Комплекс геофізичних методів при інженерно геологічних дослідженнях

Спеціалізованим видом геологічного картування є інженерно-геологічні зйомки. Геофізичні дослідження, супроводжуючі інженерно-геологічні зйомки, проводяться з метою докладного дослідження літології, трещіноватості, вивітрювання, тектоніки, фізико-механічних властивостей порід, що складають саму верхню частину земної кори. При мілко- і середньомасштабних дослідженнях інженерно-геологічні зйомки звичайно виконуються спільно з гідрогеологічними, що істотно підвищує геолого-економічну ефективність робіт. При цьому геофізичні методи, супроводжуючі інженерно-геологічні зйомки, направлені в основному на вивчення фізико-геологічних явищ (сейсмічності, динаміки тектонічних елементів і ін.), інженерно-геологічних процесів (обвалів, утворення карстових зон і ін.) і фізико-технічних параметрів (густини і електропровідності порід, динамічних модулів пружності, температурних умов і ін.). В цілому методика проведення геофізичних досліджень на цих стадіях багато в чому аналогічна геологічному картированию.

Розвиваються інженерно-геологічні дослідження з метою рішення таких важливих народногосподарських задач, як вивчення і прогноз екзогенних геологічних процесів (обвалів, селів), охорона навколишнього середовища і ін.

Геофізичні методи використовуються на всіх стадіях інженерно-геологічних робіт. Їх раціональних комплекс в основному визначається поставленими задачами, геологічною будовою площі робіт, інженерно-геологічними і геоморфологічними умовами. Провідними стадіями інженерно-геологічних досліджень є інженерно-геологічна зйомка і дослідження площ майбутнього будівництва або розвитку екзогенних геологічних процесів.

Інженерно-геологічна зйомка підрозділяється по масштабах на три основні категорії: дрібномасштабна (1:1000000, 1:500000), середньомасштабна (1:200000, 1:100000) і великомасштабна (1:50000, 1:25000). По кінцевій меті розрізняють загальну (державну) і спеціалізовану зйомки. Як правило, спеціалізована зйомка є комплексною, тобто гідрогеологічною і інженерно-геологічною, і здійснюється у великому масштабі.

Основа будь-яких інженерно-геологічних зйомок – цілеспрямоване вивчення геологічної будови верхньої частини розрізу (літології, трещінуватості, вивітрювання, фізичних і механічних властивостей порід і т.д.) інженерно-геологічні дослідження площ майбутнього будівництва можуть здійснюватися в дуже детальному (1:500 – 1:1000) масштабі, щоб найбільш детально вивчити особливості геологічної будови і властивостей порід. Аналогічно проводять дослідження і на ділянках розвитку екзогенних геологічних процесів, переслідуючи також мету одержати інформацію для їх прогнозу. Інеженерно-геологічна зйомка супроводжується бурінням картованних, структурних, пошукових, параметричних, спостереженних і інших свердловин. Одна з головних задач геофізичних методів полягає в тому, щоб дати обґрунтовування для найраціональнішого розміщення свердловин і по можливості скоротити об'єми буріння.

Вживання геофізичних методів характеризується цілим рядом технологічних особливостей тим, що при інженерно-геологічних дослідженнях:

- увага звертається не тільки на вивчення геометрії середовища, але і на докладне дослідження фізичних властивостей і характеристик окремих горизонтів і

- більшу увагу надається вивченню і прогнозу різних геологічних процесів (тепломасопереносу в зоні аерації, обвалам, селям і ін.);

- вимагається вивчати розріз у великому діапазоні глибин, причому найдокладнішим чином його верхню частину – до глибини 25-50 м.

Як основні технологічні особливості можна відзначити: 1) виробництво режимних геофізичних вимірювань різними методами у зв'язку з вивченням і прогнозом геологічних процесів, а також у зв'язку з прогнозом і ретрогнозом інженерно-геологічних умов; 2) вживання самої високочутливої геофізичної апаратури, що пояснюється малими амплітудами аномальних проявів фізичних полів, літологією і властивостями фільтрацій розрізів і т.п.; 3) використовування нових геофізичних методів у зв'язку з необхідністю якнайповнішого і оперативного рішення поставлених задач, складність яких швидко зростає.

