Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Эксплуатационная разведка песчано-гравийных месторождений

31.10.2018

В настоящее время все более широкое распространение находят геофизические методы при разведке месторождений полезных ископаемых, основанные на исследовании процесса распространения искусственно вызываемых упругих колебаний в массиве горных пород, которые применимы и для разведки песчано-гравийных месторождений.

Сейсморазведка — это геофизический метод исследования земной коры и разведки полезных ископаемых, основанный на изучении распространения в земной коре искусственно вызываемых или естественных (землетрясения) упругих колебаний (волн).

Характер распространения упругих колебаний в горных породах зависит от свойств этих пород. Скорость упругих волн в горных породах зависит в первую очередь от минерального состава и структурно-текстурных особенностей пород. В сейсморазведке в основном изучают продольные волны, вызываемые деформацией растяжения физических твердых тел, для получения более полной информации о физико-механических свойствах геологической среды. На границах пород упругие волны меняют свое направление, чем вызываются явления отражения и преломления волн.

Распространение упругих волн в горных породах подчиняется законам геометрической оптики. Законы распространения фронтов волн в упругой среде выводятся из принципов Гюйгенса—Френеля и Ферма (12).

Согласно принципу Гюйгенса каждая точка фронта волны является источником самостоятельных колебаний. Принцип Френеля заключается в наложении волн, т.е. если в среде распространяются одновременно несколько волн, то каждая из них движется независимо от других, а интенсивность суммарной волны определяется сложением интенсивностей элементарных волн Учитывая это обстоятельство, можно пренебречь существованием в среде других волн

По принципу Ферма упругая волна движется между двумя точками по пути — лучу, требующему наименьшего времени для его прохождения.

Сейсмический луч, распространяющийся от источника колебаний во все стороны, попадает на границу двух сред с разными физическими свойствами (рис. 4.1), поэтому V1 +=/= V2. Здесь он отражается и преломляется. Основным законом геометрической сейсмики является закон преломления-отражения, согласно которому: 1) падающий, отраженный и преломленный лучи лежат в одной плоскости, совпадающей с нормалью к поверхности раздела в точке падения луча; 2) углы падения а, отражения у и преломления в связаны между собой соотношениями (см. рис. 4.1):

Допустим, что на земной поверхности в точке «И» расположен источник колебаний (см. рис. 4.1), из которого на поверхность раздела двух сред падают лучи прямой волны. В точке падения луча возникают отраженная и преломленная волны. Каждый падающий луч вызывает отраженную волну, характеризующуюся скоростью V1.

Эта волна может быть зарегистрирована на поверхности как в точке возбуждения колебаний, так и на некотором расстоянии oт нее. Через границу раздела в глубь среды проходит преломленная волна со скоростью V2, которая на поверхности зарегистрирована быть не может. Однако при определенных условиях, когда угол преломления в станет равным 90° и преломленный луч пойдет по границе раздела пород, появится скользящая волна, скорость распространения которой практически равна скорости преломленной волны V2. Согласно принципу Гюйгенса—Френеля скользящая волна явится источником колебаний, которые достигнут поверхности. Упругие волны, рожденные скользящей волной, называются головными. Наблюдаемая скорость распространения головных волн вдоль поверхности земли равна истинной скорости движения скользящей волны, а, следовательно, и скорости преломленной волны V2. Таким образом, зарегистрировав на поверхности головную волну, можно рассчитать скорость распространения преломленной волны.

Определим условие, при котором может возникнуть скользящая волна, а вслед за ней и головная волна. Для этого необходимо, чтобы угол в стал равным 90° (sinв = 1). Закон преломления в этом случае примет вид: sina = V1/V2. Ho угол падения прямой волны а обязательно должен быть меньше 90°, иначе прямой луч не попадет на границу раздела. Следовательно, sina < 1, т.е. V1/V2 < 1, или V2 > V1.

Таким образом, угол в может достигнуть 90° только в том случае, если скорость распространения упругих волн в подстилающем слое больше скорости распространения их в верхнем слое. Угол падения прямой волны, при котором в = 90°, называется углом полного внутреннего отражения (или критическим углом) а1. Обработка данных сейсмических исследований осуществляется путем построения годографов. Для этого по горизонтальной оси графика откладывают расстояние х, а по вертикальной оси — время прихода волны к сейсмоприемнику. Через полученную систему точек проводят кривую. Общий вид годографа будет зависеть от типа волны (рис. 4.2). Уравнение годографа прямой волны выражается зависимостью:

Годограф отраженной волны имеет вид гиперболы и описывается уравнением.

где х — расстояние от пункта возбуждения до сейсмоприемника; h — расстояние по нормали от пункта возбуждения до отраженной границы; ф — угол наклона отражающей границы.

Годограф преломленной (головной) волны представляет собой прямую линию, отстоящую от начала координат на некотором расстоянии и наклоненную к оси x под углом i. Уравнение годографа преломленной волны имеет вид:

где i — угол полного внутреннего отражения.

На практике при обработке годографов определяется кажущаяся скорость, которая равна Vк = Ах/Аt.

Кажущаяся скорость обычно больше действительной, так как путь фронта волны Ax за время At больше пути волны по лучу AS.

