Способ выявления современных геодинамических движений в горном массиве

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 8011269 А ЗШ 001 Ч 3 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ(71) Тематическая экспедиция объединения "Укруглегеология"(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 396659, кл. С 01 Ч 5/00, 1972.2. Монтрель М. Ф. и Федоров С. Ф. Опыт применения геофизических методов исследования при решении горнотехиических задач.-В кн,: Разведочная геофизика СССР на рубеже 20-х годов. М., "Недра", 1974, с. 400-401 (прототип).(54)(57) 1. СПОСОБ ВЬИВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧКСКИХ ДВИЖЕНИЙ ВГОРНОМ МАССИВЕ, основанный на создании искусственного электромагнитногоноля и периодической регистрации изменения параметров вторичного электро"магнитного поля, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширенияфучкциональных возможностей путем разделения движений, приводящих к растяжейию-с 2 атйю и(или) сдвигу, регистрируют изменения параметров вторично"го электромагнитного поля в поверхкостном слое горного массива путем измерения серии амплитуд магнитной составляющей вторичного поля по кругу, в центре которого размещают излучате" ли электромагнитного поля, по отношенио максимальной и минимальной ампли-. туд судят о наличии движений, приводящих к растяжению-сжатию горных пород в массиве, а по углу поворота максимальной амплитуды судят о наличии движений, приводящих к сдвигу горных пород, при этом поверхностный слой переводят в квазиизотропное состояние до начала измерений в каждой серии.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью выявления движений в горном массиве, поверхпос;ный слой которого образован сыпучей, скальной или водной средой, изменение параметров вторичного электромагнитного поля регистрируют в контрольной среде, приведенной в контакт с поверхностным слоем горного массива, причем контрольную среду перед измерением приводят в изотропное состояние.3. Способ по п. 2, .о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что в качестве контрольной среды используют асфальт,битум лед.Изобретение относится к геофизикеи может быть использовано для выявления и изучения современных геодинамических движений с помощью электромагнитных полей. 5Известен способ выявления современных геодинамических движений в тактонических структурах посредством эманационной съемки, при котором проводят периодические измерения кон О центрации радиоактивных газов в поверхностном слое горных пород Я .Данный способ обеспечивает выявление зон современных геодинамических процессов в тектонических струк турах, однако не позволяет разделять, движения, приводящие к сдвигу горных пород в массиве или к сжатгпо-растяжению. Кроме того, применение указанного способа невозможно при отсутст вии рыхлых нокровных пород, а на результаты измерений влияет баро-гщ-ротермический режим грунтовИзвестен также способ прогнозирования оползневых явлений,по которому с 25 помощью электрометрической установки создают в массиве горных пород электрическое поле низкой частоты и проводят регистрацию изменений параметров вторичного электрического поля, 3 О О начавшейся разрывной деформации горных пород судят по резкому изменению кзжущегося сопротивления 1 в результате периодических наблюдений за состоянием горного массива, нахо-. дящегося в зоне сдвижения 12.Известный способ позволяет определять движения, приводящие к деформации растяжение-сжатие и сдвигу при устойчивых баро-гидротермических ус ловиях. Однако он не обеспечивает разделения движений, приводящих к растяжению и сжатию или к сдвигу горных пород, и не может быть реализован на сыпучих, "кальных и водных средах.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа путем разделения движений,приводящих к растяжению-сжатию и (или) сдвигу.Указанная цель достигается тем, 50 что согласно способу выявления современных геодинамических движений в горном массиве, основанному на создании искусственного электромагнитного поля и периодической регистрации изменения 55 параметров вторичного электромагнитного поля, регистрируют изменения па- раметров вторичного электромагнитного поля в поверхностном слое горного мас.