Evaluation of the possibility of searching for groundwater using electrical resistivity tomography based on the data of numerical modelling in complicated permafrost conditions (the case of the territory in the eastern part of the Republic of Buryatia)

Full Text

Введение

В статье рассматривается возможность поиска подземных вод методом электротомографии по данным численного моделирования в условиях, осложненных многолетнемерзлыми породами.

Подземные воды являются одним из основных источников водоснабжения и представляют собой ценный естественный ресурс [1], и потребность в них неоспорима, что обусловлено хозяйственно-питьевыми нуждами человека [2]. Воды технического назначения необходимы для водоснабжения вахтовых поселков, горно-обогатительных комбинатов и других объектов горнодобывающей инфраструктуры. Источниками питания таких вод являются, прежде всего, атмосферные осадки, поверхностные воды, подтоки из других водоносных горизонтов, а также таяние сезонно-талого слоя [3]. Особый интерес вызывают талики, приуроченные к разломным зонам, в связи с наличием постоянного источника питания за счет теплового потока, поступающего из недр земли [4].

Среди всех геофизических методов электрические и электромагнитные методы являются наиболее популярными при разведке подземных вод из-за тесной связи между электропроводностью и некоторыми гидрогеологическими свойствами водоносного горизонта (например, пористостью, глинистостью, минерализацией подземных вод и степенью водонасыщения) [5]. Одним из наиболее известных электроразведочных методов является электротомография, широко применяемая во всем мире при решении различных задач, от промысловых (например, поиск полезных ископаемых) до экологических (мониторинг оползней, деградации вечной мерзлоты и др.). Его эффективность была успешно подтверждена многочисленными исследованиями [6–13]. Метод электротомографии является подходящим инструментом для исследования распределения удельного сопротивления незамерзших отложений (например, талика и криопэга), а также для изучения и определения положения вечной мерзлоты [14].

Однако перед проведением любого геофизического исследования требуется доказательство целесообразности его применения при решении поставленных задач на рассматриваемом участке работ. Решение прямой задачи позволяет определить, возможно ли обнаружение искомого объекта в текущей геологической ситуации с помощью используемого геофизического метода, а также выбрать оптимальные параметры системы измерений для ее решения, оценить уровень сигнала и разрешающую способность выбранной системы наблюдений [15].

Для априорной модели использовались геологические данные по Еравнинской площади [16] и результаты поисково-оценочных гидрогеологических работ, включавшие в себя электроразведку методами электротомографии, электромагнитных зондирований и вызванной поляризации (ЭМЗ-ВП), а также гидрогеологические исследования и бурение, выполненные в 2020 г. в долине реки Зазы в Еравнинском районе Республики Бурятия. Комплекс работ проводился для обеспечения производственно-технического водоснабжения объектов Озерного ГОКа, находящегося на территории Республики Бурятия, с целью выявления перспективности месторождения напорных подмерзлотных вод межгорного артезианского бассейна р. Зазы [17].

Геологическое описание

Участок исследования расположен в Зазинской межгорной впадине, морфологически представляющей собой линейно вытянутую депрессию, обрамленную невысокими горными хребтами. Структура Зазинской впадины может быть представлена как глубокий грабен в блоке кристаллического фундамента, сопряженного с севера и юга с крупными разломами.

В геологическом строении территории принимают участие пермские, юрские и меловые отложения (рис. 1). Их перекрывают образования неоплейстоцена и отложения голоцена. Интрузивные образования на площади работ представлены пермскими отложениями Бичурского комплекса.

 