Інженерно-геологічні зйомки

У даний час основними категоріями державних зйомок є інженерно-геологічна зйомки середнього масштабу. Дрібномасштабні зйомки проводять тільки в самим маловивчених труднодоступних районах. Коли середньомасштабна зйомка супроводжує гідрогеологічну, геофізичні дослідження направлені, крім рішення гідрогеологічних задач, на а) площадкове інженерно-геологічне картування; б) вивчення інженерно-геологічних властивостей порід; в) дослідження екзогенних геологічних процесів. Глибинність досліджень звичайно складає 10-20м. Інженерно-геологічні побудови за геофізичними даними спираються спочатку на площадкові дослідження, а потім на дослідження на ключових ділянках. Площадкове інженерно-геологічне картування направлене на виділення головних стратиграфо-генетичних і літолого-фаціальних комплексів порід. Одночасно при картировании здійснюється вивчення інженерно-геологічних властивостей порід і екзогенних геологічних процесів. Дослідження процесів здійснюється на основі вивчення геометрії геологічного середовища, оцінки літологічного складу порід і їх інженерно-геологічних властивостей. При вивченні останніх основну увагу надається пористості рихлих порід, корозійним властивостям і засоленности ґрунтів (методи електророзвідки), тріщинуватості скельних утворень і льодистості многолітнемерзлих порід (методи електро- і сейсморозвідки), несучій здатності і пружним константам порід (методи сейсморозвідки), густині і природній вогкості ґрунтів (методи радіометрії).При будівництві споруд геофізичні методи застосовуються при проектуванні інженерних споруд, в процесі будівництва і при режимних спостереженнях. У вказаних областях геофізичні методи вирішують наступні задачі: 1) створення геометричної моделі умов залягання гірських порід; 2) вивчення властивостей і залягання гірських порід; 3) дослідження змін властивостей і залягання гірських порід з часом і процесів деформації гірсько-геометричної моделі в результаті діяльності людини.

Основним методом вивчення умов залягання гірських порід, оцінки мінералізації підземних вод і особливостей їх фільтрації є електророзвідка. При будівництві крупних споруд використовується сейсморозвідка, яка дає надійні відомості про положення геологічних тіл і про їх фізико-механічні властивості, що враховуються при проектуванні і будівництві. Ядерно-фізичні методи використовуються при вивченні водно-фізичних і фізико-механічних властивостей ґрунтів. Термометрія має велике значення при вивченні термальних вод і дослідженнях, що проводяться в областях розвитку багатолітньої мерзлоти. Використовування граві- і магніторозвідки обмежено рішенням приватних задач. Геофізичні дослідження можуть проводиться в аэро- і космічному варіантах, з поверхні землі, у водному середовищі, на акваторіях, в бурових свердловинах і в гірських виробленнях.

У зв'язку з тим, що інженерно-геологічна зона безперервно змінює свій стан з часом, тобто відбуваються зміни фізико-механічних властивостей ґрунтів і матеріалів, міняються електричні і термічні поля пружних коливань, виникає необхідність вивчати ці зміни. З цією метою проводяться режимні геофізичні спостереження, при яких дотримується незмінність точок, а проміжки часу між спостереженнями і циклами спостережень вибираються залежно від швидкості протікання процесу, що вивчається. На підставі кореляції можна одержати відомості, необхідні для прогнозування інженерно-геологічних процесів.

Геофізичні дослідження при інженерно-геологічних дослідження виконуються на всіх стадіях досліджень в поєднанні з іншими видами інженерно-геологічних робіт. Геофізичні методи дозволяють визначити склад і потужність рихлих четвертинних відкладів, виявити літологічну будову гірських порід, тектонічних порушень і зон підвищеної тріщинуватості, визначити склад, стан і властивості ґрунтів в масиві їх зміни, виявити і вивчити геологічні і інженерно-геологічні процеси, провести моніторинг небезпечних геологічних і інженерно-геологічних процесів, сейсмічне мікрорайонування території. Методи геофізичних досліджень і їх склад визначаються залежно від вирішуваних задач і конкретних інженерно-геологічних умов. Найбільш ефективно геофізичні методи досліджень використовуються при вивченні неоднорідних геологічних тіл, коли їх геофізичні характеристики істотно відрізняються один від одного. Визначення об'ємів геофізичних робіт визначається залежно від характеру вирішуваних задач.

Для забезпечення достовірності і точності інтерпретації результатів геофізичних досліджень проводяться параметричні вимірювання на опорних ділянках, на яких здійснюється вивчення геологічного середовища з використанням комплексу інших видів робіт (буріння свердловин, проходки шурфів, зондування, з визначенням характеристик ґрунтів). Для вивчення cтану ґрунтів під фундаментами будівель і споруд можуть бути використані методи газово-еманаційні, що забезпечують незалежність результатів вимірювань від електричних і механічних перешкод. Методи газово-еманацій, засновані на просторово-часовому зв'язку полів радіоактивних і газових еманацій, поєднують з міжскважинним сейсмоакустичним просвічуванням ґрунтів під фундаментами споруд з метою оцінки можливої зміни їх фізико-механічних характеристик.

Таблиця 2.1.

Задачі, методи і об'єми геофізичних досліджень при інженерно-геологічних дослідження

Задачи геофізичних досліджень Електророзвідка Сейсморозвідка Магніторозвідка Гравірозвідка Акустичне дослідження Радіоізотопні дослідження Газово-еманоціонна зйомка відстань між профілями, м шаг по профілю, м відстань між профілями, м шаг по профілю, м відстань між профілями, м шаг по профілю, м відстань між профілями, м шаг по профілю, м відстань між профілями, м шаг по профилю, м Визначення рельєфу крівлі скельних грунтів, розчленовування розрізу на окремі горизонти, визначення положення рівня підземних вод і ін. 50-500 10-100 50-500 Непреривне профілювання - - - - - - - - Встановлення і дослідження зон тектонічних порушень і тріщинуватості, похоронених долин 50-500 25-100 50-500 Теж саме 50-100 25-50 50-100 25-50 25-50 - 25-50 5-10 Виявлення ступеня тріщинуватості і закарстованості грунтів, “кишень” вивітренних грунтів, вивчення обвалів 25-100 10-20 50-200 Теж саме 20-50 10-25 20-50 10-25 10-25 - 25-50 5-10 Визначення складу і физико-механічних властивостей грунтів, у тому числі в режимі моніторингу Наблюдения в отдельных точках с поверхности, в скважинах и шурфах Зондування або відрізки профілів з спостер. поздов. і поперечних хвиль,ВСП, сейсмічний каротаж - - - - - - Виміри в штольнях, — шурфах, скважинах, на образцах Вимірювання густини і вогкості в свердловинах, шурфах і при зондуванні спеціальними зондами - - Визначення напряму і швидкості руху підземних вод   Нагляди в окремих точках на 8 радіусах навкруги свердловини (метод зарядженого тіла) - - - - - - - - - - - Визначення корозійної активності грунтів   на площадці 50-100 25-50 - - - - - - - - - - по трасам внеплощадочные коммуникации - 50-100 - - - - - - - - - - магістральні трубопроводи - 300-500 - - - - - - - - - - Визначення ітенсивності блуждающих токов на площадці 100-200 50-100 - - - - - - - - - - по трасам - 100-500 - - - - - - - - - -

Геофізичні методи при інженерно-геологічних дослідженнях

За допомогою геофізичних методів можна вирішити ряд важливих інженерно-геологічних задач. При проведенні інженерно-геологічних досліджень часто використовують електророзвідувальні методи (вертикальне електричне зондування (ВЕЗ) і електропрофілювання) і сейсморозвідку по методу заломлених хвиль (МПВ).

Геофізичні методи дозволяють:

- знайти крупні аномалії в будові геологічного середовища (пустоти, зони тріщин);

- виявити геологічну і гідрогеологічну будову досліджуваної області геологічного середовища;

- оцінити її деякі колективні властивості (пористість, тріщинуватість, водонасиченість, пружні властивості).

 

Методом ВЕЗ встановлюють положення границь між геологічними тілами, що розрізняються електричним опором і поляризуємістю. В процесі інженерно-геологічних зйомок для визначення положення границь в латеральній площині застосовують електричну профілізацію.

Для встановлення положення границь між геологічними тілами, виявлення і трасування зон тектонічних порушень і зон тріщинуватості, визначення положення рівня ґрунтових вод (РГВ) застосовується сейсморозвідка МПВ. З її допомогою встановлюють границю між рихлими поверхневими відкладеннями і корінними породами, приблизно визначають потужність площадкової кори вивітрювання і виявляють границі лінійної кори. Таким чином, вживання геофізичних методів найбільш часто переслідує мету отримання геометричних моделей досліджуваної області геологічного середовища, гідрогеологічної і геологічної будови і ін. Електророзвідувальні методи застосовують і в ході вивчення ЕГП, головним чином карстового і обвального. За даними А. А. Огильві, при найсприятливішому співвідношенні електричних опорів карстові порожнини ізометричної форми можна знайти, якщо їх центри розташовані на глибині, що не перевищує двох їх діаметрів.

