Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1

Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1

На основi комплексного використання нейтронного, гамма­гамма­ i гамма­каротажу запропоновано новi пiдходи до визначення петрофiзичних параметрiв приповерхневих гiрських порiд в зонi аерацiї та в зонi, що знаходиться нижче рiвня ґрунтових вод. Шляхом збiльшення кiлькостi визначуваних параметрiв значн...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2010
Автори: Звольский, С.Т., Кетов, А.Ю., Кулик, В.В., Бондаренко, М.С., Дейнеко, С.И., Иващенко, С.А., Камилова, О.В., Евстахевич, З.Н.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2010
Назва видання:Геофизический журнал
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96503
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1 / С.Т. Звольский, А.Ю. Кетов, В.В. Кулик, М.С. Бондаренко, С.И. Дейнеко, С.А. Иващенко, О.В. Камилова, З.Н. Евстахевич // Геофизический журнал. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 215-230. — Бібліогр.: 28 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-96503
record_format dspace
spelling irk-123456789-965032016-03-18T03:02:44Z Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1 Звольский, С.Т. Кетов, А.Ю. Кулик, В.В. Бондаренко, М.С. Дейнеко, С.И. Иващенко, С.А. Камилова, О.В. Евстахевич, З.Н. На основi комплексного використання нейтронного, гамма­гамма­ i гамма­каротажу запропоновано новi пiдходи до визначення петрофiзичних параметрiв приповерхневих гiрських порiд в зонi аерацiї та в зонi, що знаходиться нижче рiвня ґрунтових вод. Шляхом збiльшення кiлькостi визначуваних параметрiв значно розширено iнформативнiсть радiоiзотопного каротажу. Завдяки комплексуванню геофiзичних методiв i коректному вра­хуванню особливостей пiщано­глинистих порiд, пiдвищено достовiрнiсть i точнiсть ви­значень вологостi, пористостi, густини сухої породи, густини твердої фази, глинистостi, вмiсту хiмiчно зв’язаної води та iнших параметрiв. On the basis of complex use of neutron, density and gamma­ray logging are proposed new approaches to determine of petrophysical parameters of near­surface rocks in zone aeration and in water saturated zone. By increase in number of determined parameters it is considerably expanded of informativity of radioisotope logging. Thanking of the complex of geophysical methods and to the correct account of features of sandy­clay rocks it is raised reliability and accuracy of determinations of humidity, porosity, density of dry rock, density of a solid phase, shaliness, the content of chemically bound water and other parameters На основе комплексного использования нейтронного, гамма-гамма- и каротажу гаммы предложены новые подходы к определению петрофизичних параметров приповерхностных горных пород в зоне аэрации и в зоне, которая находится ниже уровня грунтовых вод. Путем увеличения количества определяемых параметров значительно расширена информативность радиоизотопного каротажа. Благодаря комплексованию геофизических методов и корректному учету особенностей песчано-глинистых пород, повышена достоверность и точность определений влажности, пористости, плотности сухой породы, плотности твердой фазы, глинистости, содержимого химически связанной воды и других параметров. 2010 Article Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1 / С.Т. Звольский, А.Ю. Кетов, В.В. Кулик, М.С. Бондаренко, С.И. Дейнеко, С.А. Иващенко, О.В. Камилова, З.Н. Евстахевич // Геофизический журнал. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 215-230. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. 0203-3100 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96503 550.835 ru Геофизический журнал Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description На основi комплексного використання нейтронного, гамма­гамма­ i гамма­каротажу запропоновано новi пiдходи до визначення петрофiзичних параметрiв приповерхневих гiрських порiд в зонi аерацiї та в зонi, що знаходиться нижче рiвня ґрунтових вод. Шляхом збiльшення кiлькостi визначуваних параметрiв значно розширено iнформативнiсть радiоiзотопного каротажу. Завдяки комплексуванню геофiзичних методiв i коректному вра­хуванню особливостей пiщано­глинистих порiд, пiдвищено достовiрнiсть i точнiсть ви­значень вологостi, пористостi, густини сухої породи, густини твердої фази, глинистостi, вмiсту хiмiчно зв’язаної води та iнших параметрiв.
format Article
author Звольский, С.Т.
Кетов, А.Ю.
Кулик, В.В.
Бондаренко, М.С.
Дейнеко, С.И.
Иващенко, С.А.
Камилова, О.В.
Евстахевич, З.Н.
spellingShingle Звольский, С.Т.
Кетов, А.Ю.
Кулик, В.В.
Бондаренко, М.С.
Дейнеко, С.И.
Иващенко, С.А.
Камилова, О.В.
Евстахевич, З.Н.
Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1
Геофизический журнал
author_facet Звольский, С.Т.
Кетов, А.Ю.
Кулик, В.В.
Бондаренко, М.С.
Дейнеко, С.И.
Иващенко, С.А.
Камилова, О.В.
Евстахевич, З.Н.
author_sort Звольский, С.Т.
title Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1
title_short Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1
title_full Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1
title_fullStr Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1
title_full_unstemmed Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1
title_sort скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1
publisher Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
publishDate 2010
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96503
citation_txt Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1 / С.Т. Звольский, А.Ю. Кетов, В.В. Кулик, М.С. Бондаренко, С.И. Дейнеко, С.А. Иващенко, О.В. Камилова, З.Н. Евстахевич // Геофизический журнал. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 215-230. — Бібліогр.: 28 назв. — рос.
series Геофизический журнал
work_keys_str_mv AT zvolʹskijst skvažinnyeâdernogeofizičeskieissledovaniâpripoverhnostnyhgornyhporod1
AT ketovaû skvažinnyeâdernogeofizičeskieissledovaniâpripoverhnostnyhgornyhporod1
AT kulikvv skvažinnyeâdernogeofizičeskieissledovaniâpripoverhnostnyhgornyhporod1
AT bondarenkoms skvažinnyeâdernogeofizičeskieissledovaniâpripoverhnostnyhgornyhporod1
AT dejnekosi skvažinnyeâdernogeofizičeskieissledovaniâpripoverhnostnyhgornyhporod1
AT ivaŝenkosa skvažinnyeâdernogeofizičeskieissledovaniâpripoverhnostnyhgornyhporod1
AT kamilovaov skvažinnyeâdernogeofizičeskieissledovaniâpripoverhnostnyhgornyhporod1
AT evstahevičzn skvažinnyeâdernogeofizičeskieissledovaniâpripoverhnostnyhgornyhporod1
first_indexed 2025-07-07T03:43:24Z
last_indexed 2025-07-07T03:43:24Z
_version_ 1836958146716762112
fulltext Скважинные ядерно-геофизичеСкие иССледования ... Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 215 Введение. Приповерхностные горные по­ роды (грунты в инженерной геологии) слу­ жат естественным основанием для зданий, инженерных коммуникаций и других соо­ ружений. Плотность, влажность, пористость и другие параметры грунтов используются при расчетах физического состояния и ме­ ханической прочности грунтового основа­ ния сооружений. Наряду с естественными приповерхност­ ными горными породами имеются значи­ тельные массы техногенных грунтов — на­ сыпные участки, дамбы, породные отвалы, хвостохранилища горнодобывающей про­ мышленности и другие, также требующие определения и контроля влажности и плот­ ности, а в ряде случаев еще и оценки содер­ жания в них полезных компонентов. Большие объемы исследований припо­ верх ностных горных пород обусловили раз ­ витие экспрессных методов определе ния влаж ности, плотности, пористости, гли нис­ тости, водонасыщенности пород в условиях их естественного залегания (in situ). Ведущее УДК 550.835 Скважинные ядерно-геофизические исследования приповерхностных горных пород. 1 1Институт геофизики НАН Украины, Киев, Украина 2ГП Киевский институт инженерных изысканий и исследований «Энергопроект», Киев, Украина Поступила 29 декабря 2009 г. Представлено членом редколлегии В. И. Старостенко На основi комплексного використання нейтронного, гамма­гамма­ i гамма­каротажу запропоновано новi пiдходи до визначення петрофiзичних параметрiв приповерхневих гiрських порiд в зонi аерацiї та в зонi, що знаходиться нижче рiвня ́ рунтових вод. Шляхом збiльшення кiлькостi визначуваних параметрiв значно розширено iнформативнiсть радi­ оiзотопного каротажу. Завдяки комплексуванню геофiзичних методiв i коректному вра­ хуванню особливостей пiщано­глинистих порiд, пiдвищено достовiрнiсть i точнiсть ви­ значень вологостi, пористостi, густини сухої породи, густини твердої фази, глинистостi, вмiсту хiмiчно зв’язаної води та iнших параметрiв. On the basis of complex use of neutron, density and gamma­ray logging are proposed new approaches to determine of petrophysical parameters of near­surface rocks in zone aeration and in water saturated zone. By increase in number of determined parameters it is considerably expanded of informativity of radioisotope logging. Thanking of the complex of geophysical methods and to the correct account of features of sandy­clay rocks it is raised reliability and accuracy of determinations of humidity, porosity, density of dry rock, density of a solid phase, shaliness, the content of chemically bound water and other parameters. место среди них заняли скважинные ядерно­ геофизические методы: нейтрон­нейтронный каротаж (НК) — для определения объем­ ной влажности, плотностной гамма­гамма­ каротаж (ГГК) — для определения плотности, интегральный гамма­каротаж (ГК) естествен­ ной радиоактивности — для определения глинистости и литологического расчленения разреза [Ферронский и др., 1977; Осипов, 1968; Арцыбашев, 1980; Скважинная …, 1990]. Вместе с тем методики и аппаратура для определения петрофизических свойств приповерхностных пород методами радио­ изотопного каротажа (РК) требуют даль­ нейшего развития и совершенствования в направлении комплексирования методов и разработки новых способов интерпретации, расширения круга определяемых параме­ тров, повышения точности, достоверности и оперативности измерений. В частности, показания прибора НК определяются преимущественно влажно­ стью естественных и техногенных грунтов, однако, существенное влияние могут ока­ С. Т. ЗВольСкИй, А. Ю. кеТоВ, В. В. кулИк, М. С. БондАренко, С. И. дейнеко И др. 216 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 зывать и другие факторы. Для широко рас­ пространенных песчано­глинистых грунтов — это изменение плотности вдоль скважин­ ного разреза, вызванное изменениями пори­ стости, водонасыщенности и минерального состава твердой фазы; наличие химически связанной воды в глинистых минералах и водорода в органическом веществе; содер­ жание аномальных поглотителей нейтронов. Необходимо также различать измерения влажности грунтов методом НК в зоне аэ­ рации и в зоне насыщения (ниже уровня грунтовых вод) и учитывать эти особен­ ности при разработке интерпретационно­ методического обеспечения. Игнорирование этих факторов приво­ дит к неконтролируемым систематическим погрешностям определения влажности, а в случае существенных отклонений от ти­ пичных ситуаций — к грубым ошибкам. Имеющиеся методики учета некоторых из указанных факторов (см., например, [ГОСТ 23061­90]) являются усложненными и недо­ статочно полными для практического при­ менения. В настоящей статье на основе комплекс­ ного использования скважинных ядерно­ геофизических методов (НК, ГГК, ГК) пред­ ложены новые подходы к определению по­ казателей физического состояния грунта в зоне аэрации и в зоне водонасыщения, расширено количество определяемых по­ казателей. Разработаны способы, позволяю­ щие корректно учесть и отдельно проана­ лизировать основные факторы, влияющие на показания приборов РК, уменьшить си­ стематические погрешности определения влажности, пористости, коэффициента во­ донасыщенности, плотности сухой породы, повысить достоверность определения ряда показателей путем использования независи­ мых способов. Петрофизическая модель. При интерпре­ тации каротажных данных с целью опреде­ ления искомых показателей приповерхност­ ных пород необходимо ориентироваться на конкретный состав и реальные свойства этих пород, а также на диапазон изменения их параметров. Для широко распространен­ ных песчано­глинистых грунтов нами вы­ брана следующая петрофизическая модель, достаточно полно отражающая их основные особенности. Песчано­глинистая порода состоит из кварцевого песка различных фракций в со­ вокупности со смесью глинистых частиц, содержащих минералы глин (гидрослюда, каолинит, монтмориллонит) в заданных про­ порциях; поры породы заполнены водой и воздухом (в зоне аэрации) или водой (в зоне насыщения); влажность породы обусловлена содержанием свободной (гравитационной) воды; вода может быть пресной или мине­ рализованной. Такая порода характеризует­ ся плотностью r, объемной влажностью WV, пористостью n, коэффициентом водонасы­ щения Sr, коэффициентом объемной глини­ стости kгл, общей минерализацией С воды, содержанием аномального поглотителя ней­ тронов МV. Плотность приповерхностных песчано­ глинистых пород в большинстве случаев ле­ жит в интервале r~1,3÷2,1 г/см3, плотность твердой фазы rs~2,6÷2,8 г/см3, влажность WV~5÷50 %, пористость n~30÷50 %, коэффи­ циент водонасыщения Sr~5÷100 %, глини­ стость kгл~0÷40 %, общая минерализация (со­ леность) воды С~0÷50 г/л. Кроме вышеприведенных, в рассматри­ ваемой модели используются также следую­ щие петрофизические параметры: плотность сухой породы rd; минеральная плотность кварцевого компонента кв sr ; минеральная плотность глинистого компонента гл sr ; плот­ ность воды rw; массовая влажность Wm; во­ дородный индекс глинистых минералов wгл; объемное содержание химически связанной воды Сх.