7.2.4. Геофизический мониторинг карстовых процессов. Карстовые процессы обусловлены деятельностью воды (поверхностной и подземной) и заключаются в растворении горных пород с образованием в них пустот различного размера и формы. Условиями возникновения карстового процесса являются наличие в разрезе растворимых пород, их проницаемость; агрессивность вод по отношению к растворимым породам и особенности их динамики, способствующие растворению. По характеру растворимых пород различают соляной, сульфатный, карбонатный карст, по глубине карстообразования - глубинный и поверхностный.

Развитие карстовых процессов может представлять большую опасность, так как в ряде случаев они существенно меняют условия существования биоты, резко ухудшают экологическую обстановку и угрожают жизни людей. К числу опасных последствий карстообразования можно отнести образование катастрофических провалов и просадок земной поверхности, внезапной деформации и разрушения зданий, транспортных коммуникаций, подземных хранилищ нефти, отходов и другие неблагоприятные явления.

Следует указать, что природные карстовые процессы развиваются чрезвычайно медленно - со скоростью растворения пород. Однако техногенное воздействие (сброс агрессивных промышленных вод, резкое изменение гидрогеологической обстановки) может их значительно интенсифицировать. Это происходит как за счет усиления растворяющей способности (например, кислотности) вод, так и вследствие выноса тонкодисперсного глинистого заполнителя из карстовых полостей фильтрационным потоком. В последнем случае развиваются так называемые карстово-суффозионные процессы, представляющие значительную опасность для геологической среды промышленных и городских территорий, для эксплуатации различных инженерных сооружений.

Геофизический мониторинг наиболее эффективен при изучении техногенных карстовых процессов. При его организации можно использовать как однометодные, так и комплексные режимные наблюдения. Примером применения однометодного мониторинга (наземных электрометрических методов) для изучения интенсивности техногенных карстовых процессов в хорошо растворимых породах могут служить исследования, выполненные вблизи одного из крупных химических заводов на р. Оке. Производство серной кислоты на этом заводе привело к непредвиденному привносу кислотных растворов в подземные воды, что повлекло за собой повышение агрессивности вод по отношению к присутствующим в разрезе гипсоносным породам. В результате процесс карстообразования в этих породах усилился. Стали

201

Рис. 7.7. Картирование водотоков в карстовом районе:
а - план, б - графики изменения ρ_K по профилю III в моменты времени t₁ и t₂; I - V- профили наблюдений; 1 - водотоки; 2 - зоны разгрузки (повышенная проводимость воды) в реке

увеличиваться существующие и возникать новые полости, образовались протяженные водотоки, по которым растворенные вещества начали выноситься в реку. Наземные наблюдения методом сопротивлений и измерения электропроводимости воды в реке позволили выяснить положение основных водотоков и оценить развитие карстового процесса во времени (рис. 7.7). На графиках ρ_к, снятых вдоль профилей наблюдений в последовательные моменты времени t₁ и t₂, карстовые водотоки выделяются углубляющимися и расширяющимися минимумами сопротивлений, свидетельствующими о постепенном развитии полостей. Одновременно зоны пониженных сопротивлений, установленные по данным резистивиметрии в реке, фиксирующие участки выноса растворенных веществ, значительно увеличились по площади. Результаты геофизических исследований послужили основанием для проектирования специальных устройств, уменьшающих возможность загрязнения окружающей среды.

Примером комплексного геофизического мониторинга техногенного карстового процесса могут служить режимные скважинные

202

Рис. 7.8. Результаты комплексных наблюдений при изучении карстово-суффозионного процесса:
а - геологический разрез; б - каротажные диаграммы и график изменения во времени комплексного показателя θ = f(t); в - режим средних значений комплексного показателя θ в изучаемом интервале глубин; 1 - пески; 2 - глины; 3 - закарстованные известняки; 4 - карстовые полости; 5 - уровень подземных вод

исследования на одном из участков интенсивной откачки подземных вод в Подмосковье (рис. 7.8). Здесь в целях изучения суффозии глинистого заполнителя карстовых полостей проводились долговременные каротажные наблюдения в необсаженных интервалах гидрогеологических скважин. Комплекс каротажа включал методы КС, ПС, ГК и АК. Карстовые полости в карбонатных отложениях, заполненные переотложенным глинистым материалом, фиксировались на диаграммах отрицательными аномалиями кажущихся сопротивлений ρ_K и положительными аномалиями ПС ΔU_ПС гамма-активности I_γ и интервального времени ΔT. Интенсивность аномалий менялась вдоль разреза вследствие неравномерности раскрытия карстовых полостей и различного содержания глинистого заполнителя. График комплексного показателя θ = ∑|γ_i|, где γ_i - контрастность аномалии, даваемой конкретным геофизическим методом, позволил в начальный период наблюдений t₁ надежно выделить в разрезе зону закарстованных пород. Процесс суффозии глинистого заполнителя карстовых полостей нашел отражение на каротажных диаграммах, снятых в последовательные моменты времени t₁, t₂, t₃ (изменение знаков и амплитуд аномалий ρ_K, ΔU_ПС, I_γ и ΔT). Графики комплексного показателя θ дали возможность

203

более четко выделить особенности раскрытия карстовых полостей в каждый момент наблюдений. Режим средних значений этого параметра для всего интервала проявления суффозии θ_ср = f(t) позволил описать динамику изучаемого процесса.

204