сива путем измерения серии амплитудмагнитной составляющей вторичного поля по кругу, в центре которого разме.щают излучатель электромагнитного поля, по отношению максимальной и минимальной амплитуд судят о наличии дви"жений, приводящих к растяжению-сжатиюгорных пород в массиве, а по углу по"ворота максимальной амплитуды судято наличии движений, приводящих ксдвигу горных пород, при этом поверхностныи слой переводят к квазиизотроп.ное состояние до начала измерений вкаждой серии.С целью выявления движений в горном массиве, поверхностный слой которого образован сыпучей, скальной иливодной средой. изменение параметроввторичного электромагнитного полярегистрируют в контрольной среде.приведенной в контакт с поверхностнымслоем горного массива, причем контрольную среду перед измерением приводят в изотропное состояние,В качестве контрольной срецы используют асфальт, битум лед.На фиг, 1-3 представлены полярныедиаграммы зависимости магнитной составляющей вторичного поля Н 2 отазимута установки. поясняющие явлениерегенерации микродеформаций в естественном поверхностном слое и движения,приводящие к растяжению-сжатию горных пород в массиве (на фиг.1 -структура поверхностного слоя в момент первого измерения; на фиг. 2 - структура поверхностного слоя, переведенногов квазиизотропиое состояние; нафиг. 3 - структура поверхностногослоя в момент второго измерения); нафиг, 4 и 5 - полярные диаграммы зависимости вторичного магнитного поляН 2 от азимута установки, поясняющиедвижения, приводящие к сдвигу горных пород в массиве; на фиг, 6 - геологическая карта с двумя профилями,пройденными по бетонному покрытию;ла фиг, 7 - геологическая карта двухпрофилей, из которых один пройден поасфальтовому покрытию а другой - польду. 3 основе способа лежит экспериментально установленная связь современных геодинамических процессов о повсеместно обнаруживаемых анизотропией структурных свойств сред по своей природе квазииэотропньк, нов среде. Опыт проводился на поле шахты Нагольчанская (Донецкий бассейн),17,05,77 в 11 ч была зарегистрирована структурная неоднородность, ориентировки этой неоднородности в каждом квадранте указаны стрелками.Затем на пикете был вскрыт шурф радиусом 2,5 и и глубиной О,Я м. После рыхления грунт в той же последовательности был уложен в шурф и тщатель"О но утрамбован. Вслед за рекультивацией были поставлены режимные наблюдения. Первые измерения, выполненнье 19,05.7 в 17 ч свидетельствуют о структурной однородности среды в зоне 5 пикета (Фиг. 1). Ближайшие из результатов наблюдений, однозначно указывающие на явление регенерации ранее замеченной неоднородности в зоне пик". - та, приходятся на 20,05.77 в 1 О ч ;10 30 мин, т.е. примерно 17 ч спустя после перевода среды в квазиизотропное состояние (Фиг, 3). Подобные опыты свидетельствуют о повсеместном наличии в горной среде силовых полей, вызывающих структурные изменения в покровных отложениях.На фиг. 6 представлены результаты съемки, выполненной в районе Дома. пионерской учебы (Артек), Кроме плана дома и положения профилей указаны гра ницы оползневых зон по данным гео;огической службы (штрих-пунктиром) и гра- НИЦЫ ОПОЛЗНЕВЫХ ЗОН (СПЛОШНЫМИ ЛИНИН- ми). Оба профиля пройдены по бетонному покрытию, Результатыанализа свидетельствуют, что структурная неоднородность бетонного покрытия на момент съемки соответствовала местным геодинамическим процессам, Высокая достоверность результатов повсеместно имеет место и при съемках по асфальтовым покрытиям в осенне-зимние периоды (когда асфальт не "течет").На Фиг. 7 дан план участка Кальми-,. усского водохранилища (Донецк), эоны тектонических нарушений по разведочным данныч и горным работам, а также положение двух профилей, при этом один из профилей является контроль 50 ным и пройден вдоль берега водохранилища по асфальтовому покрытию. Второй профиль пройден по льду водохранилища. Толщина льда составляла 200-300 мм, мощность подледного слоя 5 воды 1,5-3 м, На всех реперах второго профиля (при шаге 5 м) Фиксировалась неоднородность льда, отчетливо проявились после обработки .результатовсъемки зоны тектонических нарушений,При повторных съемках по мере повышения температуры льда, имевшей место в результате длительной оттепели,интенсивность ориентировок замеченной неоднородности быстро падала,вплоть до нуля.Зтот опыт и аналогичные ему свидетельствуют, что фиксируемая неоднородность льда носит структурный характер и находится в прямой зависимостис современными движениями в горнойсреде,Анализ значительного объемарежимных наблюдений свидетельствует онаибольшей временной стабильности ориентировок микродеформаций в средах навнутриблоковых пикетах, удаленных оттектонических нарушении и зон их влияния,П р и м е р 1. Опыт проводился наполе шахты Нагольчанская (Донецкийбассейн) во влажных суглинках.Использовалась электромагнитнаяустановка с диаметром платформы 1,6 м.,обеспечивающая зондирование среды наглубину 0,4 и. 19,05.77 на заданномпикете был вскрыт шурф радиусом 2,5 м,После рыхления грунт в той же последовательности был уложен в шурф итщательно уплотнен. Таким образом поверхностный слой был переведен в квазиизотоопное состояние.Квазиизотропное состояние поверхностного слоя влажных суглинков определялось по величине отношения максимальной и минимальной амплитуд, видеальном случае равной 1, С учетомпогрешности измерения и свойств среды эта величина должна быть пе более1,О. Б приведенном примере она составляла 106.30,05,77 в 1 О ч 30 мин были проведены повторные измерения. Величина отношения максимальной и минимальнойамплитуд, равная в этом случае 181,свидетельствовала о наличии диженияприводящего к деформации растяжениесжатие горных пород в массиве, Величина Отношения максимальной и минимальной амплитуд в единицу времени( ч) равная 0,1 свидетельствовала онезначительноЙ интенсивностиния (фиг.1),П р и м е р 2. Опыт проводился втом же районе - поле шахты Нагольчанская (Донецкий бассей.:) .1126913 Для выявления движений, приводящих к деформации сдвига горных пород в массиве, наблюдения проводилась на коротких профилях (3-5 пикетов), пересекающих структуру в нескольких местах, при этом о наличии указанных двюкений судили по углу поворота максимальной амплитуды не менее, чем на угол 5 еКак описано. поверхностный слой 10 каждого пикета переводился в квазиизотропное состояние. Затем были проведены контрольные и рабочие измерения.01,06,76 в 1 ч 15 м в одной из 15 точек профиля заданного пикета были зафиксированы 3 максимальные амплитудь 1 для четырех квадрантов круга (фиг.4). После этого поверхностный слой суглинков был переведен в ква зиизотропное состояние; 02.06.76 в 10 ч в этой же точке были проведены повторные измерения. В результате зарегистрировано 4 максимальных амплитуды,При обработке результатов измерений определен сдвиг вектора масимальной амплитуды на угол 300 в первом квадранте, во втором и третьем квадрантах также произошел сдвиг направлений максимальных амплитуд на угол 30о ЯСдвиг векторов максимальных амплитуд свидетельствовал о наличии движений, приводящих к деформации сдвига горных пород в массиве.Об интенсивности движений, приводящих к деформации сдвига судят по среднему углу поворота максимальных амплитуд в единицу времени (1 ч), которая в данном случае была равна 1,85 и свидетельствовала о незначительном проявлении сдвиговых деформаций.Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет выявить и разделить современные геодинамические движения в горном массиве, поверхностный слоИ которого образован скальной, сыпучей или водной средой; выявить и разделить современные геодинамические движения, приводящие как к деформации растяжение-сжатие, так и к деформации сдвига горных пород в массиве", установить местоположение активных зон для исключения строительства в этих зонах; вести прогноз горно-динамических явлений в карьерах и шахтах (выбросы, обрывы и т.п,), а также прогнозировать сейсмические явления, Кроме того, предлагаемый способ повышает эффективность при выявлении глубинных тектонических структур для поиска и разведки полезных ископаемых,11126913 МЖ Составитель В, Техред И, Гергел аранин Коррек Петровае едакт Филиал П 1 П "Патент", г, Уж ктнаа л аказ 8687/35 ВНИИПИ Государ по делам изо 113035, МоскваТираж 710твенного комретений и отЖ, Раушс Подписноетета СССРрытийая наб., д, 4/5