1.3. Модели вчр в районах развития мерзлых толщ.

1.3.1. Модели южной геокриологической зоны.

Для южной зоны характерны наиболее простые модели ВЧР.

Зона малых скоростей и подстилающий обводненный слой находятся в талом состоянии, скорость в ЗМС 400-700 м/с, скорость в подстилающем слое 1200-1600 м/с.

Реликтовая мерзлота в виде сплошной толщи либо островная.

1.3.2. Модели центральной геокриологической зоны.

Центральная геокриологическая зона характеризуется наиболее сложными моделями строения ВЧР.

Приповерхностная мерзлота, залегающая под слоем сезонного промерзания может быть сплошной, либо прерывистой. Верхняя ее граница может выходить на дневную поверхность, либо быть погруженной на глубину в несколько десятков метров. Как правило, в пределах плоских водоразделов с тундровым ландшафтом мерзлота приближается к дневной поверхности. В долинах крупных рек, в лесных массивах под крупными озерами приповерхностная мерзлота испытывает погружение либо исчезает.

Зона малых скоростей, залегающая между дневной поверхностью и первым водоносным горизонтом может быть как в мерзлом, так и в талом состоянии. В первом случае скорость в ЗМС 800-1200 м/с, во втором 400-700 м/с. Скорость в подстилающем мерзлом слое 1900-3200 м/с, в талом 1200-1700 м/с.

Реликтовая мерзлота может сливаться с приповерхностной, либо залегать под талым слоем мощностью более 100 м.

Температура мерзлых толщ изменяется в широком диапазоне, поэтому скорость продольных волн в различных слоях мерзлоты изменяется в диапазоне от 1900 до 3500 м/с.

Поскольку в межмерзлотном талике температура близка к нулю, положение нижней границы приповерхностной мерзлоты может быть довольно неустойчивым.

1.3.3. Модели северной геокриологической зоны.

Северная геокриологическая зона характеризуется мощной сплошной толщей мерзлоты.

На большей части северной зоны мерзлая толща выходит на дневную поверхность.

Приповерхностные талики могут наблюдаться лишь под руслами крупных рек и озер.

Зона малых скоростей находится в основном в мерзлом состоянии.

Скоростная характеристика мерзлой толщи инверсионная, что соответствует постепенному повышению температуры мерзлого слоя сверху вниз от -6 - -9 град. С до 0 град. С. Поэтому скорость в приповерхностном слое может быть от 2200 до 4000 м/с, а на глубине 300-500 метров - 1900 -2000 м/с.

2. Акустические и сейсмические исследования мерзлых толщ.

2.1. Акустические свойства мерзлых грунтов.

К настоящему времени различными исследователями выполнен большой объем работ по определению акустических свойств мерзлых грунтов. [15, 16, 23, 24, 25]

На рис.2.1 показана зависимость скорости распространения сейсмических волн от температуры в различного типа талых и мерзлых породах. Из анализа приведенных данных видно, что в крупнозернистых породах (песок, песчаник) при переходе через 0 от положительной температуры к отрицательной скорость продольных сейсмических волн увеличивается в 2 и более раза, а при наличии тонкодисперсных частиц (глина, глина с песком) скорость увеличивается на 20-30 % . Таким образом при замерзании различных горных пород увеличивается скорость распространения волн в них и скоростная дифференциация в зависимости от дифференциации по гранулометрическому составу .

Различные по гранулометрическому составу породы по разному реагируют на понижение температуры в отрицательной области. Грубозернистые породы при температуре от минус 1.0 до минус 3.0 градусов приобретают скорость близкую к максимальной, а в тонкодисперсных увеличение скорости происходит очень медленно, что обусловлено большим количеством воды связанной с поверхностью твердых частиц. Известно, что связанная вода превращается в лёд при температурах значительно более низких, чем свободная вода.

На рис.2.1 показана также зависимость скорости продольных волн от температуры в зависимости от объемной влажности для каолина и песка.

Приведенные материалы позволяют сделать заключение о том, что для мерзлых пород характерна аномально высокая скорость и аномально высокая внутримерзлотная дифференциация акустической жесткости.

На рис.2.2 показан пример вертикального сейсмического профилирования в специальной скважине, пробуренной на Суторминском месторождении.[ 3 ]

Границы мерзлого слоя в скважине фиксируются по кавернограмме (увеличение диаметра вследствие неустойчивости стенок при оттаивании в результате контакта с буровым раствором) и по термограмме (низкотемпературная аномалия).

В результате обработки годографов первых вступлений, выделяемых на сейсмограмме ВСП получены значения интервальных скоростей продольных и поперечных волн. В интервале, соответствующем мерзлому слою, как и было указано выше, наблюдается увеличение скоростей продольных и поперечных волн и существенное увеличение дифференциации скоростей внутри мерзлой толщи, по отношению к остальной части ствола скважины. Характерным является также увеличение отношения / . В талых породах =1800-2000 м/с - =500-550 м/с, vs/vp=0.3. В мерзлой породе =2500-2700 м/с, =700-1700 м/с, / =0.5-0.7. Очевидно, что увеличение дифференциации

акустических свойств пород способствует формированию интенсивных волн как на границах между талой и мерзлой породой , так и на акустических границах внутри мерзлого слоя.