За наявності протяжних карстових порожнин електророзвідувальні профілі розташовують в декількох перетинах перпендикулярно до довгої осі порожнини і при кореляції даних вимірювань на профілях оконтуривают порожнина. Для виявлення елементів орієнтування зон карстових порожнин можна застосовувати кругове електричне зондування. Простягання зони, до якої приурочені карстові порожнини, виявляється за допомогою кругових діаграм.

Тіло обвалу і незміщені породи за межами поверхні відділення розрізняються електричними і сейсмічними властивостями, що робить можливим вживання геофізичних методів при вивченні зсувного процесу.

Задачі, вирішувані при цьому:

1. Картування зсувних відкладень.

2. Встановлення положення поверхні відділення і ковзання.

3. Визначення положення РГВ.

4. Виявлення структури поля вогкості.

5. Вивчення режиму вогкості тіла зсуву і зсувних накопичень.

Задачі 1, 2,3 розв'язуються методами сейсморозвідки МПВ і ВЕЗ. Задачі 4 і 5 можуть бути вирішені методами опорів, природних потенціалів і термометрії. З погляду прогнозу зсувного процесу надзвичайно важливе вивчення режиму зсувного схилу в стадію підготовки обвального зсуву. Зменшення міцності порід при підготовці обвалу супроводжується збільшенням швидкості повздовжніх і поперечних хвиль і коефіцієнтів їх загасання. Ця обставина дозволяє використовувати сейсморозвідку МПВ для отримання даних про режим властивостей порід обвального схилу і у результаті — про режим коефіцієнта стійкості.

У процесі інженерно-геологічних досліджень використовують радіоізотопні методи. Метод поглинання γ-випромінювання застосовують для визначення густини ґрунту. В основі методу лежить залежність між частками поглинального грунтом γ-випромінювання проходячого через нього, і масою ґрунту. Густина грунту визначається з точністю ±0,01 г/см³. Об'єм польової проби - 0,015 м³.

Другим методом визначення густини є метод розсіяного γ-випромінювання. Інтенсивність розсіяного випромінювання залежить від густини середовища, енергії потоку γ-частин і відстані між джерелом γ-проміння і детектором. Вимірюється інтенсивність розсіяного γ-випромінювання. В умовах стабілізації двох останніх чинників можна визначати густину грунту. Вогкість грунту можна встановити методом розсіяного нейтронного випромінювання.

Види інженерно-геологічних досліджень

Інженерно-геологічні вишукування можуть включати в себе аерофотозйомку, маршрутні спостереження, проходку гірничих виробок, геофізичні дослідження, польові дослідження властивостей ґрунтів, лабораторні дослідження складу та властивостей ґрунтів і хімічного складу підземних вод, дослідно-фільтраційні роботи, стаціонарні спостереження.

Перед проектуванням крупних промислових підприємств та населених пунктів виникає необхідність у даних про загальні інженерно-геологічні умови великих площ. При цьому суттєву увагу приділяють вивченню геоморфологічних умов. Так, при описуванні річкових долин відмічають наявність терас, їхні типи (ерозійні, акумулятивні), ширину, висоту та ін. Для територій розвитку карстових процесів характерна наявність такого геоморфологічного елемента, як карстові западини. Горбистість рельєфу, наявність своєрідних терас у межах схилів і тріщин на земній поверхні в багатьох випадках є ознакою зсувних процесів. Усі ці особливості мікрорельєфу можуть бути виявлені за результатами аерофотозйомки. У теперішній час велике розповсюдження одержали геофізичні методи досліджень, які дозволяють прискорити і підвищити точність інженерно-геологічних вишукувань. Ці методи застосовуються для дослідження в природних умовах процесів та явищ у гірських породах, а також для визначення фізико-механічних властивостей гірських порід з урахуванням їхньої просторової мінливості. Серед геофізичних методів широке розповсюдження одержали сейсмічні, електричні, магнітні, термічні та ядерної фізики.

Сейсмічні методи ґрунтуються на виявленні швидкості розповсюдження хвиль (пружних коливань), які спеціально збуджуються в гірських породах за допомогою вибухів та ударів. У результаті оцінюється вплив ґрунтових умов на розповсюдження сейсмічних коливань. Ці методи дозволяють оцінити стан і властивості гірських порід в умовах природного залягання, визначити глибину залягання скельних порід, карстові порожнини, рівень підземних вод, потужність талого шару у вічномерзлих породах та ін. Електричні методи ґрунтуються на дослідженнях природних та штучно утворених електромагнітних полів. Оскільки кожна порода має певний електричний опір, то, вимірюючи його, можна скласти геоелектричний розріз. Використовуючи цей принцип, можна визначити потужність водоносних пластів та порожнин у карстових районах і т.і.

Магнітні методи побудовані на використанні особливостей магнітного поля Землі та магнітних властивостей гірських порід. Частіше за все магнітна розвідка гірських порід застосовується в інженерно-геологічному картуванні.

Термічні методи застосовуються для досліджень фізико-геологічних процесів у районах багаторічної мерзлоти.

Методи ядерної фізики засновані на вимірюванні інтенсивності природних та штучних випромінювань (наприклад, гама-каротаж). Методи дозволяють оцінити щільність та вологість гірських порід.

Польові методи визначення властивостей гірських порід призначені для оцінки як фізичних (щільність, вологість), так і механічних характеристик (стисливості та міцності).

Існують декілька методів визначення в польових умовах характеристик міцності ґрунтів. Найбільш достовірними із них є випробування на зсув у заданій площині з використанням обійм (у шуфрах). У свердловинах характеристики міцності визначають методами поступального та кільцевого зрізу, а також крильчаткою. Для визначення щільності ґрунтів у польових умовах частіше за все застосовують зондування. Розрізняють статичне та динамічне зондування.

Лабораторні дослідження проводяться для визначення характеристик фізико-механічних властивостей, а також для вивчення складу підземних та поверхневих вод, їхньої агресивності по відношенню до матеріалів будівельних конструкцій. Перевагою лабораторних досліджень є їхня велика точність, невелика трудомісткість та вартість, можливість багаторазового повторення дослідів, проведення дослідів при різних значеннях вологості ґрунту. До недоліків слід віднести невеликий розмір зразків, викривлення природного напруженого стану, неможливість відбору зразків із таких ґрунтів, як сухі та пилуваті водонасичені піски, ґрунти, що містять великоуламкові включення та ін.

Види та обсяги інженерно-геологічних робіт визначають залежно від:

- ступеня інженерно-геологічної вивченості території;

- цільового призначення вишукувань;

- складності геологічних умов;

- наявності ґрунтів із особливими властивостями;

- глибини залягання та режиму підземних вод;

- зони активної взаємодії з геологічним середовищем;

- рівня відповідальності будівель і споруд.

До складу комплексних інженерно-геологічних входять такі види робіт:

- оцінка вивченості території;

- рекогносцирувальне обстеження; геофізичні роботи;

- бурові та гірничопрохідницькі роботи;

- геотехнічні вишукування;

- гідрогеологічні вишукування;

- стаціонарні спостереження;

- вивчення інженерно-геологічних процесів і явищ;

- камеральне оброблення матеріалів.

Для оцінки вивченості території виконують пошук та вивчення фондових і архівних матеріалів, що містять відомості про структурно-тектонічні особливості території, орографію та гідрографію, геологічну будову, властивості ґрунтів, гідрогеологічні умови, інженерно-геологічні процеси та досвід будівництва, а також інші відомості, які дозволяють зробити оцінку складності інженерно-геологічних умов, ступеня їх вивченості і розробити програму подальших вишукувальних робіт. Рекогносцирувальне обстеження території включає огляд ділянки планованої забудови та прилеглої території, а також результати опитування населення. Обстеження проводять за попередньо наміченими маршрутами, а результати наносять на топографічну основу.

Геофізичні роботи виконують з метою визначення структурно-тектонічної будови, меж розповсюдження та потужності ґрунтів різного літологічного складу і стану, властивостей ґрунтів, рівнів підземних вод, напрямку та швидкості водного потоку, виявлення інженерно-геологічних процесів і геофізичних аномалій, а також для сейсмічного мікрорайонування. Геофізичні роботи виконують у комплексі з гірничопрохідницькими, геотехнічними та гідрогеологічними роботами або передують їм.

Вивчення фізико-геологічних явищ

Зсуви

Вивчення зсувних явищ вимагає рішення питань, що стосуються будови схилу, складу, стану, умов залягання, потужності і властивостей окремих шарів гірських порід, їх водонасиченності і режиму підземних вод. Використовування геофізичних методів дає можливість швидко обстежувати значні площі при густині спостережень набагато більшої, ніж при інших видах інженерно-геологічних досліджень. Визначення фізико-механічних і водно-фізичних властивостей порід виконується не по одиничних зразках обмеженого об'єму, а по вимірюваннях ефектів від значних об'ємів порід, залучених в життєдіяльність схилу. Передумовою вживання геофізичних методів служить різка диференціація фізичних властивостей порід в тілі зсуву і в корінному заляганні (табл.2.2).

Контрастність фізичних властивостей зсувних і корінних порід дає можливість успішно використовувати методи сейсморозвідки і електророзвідки при картірованії зсувних утворень, виділенні поверхонь ковзання, вивченні ступеня зруйнування порід. Картування зсувних накопичень на схилах виконується за допомогою МПВ і електропрофілювання методом опорів і ЕП. Вивчення розрізів зсувних тіл ведеться за допомогою сейсморозвідки МПВ, електророзвідки методами ВЕЗ і ВЕЗ-ВП. Зона ковзання (деформації) виділяється зниженими в порівнянні з зсувними накопиченнями і корінними породами значеннями опорів і підвищеними значеннями поляризуємості і швидкостей пружних хвиль. Сейсморозвідка дозволяє найбільш чітко відбивати підошву, а електророзвідка – покрівлю зони ковзання. При інтерпретації даних електрозондування враховується градієнтна зміна провідності проміжного шару, яким є в більшості випадків зона ковзання.

При вивченні підводних продовжень зсувів успішно застосовуються сейсморозвідка і електропрофілювання методом опорів за допомогою донних установок. Ділянки здіймання дна можуть прослідити також за спостереженнями за субмаринними джерелами, приуроченими до контурів підводних продовжень зсувів. Ці джерела виявляються по підвищенню електричного опору морської води, по наявності температурних аномалій і аномальних значень природних електричних полів.

Особливе значення має вивчення умов, що сприяють виникненню зсувів. Так, прогнозування зсувів за наявності в нижніх частинах схилу пластичних глинистих порід може виконуватися методом ВЕЗ.

Потенційна небезпека роздавлювання глин залежить від їх пластичності і потужності складового ними шару. На картах поздовжньої провідності горизонту зниженого опору зсувонебезпечні ділянки виділяються максимальними значеннями параметра . Більш високі опори перекриваючих глини порід відповідатимуть ділянкам з підвищеною жорсткістю, де тиск на підстилаючі пластичні породи буде значно менше. При цьому може бути використаний параметр поперечного опору , пропорційний жорсткості перекриваючих порід.

Підземні води впливають на стійкість схилу і на весь зсувний процес. Задачею геофізичних досліджень при вивченні особливостей обводнювання зсувів є визначення РГВ (рівня ґрунтових вод). При визначенні РГВ ефективні МПВ і ВЕЗ-ВП. При вивченні особливостей розподілу вогкості застосовуються методи опорів, ЕП і термометрія. Здійснюються режимні спостереження в межах всієї площі зсуву. Результати польових спостережень доповнюються даними ядерних досліджень свердловин. Зйомка потенціалу ЕП в умовах однорідних ґрунтів дає можливість одержати уявлення про просторову форму, інтенсивність і напрям потоку фільтрації, що проходить через тіло зсуву. Ділянки розвантажень грунтових вод, в межах яких готуються обвальні деформації, нерідко виділяються по збільшенню інтенсивності поверхневої густини потенціалу.

Карст

При вивченні карсту геофізичні методи використовуються для оцінки залягання шахтних полів твердих і рідких корисних копалин, для геологічного обґрунтовування проектів будівництва різних інженерних споруд, при пошуках джерел водопостачання, розвідці термальних і мінеральних вод і рішенні інших задач. Для вивчення карсту широко застосовуються методи електророзвідки – переважно зондування і профілювання на постійному струмі. Є досвід використовування методів природного поля, викликаних потенціалів і високочастотних методів електророзвідки. Для загальної характеристики геологічної обстановки в районі карстуючих порід, а також при виявленні крупних карстових порожнин використовується високоточна гравіметрична зйомка. Сейсморозвідка і її сейсмакустичний варіант знаходять вживання для отримання детальної характеристики карстових явищ при дослідженнях під будівництво крупних гідротехнічних споруд, а також при виявленні карстових порожнин в просторах міжсвердловин. Магніторозвідка є ефективним способом вивчення поверхневих карстових порожнин, заповнених перевідкладеним магнітним матеріалом. Окремі карстологічні задачі розв'язуються методами ядерної геофізики і термометрії.

