Геофизики СПбГУ разработали алгоритм, позволяющий повысить достоверность исследования земных недр

Геофизики Санкт-Петербургского государственного университета разработали алгоритм совместной интерпретации двух методов зондирования земли, который позволяет значительно повысить точность инженерных изысканий. Результаты исследования опубликованы в Journal of Environmental and Engineering Geophysics.

Важным этапом, предшествующим строительству или добыче полезных ископаемых, является исследование геологического строения изучаемой территории. При этом роль геофизических исследований в этом процессе достаточно высока, так как именно геофизика позволяет получить не точечную информацию о геологических горизонтах, как, например, скважина, а в объеме.

В относительно простых условиях стандартные методы геофизики позволяют успешно решить эту задачу. Однако, если геологическое строение сложное, например имеются тонкие слои песка и глины, можно получить серьезные неточности, используя классические методы геоэлектрики на постоянном токе.

Один из самых распространенных методов в инженерной электроразведке — метод электротомографии. Он основан на изучении поля постоянного тока на поверхности земли или в скважинах и позволяет геологам «увидеть» разные горные породы, ведь все они имеют разное удельное электрическое сопротивление. Электротомография тоже может давать существенные погрешности в определении толщины геологического слоя, завышая показатели в несколько раз.

«Неточные данные о свойствах грунтов могут привести, например, к неверной закладке свайных фундаментов и другим проблемам при строительстве. Если речь идет о добыче строительного песка, велика вероятность получить искаженную информацию о его запасах в месторождении. Мы никогда точно не знаем, что находится под землей, и, если подходить к решению этой проблемы формально, ошибки весьма вероятны», — отмечает первый автор исследования, инженер-исследователь Института наук о Земле СПбГУ кандидат физико-математических наук Арсений Шлыков.

При этом электротомография — не единственный метод, позволяющий специалистам заглянуть вглубь земных недр. Геофизики СПбГУ вместе с коллегами из Института геофизики и метеорологии в Университете Кельна (Германия) и Индийского технологического института в Харагпуре занимаются развитием относительно нового метода радиомагнитотеллурических (РМТ) зондирований. Он основан на измерениях электромагнитных полей радиостанций и предназначен для изучения относительно небольших глубин от 1 до 30 метров. Модификация РМТ с контролируемым источником (РМТ-К), помимо возможности работ в удаленных регионах, позволяет заглядывать еще глубже — до 100–150 метров под землю.

«Если использовать оба метода на одном участке, где есть сложные горизонты, они могут дать совершенно разные результаты, потому что основаны на использовании электромагнитных полей различной структуры. Однако, если применять их вместе, они дополнят друг друга и совместная интерпретация таких данных повысит точность получаемой информации. Именно поэтому нужен был алгоритм, позволяющий сделать эту работу сразу», — рассказывает Арсений Шлыков.

Полевой эксперимент проводился на полигоне МГУ, расположенном в селе Александровка в Калужской области. Международная команда геофизиков сравнила результаты обоих методов, проинтерпретированных как отдельно, так и совместно. В итоге данные, полученные с помощью нового алгоритма, оказались самыми близкими к тем, что показали результаты бурения.

«Созданный нами алгоритм — это очередной небольшой шаг к улучшению точности геофизических исследований земли. Существующий вариант работает в рамках одномерной горизонтально-слоистой вертикально анизотропной модели земли. Одномерные модели — самые простые и представляют землю как слоеный пирог с горизонтальными слоями. Свойства горных пород в таких моделях меняются только в одном направлении — вниз. Отсюда и название — одномерные. Разумеется, в реальности геологический разрез устроен значительно сложнее, — говорит Арсений Шлыков. — Мы продолжим развивать наш алгоритм применительно к двумерным и трехмерным моделям геологической среды. Двумерные модели учитывают кроме вертикального измерения свойств горных пород еще и горизонтальные в каком-то одном направлении. Трехмерные модели наиболее сложные, но близкие к реальности. Но даже в настоящее время применение трехмерных моделей довольно непростая и ресурсоемкая задача».

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 18-505-12033), ресурсного центра Научного парка СПбГУ «Геомодель», немецкого федерального министерства по образованию и науке (проект № 01DJ15012) и Немецкого научного фонда (проект TE 170/21-1).