Разработка методики мониторинговых гравиметрических исследований для изучения карстовых процессов
DOI:
https://doi.org/10.7242/2658-705X/2021.3.5Ключевые слова:
гравиразведка, мониторинг, аномалия гравитационного поля, динамическая гравитационная аномалия, геологическая модель, интерпретация, карст, обратные задачиАннотация
При поддержке проекта регионального конкурса РФФИ в 2017-2019 гг. разработана принципиально новая методика мониторинговых гравиметрических наблюдений, включающая в себя динамическую составляющую, т.е. изменение параметров поля во времени. Предлагаемые методы являются опережающими в том смысле, что предназначены для оперативного картирования карста в плане, приблизительной оценки его физических и геометрических параметров. Работы были проведены для опробования различных вариантов методики полевых работ на конкретных геологических объектах. Создана геологическая модель гравиметрического мониторинга карстового процесса и доказано, что с использованием разработанной методики и современной геофизической аппаратуры можно определить начало процесса разуплотнения пород, выявляя зоны последующих возможных оседаний и провалов земной поверхности. Основываясь на геологической модели гравиметрического мониторинга, разработана методика интерпретации динамических аномалий силы тяжести, на базе которой создана технология количественной интерпретации выделенных динамических аномалий гравитационного поля. Интерпретация динамических аномалий силы тяжести основана на совместном применении качественных и количественных методов извлечения геологической информации из гравиметрических данных. Решение обратных задач предлагается осуществлять монтажным методом с использованием гарантированного подхода к оценке качества решения обратной задачи и с построением функции локализации источников поля. Модель среды, используемая при этом методе решения задачи (изолированный объект в однородной среде), полностью удовлетворяет геологической модели гравиметрического мониторинга, поскольку влияние неизменных плотностных неоднородностей в массиве, обусловленных геологическим строением, отсутствует в динамических аномалиях силы тяжести. Результатом количественной интерпретации динамических аномалий является вероятный интервал глубин изменения массы (объема) горных пород, произошедший между двумя парами измерений поля.
Библиографические ссылки
- Андреев О.П., Кобылкин Д.Н., Ахмедсафин С.К., Кирсанов С.А., Безматерных Е.Ф., Кривицкий Г.Е. Гравиметрический контроль разработки газовых и газоконденсатных месторождений. Состояние, проблемы, перспективы. – М.: ООО Издательский дом Недра. – 2012. – 374 с.
- Багрій С.М., Кузьменко Е.Д., Анікеєв С.Г. Оцінка ступеня просідання земної поверхні на шахтних полях Калуського гірничо-промислового району за даними високоточної гравіметрії // Научные труды SWorld. – 2016. – №1 (42). – С. 40–48.
- Бычков С.Г. Гравиметрический мониторинг: возможности, задачи, перспективы // Стратегия и процессы освоения георесурсов: Сб. науч. тр., вып. 15. – Пермь, ГИ УрО РАН, – 2017. – С. 146–149.
- Бычков С.Г., Долгаль А.С., Костицын В.И., Симанов А.А., Хохлова В.В. Редуцирование высокоточных гравиметрических наблюдений // Геодезия, картография, кадастр, ГИС – проблемы и перспективы развития: тез. докл. Международной науч.-техн. кон / Полоцкий гос. ун-т. – Новополоцк: ПГУ, 2016. – С. 26–30.
- Бычков С.Г., Долгаль А.С., Симанов А.А., Хохлова В.В. Опыт использования современных процедур обработки высокоточных гравиметрических съемок // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. (17–21 апреля 2017 г.). Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки
месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология». – Т. 3. – Новосибирск: СГУГиТ, 2017. – С. 99–104. Бычков С.Г., Мичурин А.В., Симанов А.А. Гравиметрический мониторинг аварийных участков рудников Верхнекамского месторождения калийных солей // Материалы 44-й сессии Междунар. науч. семинара им. Д.Г.Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации геофизических полей» – М.: ИФЗ РАН, 2017. – С. 75–79. Бычков С.Г., Мичурин А.В., Симанов А.А. Гравиметрический мониторинг аварийных участков рудников Верхнекамского месторождения калийных солей // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: сборник статей по материалам Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. – Пермь, ПГНИУ, 2017. – С. 132–137. Бычков С.Г., Мичурин А.В., Симанов А.А. Гравиметрический мониторинг карстовых процессов // Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле Земли, интерпретация геофизических полей: Девятые научные чтения памяти Ю.П. Булашевича. – Екатеринбург, ИГф УрО РАН. – 2017. – С. 93–97. Бычков С.Г., Мичурин А.В., Симанов А.А. Гравиметрический мониторинг рудников
Верхнекамского месторождения калийных солей // Геофизика. – 2017. – № 5. – С. 10–16. Бычков С.Г., Мичурин А.В., Симанов А.А. Результаты гравиметрического мониторинга аварийных участков рудников Верхнекамского месторождения калийных солей // Вопросы теории и практики геологической интерпретации геофизических полей: Материалы 45-й сессии Междунар. семинара им. Д.Г.Успенского. – Казань: Казанский ун-т. 2018. – С. 130–131. Бычков С.Г., Простолупов Г.В., Симанов А.А., Щербинина Г.П. Гравиметрические исследования аварийных участков рудников Верхнекамского месторождения калийных солей // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: сб. ст. юбилейной конф., посвящ. 100-летию Пермского ун-та и 85-летию геол.ф-та. ПГНИУ. – Пермь, 2016. – С. 124–127. Бычков С.Г., Простолупов Г.В., Щербинина Г.П. Наземно-подземная гравиразведка на Верхнекамском месторождении калийных солей // Теория и практика разведочной и промысловой геофизики: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Пермь, 2016. – С. 76–80. Бычков С.Г., Простолупов Г.В., Щербинина Г.П. Прикладные задачи гравиметрии при
обеспечении безопасности отработки месторождения растворимых солей // Геофизика. – 2018. – № 5. – С. 4–12. Бычков С.Г., Простолупов Г.В., Щербинина Г.П. Применение наземно-подземной гравиразведки на Верхнекамском месторождении калийных солей // Геофизика. – 2016. – № 5. – С. 37–41. Бычков С.Г., Симанов А.А. Возможная природа повышенной дисперсии отсчетов гравиметра // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Вып. 1(38). – Пермь: ПГНИУ, 2018. – С. 163–167. Мичурин А.В. Комплексная интерпретация геофизических данных при поисках медно-порфирового оруденения // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Вып. 16. – Пермь: ГИ УрО РАН, – 2018. – С. 150–152.Мичурин А.В. Решение линейной обратной задачи гравиразведки по площадным измерениям методом минимизации эмпирического риска // Стратегия и процессы освоения георесурсов: Сб. научн. Трудов. Вып. 14. – Пермь: ГИ УрО РАН, – 2016. – С. 147–149. Простолупов Г.В., Новоселицкий В.М., Конешов В.Н., Щербинина Г.П. Об интерпретации гравитационного и магнитного полей на основе трансформации горизонтальных градиентов в системе «VECTOR» // Физика Земли. – 2006. – № 6. – С. 90–96. Симанов А.А. Гравиметрический мониторинг карстово-суффозионных процессов в районах интенсивного освоения недр // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Вып. 16. – Пермь: ГИ УрО РАН, – 2018. – С. 161–163. Симанов А.А. Опытные геофизические работы на территории историко-природного комплекса «Ледяная гора и Кунгурская ледяная пещера» // Стратегия и процессы освоения георесурсов: Сб. научн. трудов. Вып. 14. – Пермь: ГИ УрО РАН, – 2016. – С. 160–162. Хохлова В.В. Вычисление гравитационных эффектов в сферической системе координат // Стратегия и процессы освоения георесурсов: Сб. научн. трудов. Вып. 14. – Пермь: ГИ УрО РАН, – 2016. – С. 166–168. Branston M.W., Styles P. The Use of Time‐Lapse Microgravity to Investigate and Monitor an Area Undergoing Surface Subsidence; A Case Study // Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems – 2002. P. CAV10-CAV10. Bychkov S. The tomographic transform of the gravity field and their geological interpretation // 8th Saint Petersburg International Conference & Exhibition «Saint Petersburg 2018. Innovations in Geosciences – Time for Breakthrough» – Saint Petersburg, Russia (9-12 April 2018). Submission ID: 44418. 6 р. Bychkov S., Michurin A., Simanov A. Interpretation of results gravity monitoring of karst processes // 8th Saint Petersburg International Conference & Exhibition «Saint Petersburg 2018. Innovations in Geosciences – Time for Breakthrough» – Saint Petersburg, Russia (9-12 April 2018). Submission ID: 44417. 6 р. Bychkov S.G., Michurin A.V., Simanov A.A. Gravimetric monitoring of technogenic impact on geological environment // Engineering and Mining Geophysics. 2018 (23-27 April 2018), – Almaty, Kazakhstan. Submission ID: 46144. 6 р. Davis K., Li Y., Batzle M. Time-lapse gravity monitoring: A systematic 4D approach with application to aquifer storage and recovery // Geophysics. – 2008. – Vol. 73. – № 6. – P. WA61–WA69. Gasperikova E., Hoversten G.M. Gravity monitoring of CO2 movement during sequestration: Model studies // Geophysics. – 2008. – Vol. 73. – № 6. – P. WA105–WA112. Kennedy J., Ferre T.P., Guntner A., Abe M., Creutzfeldt B. Direct measurement of subsurface mass change using the variable baseline gravity gradient method // Geophysical Research Letters. – 2014. – Vol. 41. – P. 2827–2834.