7.2.3. Геофизический мониторинг оползневых процессов. Оползневые процессы представляют серьезную опасность для существования экосистем, биоты, жизни людей на территориях с резко расчлененным рельефом. Различают природные оползневые процессы, развивающиеся на крутых склонах гор, речных долин, на берегах озер, морей, водохранилищ, и техногенные оползни, которые являются следствием хозяйственной деятельности человека, нарушающей устойчивость естественного залегания пород на

195

склонах за счет их подрезки, повышенного увлажнения, вибрации и других воздействий. Техногенные оползневые процессы возникают на бортах крупных карьеров и разрезов, создаваемых для открытой разработки месторождений полезных ископаемых, и препятствуют их безопасной эксплуатации.

Организация геофизического мониторинга оползневых процессов предполагает наличие двух этапов исследований. На первом этапе изучаются инженерно-геологические условия оползневого участка: пространственные параметры оползня; положение зоны скольжения, уровня фунтовых вод; оценка направления и скорости фильтрационного потока; физико-механические свойства оползневых масс. В этих целях проводятся, как правило, одноразовые геофизические исследования по детальной сети продольных и поперечных профилей, проложенных на оползневом склоне. Применяется комплекс методов, включающий электроразведку (ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, ЭП, съемка потенциала ЕП); сейсморазведку МПВ с ударным возбуждением упругих колебаний; высокоточную магниторазведку; малоглубинную термометрию.

Наблюдения проводят в максимально сжатые сроки, чтобы избежать ошибок, обусловленных самим оползневым процессом. Помимо наземных используются наблюдения во внутренних точках среды (скважинные, межскважинные, скважинно-наземные и т.п.). Эти наблюдения особенно важны при определении поверхности скольжения оползневых масс.

На втором этапе проводятся исследования динамики оползневого процесса для прогнозирования его возможного развития и разработки противооползневых мероприятий. С этой целью осуществляются режимные геофизические наблюдения. При этом отдельные виды исследований или их совокупность повторяют через определенные промежутки времени, продолжительность которых зависит от активности оползня. Целью режимных наблюдений (мониторинга) является изучение оползневого процесса в пространстве (изменение положения границ пород, затронутых оползневым процессом; развитие оползневых трещин, активных и пассивных зон в пределах оползневого склона) и во времени (установление закономерностей изменения состояния и свойств пород, скорости и механизма движения оползневых масс). В комплекс геофизических методов, помимо используемых на первом этапе, добавляются высокоточная гравиметрия, круговые наблюдения методами сейсморазведки и электроразведки, наблюдения за перемещением искусственных и естественных геофизических реперов.

При выполнении мониторинга используется детальная сеть наблюдений по профилям, проложенным вдоль продольной оси

196

оползня. Шаг наблюдений обычно составляет 2 - 5 м. Пункты режимных наблюдений жестко закрепляются. Так как при смещении оползня расстояния между ними могут изменяться, в каждом цикле наблюдений восстанавливают их первоначальное плановое положение. При повторных сейсмо- и гравиметрических исследованиях проводят повторную нивелировку.

Результаты однометодного мониторинга позволяют выявлять отдельные особенности оползневого процесса и прогнозировать его дальнейшее развитие. Так, например, при перемещениях оползневых масс рост аномальных напряжений обусловливает появление и соответствующую упорядоченную ориентировку вторичной микро- и макротрещиноватости пород, что находит отражение в элементарном магнитном поле. Раскрытие микротрещин, повышение влажности и набухание пород изменяет их плотность, что отражается на силе тяжести. Поэтому анализ закономерностей изменения гравитационного и магнитного полей во времени позволяет получить информацию для краткосрочного локального прогноза оползневых процессов. Например, началу оползневых подвижек может предшествовать резкое уменьшение относительных значений силы тяжести.

Степень увлажненности оползневых массивов, особенности движения грунтовых вод, проходящих через тело оползня, находят свое отражение в изменении таких геоэлектрических параметров, как удельное электрическое сопротивление ρ, поляризуемость η и величина потенциала естественного электрического поля U_??. Слежение за изменением этих параметров во времени позволяет получать сведения о степени обводненности оползневых тел, о развитии зон сжатия и разуплотнения, о перемещении оползневых масс (Огильви, 1990).

Изменение физических свойств и состояний пород, залегающих на оползневых склонах, приводит к изменению таких сейсмических характеристик этих пород, как скорости продольных V_p и поперечных V_s волн, эффективные коэффициенты поглощения α_p и α_s, коэффициент сейсмической анизотропии. Результаты наземных наблюдений представляются в виде графиков изменения сейсмических параметров для отдельных слоев в различных интервалах профиля. Особое значение имеет построение таких зависимостей для активных оползневых зон. Наземные сейсмические наблюдения, как правило, сопровождаются измерениями во внутренних частях массива по методике межскважинного сейсмического просвечивания (МСП) и вертикального сейсмического профилирования (ВСП). При оценке устойчивости оползневых пород весьма информативным оказывается величина отношения V_s / V_p.

