авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Повышение эффективности геофизических методов при малоглубинных исследованиях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ДАВЫДОВ Вадим Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ МАЛОГЛУБИННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Специальность – 25.00.10

Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург

2011

Работа выполнена на кафедре геофизики ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук,

профессор Сковородников Игорь Григорьевич

Официальные доктор геолого-минералогических наук, доцент

оппоненты: Писецкий Владимир Борисович,

кандидат технических наук, доцент

Ратушняк Александр Николаевич

Ведущая организация - Горный институт УрО РАН, г. Пермь

Защита состоится 15 февраля 2012 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г.Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, ауд. 3326).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан « 12 » января 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, А.Б. Макаров

д. г.-м. н., профессор

Общая характеристика работы

Актуальность темы. После кризиса 90-х годов в области геологического изучения недр наблюдается некоторое оживление. Не считая поисков и разведки нефтегазовых месторождений, современные геологические исследования носят в основном малоглубинный характер. Это связано в первую очередь с экономической рентабельностью последующей добычи минерального сырья. Геофизические методы исследований характеризуются высокой производительностью и относительно низкой стоимостью, что позволяет прогнозировать повышение спроса на них, при условии нормального развития экономики. В этом случае малоглубинные геофизические работы будут востребованы как в горно-геологической отрасли, так и в сфере инженерных изысканий.

Одними из главных особенностей малых глубин являются разнообразие и быстрая изменчивость свойств геологической среды. К геофизическим исследованиям здесь предъявляются высокие требования по разрешающей способности и детальности наблюдений. Для того чтобы наиболее полно и качественно выполнить поставленные геологические задачи, необходимо повышать информативность геофизических исследований за счет разнообразия состава и увеличения объема работ. Данная ситуация вынуждает обратить внимание на быстроту получения достоверных данных при использовании различных методов и методик исследований, а также на экономичность технического оборудования. В связи с этим достаточно актуальным направлением является повышение эффективности малоглубинных геофизических исследований за счет разработки недорогой универсальной аппаратуры, применения новых технологий обработки данных и использования оптимального комплекса геофизических методов.

Цель диссертационной работы: разработка полевой аппаратуры, методики наблюдений и комплексирования геофизических методов, а также нахождение новых приемов обработки и интерпретации полученных данных для повышения геологической информативности малоглубинных геофизических исследований.

Основные задачи.

  • Разработка, изготовление и испытание макета широкополосного многофункционального приемника электрических, магнитных и сейсмоакустических сигналов.
  • Изготовление и калибровка датчиков магнитного поля для методов АМТЗ (аудиомагнитотеллурического зондирования) и радиокип СДВР (радиокомпарации и пеленгации сверхдлинноволновых радиостанций).
  • Разработка новой методики наблюдения и интерпретации сейсморазведочных данных с одновременным использованием продольных и поперечных волн.
  • Опробование новой аппаратуры, методических приемов и способов обработки данных на контрольных интерпретационных профилях.
  • Анализ возможностей отдельных геофизических методов и выбор рационального комплекса исследований при изучении верхней части геологического разреза (ВЧР).

Защищаемые положения.

  1. Разработанная, изготовленная и опробованная на практике широкополосная приемно-регистрирующая аппаратура, отличающаяся портативностью и малой себестоимостью, позволяет оперативно выполнять задачи электрометрии и сейсмометрии.
  2. Предложенная технология совместной обработки данных методов преломленных волн и многоканального анализа поверхностных волн позволяет изучить упругие характеристики геологической среды (скорости продольных и поперечных волн, коэффициент Пуассона) в естественном залегании для решения инженерно-геологических задач.
  3. На основе реализации возможностей новых технологий обоснован рациональный комплекс геофизических методов для изучения верхней части геологического разреза, позволяющий повысить достоверность и информативность исследований.

Научная новизна.

  • Разработана, изготовлена и испытана в производственных условиях новая геофизическая аппаратура широкого применения с датчиками электромагнитных сигналов.
  • Впервые предложены и осуществлены аудиомагнитотеллурические измерения в движении.
  • Впервые предложен новый электрометрический параметр для выявления поляризационных свойств разреза – электрический параметр гармоник (Пг).
  • Для малых глубин разработан способ повышения горизонтального разрешения многоканального анализа поверхностных волн (MASW) на базе алгоритма оконного суммирования спектров скоростей релеевских волн.
  • В ходе выполнения исследований на ряде объектов показана эффективность обнаружения подземных пустот по поведению коэффициента Пуассона.
  • На ряде альпинотипных массивов показана перспективность изучения хромового оруденения с помощью индукционной электроразведки и комбинированной малоглубинной сейсморазведки.

Практическая значимость.

