был вскрыт шурф радиусом 2,5 и и глубиной 0,8 м. После рыхления грунт в той же последовательности был уложен в шурф и тщатель-!О но утрамбован. Вслед за рекультивацией были поставлены режимные наблюдения. Первые измерения, выполненнь3е

19.05.?7 в 17 ч свидетельствуют о структурной однородности среды в зоне !5 пикета (фиг. I). Ближайшие из результатов наблюдений, однозначно указывающие на явление регенерации ранее замеченной неоднородности в зоне пик."та, приходятся на 20,05.77 в 10 ч ;!о

30 мин, т.е. примерно 17 ч спустя после перевода среды в квазиизотропное состояние (фиг, 3). Подобные опыты свидетельствуют о повсеместном наличии в горной среде силовых полей, вызывающих структурные изменения в покровных отложениях.

На фиг. 6 представлены результаты съемки, выполненной в районе Дома. пиФ онерской учебы (Артек), Кроме j ëàíà дома и положения профилей указаны гра. ницы оползневых зон по данным reo;огической службы (штрих-пунктиром) и граНИЦЫ ОПОЛЗНЕВЫХ ЗОН (Слт!ОШНЫМИ ЛИНИНми). Оба профиля пройдены по бетон3». ному покрытию. Результаты анализа свидетельствуют, что структурная неоднородность бетонного покрытия на момент съемки соответствовала местным геодинамическим процессам. Высокая достоверность результатов повсеместно имеет место и при съемках по асфальтовым покрытиям в осенне-зимние периоды (когда асфальт не "течет").

На фиг. 7 дан план участка Кальми-,. усского водохранилища (Донецк), эоны тектонических нарушений по разведочным данньнЧ и горным работам, а также положение двух профилей, при этом один из профилей является контроль50 ным и пройден вдоль берега водохранилища по асфальтовому покрытию.

Второй профиль пройден по льду водохранилища. Толщина льда составляла

200-300 мм, мощность подледного слоя воды 1,5-3 м, На всех реперах второго профиля (при шаге 5 м) фиксировалась неоднородность льда, отчетливо проявились после обработки .результатов съемки зоны тектонических нарушений.

При повторных съемках по иере повышения температуры льда, имевшей место в результате длительной оттепели, HHTåнсивность ориентировок замеченной неоднородности быстро падала, вплоть до нуля.

Зтот опыт и аналогичные ему свидетельствуют, что фиксируемая неоднородность льда носит структурный характер и находится в прямой зависимости с современными движениями в горкой среде, Анализ значительного объема режимных наблюдений свидетельствует о наибольшей временной стабильности ориентировок микродеформаций в средах на энутриблоковьгх пикетах, удаленных от тектонических нарушении и зон их влияния.

Пример 1. Опыт проводился на поле н3ахты Нагольчанская (Донецкий бассейн) во влажных суглинках.

Использовалась электромагнитная установка с диаметром платформы 1,6 м., обеспечивающая зондирование среды на глубину 0,4 и. 19,05,77 на заданном пикете был вскрыт шурф радиусом 2,5 м, После рыхления грунт в той же последовательности был уложен в шурф и т3нательно уплотнен. Таким образом поверхностный слой был переведен в квазиизотоопное состояние.

Квазиизотропное состояние поверхностного сноя влажных суглинков онределялось по величине отношения максимальной и минимальной амплитуд, в идеальном случае равной 1. С учетом погрешности измерения и свойств среды эта величина должна быть пе более

1,!О. В приведенном примере она составляла 1„06.

30.05.77 в 10 ч 30 мин были проведены повторные измерения. Величина отношения максимальной и м33нн3-3алънсй амплитуд, равная в этом случае i „81, свидетельствовала О наличии !3ьижения„ приводящего к деформации растяжениесжатие горных пород в массиве. Величина Отношения максимальной H MHHH ма.! ьной амплитуд в ед 3ницу времени (! ч) равная 0,1 свидетельствовала о незначительной интенсивност3! движения (фиг.1).

Пример 2. Опыт проводился в

I-îì же районе — поле шахты Нагольчанс!(я (ДО33ецк33й бас ей.j) .

1126913

Для выявления движений, приводящих к деформации сдвига горных пород в массиве. наблюдения проводилась на коротких профилях (3-5 пикетов), пересекающих структуру в нескольких местах, при этом о наличии указанных двикений судили по углу поворота максимальной амплитуды не менее, чем на угол 5о.

Как описано. поверхностный слой 10 каждого пикета переводился в квазиизотропное состояние. Затем были проведены контрольные и рабочие измерения.

01.06.76 в 1? ч 15 м в одной из 15 точек профиля заданного пикета были зафиксированы 3 максимальные амплитудь1 для четырех квадрантов круга (фиг.+). После этого поверхностный слой суглинков был переведен в ква- 20 зиизотропное состояние; 02.06.76 в

10 ч в этой же точке были проведены повторные измерения.

В результате зарегистрировано 4 максимальных амплитуды.

При обработке результатов измерений определен сдвиг вектора масимальной амплитуды на угол ЗОО в первом квадранте, во втором и третьем квадрантах также произошел сдвиг направлений максимальных амплитуд на угол 30 о

Я

Сдвиг векторов максимальных амплитуд свидетельствовал о наличии движений, приводящих к деформации сдвига горных пород в массиве.

Об интенсивности движений, приводящих к деформации сдвига судят по среднему углу поворота максимальных амплитуд в единицу времени (1 ч), которая в данном случае была равна !,85 и свидетельствовала о незначительном проявлении сдвиговых деформаций.

Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет выявить и разделить современные геодинамические движения в горном массиве, поверхностный слоИ которого образован скальной, сыпучей или водной средой; выявить и разделить современные геодинамические движения, приводящие как к деформации растяжение-сжатие, так и к деформации сдвига горных пород в массиве", установить местоположение активных зон для исключения строительства в этих зонах; вести прогноз горно-динамических явлений в карьерах и шахтах (выбросы, обрывы и т.п.), а также прогнозировать сейсмические явления. Кроме того, предлагаемый способ повышает эффективность при выявлении глубинных -.åêòîíê÷åñêèõ структур для поиска и разведки полезных ископаемых.

190й 77

1 i26913

1126913

))269)3

Составитель В. Мараини редактор М. Петрова Техреди Герг- ь Корректор Н Коро,-ь

Заказ 8687/35 >ираж 7)0 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П)П! "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная„