Радиофизическое зондирование состояния подповерхностной структуры грунта и картографирование подповерхностных зон, загрязненных нефтепродуктами
Специалисты организации выполнят комплекс работ по радиолокационным изысканиям на застроенных территориях в соответствии со СП 11-105-97 часть V, 2003 г. В состав входит: дистанционное (без вскрытия поверхности земли и бурения скважин) обнаружение пустот, трещин, полостей, линий подземных коммуникаций, утечек, определение глубины залегания УГВ, границ литологических разностей пород, линз нефтепродуктов техногенного характера.
Георадар
Краткая характеристика технологии
Технология включает следующее:
- Георадар для радиофизического зондирования состояния подповерхностной структуры грунта с поверхности земли;
- Разработанное программное обеспечение для обработки и представления информации;
- Методики проведения работ подповерхностного мониторинга.
Технология является комплексной разработкой, включающей современные достижения радиофизики, гидрогеологии и инженерной геологии. Это позволяет эффективно решать большой круг задач в экологии и инженерной геологии уже на стадии инновационного внедрения и определяет область ее применения, а именно:
- Оценка и мониторинг состояния подповерхностной структуры грунта в техногенных районах (общие задачи);
- Выявления и картографирования подповерхностных зон скоплений нефтепродуктов в результате утечек из мест их хранения и транспортировки и других экологических аварий;
- Выявление пустот, вкрапление менее плотного вещества разуплотнения грунта и др. в результате геологических изменений или техногенного воздействия;
- Картографирования подземных коммуникационных сооружений (прокладки кабелей, трубопроводов, тоннелей);
- Определение состояния фундаментов и строительных конструкций действующих сооружений;
- Контроля уровня грунтовых вод в промышленных и населенных пунктах (состояния подтопления);
- Контроль состояния грунта под автомобильными дорогами и железнодорожным полотном
- Археологических раскопок и др.
Применение технологии позволяет значительно снизить затратную часть для решения указанных задач и приводит к более точному их решению.
В области картографирования подповерхностных скоплений нефтепродуктов технология не имеет мировых аналогов на сегодняшний день.
Технология базируется на использовании георадара подповерхностного зондирования (РПЗ), специально разработанного для указанных целей. В основе картографирования зон, загрязненных нефтепродуктами, лежит открытое и детально исследованное явление существенной зависимости электрических характеристик грунта от насыщения нефтепродуктом.
Краткая характеристика и принцип действия РПЗ
РПЗ состоит из антенны для излучения и приема сигналов, генератора зондирующих сигналов с заданными характеристиками (синтезатор частоты), приемника отраженных сигналов, цифрового блока и компьютера.
Рис. 1. Фотография РПЗ
Сигнал, излученный антенной РПЗ, распространяется под поверхность земли и ослабляется вследствие затухания во влажном грунте. При наличии подповерхностного аномального объекта, часть сигнала отражается в направлении приемной антенны. Другая часть сигнала распространяется дальше и отражается от следующих объектов. Расстояние до объекта определяется временем задержки распространения радиоволн от антенны до объекта и обратно.
В отличие от известных РПЗ, в предлагаемом варианте применяется зондирующий сигнал, параметры которого можно адаптировать под требуемую глубину зондирования и характеристики грунта. В качестве зондирующего используется сигнал с пошаговым изменением несущей частоты. Принципы построения аппаратуры и алгоритмы обработки сигналов, заложенные в предлагаемый РПЗ дают возможность получить ряд преимуществ:
Функциональные преимущества
- Возможность измерения электрических постоянных, влажности и скорости распространения радиоволн в слоях грунта.
- Повышенная разрешающая способность по сравнению с импульсными радиолокаторами подповерхностного зондирования.
- Возможность адаптации параметров зондирующего (ширины спектра и положение на оси частот) сигнала к типу грунта и глубине мониторинга.
- Использование комплексной радиофизической и гидрогеологической информации при интерпретации результатов мониторинга.
- Повышенная точность измерения границ слоев грунта и объектов по сравнению с классическими радиолокаторами подповерхностного зондирования.
Технические характеристики
- Максимальная глубина мониторинга - 10-30 м в зависимости от влажности грунта.
- Разрешающая способность - 5-30 см в зависимости от глубины зондирования и влажности грунта.
- Точность измерения электрических постоянных - 10-15%, влажности слоев грунта - 15-20% в зависимости от глубины зондирования и априорной геологической информации.
- Вес - 9,5 кг
- Потребляемая мощность - 20 Вт
При создании технологии использованы теоретические и экспериментальные исследования, которые проводились в течение нескольких лет в ИРЭ НАН Украины (г.Харьков) и ДАР ВОДГЕО г. Москва.
Результатами исследований являются:
- Открытие явления существенной зависимости электрических характеристик грунта от степени насыщения нефтепродуктом. Это дало возможность обосновать как теоретически, так и экспериментально возможность обнаружения и картографирования подповерхностных зон, загрязненных нефтепродуктом;
- Математические алгоритмы для определения электрических характеристик грунта на базе информации о зависимости коэффициента затухания радиоволн в заданной полосе частот. Эта информация непосредственно извлекается из радиолокационных данных;
- Разработана и испытана экспериментальная модель РПЗ. Полевые испытания РПЗ были проведены на территории бывшего аэродрома, где геологическими методами была обнаружена подповерхностная линза с авиационным керосином. Испытания подтвердили возможности предлагаемой технологии.
Примеры, иллюстрирующие эффективность технологии:
На рисунке 2 представлены два скана РПЗ над местом расположения линзы с нефтепродуктом.
Рис. 2. Радиолокационные сечения подповерхностной структуры грунта в области расположения линзы с нефтепродуктом (область, обозначенная пунктирной линией на глубине 7-8 м) - а) и в месте, непосредственно за этой областью - б).
На рисунках 3а и 3б представлено трехмерное радиолокационное изображение зоны дислокации линзы с нефтепродуктами.
Рис. 3а.
Рис. 3б.
На рисунке 4 представлены результаты картографирования РПЗ места расположения газового трубопровода.
Рис. 4.
Контакты:
К.физ.-мат.н.: Сугак Владимир Григорьевич, Харьков, ИРЭ НАН Украины,
тел. 8-10-38(057)715-7786, E-mail:
К.т.н. Кузьмин Владимир Викторович, Москва, ЗАО "ДАР\ВОДГЕО",
тел. (095)245-9985, E-mail: