Зверев Е.О., Клепикова С.М., Монахов В.В.

Картирование торфяных залежей методом георадиолокации.

Разведка и добыча торфа одна из старейших отраслей в горнодобывающей промышленности, как в России, так и в мире. Рождение торфяной промышленности России приурочено к концу 18 века и связано с началом разработки месторождения в Санкт- Петербурге вблизи Невского монастыря. При этом, если в 19 веке торф имел огромное значение в качестве горючего ископаемого, то в настоящее время для нужд аграрной промышленности, фармакологии и косметологии в большей степени используется верховой «живой» торф, богатый минеральными и органическими элементами. Таким образом, возрастает необходимость именно в его разведке. Внедрение современных технологий и методик инженерной геофизики в разведку торфяных месторождений является перспективным с экономической точки зрения. В Московском регионе наиболее продуктивной для разведки и добычи является его восточная часть (Егорьевский, Шатурский и т.д. районы).

Рис.1. Рабочий момент герадиолокационной съемки. Георадар "ОКО-2М", антенный блок АБ-250

В феврале 2005 года  была выполнена георадиолокационная съемка в пределах торфяного месторождения в Егорьевском р-не Московской области, проектируемого под разработку верхового торфа (рис.1). Егорьевский р-н Московской области издавна известен своими торфяными месторождениями - в непосредственной близости от обследуемого участка в настоящее время ведется активная разработка торфяных залежей.

Исследуемый участок представляет собой заболоченную пойму р. Поля и имеет вытянутую в плане форму, характерные размеры 4,5х2 км – площадь около 1000 га. На части территории проведена мелиорация.

Поскольку априорная информация, имеющаяся по обследуемому участку, являлась не релевантной, необходимо было произвести работы с целью выделения перспективных для дальнейшего обследования участков с мощностью продуктивных горизонтов более 1 метра и минимальной площадью распространения в плане более 50 Га. Для этого в ходе работ требовалось выявить картировочные признаки торфяных горизонтов, особенности аккумуляции и произвести реконструкцию геологической обстановки.

В связи с тем, что обследуемая область заболочена, работы проводились в зимнее время – в период промерзания верхнего слоя (после промерзания верхнего слоя). Съемка проводилась с использованием самоходной техники – снегохода, что значительно увеличило скорость проведения полевых работ.

Работы проводились георадаром «ОКО-2М» (ООО «Логис», НИИП им. Тихомирова, г. Жуковский)в комплекте с антенным блоком АБ-250. Измерения выполнялись на постоянной базе в режиме профилирования. На участках с контрастными отражениями в местах скважин были выполнены измерения на переменной базе с разносом до 20 метров с целью определения значения скорости по годографу отраженной волны.

Зимний период является наиболее благоприятным для георадиолокационной съемки в связи с тем, что верхний промерзший слой характеризуется минимальным поглощением электромагнитных волн, что создает оптимальные условия для изучения торфяных отложений. А выдержанность свойств верхнего слоя по латерали исключает влияние приповерхностных условий при георадиолокационном профилировании.

Привязка профилей производилась при помощи GPS-приемника GARMIN-MAP-76, методом записи трека, параллельно съемке георадарного профиля. Дальнейшая интеграция трека с профилем осуществлена в программе RADEXPLORER.

Обработка и интерпретация полученной информации производились в программных пакетах Geoscan32 (ООО «Логис», г. Жуковский) и RadExplorer (ООО «Деко-Геофизика», г. Москва).

Задача картирования торфяных месторождений является фактически классической задачей георадиолокации: большой контраст между диэлектрическими проницаемостями торфа (50-80) и вмещающей породы (6 – 30), обеспечивает четкую корреляцию осей синфазности отраженных волн даже в условиях сильного затухания электромагнитной волны.

При проведении этих работ были использованы 3 подхода к определению скорости электромагнитной волны:

• определение скорости по годографу отраженной волны в точках зондирований,
• корреляция отражающих границ с данными бурения,
• определение скорости по годографу дифрагированной волны.

