Прямые методы получения геологической информации.

Горные выработки

При проведении прямых геологических исследований нередко прибегают к проходке горных выработок.

Горные выработки проходят с целью:

изучения геологического строения, проявлений тектонических процессов и трещиноватости пород;

проведения полевых опытных работ;

отбора образцов пород с ненарушенной структурой и проб воды;

организации наблюдений за режимом подземных вод и экзогенных геологических процессов (например, выветривания).

С их помощью можно наблюдать разрез горных пород и, следовательно, выявлять все детали его строения, важные в инженерно-геологическом отношении. Из них можно более качественно, с меньшими нарушениями отобрать монолиты. Недостатком горных выработок следует считать трудоемкость их проходки (особенно глубоких шурфов), необходимость в крепежном материале, специальных средствах проходки, средствах водоотлива и т. д.

Вследствие этого такие виды горных выработок, как шурфы, дудки и шахты, нередко заменяются альтернативными им буровыми скважинами.

Способы бурения

В ходе геологических исследований применяют различные способы бурения:

- колонковое бурение;

- шнековое бурение;

- ударное бурение;

- роторное бурение.

Механизированное бурение в настоящее время основным видом производства буровых работ

Колонковое бурение позволяет получить керн в виде столбика грунта с относительно ненарушенной структурой.

Шнековое, ударное и роторное бурение позволяют получить образцы горных пород нарушенного строения

Колонковым способом можно бурить скважины глубиной до 100 м и диаметром до 168 мм практически во всех породах. Колонковый способ не позволяет получать образцы пород с ненарушенной структурой из рыхлых несвязных и сильно выветрелых пород. В процессе бурения происходят их истирание и разрушение обломков. В отличие от проходки скважин в геолого-разведочном деле инженерно-геологические скважины колонковым способом проходят с ограничением скорости вращения снаряда (60-150 об/мин). Давление на забой не должно превышать 15 МПа. Бурение в обводненных породах ведут «всухую», а в сухих и мерзлых — с продувкой воздухом. Продувка воздухом обеспечивает сохранность песчаных и глинистых пород в стенках скважин, а также рыхлого заполнителя трещин. При использовании ударно-канатного способа бурения предпочтение следует отдавать бурению с кольцевым забоем. При этом можно получать образцы пород для установления разреза и определения классификационных показателей. Способ применим и для проходки скважин в песчано-глинистых породах, находящихся в мерзлом состоянии. Следует иметь в виду, что в процессе бурения скважин ударно-канатным способом могут быть пропущены слои породы мощностью до 0, 2 м.

Вибрационное бурение скважин — весьма производительный способ при проходке скважин глубиной до 15 м. Однако в процессе погружения бурового снаряда (особенно в водонасыщенпые песчаные породы) под действием вибрации уменьшаются пористость и влажность пород (поданным Мое гор геотреста, соответственно на 2, 2 и 0, 24 %) и увеличивается объемная масса. Поэтому метод рекомендуется применять для выявления разреза песчано-глинистых пород и отбора, образцов без сохранения естественного сложения и влажности.

Для проходки инженерно-геологических скважин шнековым способом пригодна практически модификация бурения с кольцевым забоем. Однако и в этом случае керн, извлекаемый из магазина шнека, имеет нарушенное сложение и не сохраняет естественную влажность.

Медленно-вращательный способ бурения применяют для проходки скважин большого диаметра, при проведении инженерно-геологических изысканий с целью строительства ответственных сооружений.

Технические данные и условия применимости различных способов бурения инженерно-геологических скважин

Документация скважин

В процессе бурения происходит фиксация всех этапов производства работ в виде полевого журнала буровых скважин.

Отбор образцов горных пород

В процессе проходки буровых скважин в условиях сложного разреза, представленного породами разных классов, рационально применять разные способы бурения в комплексе. Одна из задач, реализуемых в процессе бурения инженерно-геологических скважин, заключается в отборе образцов горных пород, в том числе сохранивших естественные структуру и влажность.

4.3.2. Дистанционные методы

Дистанционные методы геологического зондирования - общее название методов геологического изучения неконтактным путём на значит. расстоянии (напр., с воздуха или из космоса) разл. приборами в разных областях спектра. Д. м. позволяют оценивать региональные особенности изучаемых объектов, выявляемые на больших расстояниях. Термин получил распространение после запуска в 1957 первого в мире ИСЗ и съёмки обратной стороны Луны сов. автоматич. станцией " Зонд-3" (1959). Различают активные Д. м., основанные на использовании отражённого объектами излучения после облучения их искусств. источниками, и пассивные, к-рые изучают собств. излучение тел и отражённое ими солнечное. В зависимости от расположения приёмников Д. м. подразделяют на наземные (в т.ч. надводные), воздушные (атмосферные, или аэро-) и космические. По типу носителя аппаратуры Д. м. различают самолётные, вертолётные, аэростатные, ракетные, спутниковые Д. м. (в геол.-геофиз. исследованиях - аэрофотосъёмка, аэрогеофизическая съёмка и космическая съёмка). Отбор, сравнение и анализ спектральных характеристик в разных диапазонах электромагн. излучения позволяют распознать объекты и получить информацию об их размере, плотности, хим. составе, физ. свойствах и состоянии. Для поисков радиоактивных руд и источников используется g-диапазон, для установления хим. состава г. п. и почв - ультрафиолетовая часть спектра; световой диапазон наиболее информативен при изучении почв и растит, покрова, ИК - даёт оценки темп-р поверхности тел, радиоволны - информацию о рельефе поверхности, минеральном составе, влажности и глубинных свойствах природных образований и об атмосферных слоях.

