УЧАСТКИ ВЫЕМОК И ПОЛУВЫЕМОК
3.1. Участки выемок и полувыемок расположены на приподнятых отметках местности и характеризуются относительно пересеченным рельефом поверхности, нередко значительной ее крутизной, худшей доступностью участка в транспортном отношении по сравнению с мостовыми переходами.
Геологический разрез имеет обычно следующее строение. Сверху залегают песчано-глинистые грунты, как правило, с большим включением щебня и глыб. Их подстилает толща скальных пород, в верхней части более разрушенная и выветревая, с глубиной постепенно переходящая в более сохранные монолитные породы.
Разрез характеризуется относительно малой (до 10 м) мощностью рыхлых отложений и малой степенью влажности (льдистости) пород, пониженными величинами скоростей распространения волн и меньшей сохранностью коренных пород.
Различие разрезов, как и на мостовых переходах, обусловлено мерзлотным фактором. Мерзлотные условия на косогорах обычно проще, чем на мостовых переходах, особенно в зонах гидрогенных таликов. В зависимости от характера замерзлоченности на участках выемок и полувыемок встречаются разрезы типов I-V и реже разрезы типов VI-VII (см. рис. 4). Разрезы типов I, III-УI наиболее часты в западной и восточной зонах БАМа, а типов II и VI в цент ральной.
На выделенных разреpах c помощью сейсморазведки решаются следующие задачи:
определение глубины залегания коренных пород;
выявление зоны разрушенных скальных пород в верхней части массива и определение ее мощности;
определение положения кровли мерзлых пород;
дифференциация толщи рыхлых пород;
оконтуривание участков таликов в зонах дробления.
3.2. Профили наблюдений располагают обычно вдоль участка выемки по ее оси и на поперечниках к трассе через 50-100 м. При этом нужно учитывать рельеф местности и эффект проницания на выпуклых его элементах. При наличии буровых скважин, шурфов и точек электроразведочных наблюдений нужно стремиться к кому, чтобы сейсмические профили проходили через них.
При мощности рыхлого слоя порядка 10 м длина профиля составляет 40-60 м, реже 100 м. Более длинные профили необходимы на сильнозамерзлочнных разрезах (типа II, III) и короткие – на талых (тип I) или слабозамерзлоченных (тип IV) разрезах.
Расстояние между сейсмоприемниками составляет 1-3, реже 5 м. Расстановки с более редким шагом отрабатываются по оси выемки.
Намерения ведут по системе встречных и нагоняющих годографов с 4-6 ПВ.
3.3. В качестве измерительной аппаратуры рекомендуется использовать многоканальные сейсмостанций, при этом необходимо ориентироваться на переносную аппаратуру. Из отечественных многоканальных станций такой является лишь СС-24П, которая снята с производства и не в полной мере отвечает требованиям инженерной сейсморазведки [13]. Из зарубежных образцов очень удобна шведская 12-канальная переносная станция Trio – R.
Для регистрации первых вступлений волн на коротких профилях рекомендуется применять малоканальную переносную аппаратуру типов ДОСУ-1 и ОСУ. При этом желательна фиксация волновой картины на фотопленку. Очень удобны и наиболее приемлемы для условий изысканий малоканальные переносные установки американской фирмы \”Бизон\”.
3.4. Возбуждение колебаний на относительно длинных расстановках с применением многоканальных станций наиболее удобно осуществлять взрывами ВВ массой от 50 г до 1-2 кг. Хуже, но возможно использовать для этих целей мощные механические источники (тренога со сбрасываемым грузом). При относительно небольших удалениях от ПВ и применении малоканальных установок колебания возбуждают с помощью кувалды.
Прием колебаний осуществляют вертикальными сейсмоприемниками, которые втыкают в грунт ИЛИ ставят на камни. В последнем случае на сейсмоприемники вместо штырей навинчивают диски.
Рекомендуется иметь удлинитель (50-100 м) сейсмических кос.
На начальной стадии исследований работы следует проводить по расширенной схеме как опытно-производственные. На зтом этапе уточняют сеть и методику наблюдений, подбирают оптимальные параметры аппаратуры. Особенности разведки разреза каждого типа, характер волновой картины на записях наблюдений и интерпретация материалов зависят от типа разреза.
3.5. Тип I. Мерзлота в разрезе отсутствует. Изучение разреза не представляет значительных трудностей и подробно освещено в литературе. Волновая картина на выемках сходна с той, которая наблюдается на мостовых переходах. Особенностью рассматриваемого разреза является наличие, как правило, мощной зоны разрушенных пород в верхней части массива, от которой регистрируется рефрагированная волна tCK1ppp плавно переходящая в головную tCK2ppp от относительно прочных пород.
Наличие слоя сезонномерзлых пород создает большие трудности в исследовании разреза (см. тип VI), поэтому работы лучше проводить во второй половине сезона, когда мерзлота отсутствует.
3.6. Тип II. Весь разрез замерзлочен. Как и на мостовых переходах его можно представить двухслойным: верхний слой – рыхлые породы и нижний – скальные. При наличии слоя сезонного протаивания, который к концу сезона может достигать 3-4 м, разрез будет трехслойным (приложение 2).
