Применение георадиолокационного метода для решения задач транспортирования углеводородного сырья

Суть метода георадиолокационного подповерхностного зондирования заключается в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов

ЗАПОРОЖЕЦ Д.В., ДЬЯКОВ А.Ю.
Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук, Россия

Метод георадиолокационного подповерхностного зондирования основан на изучении распространения электромагнитных волн в геологической среде. Суть метода заключается в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства.

Такими границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакты между породами различного литологического состава, между породой и материалом искусственного сооружения, между коренными и рыхлыми породами и т.д.[1]

В Горном институте КНЦ РАН развивается направление георадиолокационных исследований при помощи георадарного комплекса Ramac/GPR X3M оснащенного экранированными антеннами 100, 500 и 800 МГц, который позволяет осуществлять получение непрерывной информации об основных элементах геологического строения и его аномалиях (разрывные нарушения, полости, влагонасыщенные грунты и т.п.). Так же работы в области георадиолокации проводят: Институт геологии КарНЦ РАН (Соколов С.Я., Нилов М.Ю., и др.), ООО “НПЦ ГЕОТЕХ” (Овчинников В.И., Монахов В.В., Урусова А.В., Клепикова С.М.) [3,4], ЗАО “ПРИН” (Бурканов Е.Е.), ООО “Логис” (Семейкин Н.П., Помозов В.В. и др.) [5], ГП РосдорНИИ (Кулижников А.М., Белозеров А.А., Кулижников А.М. и др.) [2].

При проектировании магистральных трубопроводов одной из важных задач является предотвращение геодинамических проявлений. При эксплуатации магистральных трубопроводов аварии концентрируются в пределах определенных участков трубопроводов и обычно повторяются в одних и тех же местах. Трубопроводы в результате их взаимодействия с вмещающими грунтами подвергаются сложному комплексу негативных воздействий, приводящих к их отклонению от принятого проектного решения. Геодинамический фактор является одной из причин, обусловливающей аварии на магистральных трубопроводах.

Задачи, возникающие при трубопроводном транспортировании углеводородного сырья, решаемые с помощью георадара, могут быть выделены с характерными методиками исследований, способами обработки, типами отображения объектов исследования в поле электромагнитных волн и представления результатов:

• получение информации об основных элементах строения подстилающих грунтов на основании этих данных осуществляется построение временных и глубинных разрезов с выявлением полостей, разрывов и аномальных структур;

• определение состояния подстилающих пород, наличия зон естественной и техногенной трещиноватости, разрывных зон;

• определение положения уровня грунтовых вод, глубин и профиля дна рек и озёр;

• определение содержания влаги в грунте земляного полотна и подстилающих грунтовых основаниях, глубины промерзания в грунтовых массивах.

Использование георадара позволит произвести более полное изучение геологической среды при проектировании трубопроводных систем с определением на этой основе потенциально-опасных участков, ранжирование этих участков по степени опасности, выделение участков для первоочередного диагностического исследования.

Специфика описанных задач в основном предусматривает наиболее глубокое зондирование исследуемой геологической среды вследствие этого необходимо использование низкочастотных антенн. При решении подобного рода задач нами используется экранированная антенна 100 МГц с максимальной глубиной зондирования до 30 м. и разрешающей способностью 0,1 м. Задачи, не требующие большой глубины зондирования, решаются нами при помощи высокочастотных антенн, которые позволяют повысить разрешающую способность до 0,01 м. с глубиной зондирования до 5 м (например, 500-800 МГц).

В результате георадиолокационной съемки нами создаются временные разрезы - радарограммы. В процессе обработки и интерпретации радарограмм нами выделяются и отслеживаются оси синфазности отраженных волн от различных границ раздела (отражающих границ или горизонтов) волн и их сопоставление с гидрогеологическими особенностями разреза. В случае если отсутствуют геологические данные о разрезе, интерпретация радарограмм проводится только на качественном уровне.

Целью работ являлось определение мощности слоя мореных отложений на склоне горы Хибинского массива. В работе использовался георадар Ramac GPR X3M с экранированной антенной 100 Mhz. Ввиду отсутствия априорной информации (геология, данных по скважинам и т.д.) об обследуемом участке интерпретация радарограмм производилась только на качественном уровне.

При анализе волновой картины на радарограмме нами был выделен ряд участков и областей, которые отличались друг от друга характером рисунка, поверхностями угловых несогласий и интенсивными отражающими горизонтами. На интерпретированном профиле были выделены основные геологические структуры (мощность мореных отложений и глубина залегания коренной породы), что соответствовало поставленной задаче.

Проведенные исследования подтвердили, что георадилокационый метод на сегодняшний день является наиболее передовой технологией неразрушающего подповерхностного зондирования геологических сред, в сравнении с другими геофизическими методами, в частности, с сейсморазведкой. Применение георадиолокации позволяет оперативно получать достоверную информацию о подстилающих грунтовых основаниях (структурах) с минимальными трудозатратами без привлечения тяжелой техники (буровых машин, экскаваторов и т.д.).

Литература
Владов М.Л., Старовойтов А.В. Введение в георадиолокацию. 2005, Изд-во МГУ. 153с.
Кулижников А.М., Белозеров А.А.;"Неразрушающие георадарные методы в инженерных изысканиях", Журнал "Геопрофи", №5, 2004г.
Монахов В. В., Овчинников В. И., Урусова А. В. («НПЦ ГЕОТЕХ»); Савин А.Н. (МИИТ) “Опыт применения геофизических исследований на деформирующихся участках земляного полотна железных дорог”.
Овчинников В.И., Монахов В.В., Урусова А.В., Клепикова С.М. (ООО "НПЦ ГЕОТЕХ) “Особенности применения геофизических методов при решении гидрогеологических задач”.
Семейкин Н.П., Монахов В.В., Зверев Е.О., Еременко А.В.;"Георадиолокационные исследования пресных речных льдов. Измерение толщины льда", Международной научно-практической конференции по георадиолокации "ГЕОРАДАР-2004"

Нефть и газ арктического шельфа-2008: материалы конференции