Геофізичні спостереження виконуються як на поверхні землі, так і в бурових свердловинах і гірських виробленнях. По фізичних властивостях карстуючі породи відрізняються від навколишніх геологічних утворень. Найчіткіша їх диференціація спостерігається по питомому електричному опору, густині і швидкості розповсюдження подовжніх сейсмічних хвиль.

Відмінність фізичних параметрів розчинних і вміщуючих порід дозволяє за даними геофізичних робіт встановлювати їх розповсюдження за площею і визначати умови залягання.

За даними розрахунків високоточна гравірозвідка дозволяє знайти підземні ізомерні карстові порушення з повітряним заповнювачем. При використовуванні сейсморозвідки визначаються карстові порушень довжиною пружних хвиль. Найбільш широко при вивченні карсту використовуються методи електророзвідки (профілювання, зондування). Відношення питомих опорів порожнини і вміщуючої породи може змінюватися від 0,01 до 100 і більш. При сприятливому відношенні ізометричні карстові порожнини можуть бути знайдені, якщо їх центри залягають на глибині не більше двох діаметрів. Аномалія істотно зменшується при профілюванні уздовж проекції кромки тіла на поверхню землі і практично падає до нуля на відстані від цієї кромки, рівному діаметру порожнини. Роздільна здатність електропрофілювання підвищується при виявленні протяжних карстових порожнин як поверхневого, так і глибинного типу. У багатьох випадках над похороненими карстовими порушеннями розташовується область до деякої міри змінених порід з порушеними електричними властивостями. Ці об'єми змінених порід створюють додаткові аномалії, які звичайно усилюють основний аномальний ефект від карстових порушень. В результаті в сприятливих умовах можуть бути виявлені порушення, розміри яких за тих, що значно менше теоретично знаходяться.

При виявленні карстових порушень ефективне використовування установок симетричного електропрофілювання. Розміри живлячих ліній, що визначають глибину досліджень, встановлюються досвідченим шляхом, а також аналізом кривих зондувань. У разі виділення закарстованих зон, що знаходяться вище за рівень підземних вод, коли в них переважає повітряний заповнювач, спостерігаються максимуми опорів, тоді як ті ж зони в області повного водонасичення відповідатимуть мінімумам опорів.

Простягання тріщинуватих закарстованних зон визначається за даними електропрофілювання і кругових електрозондувань. Полярні діаграми своїми великими осями вказують напрям, в якому витягнуто анізотропне середовище, відповідне крутопадаючим тріщинним зонам. Відношення великих осей полярних діаграм до малих говорить про інтенсивність тріщинуватості. У випадку, якщо закарстовані породи підстилають глинистими відкладеннями, водоупору відповідають знижені значення на кривих ВЕЗ.

У шахтній геології і при експлуатації окремих родовищ велике значення надається виявленню карстових порушень, що знаходяться в целиках гірських порід і поблизу забоїв гірських виробок. Для цієї мети використовуються методи сейсмічного і радіохвильового просвічування, а також електричного профілювання на постійному струмі.

Багаторічна мерзлота

Для вивчення багаторічної мерзлоти використовують електричні, термічні і сейсмічні методи. Лід, що утворився з ультрапрісних вод, має приблизно ті ж значення питомих електричних опорів, що і основні породоутворюючі мінерали. Для гірських і покривних льодів найвірогідніші значення опору складають 10⁶-10⁷Ом м. Великий вплив на опір робить мінералізація початкового розчину, з якого утворився лід. При підвищеній концентрації солей між окремими кристалами льоду утворюється незамерзаюча плівка води, що служить струмопровідним каналом. Для льоду, що утворився з морської води при температурі – 100С, характерні значення опору в перші сотні Ом-метрів. Зі збільшенням льодистості гірських порід збільшується їх електричний опір і швидкість розповсюдження пружних хвиль.

Одною із задач геофізичних робіт на мерзлоті є спостереження підтоків глибинних вод в толщу мерзлих порід. Над розтопленими зонами спостерігається значні мінімуми електричного опору і максимуми на кривих температурних спостережень. Ці аномалії можуть бути виділенні при дослідженнях з поверхні землі і в результаті електричного і термічного каротажу.