с.в.. Петрофизические параметры связа­ ны между собой следующими соотноше­ ниями [ГОСТ 23061­90; ДСТУ Б В 2 1­2­96; Добрынин и др., 2004]: w dm VW W= r r , (1) где Wm — массовая влажность (отношение массы воды к массе сухого грунта), % или д. е. (доли единицы); WV — объемная влаж­ ность (отношение объема воды к объему грунта), % или д. е.; rw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3; rd — плотность сухого грунта, г/см3, равная d w– VWr = r r . (2) Здесь r — плотность грунта, г/см3: ( ) s r w1– n nSr = r + r , (3) где rs — плотность твердой фазы (плотность твердых частиц грунта), г/см3; Sr — коэффи­ Скважинные ядерно-геофизичеСкие иССледования ... Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 217 циент водонасыщения (отношение объема воды в порах к объему пор), % или д. е.; n — пористость породы: отношение объема пор к объему породы, % или д. е., равная d s1–n = r r . (4) Коэффициент водонасыщения связан с другими параметрами грунта следующим соотношением: r s wV mS W n W е= = r r , (5) где е — коэффициент пористости (отноше­ ние объема пор к объему твердой фазы), % или д. е., равный ( )1е n n= − . (6) Для песчано­глинистого грунта плотность твердой фазы можно выразить через плот­ ность ее компонентов: ( )гл кв s гл глs s1k kr = + −r r , (7) где гл sr — минеральная плотность совокуп­ ности глинистых минералов, г/см3; кв sr — ми­ неральная плотность кварцевого компонен­ та, г/см3; kгл — коэффициент глинистости (отношение объема глинистых минералов к объему породы), % или д. е.; Сх.с.в. — объем­ ное содержание химически связанной воды в глинистом компоненте, % или д. е., равное Сх.с.в.=wглkгл, (8) где wгл — водородный индекс глинистых минералов, д. е., показывает содержание хи­ мически связанной воды в данном минерале или смеси минералов (для воды w=1). При использовании рассматриваемого комплекса РК влажность породы WV мож­ но определить НК вместе с ГК и ГГК, а в зоне водонасыщения еще дополнительно и ГГК; плотность породы r — ГГК; плотность сухой породы rd — комплексом ГГК, НК и ГК; плотность твердой фазы rs (в зоне насы­ щения) — комплексом ГГК, НК и ГК; пори­ стость n — комплексом НК, ГК и ГГК, глини­ стость kгл — ГК, а в зоне водонасыщенности — еще и с помощью комплекса НК и ГГК; объемное содержание химически связанной воды — с помощью ГК, а ниже уровня грун­ товых вод — еще и комплексом НК и ГГК; водородный индекс wгл (в зоне водонасыще­ ния) — комплексом НК, ГГК и ГК. Следовательно, в рамках принятой нами петрофизической модели комплекс методов НК, ГГК и ГК, при определенных условиях и ряде дополнительных сведений, имеет вы­ сокую информативность. Отметим, что при традиционном использовании комплекса ГГК и НК в приповерхностных исследова­ ниях обычно определяются следующие па­ раметры: плотность (ГГК), влажность (НК, ориентировочно — без детального учета глин и особенностей зоны аэрации), а также плотность сухой породы (ГГК и НК, ориен­ тировочно). Гамма-гамма каротаж влажности грун- тов. Плотность породы тесно связана с так называемой электронной плотностью веще­ ства; последняя, в области преимущественно комптоновского рассеяния гамма­квантов на электронах (еg~0,2÷2 МэВ), определяется с помощью ГГК. Измеряемый параметр ГГК — эквивалентная плотность, которая для песчано­глинистых грунтов практически со­ впадает с их объемной плотностью. В инженерной геологии плотность грун­ та сама по себе является важнейшим пара­ метром. Однако при определенных услови­ ях плотность породы можно использовать также для получения других параметров, в частности, объемной влажности. Основное условие для определения влаж­ ности грунта через плотность — его полное водонасыщение, т. е. заполнение всех пу­ стот (пор) водой. Формально это условие имеет вид r 1S = ; Vn W= , (9) т. е. коэффициент водонасыщения равен 1, пористость n совпадает с объемной влажно­ стью WV. Тогда в соответствии с уравнения­ ми (3) и (9) имеем s s w VW r −r = r − r , (10) где r — плотность грунта, определяемая вдоль скважинного разреза с помощью ГГК; s constr = — средняя плотность твердой фазы. Конкретное значение параметра sr уста­ навливается или эмпирически на основе ла­ бораторных исследований грунтов данного типа, или с помощью комплекса РК (см. раз­ дел «Определение параметров грунтов ком­ плексом методов РК»). Таким образом, в части скважинного раз­ реза, расположенной ниже уровня грунто­ вых вод, при условии, что поры полностью насыщены водой, имеется дополнительный С. Т. ЗВольСкИй, А. Ю. кеТоВ, В. В. кулИк, М. С. БондАренко, С. И. дейнеко И др. 218 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 к нейтронному (и независимый) способ оп­ ределения влажности. Это дает возможность проведения совместного анализа результа­ тов и повышает достоверность определения искомого параметра. Плотность пород вдоль скважинного раз­ реза измеряют обычно с помощью прибо ра ГГК типа ППГР­1 (плотностномер по верх­ ностно­глубинный радиоизотопный) диа­ мет ром 35 мм с источником гамма­квантов 137Cs мощностью ~1,2×107 Бк и детекто­ ром NaI(Tl)+ФЭУ [Техническое …, 1986]. Отметим также, что измерение естествен­ ной радиоактивности пород выполняется тем же прибором ППГР­1, но без источника. Гамма-каротаж глинистости. Припо­ верх ностные песчано­глинистые породы клас сифицируются по содержанию глини­ стой фракции [Ломтадзе, 1984]: пески (до 3 % вес. или до ~2 % об.); супеси (3—10 % вес., ~2—5 % об.); суглинки (10—30 % вес., ~5—20 % об.); глины (30—60 % вес., ~20— 35 % об. ); тяжелые глины (более 60 % вес., более 35 % об.). Для песчано­глинистых грунтов за гли­ нистость принимают содержание в породе пелитового материала — частиц размером <0,01 мм независимо от их минерального состава (собственно глины, полевой шпат, кварц и др.) Однако в большинстве случа­ ев основная масса этих частиц — глини­ стые минералы [Белоусова, Михина, 1972; Добрынин и др., 2004]. По минеральному составу глины припо­ верхностных пород состоят, в основном, из гидрослюд (плотность 2,8—3,2 г/см3, wгл≈ ≈0,1÷0,2), монтмориллонита (2,4—2,7 г/см3, wгл≈0,1÷0,4) и каолинита (2,62 г/см3, wгл=0,36) в разных пропорциях. Во многих случаях для глинистого компонента можно принять среднее значение минеральной плотности гл sr ≈2,8 г/см3 и водородного индекса wгл≈0,2. Глинистость грунтов можно определить с помощью интегрального гамма­каротажа в предположении тесной корреляционной свя­ зи между их радиоактивностью и содержани­ ем глинистых минералов. Радиоактивность глинистой фракции зависит не только от содержания калия­40 (например, его нет в каолините), но и от адсорбированных глини­ стыми частицами соединений других радио­ активных элементов. Интерпретационный параметр ГК DIg= =f(kгл) обладает свойством приблизительной инвариантности [Бондаренко и др., 2010], что делает его практически независимым от условий проведения каротажа (плотности породы, диаметра скважины, наличия или отсутствия обсадки, типа прибора ГК и др.) Установленная общая связь DIg=f(kгл) не­ линейна [Интерпретация …, 1988], однако, на ограниченном интервале значений коэф­ фициент объемной глинистости kгл связан с двойным разностным параметром DIg (д. е.) приближенным уравнением [Бондаренко и др., 2010]: kгл≈0,45 DIg, kгл<30 %, (11) которое удобно использовать для оценочных определений. Полученный с помощью ГК коэффици­ ент глинистости глk g можно использовать также для оценки значения водородного ин­ декса wгл (см. раздел «Определение параме­ тров грунтов комплексом методов РК») или, зная wгл по известному или предполагаемо­ му составу глинистых минералов, согласно формуле (8) получить эффективное объем­ ное содержание химически связанной воды Сх.с.в.. Нейтронный каротаж влажности. Ней­ трон­нейтронный метод (ННМ) определе­ ния влажности основан на преимуществен­ ном влиянии водородосодержания пород на процессы замедления, термализации и диффузии нейтронов. Для ННМ разрабо­ тано надлежащее теоретическое обоснова­ ние и технические средства [Ферронский и др., 1977; Осипов, 1968; Арцыбашев, 1980; Козачок, Кулик, 1981; Звольский, 1984; Козачок и др., 1984; Кулик и др., 1998; Кулик, 1999; Звольский и др., 1999; ГОСТ 23061­90; Скважинная …, 1990; Troxler ..., 2006; CPN ..., 2004]. Сущность НК состоит в перемещении прибора вдоль скважинного разреза, об­ лучении исследуемых грунтов стационар­ ным источником быстрых нейтронов, ре­ гистрации на одном или нескольких зондах медленных (НКм) или надтепловых (НКнт) нейтронов, которые образовались в резуль­ тате взаимодействия нейтронов с ядрами ве­ щества грунта, и интерпретации показаний прибора. В инженерно­геологических исследова­ ниях НК реализуют в неглубоких скважи­ нах (от несколько метров до несколько де­ сятков метров) малого диаметра ~51—76 мм. Измерения обычно проводят в «сухих» (не­ заполненных водой) скважинах: необсажен­ Скважинные ядерно-геофизичеСкие иССледования ... Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 219 ных (в зоне аэрации) или обсаженных закры­ тыми снизу стальными трубами (как в зоне аэрации, так и ниже уровня грунтовых вод). В этих же скважинах проводят ГГК и ГК. Однако в реальных условиях измерений показания прибора НК зависят не только от влажности, но и от содержания химически связанного водорода (в глинистых минера­ лах, в органическом веществе и др.), от на­ личия пустот (пор), заполненных не только водой, но и воздухом (в зоне аэрации), а так­ же от содержания аномальных поглотите­ лей. Поэтому в общем случае для определе­ ния влажности с помощью НК необходимо привлекать другие методы (ГК, ГГК). Рaсчет покaзaний приборов НК. В рас­ сматриваемых условиях измерений (запол­ ненная воздухом скважина малого диаме­ тра) влиянием прибора и скважины на про­ странственное распределение надтепловых и тепловых нейтронов в первом приближе­ нии можно пренебречь. При этом прибор моделируется в виде точечного источника и цилиндрического 3Не­детектора нейтронов диаметром d и активной длиной l>>d с рабо­ чим давлением газа Р. Рассматриваются два типичных варианта взаимного расположения источника и счетчика: 1) источник располо­ жен в торце счетчика на различных расстоя­ ниях от него; 2) источник расположен на се­ редине счетчика вплотную к его стенке. В условиях как малых, так и относитель­ но больших расстояний между источником и детектором (различных длин зондов), а также широкого диапазона изменения во­ дородсодержания и нейтронопоглощающих свойств пород наиболее приемлемым для расчета потоков надтепловых и тепловых нейтронов является использование универ­ сальной физической модели замедления и диффузии на основе р2­приближения [Козачок, Кулик, 1981; Козачок и др., 1984]. Для расчета скорости счета медленных и надтепловых нейтронов в геологических средах была разработана программа CORA (от count rate — скорость счета) (авторы В. В. Кулик, Ю. В. Яковлев, 1990; модифика­ ция Т. М. Гусак, 2004). Программа позволя­ ет выполнить, с учетом характеристик 3Не­ детекторов, расчет показаний одно­, двух­ и многозондовых приборов по медленным и надтепловым нейтронам во всем диапазоне изменения параметров горных пород. Нормировка расчетных значений скоро­ сти счета осуществляется с помощью экс­ периментальных данных, полученных на физических моделях. С учетом ограничен­ ности и трудности физического моделиро­ вания, математическое моделирование НК значительно расширяет возможности анали­ за различных вариантов петрофизических свойств горных пород. Приведенные в статье расчеты выполне­ ны по программе CORA. Физическaя модель должна служить первичным эталоном, воспроизводящим с наибольшей достоверностью и точностью основные характеристики моделируемого объекта [Блюменцев и др., 1991]. Градуировочные зависимости приборов НК (связь показаний прибора с влажностью при заданных условиях измерений) могут быть построены с помощью различных ва­ риантов физических моделей, в той или иной мере отражающих свойства пород и условия измерений. В частности, это может быть набор насыпных моделей в широком интервале «сухой» плотности (различной пористости) и водонасыщения [ГОСТ 23061­ 90], однако, реализация полного набора та­ ких моделей сильно затруднена. Широкое распространение получили из­ мерения в натурных моделях, в которых ис­ пользуются грунты с известными свойства­ ми, близкими к свойствам приповерхност­ ных пород данной исследуемой площади [International ..., 2008]. В качестве универсальных физических моделей­имитаторов влажности для постро­ ения «заводской» градуировочной зависи­ мости приборов НК используют устройства, состоящие из набора пластин алюминия и плексигласа в различных объемных соотно­ шениях, пересеченных стальной трубой [Pat. US 4152600, 1979]. Необходимо отметить, что эти модели в целом удачно имитируют ней­ тронный каротаж влажности, но только «в среднем». Они не отражают многие важные особенности моделируемых горных пород, таких, как переменная глинистость, непол­ ное заполнение