Рис. 1. Геологическое строение участка работ: 1 – аллювиальные (aQH) русловые и пойменные отложения. Галька, пески, валуны; 2 – озерные, озерно-болотные (lbQH) пески, суглинки, глины, илы, торфяники, сапропели; 3 – аллювий первой (a1Q4III) террасы рек. Пески, супеси, галечники, валуны; 4 – аллювий второй (a2Q3III) террасы рек. Пески, супеси, галечники, валуны; 5 – Зазинская свита (К1zz). Песчаники, алевролиты, аргиллиты, битуминозные сланцы, мергели, фосфатно-сидеритовые породы. В прибортовых частях впадины – Ендодинская свита (К1еn). Конгломераты, конглобрекчии, гравелиты; 6 – Удинская свита не расчлененная (J2-3ud). Трахиандезибазальты, трахиандезиты, трахиты, их туфы, ингимбриты, туффиты, гравелиты, песчаники, алевролиты, аргиллиты; Бичурский комплекс габбро-моноцит-гранитовый (7, 8): 7 – четвертая фаза: гранитосиенит-порфиры; 8 – третья фаза (γξP2b3): граниты и лейкограниты умереннощелочного, местами нормального ряда, граносиениты; 9 – Тамирская свита (P2tm). Трахириолиты, трахиродациты, их туфы, туфопесчаники, туфоалевролиты; 10 – Олдындинская свита (Є1ol). Андезиты, андезибазальты, дациты, риолиты, трахибазальты и их туфы, песчаники, алевролиты, известняки; 11 – зона контактовых роговиков, мощность которой не выдерживается в масштабе карты; Разрывные нарушения (12–15): 12 – сбросы главные достоверные; 13 – второстепенные достоверные; 14 – второстепенные предполагаемые; 15 – разломная зона; литология (16–19): 16 – трахириолиты; 17 – трахиандезибазальты, трахибазальты; 18 – риолиты; 19 – конгломераты; прочие обозначения (20–25): 20 – тепловой поток; 21 – наклонное залегание слоистости (цифра – угол падения); 22 – региональный сток из кристаллических пород горного обрамления; 23 – зона многолетнемерзлых пород; 24 – граница лицензионного участка; 25 – контур для построения упрощенных геологических моделей

Fig. 1. Geological structure of the exploration area: 1 – alluvial (aQ_H) channel and flood-plain deposits. Pebbles, sands, boulders; 2 – lacustrine, lacustrine-boggy (lbQ_H) sands, loams, clays, silts, peat beds, sapropels; 3 – alluvium of the first (a¹Q⁴_III) river terrace. Sands, sandy loams, pebbles, boulders; 4 – alluvium of the second (a²Q³_III) river terrace. Sands, sandy loams, pebbles, boulders; 5 – Zazinskaya suite (K₁zz). Sandstones, aleurolites, argillites, bituminous shales, marls, phosphate-silerite rocks. In the сutoff parts of the cavity, there is the Endodinskaya suite (K₁en). Conglomerates, conglobreccias, gravelstones; 6 – undissected Udinsckaya suite (J_2-3ud). Trachyandesitebasalts, trachyandesites, trachytes, their tuffs, ingimbrites, tuffites, gritstones, sandstones, aleurolites, argillites; Bichurskiy complex gabbro-monocyte-granite (7, 8): 7 – fourth phase: granitosyenite-porphyry; 8 – third phase (γξP₂b₃): granites and leucogranites of a moderately alkaline, sometimes normal line, granosyenites; 9 – Tamirskaya suite (P₂tm). Trachyrhyolites, trachyrodacites, their tuffs, tuff sandstones, tuff aleurolites; 10 – Oldyndinskaya suite (Є₁ol). Andesites, andesibasalts, dacites, rhyolites, trachybasalts and their tuffs, sandstones, aleurolites, limestones; 11 – zone of contact hornfels, the thickness of which is not maintained on the scale of the map; fractures (12–15): 12 – main reliable faults; 13 – minor reliable faults; 14 – minor supposed faults; 15 – fault zone; lithology (16–19): 16 – trachyrhyolites; 17 – trachyandesitebasalts, trachybasalts; 18 – rhyolites; 19 – conglomerates; other designations (20–25): 20 – heat flow; 21 – oblique bedding (number – dip angle); 22 – regional runoff from crystalline rocks of the mountain margins; 23 – permafrost zone; 24 – lease boundary; 25 – contour for making simplified geological models

 

Исследуемая территория находится на южной окраине площади распространения криолитозоны с максимальной мощностью до 200 м.

В гидрогеологическом отношении поисковая площадь входит в состав Зазинского артезианского бассейна, вытянутого в северо-восточном направлении. Гидрогеологические условия бассейна довольно сложные, особенности их формирования связаны с наличием мощной толщи мезозойских отложений в Зазинской впадине, повсеместным распространением многолетнемерзлых пород (ММП), широким развитием разрывных нарушений и тектонически ослабленных зон.