Хорошо коррелируемый годограф был получен на скважине 22, скорость, полученная по годографу, для торфа составила порядка 5.0 см/нс (рис.2). В этой же точке была рассчитана скорость по результатам бурения, значение которой получилось равное 4,95 см/нс (рис.3). В относительной близости от этого участка по годографу дифрагированной волны были оценены скорости распространения электромагнитной волны в среде. Они лежат в диапазоне от 4 до 5 см/нс, что соответствует диэлектрической проницаемости от 35 до 55.

Рис.2. Годограф отраженной волны, полученный в точке зондирования около СКВ.22.	Рис.3. Определение скорости электромагнитной волны по корреляции результатов георадиолокации и результатов бурения.

Подстилающие породы представлены песками и суглинками. Кажущиеся скорости для подстилающих пород были определены по гиперболам дифракции и пересчитаны в истинные по формуле Дикса [2].

На участке в районе скважины 22 по формуле [1]: А_н = А_о*К_зат*К_расх*К_отр , где К_отр= , К_расх=1/2h при известных значениях А_н, А_о, =36, =10, h=0,9 м был оценен коэффициент затухания электромагнитной волны в торфе, он составил 0,56, что в соответствует 5 дБ/м. Аналогичные расчеты были произведены еще на нескольких тестовых участках, диапазон по затуханию составил от 4,5 до 5,5 дБ/м.

Рис.4. Зависимости коэффициента затухания от УЭС и частоты для значений диэлектрической проницаемости равной 10 и равной 80.[3]

Важным петрофизическим параметром при исследовании торфа является его удельное электрическое сопротивление (УЭС). Стоит заметить, что УЭС торфа меняется в широком диапазоне значений: так значение УЭС абсолютно сухого торфа составляет 109 Ом.м, в то время как в естественном залегании это значении может составлять от 20 до 1000 Ом.м. Значение УЭС торфа в большей степени определяется его влажностью.

По номограммам зависимости коэффициента затухания от УЭС и частоты [3] была произведена качественная оценка значения УЭС (рис.4). Для верхового торфа значение УЭС составляет порядка 50 Ом.м.

По итогам работ были выявлены следующие картировочные признаки торфяных залежей:

1. При сравнительно высоких коэффициентах затухания и низких значения УЭС, отражающая граница, соответствующая подошве торфяной залежи хорошо коррелируемая за счет высокого значения Котр.
2. Частотная характеристика отражающей границы имеет центральную частоту в 2-3 раза меньшую, нежели центральная частота всей записи. При исследовании с антенным блоком АБ-250 (теоретическая частота антенного блока 250 МГц), центральная частота записи составила 160 – 180 МГц, спектр отраженной волны от подошвы торфа имел центральную частоту 50 – 80 МГц. Столь сильная дисперсия по частоте характерна для водосодержащих сред.
3. По характеру записи подошва торфяных отложений характеризуется наличием большого количества точек дифракции, что характерно для речных и озерных отложений (рис.5).
4. По геометрии подошва торфа имеет сильно изрезанную форму, что связано с особенностью гидрогеологической обстановки в области генерации обследуемого месторождения. Залежи торфа приурочены к долине реки Поля - торфяные отложения заполняют палеодолины озер и ручьев, стариц (болота).

Рис.5. Современный водоем (вверху) и палеоводоем (внизу), заполненный торфом.

Согласно определенным картировочным признакам была выполнена интерпретация по профилям. Построены глубинные разрезы. Из совокупности пикировок подошвы торфа (по результатам интерпретации) построена карта распространения торфяных залежей мощностью более 1 метра (рис.6). Залежь крайне неоднородна, мощность торфа изменяется от 0 до 6.5 метров.

Рис.6. Карта мощностей торфа

В настоящее время в районе продолжается процесс торфообразования, что подтверждено результатами опробования, выполненного на существующих болотинах. Рельеф дна, которых крайне не ровный, встречаются переуглубления до 8 метров.

Так как сетка профилей была нерегулярная, а торфяные месторождения характеризуются сильной изрезанностью подошвы горизонта и существенными перепадами глубин, в пределах перспективных участков необходимо производить доразведку с увеличением густоты сети. Вероятно наличие не менее перспективных участков на смежных участках (на некотором расстоянии от основного участка, поросшее лесом сухое болото на склоне, пробурена пробная скважина, вскрывшая 2,5 м торфа);

Тюмень, Республики 204В(2 этаж), тел.(3452)210760,   737818.
  На главную