Представляем вниманию читателей немного сокращенный и адаптированный перевод доклада нигерийских изыскателей «Инженерные изыскания с использованием метода преломленных волн в модификации сейсмотомографии» (Adewoyin et al., 2020). Этот доклад был сделан в городе Ота (Нигерия) на 4-й Международной конференции по науке и устойчивому развитию «Достижения в области науки и технологий для устойчивого развития» (ICSSD 2020). Он также был опубликован в виде статьи в журнале Earth and Environmental Science («Науки о Земле и окружающей среде») издательством британской благотворительной научной организации IOP (Institute of Physics – «Институт физики»). Эта статья находится в открытом доступе по лицензии CC BY 3.0, которая позволяет распространять, переводить, адаптировать и дополнять ее при условии указания типов изменений и ссылки на первоисточник. В нашем случае полная ссылка на источник для представленного перевода (Adewoyin et al., 2020) приведена в конце.
В этом исследовании для получения двумерной информации о верхней части геологического разреза использовался метод преломленных волн (МПВ) в модификации сейсмотомографии вместе с бурением скважин, откопкой шурфов и полевыми испытаниями на внедрение конусного зонда (методом CPT). Такой подход упрощает описание подповерхностных условий на относительно большой территории, особенно когда это необходимо для гражданского строительства.
Результаты применения МПВ выявили три слоя, которые характеризуются разными скоростями распространения сейсмических волн. Сопоставление результатов применения МПВ, бурения, откопки шурфов и CPT показало, что третий от поверхности слой является наиболее подходящим для выдерживания предполагаемых нагрузок от строительного объекта, а глубина залегания его кровли на исследованной территории в среднем составляет от 7 до 10 м.
Для принятия решений о наилучшем использовании территорий во многих областях и прежде всего для гражданского строительства большое значение имеют адекватные данные о строении верхней части геологического разреза. Использование участка с неудовлетворительными подповерхностными условиями может привести к обрушению или разрушению построенного на нем здания, к соответствующим материальным потерям и к гибели людей.
Исследования показали, что большинство крупных городов и густонаселенных районов расположено на слабых грунтах (эстуариевых, современных или других отложениях с похожими характеристиками) [1, 2].
Наиболее часто используемые методы определения характеристик грунтов основаны на бурении, откопке шурфов и на лабораторных исследованиях образцов. Но результаты, полученные с помощью этих подходов, часто ограничиваются точечными данными, и их трудно использовать при изучении весьма обширных территорий [3–7]. К тому же из-за неоднородных подповерхностных условий результаты точечных исследований нельзя относить к другим частям даже относительно небольшого участка будущего строительства.
Поэтому настоятельно рекомендуется тщательно оценивать инженерно-геологические разрезы площадок на их пригодность для строительства и другими методами, особенно геофизическими.
К популярным геофизическим методам, используемым для инженерных изысканий, относятся в том числе методы электрических сопротивлений, многоканальный анализ поверхностных волн (MASW), метод преломленных волн (МПВ) и др. [8]. Одним из основных геофизических методов, использование которых не влияет на строение и состояние грунтовых массивов, является МПВ [9, 10]. Именно поэтому в данном исследовании и был использован этот метод в модификации сейсмической томографии для определения пригодности исследуемой территории для строительства.
Исследуемая территория располагается в районе местного самоуправления Эти-Оса в юго-восточной части штата Лагос на юго-западе Нигерии – между 6° 30′ 37» и 6° 30′ 18» с.ш. и между 3° 36′ 3» и 3° 35′ 34» в.д. (рис. 1). Она находится недалеко от восточной окраины нигерийского сектора бассейна реки Бенин в зоне устьев рек и лагун с песчаными барьерными пляжами и сложена переслаивающимися глинами и песками, представляющими собой типичные морские отложения. Эти отложения переходят друг в друга и сильно варьируют как по простиранию, так и по мощности [11].
Рис. 1. Геологическая карта исследуемой территории [2]
На территории изысканий было пройдено семь профилей методом преломленных волн в модификации сейсмической томографии. Длина профилей составляла от 48 до 200 м. В качестве источника сейсмических волн применялся молот весом 15 кг. Для сбора данных использовался 24-канальный сейсмограф Terraloc MK-6. Расстояние между сейсмоприемниками составляло 2 м, чтобы обеспечить необходимую глубину исследований. Удары молотом по металлической плашке на поверхности земли выполнялись в разных точках при перемещении вдоль профилей.
Полученные данные были проанализированы с использованием программы SeisImager/2DTM. После их обработки результаты решения обратных задач сейсморазведки (инверсионных преобразований) выводились на экран [12, 13] (рис. 2).
Рис. 2. 2D профиль, исследованный методом преломленных волн в модификации сейсмической томографии 
Двумерное исследование территории методом преломленных волн в модификации сейсмотомографии позволило описать горизонтальное и вертикальное распределение слагающих ее геологических слоев. В верхней части разреза было выявлено три слоя (см. рис. 2). Их толщина была переменной, что может быть результатом разных геологических процессов [13–15].
Толщина верхнего слоя варьировала от нуля до 5 м (или чуть больше). Этот слой характеризовался низкой сейсмической скоростью и был сочтен неуплотненным [12, 15, 16]. Как показало бурение, он сложен рыхлым сухим песком.
В точках 2 и 38 м по длине сейсмического профиля происходит максимальное «вторжение» геоматериалов первого слоя во второй.
Как показали геотехнические параметры, второй слой является полууплотненным [17–19]. Наблюдается постепенное уменьшение толщины этого слоя к другому концу профиля.
Второй слой сильно вторгся в третий между точками 2 и 26 м по длине профиля.
Третий слой характеризуется самой высокой сейсмической скоростью. Это говорит о том, что он является уплотненным [20, 21]. Его мощность в среднем больше, чем у первых двух слоев. И он является более компетентным, чем два других, – очевидно, вследствие состава или возраста составляющих его отложений.
Результаты, полученные в этом исследовании, хорошо согласовывались с известной информацией по региональной геологии исследуемого района, а также с данными по местной геологии, полученными при бурении скважин, откопке шурфов и полевых испытаний методом CPT.
В этом исследовании для описания геологического строения территории изысканий с целью определения глубины залегания слоя, который лучше всего подходит для выдерживания предполагаемых нагрузок от строительных объектов, использовался метод преломленных волн в модификации сейсмотомографии. Результаты были подкреплены данными по местной геологии, полученными с помощью бурения скважин, откопки шурфов и испытаний грунтов методом CPT, а также известной информацией по региональной геологии.
Интерпретация результатов исследований методом преломленных волн показала, что участок предполагаемого строительства до глубины около 18 м сложен тремя слоями. Верхний слой сложен неуплотненным геоматериалом, второй – выветрелым или полууплотненным, третий – уплотненным.
Геотехнические исследования местной геологии показали, что первый от поверхности слой представляет собой рыхлый песок, второй – слабую песчанистую глину, третий (начиная с минимальной глубины 7 м) – более уплотненную песчанистую глину от полутвердой до твердой консистенции.
На основе сопоставления всех полученных результатов был сделан вывод, что нижняя часть второго слоя и третий слой являются наиболее механически устойчивыми в качестве грунтового основания для строительных объектов на исследуемой территории.
—
Авторы выражают благодарность за всестороннюю поддержку Университету Ковенанта (Нигерия).
наверх
Поделиться
Поделиться
Скопировать ссылку
Оформить подписку