Питание подмерзлотных вод происходит в основном за счет регионального стока из кристаллических пород горного оформления и частично по таликам, приуроченным к разрывным нарушениям. Разгрузка подземных вод осуществляется подземным стоком по зонам региональных разломов и слоям с повышенными коллекторскими свойствами в подрусловые талики. Частично разгрузка происходит в виде наледей на поверхности вблизи зон тектонических разломов.

Таким образом, на формирование подземных вод площади существенное влияние оказывают: сплошное развитие ММП, климат, рельеф и геолого-структурные особенности района.

Методы и теория

Связь между геофизическими данными и свойствами недр Земли обеспечивается процессами моделирования, то есть решением прямых и обратных задач [18]. Моделирование необходимо для выбора оптимальной методики производства геофизических исследований и оценки возможности применения данных методов для решения поставленных задач [19].

Сущность моделирования сводится к аппроксимации разведываемых объектов априорными моделями, являющимися телами простой геометрической формы (шар, столб, цилиндр, пласт и др.) или сложной формы с разными контрастностями их физических свойств по сравнению с окружающей средой. Для выбранных моделей выполняется решение прямых задач с помощью численного моделирования [20].

Прямая задача геофизики состоит в определении аномальных параметров физических полей по известным геометрическим характеристикам и физическим свойствам. Верификация моделирования выполняется путем решения обратной задачи (определение геометрических параметров по полученным геофизическим данным) на основе преобразования результатов решения прямой задачи к входным данным программы инверсии и в конечном итоге получения геоэлектрического разреза. Полученные результаты инверсии напрямую сравниваются с исходной моделью [21]. Решение прямой задачи однозначно, в то время как решение обратной задачи, как правило, множественно и неустойчиво [22].

Из многообразия геофизических методов в состав поисково-оценочных работ на поиск подземных вод в большинство технических заданий стандартно включена электроразведка методами сопротивлений, основывающимися на дифференциации горных пород по удельному электрическому сопротивлению (УЭС) [23]. Они позволяют надежно картировать обводненные зоны, характеризующиеся пониженными значениями сопротивления.

Электротомография – передовой и широко используемый геофизический метод визуализации недр, применяемый в области гражданского строительства, экологических исследований, гидрологических исследований, разведки полезных ископаемых, а также археологического картирования [24]. Эта технология, объединяющая принципы зондирования и профилирования, позволяет получить наиболее плотную сеть площадных наблюдений и, соответственно, значительно увеличить детальность исследования приповерхностных отложений мощностью до десятков метров в зависимости от используемой установки и характеристик разреза. По результатам измерений этим методом можно получить такие важные характеристики разломных зон, как положение и, предположительно, наклон сместителя, характерные интервалы удельного сопротивления.

При выполнении прямого моделирования применялась комбинация прямой и обратной трехэдектродной установок, а также установка Шлюмберже. Использование прямой и обратной трехэлектродной установки позволяет обеспечить наибольшую глубинность и разрешающую способность среди стандартных установок, совмещая это с помехоустойчивостью и высоким уровнем сигнала. Установка Шлюмберже обладает одинаковой чувствительностью к горизонтальным и вертикальным границам, являясь компромиссом между установками Веннера и дипольной, глубинностью на 10 % большей, чем у Веннера, и средним горизонтальным покрытием [25].

При проведении электротомографии в Республике Бурятия использовалась 16-ти канальная электроразведочная станция «Скала-64» [26]. Применялась прямая трехэлектродная установка с выносным электродом Tx на расстоянии 1 км. Расстояние между электродами было принято в 5 м. Оно выбиралось как наиболее оптимальное для требуемой глубинности исследования и разрешающей способности [27]. Выходное напряжение составило 204 В. Продолжительность импульса тока – 80 мс, паузы – 20 мс.

Результаты и их обсуждение

На первом этапе решения прямых задач электроразведки были составлены две упрощенные геоэлектрические модели. За основу формирования упрощенных моделей был взят опорный геологический профиль и результаты ранее проведенных работ на Еравнинской площади. Модели состоят из двух слоев: первый слой – меловые отложения, сложенные переслаиванием аргиллитов и алевролитов со значениями сопротивления 200 Ом∙м, и второй слой – перекрывающие их породы четвертичной системы, представленные гравийно-галечными отложениями со значениями сопротивления 1000 Ом∙м (рис. 2).

 

Рис. 2. Геоэлектрические модели со сплошной мерзлотой (А) и с прерывистой мерзлотой (B): 1 – таликовая зона; 2 – высокотемпературные ММП; 3 – низкотемпературные ММП; 4 – разломная зона

Fig. 2. Geoelectric models with continuous permafrost (A) and discontinuous permafrost (B): 1 – talik zone; 2 – high-temperature permafrost; 3 – low-temperature permafrost; 4 – fault zone

 

Модель А осложнена сплошными ММП, которые делятся на два температурных режима: низкотемпературная мерзлота (температура которой близка к –2,5 °C с сопротивлением 1500 Ом∙м) и высокотемпературная (температура которой близка к 0,4 °С с сопротивлением 800 Ом∙м). Модель B осложнена прерывистыми ММП, имеющими значения УЭС 1500 Ом∙м.

Перед проведением моделирования требуется обоснование параметров удельного электрического сопротивления (УЭС), заданных для искомых объектов [28]. В данном исследовании такими объектами являются разломная зона и талики. Их значения сопротивления, используемые в моделях, задавались на основе расчетов зависимости Арчи–Дахнова [29, 30].

По гидрогеологическим данным минерализация подземных вод исследуемой территории составляет 0,6–0,7 г/л [31]. УЭС воды может быть оценено по формуле [32]:

${\rho }_{\text{В}}=8.4/\text{М}$,

где М – минерализации воды (г/л). Диапазон сопротивления подземных вод равен 10–15 Ом∙м. Далее, воспользовавшись формулой Арчи–Дахнова, было рассчитано УЭС водонасыщенных пород:

${\rho }_{\text{В}.\text{П}}=P_{\text{П}}{\rho }_{\text{В}}$

$P_{\text{П}}=a{k}_{\text{П}}^{-m},$

где ${\rho }_{\text{В}.\text{П}}$ – УЭС водовмещающей породы; ${\rho }_{В}$ – УЭС воды; ${\rho }_{П}$ – параметр пористости; a – «литологический» коэффициент, изменяющийся от 0,8 до 1;  – коэффициент пористости (для песчаников равен 0,5); m – коэффициент цементации, зависящий от извилистости пор и принимающий значения от 1,3 до 3 (для песков и рыхлых песчаников m=1,3, для сильно сцементированных пород m=3).

Приняв коэффициент пористости, равным 0,8 [33], было рассчитано УЭС водовмещающей породы. Полученные значения сопротивления, 10 Ом∙м для разлома и 20 Ом∙м для таликов, были использованы при последующих расчетах.

Численное моделирование выполнялось в программном обеспечении ZondRes2D [34]. Все расчеты проводились для двух типов электроразведочных установок: совмещенной прямой и обратной трехэлектродной и установки Шлюмберже. В параметрах геометрии установки задавались: количество электродов, равное 64, и сдвиг электроразведочной косы на 32 электрода. Шаг между пикетами был равен 5 и 10 м, и число сдвигов, равное 10 или 4 в зависимости от шага. Инверсия для комбинации прямой и обратной трехэлектродной установки с шагом 5 м выполнялась до глубины 150 м и для шага 10 м – до глубины 200 м. Глубинность инверсии при установке Шлюмберже с шагом 5 и 10 м составила 105 и 165 м соответственно.

К факторам, осложняющим модель, относятся: изменение геометрии объектов, в частности мощность таликов, с вариативностью 20–30, 40–50 и 80–90 м; наличие или отсутствие разломной зоны и ее угол наклона; вариативность значений УЭС ММП. Всего применялось три варианта величин значений УЭС в зависимости от температурного режима ММП (таблица): вариант № 1 – значения по априорным данным, полученным в результате полевых наблюдений; варианты № 2, 3 – теоретически заданные значения для моделирования. Такой широкий диапазон значений сопротивления обусловлен температурой, наличием льда, а также геологической обстановкой [35]. Связь между температурными режимами и значениями УЭС объясняется тем, что для высокотемпературных многолетнемерзлых толщ характерны пониженные значения УЭС, и наоборот [36]. Для данной площади характерны значения 0,4 °С для высоких температур и, следовательно, для более низких –2,5 °С.