197

Рис. 7.4. Схема проведения (вверху) и результаты (внизу) сейсмического мониторинга динамики оползня (Горяинов, 1993).
Графики: а - изменения скорости продольных волн в массиве между скважинами, б, в - горизонтальных смещений геодезических реперов; г - изменения напряжений; 1 - положение пункта возбуждения в скважине; 2 - положение приемника в наблюдаемой скважине; 3 - поверхности смещения; 4 - суглинки, 5 - глины, 6 - геодезические реперы; 7 - участки подрезки; А - момент начала подрезки, Б - момент начала интенсивных смещений, вызванных подрезкой

На рис. 7.4 приводятся материалы сейсмического мониторинга одного из оползневых склонов в Крыму, на котором искусственная подрезка языка оползня активизировала его смешение. Режимные измерения скоростей продольных волн V_p. выполнялись на массиве пород, находящемся на устойчивой части плато за пределами стенки отрыва оползня. Можно видеть, что сразу же после подрезки оползня (момент А) величина V_p (кривая а) резко уменьшилась, опережая по времени показания геодезических реперов и датчиков напряжений (кривые б, в, г).

Хотя режимные измерения сейсмических характеристик склона можно успешно использовать для характеристики устойчивости оползневых масс и прогнозирования их перемещений, наиболее часто эта задача решается с помощью режимных геофизических наблюдений за движением глубинных искусственных и естественных реперов (Огильви, 1990). Для установки искусственных реперов применяются магнитные диполи, помещаемые в тело оползня на глубины до 8 - 10 м. Местоположение реперов в последовательные промежутки времени определяется по данным режимной микромагнитной съемки. В качестве естественных реперов используются локальные аномалии измеряемых геофизических параметров (электрических сопротивлений, потенциалов

198

Рис. 7.5. Результаты режимных геофизических наблюдений за искусственными и естественными реперами при изучении скорости смещения оползня-потока в Абхазии (Огильви, 1990):
аномалии ЕП (в мВ): 1 - 1972 г., 2 - 1973 г., 3 - 1974 г.; векторы смещений: 4 - поверхностных реперов, 5 - аномалий ЕП, 6 - глубинных магнитных реперов; 7 - стенка отрыва оползания; 8 - край обрыва

ЕП, напряженности магнитного поля), устойчиво повторяющиеся во времени. Такими реперами могут быть литологические неоднородности, зоны повышенного увлажнения, участки сжатия и растяжения. На рис. 7.5 можно видеть, как режимные наблюдения за локальными аномалиями ЕП на одном из оползней-потоков в Абхазии позволяют уплотнить сеть исследований по площади и обоснованно экстраполировать данные разноглубинных магнитных реперов о направлении и интенсивности перемещения оползневых масс.

Мониторинг техногенных, оползневых процессов в целях прогнозирования аварийного состояния откосов открытых горных выработок наиболее успешно осуществляется с помощью

199

Рис. 7.6. Режимные наблюдения на оползневом откосе карьера:
а - модель склона, б - результаты измерений ρ_K / ρ_K⁰ для разносов АB = 2,5 м (I), AВ = 4,5 м (II), АВ = 25 м (III); 1 - глины; 2 - пески; 3 - сланцы; 4 - точка ВЭЗ; 5 - зона скольжения; t₁, - момент образования микротрещин; t₂ - момент первых деформаций; t₃ - начало оползневых смещений

стационарных магнитных, гравитационных, сейсмических и электрометрических наблюдений. На рис. 7.6 приводится пример использования режимных электрометрических наблюдений для изучения подготовки смещения искусственного оползня, возникшего в результате подрезки откоса глубокого железорудного карьера на юге Украины. Наблюдения осуществлялись с помощью стационарной симметричной четырехэлектродной установки при различных разносах питающих электродов. Одновременно велись маркшейдерские наблюдения за реперами, находившимися на поверхности оползневого массива. Для каждого из использованных разносов полученные значения кажущихся сопротивлений ρ_K откладывались как функции времени. Заметные изменения геоэлектрической обстановки отмечались за несколько суток до того, как маркшейдерская служба фиксировала возникновение открытых трещин и смещение соскальзывающих масс пород. Изменения структуры массива, связанные с нарушением устойчивости, как видно из графиков ρ_K = f(t), развиваются снизу вверх и проходят через несколько стадий. Скорость формирования поверхности скольжения по результатам исследований колеблется от 0,2 до 2,2 м/ч. При планомерном расположении точек электрометрических наблюдений по всей поверхности откоса открываются возможности получения объективной информации о месте и времени зарождения поверхности скольжения, характере и скорости развития ослабленной зоны.

200