Курилович Ирина Андреевна – Генеральный директор ЗАО «ГеоВИСТ», г. Санкт-Петербург, Россия, кандидат геолого-минералогических наук
Федоров Сергей Васильевич – Декан инженерно-строительного факультета Санкт-Петербургского филиала НОУ ДПО «ЦИПК», кандидат технических наук
Для решения проблем безопасности строительства и эксплуатации атомных электростанций (АЭС) и сооружений повышенного уровня ответственности одной из важных задач является получение полной информации о подземном пространстве, на котором будет располагаться строящийся объект, то есть об инженерно-геологических, структурно-тектонических, гидрогеологических и геолого-литологических особенностях среды.
При проектировании модели оснований зданий и сооружений АЭС разрабатываются с учетом особенностей массива грунта (его слоистости, мощности и протяженности слоев, физических, упругопластических, вязких и инерционных свойств грунтов в каждом слое). Для этого требуются характеристики грунтов (пород) площадки АС во всем пространстве исследования, а именно: мощность, плотность, скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн; модуль сдвига (модуль поперечной упругости), модуль продольной деформации, коэффициент Пуассона. Кроме того, необходим контроль стабильности состояния и свойств геологической среды в период строительства, эксплуатации и вывода из эксплуатации АС, то есть проведение постоянного мониторинга подземного пространства. Мониторинг следует начинать при изысканиях для разработки предпроектной документации или проекта и продолжать в процессе строительства и эксплуатации объектов для оперативного реагирования на возможное развитие опасных геологических и инженерно-геологических процессов или существенные изменения экологической обстановки.
Как правило, изучение свойств грунтов преимущественно проводится по данным бурения в скважинах, или в шурфах, то есть по данным геологических испытаний образцов. Однако, результаты таких «точечных» испытаний не дают достаточно полную информацию о строении и состоянии пород (грунтов) по всей площади исследований. Поэтому, наряду со скважинными исследованиями, проводятся геофизические исследования, которые согласно нормативным документам (СП 11-105-97, ч.VI) рекомендуется выполнять в составе первоочередных работ.
Изучение геологического массива геофизическими методами имеет ряд преимуществ по сравнению с данными геологических испытаний за счет получения достаточно полной информации об объекте во всем пространстве исследований. Особенно это важно в условиях неоднородности геологического строения ВЧР, отличающейся невыдержанностью напластования грунтов по площади, наличием ослабленных зон и т.п. Основные особенности геофизических исследований состоят в следующем [2]:
- получаемая информация носит интегральный характер, т.е. относится к определенному объёму (а не к «точке») пород;
- геофизические методы позволяют прослеживать геологические границы непрерывно;
- геофизические исследования в большинстве случаев проводятся без нарушения сплошности изучаемой геологической среды и могут выполняться многократно (с любой заданной периодичностью) без изменения условий наблюдения, что позволяет эффективно использовать их для проверки получаемой информации и проведения мониторинга изменений геологической среды;
- геофизические наблюдения позволяют оценивать состояние пород и локализовать участки прогнозируемого изменения (например, напряжение, сплошность, влажность и пр.).
В результате комплексирования геофизических наблюдений с данными бурения скважин или статического зондирования можно установить корреляционные связи между геологическими свойствами горных пород и геофизическими характеристиками и распространить на всю изучаемую территорию. Так, например, на основе знания сейсмических свойств горных пород, к которым относятся скорости распространения продольных (Vp) и поперечных (Vs) волн и соответствующие коэффициенты (декременты) поглощения, рассчитываются следующие характеристики грунтов: динамический модуль Юнга (Ед); модуль сдвига G; коэффициент Пуассона (ν); модуль всестороннего сжатия (К); акустическая (сейсмическая) жесткость (pVp и pVs); отношение поперечных и продольных волн Vs/Vp. Различие скоростей распространения упругих волн и характеристик их поглощения обусловлено составом, свойствами и состоянием грунтов.
Для детального изучения строения, структурных особенностей и свойств геологических сред в объеме предлагается технология малоглубинной сейсморазведки на основе модификаций наземных и скважинных методов высокоразрешающей сейсморазведки. Полученные с использованием этой технологии данные позволяют проследить пространственную изменчивость свойств пород, а также получить информацию в любой точке изучаемого пространства.
Обычно сейсмические исследования верхней части разреза выполняются традиционными методами: МПВ (метод преломленных волн) или МОВ (метод отраженных волн). Однако, в условиях отсутствия достаточно сильных преломляющих и отражающих границ или в случаях малоконтрастных или размытых границ с плавными изменениями упругих свойств горных пород в виде малых градиентов скорости, связанных с постепенным изменением вещественного состава породы или ее физических свойств – пористости, трещиноватости, увлажнения, промерзания или напряженного состояния, – традиционные сейсмические методы оказываются малоинформативными. Сейсмическое просвечивание на базе сейсмотомографии позволяет построить детальное изображение исследуемой среды на основании распределения скоростных параметров, полученных путем сканирования области исследования сейсмическими лучами. Под «сейсмотомографией» обычно понимают получение изображения объектов или геологических структур, расположенных в непрозрачной среде («томографический образ»), исключающей возможность физического контакта исследователя с объектом. Преимущество сейсмотомографического просвечивания (СТП) состоит в возможности выделения слабоконтрастных объектов, что позволяет решать широкий спектр задач, связанных с малоглубинными исследованиями. Технология СТП показала высокую эффективность в течение ряда лет при решении различного рода задач инженерной геофизики. Ниже рассмотрим примеры применения технологии СТП на стадии проектирования объектов повышенного уровня ответственности.