Применение георадиолокации для изучения геомеханических свойств горных пород на россыпных месторождениях Севера
К.О. Соколов, к.т.н., ст.научный сотрудник, Н.Д. Прудецкий, старший инженер, Д.В. Хосоев, ведущий инженер, Институт горного дела Севера им. Н.В.Черского Сибирского отделения РАН (ИГДС СО РАН)
При изучении геомеханических свойств массива горных пород и решении задач горной геометрии применяются различные виды и способы измерений, которые выполняются точечно в обнажениях. Для дистанционного, качественного и оперативного изучения структурных особенностей горного массива без нарушения его целостности возможно использование метода георадиолокации, который в настоящее время применяется в различных отраслях науки и производства.
Метод георадиолокации основан на излучении сверхширокополосных (наносекундных) импульсов метрового и дециметрового диапазона электромагнитных волн и приеме сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Его эффективное применение возможно при исследовании массива горных пород с невысоким удельным поглощением электромагнитной энергии и перекрытого рыхлыми отложениями небольшой мощности. Таким образом, наиболее благоприятными для георадиолокационного изучения являются многолетнемерзлые породы [1].
Георадиолокация успешно применяется при решении широкого круга инженерно-геологических, археологических, строительных и других задач, связанных с изучением строения приповерхностной части геологической среды глубиной до 30 м.
В практике горного дела при разработке россыпных месторождений особое внимание уделяется трещинам от 0,1 м до 100 м длиной, карстам и брекчиям различного типа. Для изучения этих объектов георадиолокационная съемка проводится в виде зондирований в режиме профилирования, что позволяет уверенно определять вертикальные границы, характерные для трещин и разломов в горном массиве. Многообразие серийно выпускаемых георадаров с диапазоном излучаемых частот от 30 до 2000 МГц позволяет применять их для изучения широкого класса трещин [2], в т.ч. и для определения их длины, ширины, ориентации, а также для количественной оценки слоистости и трещиноватости (линейной, площадной и объемной).
Рис. 1 Георадиолокационный разрез зоны тектонического дробления и трещиноватости
На рис. 1 представлен фрагмент георадиолокационного разреза, полученного при исследовании участка 11/2000 на месторождении р. Хас-Сарара (ОАО «Алмазы Анабара»). По осям синфазности георадиолокационных сигналов и их смещениям возможно определить количество слоев в разрезе (5) и наличие трещин (4). На основе этих данных, исходя из ГОСТ Р 50544-93, можно рассчитать линейный коэффициент трещиноватости Клт=4/120 м и коэффициент слоистости Кс=5/20 м.
Изучение методом георадиолокации карстовых явлений на россыпных месторождениях Севера было проведено на участке Верхняя Кула (россыпное месторождение р. Маят, ОАО «Алмазы Анабара»). Съемка проведена георадаром ОКО-2М с АБДЛ «Тритон».
Рис. 2 Пример выявления карстовых явлений по данным георадиолокации
Фрагмент георадиолокационного разреза по линии 108 представлен на рис. 2. По данным бурения скважин карст прослежен на участке 30–140 м. Результаты георадиолокационного исследования показали три карста на интервалах профиля 27–35, 50–85 и 96–117 м, которые были выделены по наличию высокоамплитудных хаотичных сигналов, не имеющих четкой структуры, характерной для горизонтально-слоистых сред. Для исследования возможности выявления брекчий по данным георадиолокации была проведена площадная съемка участка 10/2000 на месторождении р. Хас-Сарара (ОАО «Алмазы Анабара»).
Рис. 3 Данные георадиолокационных измерений по профилю 2 участка 10/2000
На рис. 3 представлен георадиолокационный разрез по профилю 2. На глубинах 10–30 м выделяются горизонтальнослоистые структуры карбонатных пород, образовавшихся в результате осадконакопления. Линиями указаны границы электрофизически контрастных сред, которые при соблюдении горизонтального и вертикального масштабов будут иметь незначительную кривизну. Между блоками слоистых структур имеются зоны нарушенных пород длиной до 50 м, которые, по данным геологов, являются брекчиями. Структура георадиолокационных сигналов, полученных при их исследовании, неупорядоченная, однако частотный состав и амплитудные характеристики в целом соответствуют вмещающим породам, что отличает их от сигналов, полученных в зоне разломов.
Возможности метода георадиолокации не используются в горном деле полностью. В настоящее время георадары применяются для определения точного положения подповерхностных объектов перед бурением, взрыванием или началом работы в забое. В глубоких шахтах с помощью георадиолокационных исследований возможно обнаружение геологических объектов, которые могут стать зонами внезапного обрушения породы: трещины, разломы и сдвиги [3]. Современные тенденции в георадиолокации – это детальные исследования первых метров с разрешающей способностью и точностью в несколько сантиметров, но результаты проведенных работ показывают перспективность применения георадиолокации для изучения строения и свойств горного массива на больших глубинах.