 

Таблица. Значения сопротивления для разных температурных режимов ММП

Table. Resistivity values for different temperature regimes of permafrost

Вариант Variant	Значения сопротивления высокотемпературной толщи ММП Resistivity values of the high-temperature permafrost	Значения сопротивления низкотемпературной толщи ММП Resistivity values of the low-temperature permafrost
	Ом∙м/ohm∙m
1	800	1500
2	2400	4500
3	8000	15000

 

Всего было построено порядка 70 моделей с различными комбинациями параметров сопротивления и осложняющих факторов (например, модель со сплошной мерзлотой, наличием разломной зоны, таликами мощностью 80–90 м и значениями УЭС 2400 и 4500 Ом∙м). Среднеквадратическое отклонение между синтетическими данными и данными, полученными по результатам моделирования, для обеих моделей составило 0,5 %.

На основе результатов решения прямой задачи электроразведки была выполнена верификация полученных данных путем решения обратной задачи электроразведки и сделаны четыре блока выводов.

Первый рассматриваемый блок выводов связан со значениями УЭС ММП. Одной из наших задач являлось дифференцирование ММП по температурам. Для модели B толща ММП была расчленена на два равных по мощности слоя с вариантами УЭС № 1 и № 2. Шаг между электродами был равен 5 и 10 м. После проведения численных расчетов для обеих установок было выявлено, что определить наличие разнотемпературных ММП не является возможным. Это связано с недостаточной чувствительностью метода для расчленения ММП по температуре в данной геологической ситуации.

Следующей задачей являлось рассмотрение влияния значений УЭС на результирующие разрезы. При моделировании использовались обе модели – A и B – с тремя вариантами значений сопротивления и с шагом между электродами 5 и 10 м. На рис. 3 представлены результаты моделирования трехэлектродной установки с шагом между электродами 10 м и вариантами значений сопротивления № 1 и № 2 для модели А. Видно, что на разрезах с низкими значениями УЭС для варианта № 1 (рис. 3, а, b) сплошная мерзлота прослеживается непрерывно, что соответствует заданной модели. В то время как для варианта № 2 с более высокими значениями УЭС (рис. 3, c, d) мерзлая толща в местах с небольшой мощностью прерывается. Вероятнее всего, при расположении высокоомного объекта между двумя объектами с более низкими значениями УЭС сплошная мерзлота выделяется как прерывистая, что не соответствует заданной геологической ситуации. Такая ситуация может привести к неверному истолкованию результатов при интерпретации данных (например, ложное предположение о наличии разлома).

 

Рис. 3. Результаты решения прямой и обратной задачи электроразведки для трехэлектродной установки с шагом 10 м и варианта значений сопротивления № 1 (а и b соответственно), варианта № 2 (c и d соответственно) для модели А: 1 – контур таликовых зон; 2 – зона ММП

Fig. 3. Results of solving the direct and inverse problems of electrical survey for a pole-dipole array with electrode distance of 10 m and resistivity values variant no. 1 (a and b respectively), variant – no. 2 (c and d respectively) for model A: 1 – contour of talik zones; 2 – permafrost zone

 

Следующий блок выводов связан с таликовыми зонами. Основными задачами являлись оценка возможности определения наличия таликов, их положения по глубине, а также мощности. Для выполнения численного моделирования, как и в предыдущем блоке, использовались две модели – A и B. Моделирование производилось для двух установок с шагом между электродами 5 и 10 м. В результате было установлено, что кровля таликовых зон отбивается надежно при сплошной мерзлоте. А при расположении таликов под прерывистой мерзлотой определение их наличия затруднительно. Надежное определение мощности таликов по результатам решения обратной задачи электроразведки не является возможным. Однако при увеличении их мощности низкоомная область аномалии таликовых зон значительно расширяется, при этом зависимость от значений УЭС и мощности толщи ММП отсутствует.