Для знаходження нижньої і верхньої границь розповсюдження мерзлоти при дослідженнях з поверхні землі використовується головним чином електричне зондування. По даним сейсмічним спостереженням можна отримати якісну інженерно-геологічну характеристику кровлі мерзлоти на глибину проникнення в неї заломленої хвилі. Для картування розповсюдження мерзлоти використовуються головним чином електричне зондування і профілювання.

 

На обсяг та вміст інженерно-геологічних вишукувань впливає ступінь вивченості району, складність геологічної будови, конструкція споруд та ін.

Великий вплив на обсяг вишукувань чинять глибина та густота гірничих виробок. Коли на будівельному майданчику залягають специфічні за складом та станом ґрунти (мули, просадкові, заторфовані, насипні, пухкі піски, набухаючі), то необхідно гірничі виробки проводити на повну глибину залягання цих ґрунтів.

Необхідність висвітлення геологічної обстановки з достатньою повнотою при проектуванні інженерних споруд підтверджується будівельною практикою. Численні аварії, що виникли внаслідок порушення цієї вимоги, виразно свідчать про це. Необхідно дотримуватись принципу, що проходка розвідувальних свердловин повинна забезпечувати розкриття місцевої геологічної обстановки. Це стосується і обсягу польових та лабораторних досліджень властивостей ґрунтів. Так, фізичні характеристики ґрунтів визначають, як правило, лабораторними методами. Польові методи (зондування, радіоактивний каротаж та ін.) застосовують, якщо відбір зразків утруднений або практично неможливий.

Складність геологічної будови, та гідрогеологічних умов визначається ступенем неоднорідності порід, наявністю та характером тектонічних порушень, розповсюдженням слабких порід або таких, що змінюються під впливом споруд та води, розвитком і характером геологічних процесів, наявністю підземних вод.

В умовах складної геологічної будови обсяг інженерно-геологічних робіт може бути дуже значним, тоді як у районах розповсюдження потужних товщ однорідних порід, тобто в умовах простої геологічної будови, цей обсяг може бути зведений до мінімуму.

Перед будівництвом споруд, що чинять динамічний тиск на ґрунти основ, інженерно-геологічні дослідження проводяться в більшому обсязі, ніж перед будівництвом будинків та споруд з статичним навантаженням. При будівництві підземних споруд великого значення набувають дані про підземні води та матеріали, що характеризують стійкість укосів.

 

При інженерно-геологічних дослідженнях, пов'язаних з будівництвом промислових і цивільних об'єктів (дамб, аеродромів, каналів, трубопроводів, ліній електропередач, залізних і шосейних доріг, мостів, тунелів і т.д.), геофізичні методи використовуються для: 1) порівняльної оцінки умов на декількох попередньо намічених майданчиках, створах або трасах; 2) детального вивчення вибраної ділянки; 3) контролю інженерно-геологічних умов вибраної ділянки; 4) контролю інженерно-геологічних умов в процесі експлуатації споруди. До них примикають роботи, пов'язані з контролем ефективності штучного закріплення ґрунтів, визначенням зони знімання порід в котлованах, розвідкою родовищ будівельних матеріалів, вивченням умов розробки гірських порід і т.д.

При порівняльній оцінці попередньо намічених майданчиків, створів або трас в процесі інженерно-геологічних досліджень повинні бути вивчені: умови залягання порід; літологічний склад порід; тектонічні гідрогеологічні і геокріологічні умови; сучасні геологічні процеси; полягання фізико-механічні властивості гірських порід.

Геофізичні методи знайшли широке застосування при вивченні технічного стану плотін, водосховищ, каналів, вертикальних та горизонтальних дренажів. Вивчається методами сейсморозвідки та електророзвідки для знаходження положення і форми депресійної поверхні, виділення неоднорідностей в тілі. При вивченні технічного стану відкритих та закритих гірських виробіток (кар’єрів, шахт, тонне лей) методи інженерної геофізики використовуються у процесі їх проходки з метою прогнозування порушення масиву порід та оцінки устойчівості виробітки. Метод опору застосовується для контролю якості цементаційних завіс. Електророзвідувальні спостереження дають можливість визначити ступінь заповнення тріщин і пор гірських порід цементом, картувати просторове положення зони цементації і характеризувати ступінь зміцнення цементного каменю.