По типу приёмника излучения Д. м. подразделяют на визуальные, фотографические, фотоэлектрические, радиометрические и радиолокационные. В визуальном методе (описание, оценка и зарисовки) регистрирующим элементом является глаз наблюдателя. Фотографич. приёмники (0, 3-0, 9 мкм) обладают эффектом накопления, однако они имеют разл. чувствительность в разных областях спектра (селективны). Фотоэлектрич. приёмники (энергия излучения преобразуется непосредственно в электрич. сигнал при помощи фотоумножителей, фотоэлементов и др. фотоэлектронных приборов) также селективны, но более чувствительны и менее инерционны. Для абс. энергетич. измерений во всех областях спектра, и особенно в ИК, используют приёмники, преобразующие тепловую энергию в др. виды (чаще всего в электрические), для представления данных в аналоговой или цифровой форме на магнитных и др. носителях информации для их анализа при помощи ЭВМ. Видеоинформация, полученная телевизионными, сканерными (рис.), панорамными камерами, тепловизионными, радиолокационными (бокового и кругового обзора) и др. системами, позволяет изучить пространственное положение объектов, их распространённость, привязать их непосредственно к карте.
Основные геометрические параметры сканирующей системы: - угол обзора; Х и У - линейные элементы сканирования; dx и dy - элементы изменения мгновенного угла зрения; W - направление движения. Наиболее полные и достоверные сведения об изучаемых объектах даёт многоканальная съёмка - одновременные наблюдения в нескольких диапазонах спектра (напр., в видимом, ИК и радиообласти) или радиолокация в сочетании с методом съёмки более высокого разрешения. В геологии Д. м. используются для изучения рельефа, строения земной коры, магнитных и гравитац. полей Земли, разработки теоретич. принципов автоматизир. систем космофотогеол. картирования, поиска и прогнозирования м-ний п. и.; исследования глобальных особенностей геол. объектов и явлений, получения предварит, данных о поверхности Луны, Венеры, Марса и др. Развитие Д. м. связано с улучшением наблюдат. базы (спутники-лаборатории, балонные аэростанции и др.) и техн. аппаратуры (внедрение криогенной техники, снижающей уровень помех), формализацией дешифровочного процесса и созданием на этой основе машинных методов обработки информации, дающих макс. объективность оценок и корреляций.

4.4. Обработка результатов полевых работ

Полученные в процессе проходки геологических выработок образцы горных пород в зависимости от вида геолгического изучения недр в дальнейшем подвергаются различным исследованиям и испытаниям..

Так при разведке месторождений полезных ископаемых образцы керна и иные образцы горных пород изучаются на наличие или отсутствия в них полезных компонентов, благодаря которым горные породы становятся полезным ископаемым.

Например ЖЕЛЕЗНЫЕ РУДЫ (а. iron ores; н. Eisenerze; ф. minerais de fer; и. minerales de hierro) — природные минеральные образования, содержащие железо в таком количестве и соединениях, из которых промышленное извлечение металла экономически целесообразно. Железные руды разнообразны по минеральному составу, содержанию железа, полезных и вредных примесей, условиям образования и промышленным свойствам. Главные рудные минералы: оксиды железа — магнетит, гематит, мартит, гидрооксиды — гётит и гидрогётит, карбонаты —сидерит и сидероплезит, силикаты — шамозит итюрингит. Содержание железа в промышленных рудах от 16 до 72%. Среди полезных примесей Ni, Co, Mn, W, Mo, Cr, V и др., среди вредных — S, R, Zn, Pb, As, Cu. Следовательно чтобы оконтурить месторождение необходимо определить процентное содержание железа во всех образцах керна и исключить скважины и участки с содержанием меньшим чем бортовое.

В случае разведки месторождений керамического сырья выясняется способность глин и суглинков давать черепки определенного качества.. Известно, что глины подразделяются на огнеупорные, тугоплавкие, легкоплавкие и керамзитывые. И определить их принадлежность к тому или иному виду можно только в ходе лабораторных и промышленных испытаний.

При инженерно-геологических изысканиях по отобранным образцам горных пород определяют их физико-механические свойства и прочностные характеристики, которые используют при решении различных практических задач.

Результатом дистанционного зондирования являются изображения земной поверхности, полученные в различных диапазонах спектра.

Поэтому после проведения ДЗЗ выполняется анализ полученных изображений. Такой анализ может выполняться визуально, визуальными методами, усиленными применением компьютера, и целиком и полностью компьютером; последние два метода включают в себя анализ данных в цифровой форме.

Данные дистанционного зондирования используются при составлении геологических карт с указанием типов пород, а также структурных и тектонических особенностей местности. В экономической геологии дистанционное зондирование служит ценным инструментом для поиска месторождений полезных ископаемых и источников геотермальной энергии. Инженерная геология пользуется данными дистанционного зондирования для выбора мест строительства, отвечающих заданным требованиям, определения мест залегания строительных материалов, контроля за проведением горных работ с поверхности и за рекультивацией земель, а также для проведения инженерных работ в приморской зоне. Кроме того, эти данные используются при оценках сейсмической, вулканической, гляциологической и других опасностей геологического происхождения, а также в таких ситуациях, как лесные пожары и промышленные аварии.

Кроме этого данные, полученные дистанционным зондированием, составляют важную часть исследований в гляциологии (имеющих отношение к характеристикам ледников и снегового покрова), в геоморфологии (формы и характеристики рельефа), в морской геологии (морфология дна морей и океанов), в геоботанике (ввиду зависимости растительности от лежащих под ней месторождений полезных ископаемых) и в археологической геологии. В астрогеологии данные дистанционного зондирования имеют первостепенное значение для изучения других планет и лун Солнечной системы, а также в сравнительной планетологии для изучения истории Земли.