В качестве примера представлены результаты решения прямых и обратных задач электроразведки для трехэлектродной установки с шагом между электродами 10 м для модели А (рис. 4). При численном моделировании рассматривалось изменение мощности таликов от 20–30 м (рис. 4, а, b) до 80–90 м (рис. 4, c, d). На рисунках видно, что при мощности таликов 80–90 м низкоомная аномалия таликовых зон больше, чем при 20–30 м.

 

Рис. 4. Результаты решения прямой и обратной задачи электроразведки для трехэлектродной установки с шагом 10 м и варианта значений сопротивления № 1 с мощностью таликов 20–30 м (а и b соответственно) и 80–90 м (c и d соответственно) для модели А с наличием разломной зоны: 1 – контур таликовых зон; 2 – зона ММП; 3 – разломная зона

Fig. 4. Results of solving the direct and inverse problems of electrical survey for a pole-dipole array with electrode distance of 10 m and resistivity value variant no. 1 with a talik thickness of 20–30 m (a and b respectively) and 80–90 m (c and d respectively) for model A with a fault zone: 1 – contour of talik zones; 2 – permafrost zone; 3 – fault zone

 

В третьем блоке выводов рассматривалась возможность определения наличия или отсутствия разломной зоны и ее угол наклона. Численное моделирование моделей А и B выполнялось для обеих установок с шагом между электродами 5 и 10 м. При моделировании с учетом осложняющих факторов, описанных выше, в большинстве моделей использовался угол наклона разломной зоны от дневной поверхности около 80°. Для сравнения некоторые модели были рассчитаны также с углом 45°. Результаты решения как прямых, так и обратных задач электроразведки показали, что метод электротомографии уверенно определяет наличие разломной зоны, но угол наклона достоверно определить затруднительно.

В заключительном блоке выводов рассматривались задачи определения оптимальной геометрии установки. После проведения моделирования с изменением различных параметров установок, а также внесения различных осложняющих факторов, было выявлено влияние геометрии установки на результаты инверсии. При использовании комбинации прямой и обратной трехэлектродной установки на результатах решения обратной задачи электроразведки модели А возникают «затяжки» (в данном контексте подразумеваются некоторые высокоомные субвертикальные структуры, оконтуривающие таликовые зоны) (рис. 5), и при интерпретации полученных разрезов данный факт необходимо учитывать. При моделировании установки Шлюмберже таких структур не возникает. Влияние шага между электродами также необходимо учитывать, так как при его уменьшении «затяжки» выражены менее контрастно.

 

Рис. 5. Результаты решения прямой и обратной задачи электроразведки для трехэлектродной установки с шагом 5 м (а и b соответственно) и 10 м (c и d соответственно) для модели А: 1 – контур таликовых зон; 2 – зона ММП; 3 – высокоомные субвертикальные структуры, оконтуривающие таликовые зоны

Fig. 5. Results of solving the direct and inverse problems of electrical survey for a pole-dipole array with electrode distance of 5 m (a and b respectively) and 10 m (c and d respectively) for model A: 1 – contour of talik zones; 2 – permafrost zone; 3 – high-resistivity subvertical structures outlining the talik zones

 

В 2020 г. в долине р. Зазы проводились наземные геофизические работы методом электротомографии с целью поиска подземных вод для обеспечения производственно-технического водоснабжения объектов Озерного ГОКа.

При электротомографических измерениях использовалась прямая трехэлектродная установка с выносным электродом Tx на 1 км и с шагом между электродами 5 м. Тип установки и расстояние между электродами выбирались исходя из результатов предварительного численного моделирования.

На рис. 6 представлены: разрез кажущегося сопротивления (рис. 6, а), полученный по результатам съёмки методом электротомографии; разрезы по УЭС, полученные в результате решения одномерной (рис. 6, b) и двумерной (рис. 6, c) обратных задач электроразведки; схематический геологический разрез, построенный по данным бурения (рис. 6, d), по одному из профилей на участке работ.