Зона разрушенных скальных пород по-разному проявляется в сейсмогеологическом разрезе. В случае высокой льдистости пород она неотделима от остальной сохранной части массива и не отражается в записи волновой картины. Если льдистость скальных пород и покрывающей толщи невелика, то зона разрушенных скальных пород или часть ее будет представлять градиентный слой со значением скорости, увеличивающийся с глубиной, от которого регистрируется рефрагированная волна.
Характер картины на выемках такой же, как и на мостовых переходах. На записях наблюдаются те же группы волн: tР – от талого слоя, tMppp и tMPSP – от кров ли мерзлого слоя и tCKppp – от коренных пород (см. приложение 2, рис. 3). Из-за меньшей льдистости пород разреза они характеризуются несколько меньшими скоростями распространения волн и большим диапазоном изменения их.
В рыхлых отложениях скорость распространения продольных волн составляет 1800-4000 м/с, в скальных – 2500-5500 м/с.
Вследствие относительно малых глубин исследований, высоких скоростей распространения волн и, следовательно, потенциально больших ошибок в определении глубины залегания границ измерения нужно выполнять с максимальной аккуратностью и точностью. В противном случае ошибки в определениях могут быть сопоставимыми по величине с определяемыми глубинами или мощностями слоев.
В целом интерпретация материалов не представляет значительных трудностей и может быть проведена на основе обычных методов, применяемых для двух-, трехслойных pазpeзов. При наличии опорных скважин интерпретация упрощается, точность и надежность определений повышаются.
При интерпретации двухслойных разрезов, в которых отсутствует сезонноталый слой, достигается относительно высокая точность даже при отсутствии опорных скважин. Однако ввиду того, что этот слой на косогорных участках образуется очень быстро и достигает значительной мощности, работы зачастую приходится вести при его присутствии.
Наибольшая точность в определениях обеспечивается при работе на коротких профилях с получением нагоняющих годографов ПВ. Последние нужны для выделения рефрагированных волн от разрушенного слоя скальных пород, если он присутствует в разрезе, и для корректировки положения toм и toк при определении мощности слоя рыхлых мерзлых пород и, следовательно, глубины границы.
В районах развития вечной мерзлоты на участках тектонических нарушений нередко бывают развиты талики. Выделение же таликов, как и на мостовых переходах, не представляет больших трудностей. В тех случаях, когда талики не сопутствуют участку тактонического нарушения, вероятность выделения его мала, особенно при большой льдистости пород.
Задача расчленения толщи рыхлых мерзлых пород не очень актуальна из-за малой мощности рыхлого слоя. Как и на разрезах мостовых переходов, это делается по непараллельности нагоняющих годографов.
Наиболее благоприятным временем проведения работ является начало летнего сезона, когда талый слой отсутствует или имеет малую мощность.
3.7. Тип III. Верхняя граница вечномерзлых грунтов находится ниже слоя сезонного промерзания и оттаивания. В принципе данный разрез повторяет разрез типа II когда в последнем имеется слой сезонноталых пород. Поэтому методика измерений, характер волновой картавы и интерпретация результатов мало отличаются от принятых для этого типа. Разница заключается в том, что из-за большей мощности талого и малой мощности мерзлого слоя насколько позже выходит в первые вступления в прослеживается на более коротком интервале волна tмppp oт мерзлого слоя. Это создает некоторые трудности при построении годографа вступлений волны tмppp и, как cледствие, при определении мощности рыхлого мерзлого слоя, перекрывающего породы.
Отличие разреза данного типа от предыдущего главным образом в том, что наиболее благоприятным временем изучения этого разреза является вторая половина полевого сезона, когда отсутствует сезонномерзлый слой, а не начало, как для разреза типа II. При наличии сезонномерзлого слоя по условиям проведения работ, характеру волновой картины и интерпретации результатов разрез приближается к разрезу типа VI, и уверенная интерпретация давних становится возможной лить при наличии опорных скважин.
3.8. Тип IV. Верхняя граница вечномерзлых грунтов совпадает с поверхностью скальных пород. Данный разрез благоприятен для сейсморазведки. Кровля мерзлой скалы является наиболее сильной предвидящей границей в разрезах всех типов. Глубина ее определяется с высокой точностью практически любой аппаратурой. Выделение градиентного слоя в скальных породах представляет большую трудность по сравнению с разрезом типа II. Присутствие мерзлого слоя с поверхности, как и в разрезах типа III, осложняет исследование разреза.
3.9. Тип V. Верхняя граница мерзлоты находится в толще скальных пород. Выше этой границы разрез полностью соответствует разрезу типа I. Граница мерзлоты в скальных породах носит тот же характер, что и на мостовых параходах. Скачок скоростей на косогорах для этой границы может быть меньше, чем на участках переходов, из-за меньшей влажности (льдистости) пород.
Слой сезонной мерзлоты создает те же трудности, что и в разрезах типов III и IV.
3.10. Типы VI и VII. Данные типы разрезов отличаются от разрезов типов I, III-V тем, что в них сверху находится слой мерзлых грунтов. В пределах глубин, изучаемых при изысканиях, это могут быть или перелетки, или сезонномерзлые слои. Изучение разрезов данных типов представляет значительную трудность и требует наличия опорных скважин для получения точных и надежных результатов (см. мостовые переходы, разрезы типов VI и VII).
