Электроразведка МПП при поисках трещинно-карстовых вод

Андреев Н. М.

ООО "Радиоэкологическая лаборатория МГРТ", г. Миасс Челябинской области

Со дня основания посёлка Андреевский (Брединский район Челябинской области) при освоении целинных земель 50 лет назад, здесь всегда остро стояла проблема с питьевой водой. Попытки решить её за эти годы предпринимались неоднократно. Вокруг посёлка было пробурено порядка 30 поисковых скважин, неоднократно проводились геофизические работы с целью поиска водоносных зон, в основном традиционным методом вертикального электрозондирования. Но в достаточном объёме питьевую воду найти не удавалось. Виной такого бедственного положения был слабо затронутый тектоникой монолитный гранитный массив, в пределах которого расположен посёлок. В настоящее время водоснабжение посёлка осуществляется из скважины, не обеспечивающей его потребности, расположенной за пределами этого массива, в 4 км к западу. А в случае нередких аварий водовода - вода развозится по домам в бочках.

В 2002 году здесь проводила геофизические работы ГУП "Южуралгеологоразведка". С использованием аппаратуры "ЭРА-П" было пройдено 23,6 км профилей ВЭЗ с шагом 100 м. Интерпретация результатов ВЭЗ была выполнена автором с использованием программы "Zond-IP" (ВИРГ-Рудгеофизика). В качестве примера, на рис.1 приведён фрагмент построенных вертикальных карт изоом и геоэлектрического разреза одного из этих профилей, соответствующий восточной части гранитного массива, где его сменяет карбонатно-сланцевая толща.

рис.1 Результаты интерпретации ВЭЗ по фрагменту одного из профилей.

К сожалению, выбор точек заложения скважин проводился без участия геофизиков и, скорее всего, без должного учёта полученных геофизических данных. В результате было пробурено 7 практически безводных скважин. Повторился неудачный опыт ОАО "Агропромпроект", когда по результатам их геофизических изысканий (ВЭЗ) здесь были пробурены 2 скважины с низким дебитом. Тогда было сделано гидрогеологическое заключение, что поиски подземных вод в заявленном объёме (400 м3/сут) в непосредственной близости от п.Андреевский, следует считать бесперспективными, ввиду слабой водообильности слагающих его территорию пород. Тем не менее, оставалась ещё надежда, что основная причина неудач кроется в известных недостатках выбранного геофизического метода для условий далеко не горизонтально-слоистого геологического разреза. Профильные измерения с шагом 100 м не позволяют здесь с достаточной достоверностью указать точки для бурения гидрогеологических скважин. И одна из причин - мощность трещинных зон бывает зачастую гораздо меньше шага измерений.

Предусмотренный проектом комплекс наземной геофизики кроме ВЭЗ включал сейсморазведку МПВ. Случилось так, что ко времени проведения этих работ, у предприятия не оказалось в наличии сейсморазведочной аппаратуры. Поэтому решено было направить средства, запроектированные для сейсморазведки, на проведение электроразведки МПП. Как показывает опыт последних лет, при поисках трещинных и карстовых вод данный метод позволяет получить неплохие результаты, особенно при применении современных приборов, таких как использовавшийся нами аппаратурный комплекс "Цикл-5" (рис.2), созданный ООО НТФ "Эльта" (г.Новосибирск) на базе известных аппаратурных и методических разработок СНИИГГиМС в области МПП.

Рис.2 Комплекс "Цикл-5" в поле.

МПП имеет ряд технологических преимуществ перед ВЭЗ. Источники и приёмники электромагнитного поля не требуют устройства заземлений, что позволяет проводить исследования в любое время года и по скальному грунту. В отличие от растягиваемых на сотни метров питающих линий ВЭЗ, здесь раскладывается генераторная петля сравнительно небольших размеров. С учётом того, что практический интерес представляют водоносные зоны только метров до 100, для решения гидрогеологических задач достаточна генераторная петля всего лишь 50 х 50 м, исходя из глубинности метода:

H = (2 - 3) L, м., где: L - длина стороны генераторной петли, м.

Недостатком метода являются очень сильные помехи от линий электропередач и различных кабелей. Массивные металлические конструкции или трубопроводы также вносят искажения в регистрируемый процесс. Но при проведении геофизических работ за пределами населённых пунктов, не сложно избежать влияния этих мешающих факторов. Например, помехи смещаются в область шумов при удалении уже на 100-150 м от ЛЭП на 220 вольт.

В мае 2004 года, в качестве геофизика ООО "Южно-Уральский геологический центр", в окрестностях п. Андреевский автором была выполнена электроразведка МПП, причём работы выполнялись в режиме "свободного поиска", т.е. положение профилей определялось непосредственно в полевых условиях. Было установлено лишь одно ограничение - поставленную задачу необходимо было решить, уложившись в 128 точек измерений плюс 15% детализации. Принимая во внимание пожелание администрации, сосредоточить район поиска как можно ближе к посёлку, короткими профилями были обследованы все ближайшие, привлекательные по геоморфологическим признакам овраги и ложки. Двумя параллельными профилями в 1,5 километрах к востоку от посёлка сделана была попытка обнаружить зоны трещиноватости на контактах гранитного массива и карбонатно-сланцевой толщи. Разбивка пикетажа через 50 м проводилась непосредственно перед проведением измерений. Определение координат точек осуществлялось тут же с помощью навигационного прибора GPS-72.

В "Цикл-5", как и в других современных системах, результаты измерений автоматически вводятся в персональный компьютер (ноутбук). При обработке первичных материалов, в программе "Проба" из экспериментальных кривых вырезаются отрезки, соответствующие регистрируемому процессу становления электромагнитного поля и вычисляются трансформанты Rotau, Ro(h), Stau. Затем, в программе "Подбор" для точек измерений подбираются такие геоэлектрические модели среды, теоретические кривые которых наилучшим образом соответствовали бы вырезанным отрезкам экспериментальных кривых. А в программе "Профиль" по полученным данным строятся различные разрезы.

Рис.3 Геоэлектрический разрез интервала профиля по данным МПП.

В качестве примера, демонстрирующего возможности МПП по выявлению трещинно-карстовых водонасыщенных зон, приведен интервал профиля с одной из наиболее ярких аномалий. Этот интервал соответствует переходу низкоомной (~ 150 Омм) толщи сланцев (слева) к высокоомным (более 1000 Омм) отложениям известняков (справа). На рис. 3 приведён геоэлектрический разрез этого интервала. Отрезки экспериментальных кривых в точках, по которым программой был построен данный разрез, приведены на рис.4 и 5. Это одни и те же кривые, но в разных представлениях - в вертикальном и в горизонтальном. В последнем случае можно более рельефно увидеть аномальное понижение сопротивления в районе пикета 550 м, где и была заложена скважина с очень хорошим дебитом. А водовмещающими, как показало бурение, оказались трещины и карстовые пустоты в известняках заполненные глиной.

рис. 4. Кривые Rotau от времени.

рис. 5. Кривые времени от Rotau.

Просматривая приведённые выше представления кривых Rotau по профилям, можно расчленить массивы различных типов пород в плане, выделить их контакты и перспективные участки для проведения детализации с целью локализации аномальных зон. Учитывая большую длительность процесса в аномальных точках, интерпретация по таким кривым получается более точной, а разрезы достоверней. Точность выделения аномальных зон в плане по точкам основной сети не менее 50 м, а при проведении детализации можно обеспечить точность до 10 м, что имеет очень важно при поисках трещинно-карстовых вод и благодаря этому удаётся достигнуть очень хороших результатов.

В результате проведения электроразведки МПП, в районе п. Андреевский было вынесено несколько точек для бурения скважин на воду. В первой же скважине дебит воды оказался 5 л/с, а во второй 7 л/с. В сумме это составляет более 1000 м3/сут, что значительно превысило заявленный объём (400 м3/сут), необходимый для водоснабжения посёлка.