Отправить статью по E-mail 
Геофизические методы исследования природно-техногенных изменений массивов грунтов криолитозоны
- Авторы: Трифонов Б.А.1, Милановский С.Ю.1,2, Несынов В.В.1
-
Учреждения:
- Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук
- Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук
- Выпуск: № 5 (2024)
- Страницы: 82-94
- Раздел: МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
- URL: https://ogarev-online.ru/0869-7809/article/view/285095
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869780924050087
- EDN: https://elibrary.ru/QPCNDG
- ID: 285095
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
В статье рассматриваются примеры экспериментальных исследований природно-техногенных изменений свойств многолетнемерзлых пород (ММП) различного состава и строения. Показано, что для контроля изменения свойств ММП, подверженных деградации, особую значимость приобретает геофизический мониторинг состояния грунтового массива. Изложен подход к изучению состояния и свойств грунтов криолитозоны in situ на примере комплексных геофизических работ на гидротехнических объектах Западной Якутии, который помогает понять пространственно-временные закономерности развития активных талых зон (талика) за относительно малый интервал времени. На примере Билибинской АЭС, построенной на территории распространения ММП, показано, что упругие свойства скальных мерзлых грунтов, как правило, трещиноватых в верхней части разреза, зависят не только от их петрографического состава, текстуры и структуры, но и от криогенного состояния породы. Для данной промплощадки проанализированы закономерности изменения сейсмических свойств мерзлых скальных грунтов, оттаявших при отепляющем воздействии основных сооружений реакторных блоков за 30-летний период. Показано, что за это время, произошло увеличение приращения сейсмической интенсивности в среднем на +0.3 балла относительно первоначальных условий. Изменились соответственно и значения характеристик сейсмических воздействий (пиковые ускорения грунта PGA и величины спектров реакции Sa).
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
Б. А. Трифонов
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: igelab@mail.ru
Россия, Уланский пер., 13, стр. 2, Москва, 101000
С. Ю. Милановский
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук
Email: svetmil@mail.ru
Россия, Уланский пер., 13, стр. 2, Москва, 101000; Б. Грузинская ул., 10, стр. 1, Москва, 123242
В. В. Несынов
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук
Email: igelab@mail.ru
Россия, Уланский пер., 13, стр. 2, Москва, 101000
Список литературы
- Бойков С.А., Великин С.А., Снегирев А.М. и др. Изучение фильтрационных таликов в основании грунтовой плотины Сытыканского гидроузла методами инженерной геофизики // Геофизические исследования криолитозоны. М.: Изд-во ОНТИ ПНЦ РАН, 2000. Вып. 3. С. 58–71.
- Великин С.А. Комплексное геофизическое изучение инженерно-геокриологического состояния оснований гидро- и горнотехнических сооружений Якутской алмазной провинции: автореф. дис. … д. т. н. наук. Якутск, 2020. 43 c.
- Великин С.А., Истратов В.А. Возможности межскважинной радиоволновой геоинтроскопии на примере участка обходной фильтрации правобережного примыкания Вилюйской ГЭС-1 // Устойчивость природных и технических систем криолитозоны в условиях изменения климата: матер. Всерос. конф. с междунар. участием, посв. 150-летию М.И. Сумгина / Отв. ред. Р.В. Чжан, А.Н. Фёдоров, М.Н. Григорьев. Якутск: Изд-во ИМ им. П.И. Мельникова СО РАН, 2023. C. 238–240.
- Воронков О.К. Инженерная сейсмика в криолитозоне (изучение строения и свойств мерзлых и талых горных пород и массивов). СПб.: ОАО “ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева”, 2008. 300 с.
- Воронков О.К. Инженерно-сейсмические исследования строения и свойств скальных массивов в области многолетней мерзлоты: автореф. дис. … д. г.-м.н. Л.: Изд-во ЛГУ, 1987. 223 с.
- Заболотник П.С., Заболотник С.И. Состояние грунтов в основании зданий Якутской ТЭЦ. Новосибирск: СО РАН, 2022. 118 с.
- Иванов Ю.Г. Использование микросейсмического сигнала от мощных техногенных источников для исследования состояния грунтового массива во внутренних точках среды // Геотехника. 2022. Т. ХIV. № 3. C. 72–82. https://doi.org/10.25296/2221-5514-2022-14-3-72-82
- Комплексные инженерно-геофизические исследования при строительстве гидротехнических сооружений / Под ред. А.И. Савича, Б.Д. Куюнджича. М.: Недра, 1990. 462 с.