  • Созданный макет широкополосной аппаратуры «ОМАР-2м» успешно испытан на контрольном полигоне Института геофизики УрО РАН и применялся автором в производственных условиях при:
  • изучении интервалов, перспективных на золотоносное оруденение в горных выработках шахты «Северная» Березовского рудника [2];
  • опытных геофизических работах по выявлению коренных источников Полдневского месторождения демантоидов [3];
  • инженерно-геофизическом обследовании плотин г. Екатеринбурга [6, 7];
  • геолого-геофизических поисковых работах на хромиты в пределах ультраосновных массивов – Наранского (Монголия) и Рай-Из (Урал);
  • изучении геоэлектрического разреза вблизи трасс магистральных газопроводов Тюменской, Свердловской и Челябинской областей.

Разработанная аппаратура «ОМАР-2м» позволяет выполнять исследования методами АМТЗ, радиокип СДВР, переменного естественного электрического поля (ПЕЭП), спектрального анализа поверхностных волн (SASW), а также может применяться как сейсмоэлектрическая или сейсмоакустическая станция. В комплекте с электроразведочным генератором сигналов аппаратура может выступать в качестве универсального приемника электромагнитных методов разведки [10].

  • Технология совместной обработки данных сейсморазведки методом преломленных волн (МПВ) и многоканального анализа поверхностных волн (MASW) была успешно применена автором на практике при:
  • изучении территории под строительство обогатительной фабрики шахты «Северная» ОАО «Ургалуголь» в Верхне-Буреинском районе Хабаровского края [1];
  • поиске старых горных выработок Березовского золоторудного месторождения (Свердловская обл.) [4];
  • опытно-методических работах в пределах хромитоносных участков Ключевского и Первомайского офиолитовых массивов Среднего Урала;
  • инженерно-геологических работах на участках планируемого строительства ряда объектов Свердловской и Челябинской областей.

Разработанная технология обработки сейсмических данных позволяет определять коэффициент Пуассона в естественном залегании и идентифицировать подземные пустоты различного происхождения.

  • Предложенный рациональный комплекс геофизических методов по изучению верхней части геологического разреза может с большой эффективностью применяться при:
  • изучении россыпных месторождений благородных металлов и драгоценных камней;
  • поиске и разведке коренных рудных месторождений, залегающих на небольших глубинах (от 2 до 30 метров);
  • инженерно-геологических изысканиях.

Личный вклад автора.

Работа подготовлена по результатам исследований, проведенных непосредственно автором в период с 1995 по 2011 год. Полевые работы на месторождениях золота выполнялись в содружестве с В.П. Бакаевым (ИГф УрО РАН), обследование плотин и инженерно-геологические изыскания - совместно с А.Н. Назаровым (ПИИ «ГЕО»). Вопросы обработки сигналов решались вместе с А.В. Давыдовым (УГГУ). Личный вклад автора:

  • постановка задач исследований;
  • разработка, изготовление и испытания на практике новой многофункциональной аппаратуры;
  • разработка технологии совместного выполнения и обработка результатов сейсморазведки МПВ и MASW;
  • предложен способ локализации подземного пустотного пространства;
  • непосредственное участие в проведении полевых работ;
  • обработка и интерпретация полученных материалов.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований отражены в 12 технических отчетах, написанных автором и находящихся в фондах горно-геологических и проектно-изыскательских организаций.

Результаты работы докладывались и обсуждались на Международном научно-промышленном симпозиуме «Уральская горная школа – регионам» (УГГУ, 21-28 апреля 2009); Пятых научных чтениях памяти Ю.П. Булашевича (ИГФ УрО РАН, 6-10 июля 2009); Шестых научных чтениях памяти Ю.П. Булашевича (ИГФ УрО РАН, 12-14 сентября, 2011).

По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, из которых 3 работы напечатаны в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией (ВАК), подана заявка на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 82 наименований. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 62 рисунка, 5 фотографий и 8 таблиц.

Благодарности. Автор благодарит своего научного руководителя д.г-м.н., профессора И.Г. Сковородникова за ценные замечания; своих полевых коллег В.П. Бакаева и А.Н. Назарова за совместную работу. А также выражает признательность к.г-м.н. Н.В. Вахрушевой, д.т.н. А.И. Человечкову, д.т.н. Л.Н. Сенину, к.т.н. А.Н. Ратушняку и к.т.н. А.Д. Коноплину за неформальные консультации и дискуссии по разным вопросам.

Я всегда буду благодарен своему отцу д.г-м.н. профессору А.В. Давыдову за понимание.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, охарактеризованы новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе отражены области применения, цели и задачи малоглубинных геофизических исследований. Охарактеризованы основные методы и технологии малоглубинной геофизики. Особое внимание уделено изучению верхней части разреза с помощью естественных электромагнитных полей, описана структура природных и искусственных сигналов электромагнитного поля Земли в частотном диапазоне 1 – 100 000 Гц. Проведен обзор и сравнительный анализ используемой серийной аппаратуры методов АМТЗ и радиокип СДВР.

Вторая глава посвящена разработанной автором опытной малогабаритной аппаратуре регистрации геофизических сигналов «ОМАР-2м». Приведено описание структурной схемы и принципа работы, указаны технические характеристики изготовленного прибора и датчиков сигналов. Продемонстрирован способ расширения динамического диапазона измеряемых сигналов и борьбы с промышленными помехами. Описана методика наблюдений, обработки и интерпретации результатов методом АМТЗ. Приведены примеры применения аппаратуры «ОМАР-2м» в качестве аудиомагнитотеллурической и сейсмоэлектрической станции.