пор водой в зоне аэрации (в различных соотношениях вода/воздух). К тому же состав, плотность и водородсо­ держание плексигласа и воды заметно отли­ чаются, а алюминий по своим нейтронным свойствам — не то же самое, что твердая фаза песчано­глинистых пород. Авторы предлагают построение зависи­ мости показаний приборов НК от влаж­ ности песчано­глинистых пород в зоне аэ­ С. Т. ЗВольСкИй, А. Ю. кеТоВ, В. В. кулИк, М. С. БондАренко, С. И. дейнеко И др. 220 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 рации осуществить на основе однотипных насыпных моделей из кварцевого песка по­ ристостью n ~ 40 %. Такие модели позволя­ ют получить значения WV ~2÷5 % (влажный песок) и значения WV , приближающиеся к 40 % (водонасыщенный песок). Для получе­ ния промежуточных точек по влажности WV можно воспользоваться песком с минималь­ ной примесью глинистого материала, кото­ рый хорошо «держит» влажность (напри­ мер, бентонит). Насыпной материал засыпают в цилин­ дрическую емкость с размерами, достаточ­ ными для исключения краевых эффектов во всем диапазоне влажности. Необсаженная скважина может моделироваться тонкостен­ ной алюминиевой трубой соответствующего диаметра, обсаженная — стальной трубой, используемой при каротажных измерениях. Такая полномасштабная физическая мо­ дель отражает литологическую особенность песчано­глинистых пород (основной мине­ ральный компонент которых — кварцевый песок), их характерные пористость, измене­ ния интервалов влажности и водонасыщен­ ности, а также геометрические условия из­ мерений. Использование градуировочных зависимостей, полученных в рамках этой модели, предполагает, что при исследовании реальных разрезов различной глинистости поправку за водородосодержание глини­ стых минералов можно учесть с помощью ГК, а отличия исследуемых пород от модели по пористости и водонасыщенности — по­ средством плотностного фактора с исполь­ зованием данных ГГК. Для получения градуировочной зависимо­ сти НК в условиях ниже уровня грунтовых вод необходимо дополнительно построить модели с меньшей водонасыщенной пори­ стостью, используя смесь песка различных фракций, или воспользоваться математиче­ ским моделированием. Однозондовый нейтронный кaротaж по медленным нейтронaм. В связи с требова­ ниями радиационной безопасности в при­ поверхностных исследованиях используют нейтронные источники небольшой мощно­ сти. Для достижения требуемой статисти­ ческой точности длина зонда скважинных влагомеров выбирается как можно короче (в доинверсионной области), а снятие пока­ заний прибора осуществляют в дискретной форме (поточечно) при приемлемой экспо­ зиции измерений. Для влагомеров с доин­ версионным зондом увеличение влажности приводит к росту показаний, а градуировоч­ ная зависимость приближается к прямой ли­ нии. К подобным нейтронным влагомерам относится распространенный перенос­ ной прибор НКм типа ВПГР­1 (влагомер поверхностно­глубинный радиоизотопный) [Техническое ..., 1982]. Диаметр скважинно­ го прибора — 35 мм, источник нейтронов — 238Pu­Be с выходом до 5×104 нейтронов/с, детектор медленных нейтронов — 3Не­ счетчик типа СНМ­17 (Р=7 атм, d=1,8 см, l=21 см). Источник нейтронов в этом при­ боре расположен вплотную к стенке счетчи­ ка на его середине, что минимизирует длину зонда. Для прибора ВПГР­1 обычно использует­ ся «универсальная» градуировочная зависи­ мость, полученная с помощью плексигласо­ алюминиевого имитатора влажности. Мы будем различать градуировочные зависимости для зоны аэрации и для зоны водонасыщения, для необсаженных и обса­ женных скважин. Градуировочные зависимости для прибо­ ра ВПГР­1 в зоне аэрации построены нами с помощью насыпных моделей из крупно­ и мелкозернистого кварцевого песка различ­ ной влажности. Пористость моделей состав­ ляла 40±2 %, влажность изменялась в интер­ вале ~3—38 %. По центру цилиндрической модели диа­ метром и высотой 0,9 м устанавливалась алюминиевая труба диаметром 52 мм c тол­ щиной стенки 1 мм с закрытым нижним концом. Эта труба моделировала заполнен­ ную воздухом необсаженную скважину в зоне аэрации. Для моделирования обсажен­ ной скважины в трубу из алюминия вставля­ лась стальная труба диаметром 51 мм с тол­ щиной стенки 5,5 мм. Такая труба обычно используется при прохождении скважины путем вибропогружения водогерметически оборудованной стальной трубы для прове­ дения каротажа приборами радиоизотоп­ ного каротажа (РК) как в зоне аэрации, так и ниже уровня грунтовых вод [Звольський, Череповський, 1965; Звольский, 1980]. На рис. 1 представлены градуировочные зависимости для определения влажности пород с использованием прибора ВПГР­1. Зависимости приведены в относительных (водяных) единицах В=I/Iw (I — скорость счета импульсов в модели, Iw — в бочке с Скважинные ядерно-геофизичеСкие иССледования ... Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 221 пресной водой), что позволяет применять их для нейтронных источников разной мощно­ сти, а также нивелирует особенности каж­ дого конкретного прибора данного типа. Экспериментальная градуировочная зави­ си мость 1 для необсаженной скважины в зо не аэрации близка к прямолинейной во всем рассматриваемом интервале влажности (рис. 1, а). Полученная по программе СОRA расчетная зависимость 2 при соответствую­ щей нормировке практически совпадает с экспериментальной. Для сравнения приведе­ на нормированная расчетная кривая 3 для пес чаника различной пористости при полном насыщении пор. Из сравнения зависимостей 1 и 3 видно, что при одной и той же скорости счета от­ личие в определяемой влажности может составлять до ~5 % абс. Поэтому в зоне аэ­ рации необходимо использовать градуиро­ вочную зависимость типа 1, наиболее адек­ ватно отражающую моделируемое свойство исследуемых пород в этой зоне (переменная водонасыщенность пор). Отличия реальных пород в пористости и водонасыщенности, а также глинистости можно учесть с помо­ щью поправочных факторов. Экспериментальная зависимость для обса жен ной стальной трубой скважины в зоне аэрации при высоких значениях влаж­ ности (рис. 1, б) становится более пологой, что связано со свойствами железоводной системы [Ко жев ников и др., 1990]. Для зоны ниже уровня грун товых вод приведена нор­ мированная рас чет ная кривая 3. Видно су­ щественное различие зависимостей в зоне аэрации (кривая 1) и в зоне ниже уровня грунтовых вод (кривая 3). В реальных случаях чисто песчаные по­ роды, для которых построены градуировоч­ ные зависимости по физическим моделям, встречаются редко. Для определения влаж­ ности прибором НК в зоне аэрации необхо­ дим учет отклонений плотности, вызванных отклонениями пористости и водонасыщен­ ности от смоделированных условий, а также учет влияния глинистости. Учет изменения плотности грунтa. Из­ менение плотности песчано­глинистых при­ поверхностных пород в зоне аэрации обу­ словлено, в основном, неконтролируемым (при измерениях только прибором НК) из­ менением пористости и водонасыщенности, а также повышенной минеральной плот­ ностью глин по сравнению с плотностью кварца. Эти факторы влияют на показания прибора НК, поэтому для определения ис­ тинной влажности необходимо внести соот­ ветствующие поправки. Изменения пористости и водонасыщен­ нос ти в зоне аэрации однозначно связаны с изменениями плотности. E. L. Greacen и G. Schrale [1976] предложили учитывать влия ние изменения плотности грунта на показания нейтронного влагомера с доин­ версионным зондом путем коррекции ре­ Рис. 1. Градуировочные зависимости для определения влажности песчано­глинистых грунтов прибором ВПГР­1 (а — необсаженная скважина, б — обсаженная скважина): 1 — данные по физическим моделям ИГФ НАН Украины для зоны аэрации (n~40 %); 2 — расчет для n=40 %, нормирование по экспериментальным данным; 3 — расчет для Sr=100 %, нормирование по экспериментальным данным. С. Т. ЗВольСкИй, А. Ю. кеТоВ, В. В. кулИк, М. С. БондАренко, С. И. дейнеко И др. 222 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 гистрируемой скорости счета I0 с помощью эмпирического плотностного фактора: d 0 d I I r = r . (12) Здесь I — интерпретационный параметр (по казания прибора I0, умноженные на плот­ ност ной фактор d d dfr = r r ), rd — плотность су хого грунта, dr — средняя плотность сухо­ го грунта в разрезе скважины. Формула (12) использовалась для построе­ ния градуировочной зависимости на основе лабораторных данных по «сухой» плотности. Монолиты для лабораторных исследований отбираются в типичных точках исследуемой площади в неглубоких разрезах (до 2 м) (речь идет об измерениях для сельскохозяйствен­ ных потребностей). Такая методика измерений, чрезвычай­ но громоздкая и дорогая, требует лабора­ торных определений rd на каждом новом объекте изысканий. Фактически процедура непригодна для инженерной геологии, где глубина скважин в зоне аэрации может до­ стигать 10 м и более. Авторы предлагают использовать в выра­ жении типа (12) не плотности сухого грунта rd и dr , а плотности грунта r и r , получен­ ные с помощью ГГК. Эти измерения практи­ чески всегда проводятся вместе с НК. Интерпретационный параметр с исполь­ зованием измеряемой ГГК плотности пород (вместо «сухой» плотности, получаемой в лаборатории) принимает вид: 0I I r = r . (13) Для сравнения подходов (12) и (13) были выполнены расчеты, моделирующие показа­ ния прибора НК ВПГР­1 с нейтронным источ­ ником единичной мощности. Рассмотрена модель песчаного грунта с типичной для приповерхностных пород пористостью 30, 40 и 50 % (rd=1,85; 1,59 и 1,32 г/см3) с ко­ эффициентом насыщения от 0 до 100 % для каждой пористости. Для сравнения рассмо­ трена также модель водонасыщенного песка в интервале пористости 0—50 %. Результаты представлены на рис. 2. Кривые 1, 2, 3 на рис. 2, а соответствуют указанным пористостям и коэффициентам водонасыщения. Пунктирная кривая 4 по­ лучена для водонасыщенного песка при из­ менении пористости от 0 до 50 %. Видно, что одна и та же скорость счета соответствует различной влажности. В интервале рассма­ триваемых пористостей различие во влажно­ сти в зоне аэрации может достигать 5 % абс. Однако, если каждую из зависимостей 1, 2, 3 умножить на плотностной фактор в со­ Рис. 2. Расчетные зависимости показаний прибора НК от влажности в зоне аэрации: а — без поправочного плот­ ностного фактора (песок пористостью 30 % (1), 40 % (2), 50 % (3) различного водонасыщения; 4 – водонасыщен­ ный песок различной пористости), б — с поправкой за изменение плотности (1 — по формуле (12), 2 — по формуле (13)). Скважинные ядерно-геофизичеСкие иССледования ... Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 223 ответствии с формулами (12) и (13), то для варианта (12) получим прямую 1, а для вари­ анта (13) — прямую 2 (рис. 2, б). Полученные зависимости 1 и 2 практически не отличают­ ся и соответствуют пористости ~40%, наи­ более характерной для приповерхностных пород в зоне аэрации. Плотностной фактор fr = r r носит компенсационный характер: для доинвер­ сионных зондов увеличение плотности при­ водит к росту скорости счета I0 и наоборот. Например, при данной влажности увеличе­ ние пористости приводит к уменьшению плотности и соответствующему уменьше­ нию показаний прибора, уменьшение пори­ стости — к возрастанию показаний. Следовательно, использование плотностно­ го фактора приводит показания прибора для относительно широкого интервала порис­ тос ти ~30—50 % и соответствующей вла го­ на сыщенности к единой зависимости. Прак­ тически это означает, что скорректирован­ ные показания прибора, полученные в сква­ жинном разрезе, можно интерпретировать с помощью градуировочной зависимости, по­ лученной на физических моделях (см. рис. 1). Учет глинистости. На показание при­ бора НК сильное влияние оказывает глини­ стость пород. Это влияние обусловлено: за­ крытой водонасыщенной пористостью глин и их капиллярной влажностью; содержани­ ем химически связанной воды; повышенной плотностью по сравнению с неглинистыми породами того же водородосодержания. Общая влажность грунта по комплек­ су РК с учетом химически связанной воды определяется соотношением PK гл гл n V VW W k+gg g= − w , (14) где n VW +gg — нейтронная влажность с учетом плотностного фактора; глk g — коэффици­ ент объемной глинистости, определяемый с помощью ГК; wгл — водородный индекс глин, который можно оценить по известным априорным сведениям или получить с помо­ щью НК+ГГК (см. раздел «Определение па­ раметров грунтов комплексом методов РК») На рис. 3 представлены зависимости от­ носительной скорости счета прибора ВПГР­ 1 от влажности песчано­глинистых пород пористостью 40 % различной глинистости. Глинистые минералы представлены смесью: 1/3 часть гидрослюд, 1/3 каолинита и 1/3 монтмориллонита ( гл sr =2,8 г/см3, wгл=0,2). Таким образом, рассмотренный подход позволяет учесть существенное влияние глин при определении влажности песчано­ глинистых пород. Определение параметров грунтов ком- плексом методов РК. Стандартный ком­ плекс радиоизотопного каротажа (РК) для приповерхностных исследований грунтов включает три метода: ГГК, ГК и НК. Это дает возможность определять плотность rgg (ГГК), глинистость глk g (ГК) и влажность РК VW пород вдоль всего скважинного разреза, который в общем случае включает как зону аэрации, так и зону водонасыщения. Используя эти же методы каротажа и ряд независимых сведений, можно получить также дополни­ тельные параметры, представляющие инте­ рес для инженерной геологии. При этом не­ обходимо различать особенности зоны аэра­ Расчетные данные нормированы при kгл=0 по экспериментальным значениям, соответ­ ствующим необсаженной скважине диаме­ тром 50 мм. Измеренная зависимость для kгл≈0 получена на физических моделях, а для kгл≈10 % — с помощью натурных моделей. Как видно из рис. 3, в зоне аэрации по­ лученные зависимости имеют вид парал­ лельных прямых линий со сдвигом по влаж­ ности, равным приблизительно 2, 6 и 12 % в соответствии с содержанием химически связанной воды. Отметим, что такая серия зависимостей может служить в качестве градуировочных при известных глинистости и соотношении глинистых минералов в кон­ кретных условиях исследования. Рис. 3. Экспериментальные (1, 2) и расчетные (3—6) зависимости показаний прибора ВПГР­1 от влажности песчано­глинистого грунта пористостью ~40 %: 1, 3 — kгл≈ 0 %, 2, 4 — kгл≈10 %, 5 — kгл=30 %, 6 — kгл=60 %. Белые и черные кружки — экспериментальные точки. С. Т. ЗВольСкИй, А. Ю. кеТоВ, В. В. кулИк, М. С. БондАренко, С. И. дейнеко И др. 224 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 Рис. 4. Распределение параметров грунта вдоль разреза скважины (опытно­методическая площадка ИГФ): 1 — гли­ нистость глk g , 2 — х.с.в.Сg , 3 — плотность сухого грунта РК dr , 4 — плотность rgg, 5 — влажность n VW , 6 — +n VW gg , 7 — РК VW , 8 — пористость nРК, 9 — водонасыщенность РК rS . Белые кружки — лабораторные определения. Рис. 5. Распределение параметров грунта вдоль условного разреза, составленного из натурных моделей ИГФ: 1 — глинистость глk g , 2 — х.с.в.Сg , 3 — плотность сухого грунта РК dr , 4 — плотность rgg, 5 — влажность n VW , 6 — +n VW gg , 7 — РК VW , 8 — пористость nРК, 9 — водонасыщенность РК rS . Белые кружки — лабораторные определения, черные кружки — данные с использованием лабораторных и каротажных измерений. Скважинные ядерно-геофизичеСкие иССледования ... Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 225 ции и участка разреза, находящегося ниже уровня грунтовых вод. Зонa aэрaции. Кроме вышеуказанных па­ раметров, комплексом методов РК дополни­ тельно определяются: • плотность сухого грунта (включая гли­ ны) (см. формулу (2)) РК РК d w VWggr = r − r , (15) где влажность РК VW получена с учетом глини­ стости и изменения плотности грунта вдоль скважинного разреза; • пористость (см. формулу (4)) PK PK d s1n = − r r , (16) где плотность твердой фазы rs=const задает­ ся на основании предварительного изучения или исходя из общих соображений; • коэффициент водонасыщения (соглас­ но формулам (5), (15), (16)) ( )РК РК РК r s s wV VS W Wgg= r r − r + r ; (17) • объемное содержание химически свя­ занной воды (см. формулу (8)) х.с.в. гл глС kg g= w , (18) где водородный индекс глин wгл=const за­ дается независимо. На рис. 4 и 5 представлены распределе­ ния петрофизических параметров грунтов вдоль разреза необсаженной скважины (dскв=50 мм) в зоне аэрации, полученные с помощью комплекса приборов РК ППГР­1 и ВПГР­1. Видно, что каротажные данные хо­ рошо согласуются с лабораторными опреде­ лениями параметров. Кроме семи параметров, приведенных выше, на рис. 4 и 5 кривая 5 для влажно­ сти WV получена только по данным НК ( n VW , без учета изменения плотности и глинисто­ сти), кривая 6 — по данным НК+ГГК ( n VW +gg , без учета глинистости). Сопоставление диа­ грамм 5 и 6 показывает, что учет изменения плотности может как увеличивать, так и уменьшать влажность по НК (до примерно 2,5 % абс., рис. 5) в зависимости от пористо­ сти и водонасыщенности грунта. Учет глини­ стости всегда уменьшает влажность n VW +gg и приводит к ее «истинному» значению РК VW . Зонa водонaсыщения. В зоне ниже уров­ ня грунтовых вод (в предположении, что поры полностью насыщены водой), кроме вышеприведенных семи параметров (rgg, глk g , РК VW , РК dr , РКn , РК rS , х.с.в.С g ), используя Рис. 6. Распределение параметров грунта вдоль разреза скважины № 1: 1 — глинистость глk g , 2 — х.с.в.С g , 3 — х.с.в. nС +gg , 4 — РК dr , 5 —rgg, 6 — РК sr , 7 — РК VW , 8 — VW gg , 9 —WV по стандартной методике, 10 — пористость nРК, 11 — водонасы­ щенность РК rS , 12 — rS gg . Белые кружки — лабораторные определения. С. Т. ЗВольСкИй, А. Ю. кеТоВ, В. В. кулИк, М. С. БондАренко, С. И. дейнеко И др. 226 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 Рис. 7. Распределение параметров грунта вдоль разреза скважины № 2. Обозначения см. на рис. 6. Рис. 8. Распределение параметров грунта вдоль разреза скважины № 3. Обозначения см. на рис. 6. Скважинные ядерно-геофизичеСкие иССледования ... Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 227 Рис. 9. Распределение параметров грунта вдоль разреза скважины № 4. Обозначения см. на рис. 6. Рис. 10. Распределение параметров грунта вдоль разреза скважины № 5. Обозначения см. на рис. 6. данные ГГК, дополнительно имеем следую­ щие параметры: • влажность VW gg РК s РК s w VW gg gg r − r = r − r ; (19) • плотность твердой фазы РК РК w s РК1 V V W W ggr − r r = − ; (20) • объемное содержание химически свя­ занной воды ѓБѓ Б х.с.в. n n V VС W W+ gg= − ; (21) С. Т. ЗВольСкИй, А. Ю. кеТоВ, В. В. кулИк, М. С. БондАренко, С. И. дейнеко И др. 228 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 Рис. 11. Распределение параметров грунта вдоль разреза скважины № 6. Обозначения см. на рис. 6. Диаграммы 1 характеризуют глинистость пород и одновременно могут быть использо­ ваны для литологического расчленения раз­ реза. Диаграммы 2 и 3 показывают возмож­ ность определения содержания химически связанной воды в глинах геофизическими методами двумя независимыми способами (см. формулы (18) и (21)). Как следует из вы­ полненных оценок, оба подхода, по крайней мере, не противоречат друг другу и дают ре­ алистичные оценки величины Сх.с.в.. Вместе с тем разработанные способы требуют даль­ нейшего совершенствования. Диаграммы 4—6 дают значения плотно­ стей вдоль разреза скважины. Особый инте­ рес представляет распределение 6 для плот­ ности твердой фазы в зоне полного водона­ сыщения, впервые полученное с помощью комплекса геофизических методов. Диаграммы 7—9 дают распределение объ­ емной влажности вдоль разреза скважин. Кривые 7 и 8 в интервале полного насыще­ ния показывают два возможных способа (см. формулы (14) и (19)) независимого опре­ деления искомого параметра. Приведенная для сравнения кривая 9, полученная с помо­ щью стандартной методики, в целом хорошо отражает распределение влажности, однако, не позволяет более тонко учесть особенно­ сти разреза. Диаграмма 10 показывет распределение пористости, а 11 — коэффициента влагона­ • водородный индекс глин РК гл х.с.в. гл nС k+gg gw = . (22) Среднее значение плотности твердой фазы РК sr в зоне насыщения, входящее в формулу (19), получают путем усреднения данных РК sr в соответствии с формулой (20). Следует отметить, также, что прямое опре­ деление содержания химически связанной воды (21), а также водородного индекса (22), предъявляет высокие требования к точности значений n VW и VW gg , что не всегда достижимо. Примеры определения указанных пара­ метров в зоне насыщения приведены в сле­ дующем разделе. Комплексная интерпретация результа- тов радиоизотопного каротажа. При реше­ нии задач инженерной геологии во многих случаях исследуемый скважинный разрез проходит зону аэрации и значительная его часть находится ниже уровня грунтовых вод. На рис. 6—8 представлены результаты интерпретации данных комплекса радиои­ зотопного каротажа, выполненного в райо­ не Кривого Рога с помощью приборов РК ППГР­1 и ВПГР­1 в обсаженных стальной трубой скважинах, заполненных воздухом. На рис. 9—11 — аналогичные результаты для одной из строительных площадок Киева. Ценность этих исследований имеет повы­ шенное значение в связи с довольно пред­ ставительным набором лабораторных опре­ делений ряда параметров. Скважинные ядерно-геофизичеСкие иССледования ... Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 229 Список литературы Арцыбашев В. А. Ядерно­геофизическая разведка. — 2­е изд. — Москва: Атомиздат, 1980. — 224 с. Белоусова о. н., Михина В. В. Общий курс петро­ графии. — Москва: Недра, 1972. — 344 с. Блюменцев А. М., калистратов Г. А., лобанков В. М., Цирульников В. П. Метрологическое обеспече­ ние геофизических исследований скважин. — Москва: Недра, 1991. — 266 с. Бондаренко М. С., кармазенко В. В., кашуба Г. А., кулик В. В. Определение пористости глини­ стых пород в обсаженных нефтегазовых сква­ жинах с помощью радиоактивного и акусти­ ческого каротажа // Геофиз. журн. — 2010. — 32, № 2. — С. 110—120. ГоСТ 23061-90. Грунты. Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности. — Введ. 1.09.1990. — Москва: Изд­во стандартов, 1990. — 35 с. добрынин В. М., Вендельштейн Б. Ю., кожев ни- ков д. А. Петрофизика (физика горных по­ род). — 2­е изд., перераб., доп. — Москва: ФГУП Изд. «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2004. — 368 с. дСТу Б В 2 1-2-96 (ГОСТ 25100­95). ¥рунти. Кла ­ си фiкацiя. — Введ. 1.11.1996. — Київ: Укр арх­ будiнформ, 1997. — 32 с. Звольский С. Т. Гамма­методы измерения объем­ ной массы дисперсных грунтов и донных от ложений. — Москва: Атомиздат, 1980. — 112 с. Звольский С. Т. Радиоизотопные методы исследо­ вания физико­механических свойств донных осадков. — Киев: Наук. думка, 1984. — 216 с. Звольский С. Т., кулик В. В., Месропян В. С., Чер ни- говский е. А., Молчановский С. н., Май стрен - ко И. А. Показания приборов с 3Не­детек то­ рами нейтронов при исследовании природ­ ных сред // Геофиз. журн. — 1999. — 21, № 5. — С. 29—40. Звольський С. Т., Череповський Ю. Т. Радiоактивний каротаж щiльностi i вологостi водонасичених пухких ´рунтiв // Геол. журн. — 1965. — 25, № 6. — С. 58—62. Интерпретация результатов геофизических ис­ следований нефтяных и газовых скважин. Справочник / Под ред. В. М. Добрынина. — Москва: Недра, 1988. — 476 с. кожевников д. А., козачок И. А., кулик В. В., Яков- лев Ю. В. Влияние неупругого рассеяния и по­ глощения быстрых нейтронов на нейтронные характеристики естественных замедлителей // Современные проблемы ядерной геофи­ зики и геоакустики: Сб. науч. тр. — Москва: ВНИИгеоинформсистемы, 1990. — С. 57—65. сыщения. Из рис 10 и 11 (кривая 11) видно, что комплекс РК выделяет не только зоны аэрации и полного водонасыщения, но и промежуточную зону неполного насыщения. В целом результаты проведенной интер­ претации хорошо согласуются с независи­ мыми лабораторными данными, а разрабо­ танный комплекс для получения ряда до­ полнительных параметров самосогласован и достаточно информативен. Заключение. Представленные исследо­ вания показывают, что возможности стан­ дартного комплекса радиоизотопного каро­ тажа, включающего нейтронный каротаж, гамма­гамма каротаж и гамма­каротаж, ис­ пользуются не в полной мере. Применяемая в настоящее время технология позволяет определять только несколько параметров грунтов. Вместе с тем скважинные ядерно­ геофизические методы исследования при­ поверхностных горных пород имеют значи­ тельно более высокую информативность. В дальнейшем необходимо выполнить де­ тальные исследования, направленные на оп ре ­ деление нейтронопоглощающих свойств при ­ поверхностных пород, что имеет важное при­ кладное значение. Необходимо также про вес ­ ти научно­исследовательские и опытно­кон­ структорские работы по созданию новых при­ боров с расширенными возможностями для приповерхностных исследований. Создание новых технологий геофизиче­ ских исследований расширяет использова­ ние в Украине каротажных методов в ин­ женерной геологии, особенно в связи с тен­ денцией увеличения объемов строительства и требуемой глубины скважин, а также в гидромелиоративной геологии. Применение радиоизотопного каротажа позволяет полу­ чить значительный экономический эффект за счет расширения количества определяе­ мых параметров, повышения их точности, оперативности измерений, ускорения вы­ полнения работ и их удешевления. С. Т. ЗВольСкИй, А. Ю. кеТоВ, В. В. кулИк, М. С. БондАренко, С. И. дейнеко И др. 230 Геофизический журнал № 6, Т. 32, 2010 диоизотопный ВПГР­1. — Полтава: Изд­во «Полтава», 1982. — 43 с. Техническое описание и инструкция по эксплуата­ ции. Плотномер поверхностно­глубинный ра­ диоизотопный ППГР­1. — Полтава: Изд­во «Полтава», 1986. — 60 с. Ферронский В. И., данилин А. н., дубинчук В. Т., Гончаров В. С., Селецкий Ю. Б. Радиоизотопные методы исследования в инженерной геологии и гидрогеологии. — 2­е изд., перераб., доп. — Москва: Атомиздат, 1977. — 304 с. CPN International, Inc. 503DR Hydroprobe. Ope­ reting manual. — Campbell Pacific Nuclear International, Martinez, CA, 2004. Greacen E. L., Schrale G. The effect of bulk density on neutron meter calibration // Australian J. Soil Res. — 1976. — № 14. — P. 159—169. International atomic energy agency. Field estimation of soil water content. Training course series № 30. — Vienna, 2008. — 131 p. Pat. US 4152600, G 02 B 5/00. Nuclear radiation moisture gauge calibration standard / L. Richard Berry. Troxler Electronic Laboratories, inc. — Appl. № 734624; filed: 21.10.76. — Publ. 1.05.79. — 7 p. Troxler Electronic Laboratories. Manual of operation and instruction, Model 4300 Depth Moisture Gauge. — Troxler Electronic Lab. Research Triangle Park, NC, 2006. козачок И. А., кулик В. В. Простые приближения в задачах геофизической нейтронометрии // Геофиз. журн. — 1981. — 3, № 3. — С. 3—15. козачок И. А., кулик В. В., Яковлев Ю. В. Простые приближения для расчета потока тепловых нейтронов в геологических средах // Геофиз. журн. — 1984. — 6, № 2. — С. 23—31. кулик В. В., Звольский С. Т., крутой А. А. Тео ре­ ти ческое и экспериментальное исследование показаний 3Не­детекторов нейтронов в погло­ щающих средах // Геоинформатика. — 1998. — № 1. — С. 16—28. кулик В. В. Показания газонаполненных детекто­ ров нейтронов в однородных геологических средах // Геофиз. журн. — 1999. — 21, № 5. — С. 19—28. ломтадзе В. д. Инженерная геология. Инженер­ ная петрология. — 2­е изд. перераб., доп. — Ленинград: Недра, 1984. — 511 с. осипов В. И. Определение плотности и влажно­ сти грунтов по рассеянию гамма­лучей и ней­ тронов. — Москва: Изд­во Моск. ун­та, 1968. — 158 с. Скважинная ядерная геофизика. Справочник гео ­ фи зика / Под ред. О. Л. Кузнецова, А. Л. Поля­ ченко. — Москва: Недра, 1990. — 318 с. Техническое описание и инструкция по эксплуата­ ции. Влагомер поверхностно­глубинный ра­

Схожі ресурси