- Милановский С.Ю., Трифонов Б.А. Сейсмические воздействия на мерзлоте в условиях ее деградации // Сб. тез. VII Int. Conf. “Seismology and Engineering Seismology”, dedicated to the 100th anniversary of the birth of Nationwide Leader Haydar Aliyev. Baku. 2023. С. 38–44.
- Ратникова Л.И., Левшин А.Л. Расчет спектральных характеристик тонкослоистых сред // Физика Земли. 1967. №2. С. 41–53.
- Руководство по учету сейсмических воздействий при проектировании гидротехнических сооружений (к разд. 5 гл. СНИП II-А 12-69). Ленинград: ОАО “ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева”, 1977. 163 с.
- Савич А.И., Ященко З.Г. Исследования упругих и деформационных свойств горных пород сейсмоакустическими методами / Под ред. А.М. Епинатьевой. М.: Недра, 1979. 214 с.
- Седов Б.М. Сейсмические исследования в районах многолетней мерзлоты. М.: Наука, 1988. 184 с.
- Соболь С.В. Водохранилища в области вечной мерзлоты. Нижний Новгород: ННГАСУ, 2007. 161с.
- Судакова М.С., Брушков А.В., Великин С.А. и др. Геофизические методы в геокриологическом мониторинге // Вестник Московского Университета. Серия 4. Геология. 2022. № 6. С. 141–151. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2022-6-141-151
- Трифонов Б.А., Милановский С.Ю., Великин С.А., Истратов В.А. Сейсмические воздействия на мерзлоте // Устойчивость природных и технических систем криолитозоны в условиях изменения климата: матер. Всерос. конф. с междунар. участием, посв. 150-летию М. И. Сумгина / Отв. ред.-ры: Р.В. Чжан, А. Н. Фёдоров, М. Н. Григорьев. Якутск: Изд-во ФГБУН ИМ им. П.И. Мельникова СО РАН, 2023. C. 227–229.
- Трифонов Б.А., Милановский С.Ю., Несынов В.В. Особенности проведения сейсмического микрорайонирования на мерзлоте // Вопросы инженерной сейсмологии. 2023. Т. 50. № 4. C. 106–114.
- Трифонов Б.А., Милановский С.Ю., Несынов В.В. Оценка сейсмических воздействий в условиях деградации мерзлоты // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2022. Вып. 56. № 4. С. 59–73.
- Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2005. 607 с.
- Чжан Р.В., Великин С.А., Кузнецов Г.И., Крук Н.В. Грунтовые плотины в криолитозоне России. Новосибирск: Академическое изд-во “Гео”, 2019. 427 с.
- Bardet J.P., Tobita T. NERA А computer program for nonlinear earthquake site response analyses of layered soil deposits. Department of Civil Engineering, University of Southern California, April 2001. 44 p.
- Emmanuel Chaljub, Emeline Maufroy, Peter Moczo et al. 3-D numerical simulations of earthquake ground motion in sedimentary basins: testing accuracy through stringent models // Geophysical Journal International. 2015. Vol. 201. Issue 1. P. 90–111. https://doi.org/10.1093/gji/ggu472
- Istratov, V.A., Frolov, A.D. Radio wave borehole measurements to determine in situ the electric property distribution in a massif // J. Geophys. Res. Planets, 2003. Vol. 108. No E4: 8038-8043. https://doi.org/10.1029/2002JE001880
- Milanovskiy S., Velikin S., Cherepanov A., Petrunin A., Istratov V. Permafrost and objects of economic activity in Siberia – risks and facts // Proc. 27th General Assembly of the Int. Union of Geodesy and Geophysics, abstract № IUGG19-0488, Montreal, Canada, 2019. (file:///C:/Users/777/Downloads/astractDetails_Monreal2019%20(1).pdf).
- Milanovskiy S., Velikin S., Petrunin A. Geophysical Monitoring of Permafrost in Yakutia – Observation and Modelling // Proc. Int. Conf. “Solving the puzzles from Cryosphere”, Pushino, 2019. С. 123–124. https://istina.msu.ru/publications/article/257939745/.
- Milanovskiy S., Velikin S., Petrunin A., Istratov V. Geophysical Monitoring of Engineering Constructions in Western Yakutia and Study of Coupled Problem of Temperature and Seepage Fields in Permafrost near Hydro Unit // Proc. of 68th Canadian Geotechnical Conference and 7th Canadian Permafrost Conference – GeoQuebec, Quebec City, Canada, September 20–23, 2015. 9 p. (https://www.researchgate.net/publication/354447452_Geophysical_Monitoring_of_Engineering_Constructions_in_Western_Yakutia_and_Study_of_Coupled_Problem_of_Temperature_and_Seepage_Fields_in_Permafrost_near_Hydro_Unit)
- Ruiz P., Penzien J. Probabilistic Study of the Behavior of Structures During Earthquake. Report No. UCB/EERC-69-3. (PB 187 886) A06. Earthquake Engineering Research Center. University of California, Berkeley, CA, March 1969. 45 p.
- Parazoo Nicholas C., Charles D. Koven, David Lawrence et al. Detecting the permafrost carbon feedback: talik formation and increased cold-season respiration as precursors to sink-to-source transitions // The Cryosphere. 2018. V. 12. № 1. P. 123–144. https://doi.org/10.5194/tc-12-123-2018.
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Геологический разрез (а), нулевые изотермы и динамика изменения контура талика (б), радарограмма (в) по оси Сытыканской плотины, 1997–1998 гг. [1]
Скачать (595KB)
3.
Рис. 2. Сытыканский гидроузел: а - распространение отрицательных аномалий потенциала естественного электрического поля (ЕП) в верхнем бьефе водохранилища; отрицательным аномалиям соответствуют зоны инфильтрации [1]; б - площадной контроль обходной фильтрации в талой зоне правобережного примыкании по совместной интерпретации данных скважинной термометрии и электротомографии [2].
Скачать (609KB)
4.
Рис. 3. Примеры геоэлектрических разрезов: слева – эффективных сопротивлений (ρ); справа – относительной диэлектрической проницаемости (ε), по профилю скважин (4–5–6–7–10) в мерзлом массиве в крест береговой линии Сытыканского гидроузла (Зап. Якутия); ОРВП наблюдения: вверху – март 2001; в середине – август 2001; внизу – март 2002. Для мерзлых пород характерно высокое ρ и низкое ε; для талых — низкое ρ и высокое ε. Уровень дна около плотины 301 м [19, 26]. По горизонтальным осям расстояние от береговой линии, по вертикальным — абсолютные отметки глубины, [м].
Скачать (505KB)
5.
Рис. 4. Схематическое расположение наблюдательного профиля и пьезометрической (закачной) скважины, правобережного примыкания водохранилища Сытыкан, Зап. Якутия (а). Режимные (повторные) электротомографические измерения для выявления фильтрационных окон и скоростей фильтрации. Окно фильтрации на глубине 25 м в районе ПК100м на 90 мин после закачки (б) [2].
Скачать (448KB)
6.
Рис. 5. Геоэлектрические разрезы по результатам РВГИ: 1999–2022 гг. с диаграммами гамма каротажа и электрического сопротивления. Приведена термометрия по скважинам за 1999, 2013 и 2022 г. [3]
Скачать (325KB)
7.
Рис. 6. Результаты измерения амплитуд микросейсмического сигнала и температуры грунтов в скважинe NB-5 в 2019 и 2022 г.: 1 — насыпной грунт; 2 — долерит темно-серый, крепкий, сильнотрещиноватый, местами разрушенный до крупного щебня и глыб; 3 — переслаивание алевролитов, песчаников и доломита; 4 — известняк доломитизированный, местами разрушенный до супеси с щебнем и дресвой [7].
Скачать (478KB)
8.
Рис. 7. Пример изменения первоначального состояния мерзлых скальных грунтов по разрезу на промплощадке БиАЭС за время ее эксплуатации с 1976 г. Графики изменения температуры в скв. 8 (предположительно лето, 1991 г.), скв. 10 (предположительно зима, 1991 г.) и скв. 12 (режимные измерения в течение 2012 г.).
Скачать (458KB)
9.
Рис. 8. Примеры расчетных акселерограмм и соответствующих им спектров реакции Sa (5%) · 10-2 в долях g от предполагаемого местного землетрясения: М1 (модель 1) - на поверхности толщи мерзлых скальных пород площадки БиАЭС (Аmax = 9.1 см/с2); М2 (модель 2) - на поверхности оттаявшей толщи скальных пород при общей глубине оттаивания 35 м в 1991 г. (Аmax = 10.0 см/с2); М4 (модель 4-прогнозная) - на поверхности при прогнозной общей глубине оттаивания 65 м к 2023 г. (Аmax = 12.0 см/с2).
Скачать (366KB)