Третья глава содержит изложение методики комбинированного использования преломленных и поверхностных волн. Проанализированы стандартные схемы наблюдений и способы обработки сейсморазведки методом преломленных волн (МПВ) и многоканального анализа поверхностных волн (MASW). Предложена технология оконного суммирования сейсмограмм в спектральной области при модифицированной системе наблюдений. Рассмотрено поведение упругих характеристик в реальных средах. Приведены примеры применения новой методики для идентификации подземных пустот.

В четвертой главе представлены примеры по изучению верхней части геологического разреза с помощью различных геофизических методов. Перечислена применяемая аппаратура и методические приемы исследований. Основная часть работ посвящена изучению россыпных месторождений. За ними следуют примеры геофизических исследований при инженерно-геологических изысканиях и опытно-методические работы на коренных месторождениях хромитов. По результатам работ предложен и обоснован рациональный комплекс геофизических методов для изучения малых глубин.

В заключении приводятся основные результаты представленных работ.

Под повышением эффективности понимается: увеличение информативности и производительности работ при снижении их себестоимости. Средствами достижения этой цели являются:

  • применение производительных методов и методик при выполнении полевых работ;
  • внедрение новые технологий обработки и интерпретации данных;
  • использование недорогой универсальной аппаратуры.

Малоглубинные исследования – это изучение верхней части геологического разреза (ВЧР), состоящего из:

  • рыхлых отложений разного происхождения (аллювий, делювий, элювий и др.), включая кору выветривания коренных пород;
  • кровли собственно коренных пород.

Мощность рыхлых отложений обычно варьирует от единиц до десятков метров, таким образом, ВЧР ограничивается первой сотней метров.

Основные области применения малоглубинных геофизических исследований:

  • крупномасштабное геологическое картирование;
  • поиск и разведка неглубоко залегающих коренных месторождений;
  • поиск и разведка россыпных месторождений;
  • изучение горно-геологических условий и процессов при эксплуатации месторождений твердых полезных ископаемых;
  • гидрогеологические, геокриологические и экологические исследования;
  • инженерно-геологические изыскания;
  • археология.

К основным геофизическим методам изучения малых глубин следует отнести электроразведку и сейсморазведку. В качестве дополнительных методов для решения некоторых специфических задач применяют магниторазведку, гравиразведку и радиометрию.

Главным сейсморазведочным методом изучения верхней части разреза является метод преломленных волн (МПВ). При возбуждении упругих колебаний с помощью ручного тампера (кувалды), сейсморазведка МПВ позволяет получить информацию о скоростных характеристиках геологического разреза в интервале глубин от 1 до 30 метров. В случае применения механических невзрывных источников глубинность исследований возрастает до 100 метров. Развитие современных технологий дало толчок новым методическим приемам получения и обработки сейсмической информации. Одно из таких направлений – использование спектрального анализа поверхностных волн.

Электроразведка объединяет многочисленные геофизические методы исследования геологической среды, основанные на изучении постоянных или переменных электромагнитных полей естественных и искусственно созданных источников. В настоящее время в электроразведке насчитывается свыше пятидесяти различных методов и модификаций. Наиболее востребованными являются электромагнитные зондирования, основанные на измерении элементов поля при последовательном увеличении глубины проникновения электрических токов. Наиболее распространены: вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ), дистанционные индукционные зондирования (ДИЗ), индукционные частотные зондирования (ИЧЗ) и метод переходных процессов (МПП). К относительно малораспространенному, но перспективному направлению малоглубинной электроразведки относится использование безгенераторных способов изучения геоэлектрического разреза с помощью природных электромагнитных полей – аудиомагнитотеллурические зондирования (АМТЗ) и метод радиокомпарации и пеленгации сверхдлинноволновых радиостанций (радиокип СДВР).

Аппаратура для методов АМТЗ и радиокип СДВР в настоящее время серийно выпускается только за рубежом, отечественные аналоги подобных приборов существуют только в единичных опытных экземплярах. Для восполнения этого пробела автором разработан и изготовлен экономичный и достаточно универсальный приемник электромагнитных сигналов аудио-диапазона «ОМАР-2м».

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Разработанная, изготовленная и опробованная на практике широкополосная приемно-регистрирующая аппаратура, отличающаяся портативностью и малой себестоимостью, позволяет оперативно выполнять задачи электрометрии и сейсмометрии.

Функционально аппаратура состоит из аналогового приемного блока и цифрового регистратора сигналов. Приемный блок осуществляет согласование с датчиками, формирование амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) каналов, усиление, индикацию уровня сигнала и детектирование (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема аналогового приемного блока [5].

Принятые сокращения: МД магнитный датчик, MN заземляемые электроды, ФВЧ фильтры высоких частот, ДУ дифференциальный усилитель, ФНЧ фильтр низких частот, УС усилитель, ДЕТ детектор, ИНД аналоговый стрелочный индикатор



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.