 

Рис. 6. Разрезы по профилю № 5: а) по параметру кажущегося сопротивления; b) по параметру УЭС на основе решения одномерной обратной задачи электроразведки; c) по параметру УЭС на основе решения двумерной обратной задачи электроразведки; d) схематический геологический разрез, составленный по данным бурения. 1 – валунно-галечные отложения; 2 – переслаивание аргиллитов и алевролитов; 3 – зона ММП; 4 – зона трещиноватости; 5 – обводненный интервал; 6 – кривая каротажа сопротивления; 7 – кривая термометрии

Fig. 6. Sections along profile no. 5: a) by the apparent resistivity parameter; b) by the electrical resistivity parameter based on the solution of a one-dimensional inverse problem of electrical survey; c) by the electrical resistivity parameter based on the solution of a two-dimensional inverse problem of electrical survey; d) schematic geological section based on drilling data. 1 – boulder-pebble deposits; 2 – interbedding of argillites and aleurolite; 3 – permafrost zone; 4 – fracture zone; 5 – watering interval; 6 – electrical resistivity logging curve; 7 – thermometry curve

 

По результатам решения обратной двумерной задачи электроразведки на разрезах выделен высокоомный контур зоны ММП мощностью 20–30 м, относящийся к сплошному типу распространения мерзлоты. Также были оконтурены зоны низких значений УЭС, предположительно, являющиеся таликами. По зонам таликов выбирались места заложения скважин и в результате буровых работ был выявлен водоносный горизонт на интервале глубин от 74 до 95 м.

Заключение

По результатам выполненного численного моделирования были сделаны выводы о возможности применения метода электротомографии на поиск подземных вод с учетом осложняющих факторов. Каждый фактор по отдельности был рассмотрен на основе двух упрощенных геоэлектрических моделей. Так, было установлено, что многолетнемерзлая толща не может быть надежно дифференцирована по температурам из-за их малого контраста. По оценке возможности определения наличия таликов, их положения по глубине, а также мощности, был сделан вывод о том, что кровля таликовых зон отбивается надежно при сплошной мерзлоте, в то время как под прерывистой мерзлотой определение их наличия затруднительно. Надежное определение мощности таликов по результатам решения обратной задачи электроразведки не является возможным. Также результаты решения как прямых, так и обратных задач электроразведки показали, что метод электротомографии уверенно определяет наличие разломной зоны, но угол наклона достоверно определить затруднительно.

Таким образом, выполненное численное моделирование показало, что для картирования подземных вод в данной геологической обстановке рекомендуется применение метода электротомографии с шагом по профилю 5 м. При необходимости достижения большей глубины исследований межэлектродное расстояние может быть увеличено до 10 м.

Результаты наземных геофизических работ 2020 г. в долине р. Зазы показали эффективность применения электротомографических исследований прямой трехэлектродной установкой с шагом между электродами 5 м на поиск подземных вод при наличии осложняющих геологических факторов в виде многолетнемерзлых пород, таликов и разломной зоны. Путем решения одномерной и двумерной обратных задач электроразведки были оконтурены перспективные на водопроявление зоны, характеризующиеся низкими значениями УЭС, которые были успешно заверены буровыми работами.

About the authors

Anton V. Lazurchenko

Irkutsk National Research Technical University

Author for correspondence.
Email: alazurchenko@geo.istu.edu
ORCID iD: 0009-0000-2806-1954

Engineer

Russian Federation, Irkutsk

Tuyana S. Shoikhonova

Irkutsk National Research Technical University

Email: tshoikhonova@geo.istu.edu
ORCID iD: 0009-0007-1641-6085

Engineer-Researcher

Russian Federation, Irkutsk

Mikhail S. Shkiria

Irkutsk National Research Technical University

Email: mshkiria@geo.istu.edu
ORCID iD: 0000-0003-1570-0002

Junior Researcher

Russian Federation, Irkutsk

Anastasia Yu. Belova

Irkutsk National Research Technical University

Email: abelova@geo.istu.edu
ORCID iD: 0000-0002-7015-6049

Junior Researcher

Russian Federation, Irkutsk

Stanislav A. Tereshkin

Irkutsk National Research Technical University

Email: stereshkin@geo.istu.edu
ORCID iD: 0000-0002-8828-9771

Junior Researcher

Russian Federation, Irkutsk

References

Supplementary files