УДК 550.837

https://doi.org/10.21440/2307-2091-2019-2-72-79

Актуальность работы обусловлена возрастающим интересом к использованию геофизических технологий для неразрушающего контроля гидротехнических сооружений. Основная цель работ заключалась в определении возможностей бесконтактных методов электромагнитных зондирований, при обследованиях грунтовых плотин. Зондирования проводились индукционными установками с вертикальными магнитными диполями и частично с помощью электрических установок с емкостными стелющимися линиями. В качестве сравнительного арбитражного метода использовались вертикальные электрические зондирования. К задачам исследований относились выделение основных структурных элементов плотин и идентификация аномальных зон по характеру геоэлектрических разрезов, полученных различными методами электромагнитных зондирований. Количественная обработка электроразведочных данных осуществлялась в форме одно- и двухмерных (1D–2D) инверсий с применением программного обеспечения разных производителей. При тестировании алгоритмов решения обратных задач был определен наиболее оптимальный по быстродействию и качеству интерпретации метод двухмерной инверсии, реализованной в программе RES2DINV. С помощью данного программного обеспечения впервые выполнена обработка дистанционных индукционных зондирований с получением электротомографических разрезов грунтовых плотин. В статье приведен сравнительный анализ 1D- и 2D- инверсии электромагнитных зондирований, полученных на трех грунтовых плотинах Свердловской области. Сравнение результатов электрических и индукционных зондирований показало хорошую сопоставимость электрофизических свойств, хотя в ряде случаев наблюдается отличие величин удельных электрических сопротивлений (УЭС) на постоянном и переменном токе из-за разного характера проводимости изучаемых объектов. Обработка результатов с применением 1D–2D-инверсий позволяет определять по УЭС форму и структуру аномальных зон, участки повышенной водонасыщенности и возможные места утечек. Проведенные исследования подтверждают высокую эффективность электромагнитных методов при обследовании гидротехнических сооружений. Методология проведения работы: использовались электромагнитные методы дистанционных зондирований индукционными установками с вертикальными магнитными диполями и с помощью электрических установок с емкостными стелющимися линиями. В качестве сравнительного арбитражного метода использовались вертикальные электрические зондирования. Количественная обработка электроразведочных данных осуществлялась в форме одно- и двухмерных (1D–2D) инверсий с применением программного обеспечения разных производителей.
Результаты. Научно-исследовательские работы, проведенные на трех грунтовых плотинах Свердловской области, показали, что все полученные на постоянном и переменном токе геоэлектрические разрезы схожи по морфологии. Достаточно четко выделяются основные элементы плотин: насыпная часть, основание, водослив, а также инженерные конструкции (колодцы и т. д.). Одномерные (1D) и двухмерные (2D) геоэлектрические разрезы, построенные с помощью разных методов зондирований, оказались похожими друг на друга, но со своими характерными особенностями. В ряде случаев наблюдается отличие величин удельных электрических сопротивлений на постоянном и переменном токе из-за разного характера проводимости изучаемых объектов, однако общие черты структурного строения плотины уверенно видны на всех разрезах. При тестировании алгоритмов решения обратных задач был определен наиболее оптимальный по быстродействию и качеству интерпретации метод двухмерной инверсии. С его помощью впервые выполнена обработка дистанционных индукционных зондирований с получением электротомографических разрезов грунтовых плотин.
Выводы. Отмечается хорошая сопоставимость геоэлектрических разрезов для всех методов электромагнитных зондирований. Обработка результатов с применением 1D- и 2D- инверсий позволяет определять строение плотин по удельному электрическому сопротивлению, в том числе форму и структуру аномальных зон, участки повышенной водонасыщенности и возможные места утечек. Проведенные исследования подтверждают высокую эффективность геофизических методов при обследовании гидротехнических сооружений.

Ключевые слова: грунтовая плотина, электрические зондирования, дистанционные индукционные зондирования, инверсия, удельное электрическое сопротивление, геоэлектрический разрез, геотомография

Авторы выражают признательность своим коллегам из Института геофизики УрО РАН В. Ю. Горшкову и А. В. Маликову за участие в совместных полевых работах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Улитин Р. В., Гаврилова И. Э., Петухова Ю. Б., Федорова О. И., Харус Р. Л. Геоэлектрика при решении геоэкологических и инженерногеологических задач // Теория и практика геоэлектрических исследований: сб. науч. трудов. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. Вып. 2. С. 84–98.
2. Kuras O., Beamish D., Meldrum Ph. I., Ogilvy R. D. Fundamentals of the capacitive resistivity technique // Geophysics. 2006. Vol. 71(3). G135– G152. https://doi.org/10.1190/1.2194892
3. Титлинов В. С., Журавлева Р. Б. Технология дистанционных индуктивных зондирований. Екатеринбург: УИФ «Наука», 1995. 58 с.
4. Davydov V. A., Baidikov S. V., Gorshkov V. Y., Malikov A. V. Geophysics Methods in Electrometric Assessment of Dams // Power Technology and Engineering. 2016. Vol. 50, issue 2. P. 168–175. https://doi.org/10.1007/s10749-016-0678-7
5. Lee S. K., Cho S. J., Song Y., Chung S. H. Capacitively-coupled Resistivity Method-Applicability and Limitation // Geophysics and Geophysical Exploration. 2002. Vol. 5 (1). P. 23–32.
6. Байдиков С. В., Человечков А. И. Аппаратура для высокочастотных индукционных зондирований МЧЗ-8 // Уральский геофизический вестник. 2011. № 1. С. 4–8.
7. Вешев А. В., Ивочкин В. Г., Игнатьев Г. Ф. Электромагнитное профилирование. Л.: Недра, 1971. 216 с.
8. Бобачев А. А., Модин И. Н., Шевнин В. А. Программа IPI2Win: руководство пользователя. М.: МГУ, 2003. 25 с.
9. Каминский А. Е. Программа двумерной интерпретации данных метода сопротивлений и вызванной поляризации (наземный, скважинный и акваторный варианты) / ZondRes2D. СПб.: Zond Software, 2014. 139 с.
10. Loke M. H. RES2DINV. Rapid 2D Resistivity & IP inversion using the least-squares method. Penang, Malaysia: Geotomo Software. Manual. 2017. 137 p.
11. Loke M. H., Barker R. D. Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-Newton method // Geophysical Prospecting. 1996. Vol. 44. Р. 131–152. https://doi.org/10.1111/j.1365-2478.1996.tb00142.x
12. Neukirch M., Klitzsch N. Inverting capacitive resistivity (line electrode) measurements with direct current inversion programs // Vadose Zone Journal. 2010. Vol. 9 (4). P. 882–892. https://doi.org/10.2136/vzj2009.0164
13. Oldenborger G. A., LeBlanc A. M. Capacitive resistivity inversion using effective dipole lengths for line antennas // Journal of Applied Geophysics. 2013. Vol. 98. P. 229–236. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2013.09.003
14. Kuras O., Swift R., Uhlemann S., Wilkinson P., Inauen C., Meldrum P. Geoelectrical Imaging of Concealed Objects with Capacitive Sensor Arrays. In 24th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics. 2018, September. https://doi.org/10.3997/2214-4609.201802649
15. Niu Q., Wang Y. H. Inversion of capacitively coupled resistivity (line-antenna) measurements // Geophysics. 2014. Vol. 79, № 3. P. E125–E135. https://doi.org/10.1190/geo2013-0282.1
16. Федорова О. И., Давыдов В. А. Диагностика грунтовых гидротехнических сооружений электрическими и сейсмическими методами на примере Ельчевской плотины // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2014. № 6. С. 44–55.