Связь между кажущейся и действительной скоростью выражается законом Бендорфа: Vк = V/siny, где у — угол падения луча.

Для лучей головной волны их угол падения зависит от угла полного внутреннего отражения t и угла наклона преломляющей границы ф:

Сейсмические исследования проводятся с использованием высокочастотного сейсмоприемника СП-1, который был разработан в отраслевой лаборатории стройматериалов Московского государственного горного университета и изготовлен институтом «Росавтоматстром» (г. Чебоксары).

Технические данные портативного сейсмокомплекса СП-1:

1. Питание прибора: 18 В; 12 В.

2. Дальность работы радиоканала — не менее 150 м.

3. Вид индикации — цифровой.

4. Пределы измерения времени прохождения волны — 0,1 — 999,9 мс.

5. Чувствительность усилителя сейсмостанции — не менее 20 мкВ.

6. Диапазон частот— 10—300 Гц.

7. Мощность передатчика — 400 мВт.

8. Частота передатчика — 27,535 мГц.

9. Чувствительность радиоприемника — 20 мкВ/м.

10. Промежуточная частота — 465 кГц.

Сейсмокомплекс СП-1 предназначен для сейсморазведки и имеет повышенную разрешающую способность на глубинах разведки 20—50 м.

Сейсмическое профилирование проводится методами встречно-нагоняющих годографов. Такие методы предполагают, что сейсмоприемник находится в «0» пикете (начало профиля), а источник сигнала возбуждения перемещается по профилю с шагом 5 —10 м до наиболее удаленной точки возможного уверенного приема сигнала. Затем сейсмоприемник перемещается вперед на расстояние 4—10 м, и измерения повторяются. По окончании прохождения профиля в прямом направлении сейсмоприемник перемещается в конец профиля, и измерения проводятся в обратном направлении.

При прохождении профиля через каждые l = 5+10 м после возбуждения сигнала считываются показания с индикатора сейсмоприемника (l — время, измеренное прибором, мс) и записываются в табл. 4.1.

По данным измерений с помощью сейсмокомплекса СП-1 рассчитываются: Al — разность расстояний между точками возбуждения сигнала, м; At — разность времени, мс; AV — кажущиеся скорости движения фронта волны вдоль профиля, n — отношение скоростей (табл. 4.2).

Принимая во внимание расчетные данные табл. 4.2, для построения сейсмических профилей (определение глубин отражающего слоя h1 h2 h3 и т.д.) можно использовать один из трех видов обработки:

• по акад. В.В. Ржевскому и проф. Г.Я. Новику:


• по «Комацу» (в м):

• с использованием номограммы (рис. 4.3) для определения преломляющей границы по точке перегиба годографа (рис 4.4); для определения мощности слоя h (глубины преломляющей границы) необходимо взять на данном годографе отношение кажущихся скоростей, допустим AV3/AV2 = 1,6, и абсциссу точки перегиба годографа, например, l2 = 15 м (см. рис. 4.4); тогда по номограмме (см. рис. 4.3) мощность слоя составит А = 3,5 м (показано стрелками).

С использованием сейсмоприемника СП-1 были проведены исследования различных участков песчано-гравийной смеси Вяземского ГОКа и Гавриловского месторождения. Целью проведения исследований являлось построение сейсмических профилей для определения перспективных участков отработки и особенностей строения вскрышной и полезной толщ массива горных пород.


Для участка «Соколовой Вяземского ГОКа были построены сейсмические профили, которые позволили принять решение о разработке части этого участка. На рис. 4.5 показано расположение сейсмических профилей в плане, а на рис. 4.6 — некоторые характерные профили, которые дали возможность выявить залегание пород вскрыши и полезного ископаемого и уточнить запасы песчано-гравийной смеси.

На Гавриловском песчано-гравийном месторождении были проведены исследования с целью выявить границу между песком и песчано-гравийной смесью, а также определить глубину залегания подстилающих гранитов. Один из примеров полученных результатов приведен на рис. 4.7.


Многочисленные замеры, выполненные с помощью сейсмокомплекса СП-1, позволили установить, что при изменении содержания каменного материала в песчано-гравийной смеси от 63 до 28 % скорость прохождения сейсмической волны колеблется от 620 до 1000 м/с. На рис. 4.8 приведена зависимость изменения скорости прохождения сейсмической волны от содержания гравия, гальки и валунов в песчано-гравийной смеси. Обработка данных велась методом групповой корреляции, а процентное содержание гравия и валунов было взято по данным шурфов геологоразведочных работ.

Сейсмическая эксплуатационная разведка дает возможность уточнить геологическую информацию о массиве пород.

Это связано с тем, что сетка геологических разведочных скважин на песчаногравийных месторождениях составляет от 200х200 м до 500х500 м, а сейсмические методы позволяют получить информацию о строении массива, аналогичную бурению с сеткой 5х5 м. Геологическое бурение не позволяет достоверно определить содержание валунов в полезной толще, в то время как сейсмические методы дают более достоверную информацию. Следует отметить также оперативность, дешевизну и малую трудоемкость сейсмической разведки, позволяющей определить особенности строения песчано-гравийных месторождений.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: