Рейтинг@Mail.ru
Навигация

← Предыдущая статья             Содержание номера             Следующая статья →

Журнал First Break – Декабрь 2012 – Выпуск 12 – Том 30 – Новости EAGE

Семинар освещает проблему карстовых провалов в Мёртвом море

На семинаре, состоявшемся в столице Иордании Аммане 23—25 сентября 2012 г., собралось большое количество специалистов, чтобы обсудить проблему карстовых воронок в Мёртвом море. Вот отчёт об этом семинаре.

23 сентября перед началом семинара состоялась однодневная экскурсия вдоль побережья Мёртвого моря, призванная наглядно показать его участникам деградацию окружающей среды, вызванную быстро нарастающим понижением уровня Мёртвого моря. Маршрут экскурсии пролегал по автомагистрали № 40 до долины реки Иордан, затем — по дороге № 65 до Ghor Mazra. За время экскурсии было сделано семь остановок для обсуждения инженерно-геологических вопросов, ожидаемых изменений и тектонической обстановки. В поездке, состоявшейся при поддержке ACES, приняли участия около 20 участников. Проведённые изыскания позволили обогатить дискуссии и презентации в последующие два дня первого семинара, посвящённого проблеме провалов в районе Мёртвого моря, в котором приняли участие более 40 специалистов из девяти стран.

Сессия по геологии, гидрогеологии и гидрохимии провалов

Профессор Najib Abou Karaki, декан факультета технических наук Университета Иордании, в основном докладе показал, что распространение провалов, оползней, оседания почвы ставят под угрозу стабильность туристического и промышленного развития иорданского побережья Мёртвого моря. Он указал на необходимость создания системы раннего предупреждения в целях содействия дальнейшему развитию туризма.

Доктор Paolo Pasquali, генеральный директор швейцарской компании SARMAP, представил результаты мониторинга участка полуострова Лисан и области Ghor Al Haditha площадью 15×25 км на юге Мёртвого моря. Компанией SARMAP была вычислена скорость деформации поверхности, для чего к спутниковым изображениям РЛС Envisat и Cosmo-Skymed применялась интерферометрия (D-InSAR) дифференциальной РЛС с синтезированной апертурой (SAR). Высокое разрешение и небольшой временной предел данных Cosmo-Skymed обеспечивают исключительно подробное изображение деформации почвы в наиболее пострадавших местах, что доказывает эффективность и экономичность данного решения для мониторинга плотин и крупных деформаций почвы.

Сопредседатель д-р Damien Closson уделил внимание созданию базы данных по провалам в Ghor Al Haditha. Замеры разрушения почвы были проведены в период между 1991 и 2012 гг. Воронки показывают наличие линейной формы в региональном масштабе. Её направление (N 24 E) параллельно механизмам формирования разломов в этой зоне, о которых опубликовано больше всего материалов, особенно разлома, связанного с землетрясением 23 апреля 1979 г. (магнитуда Mb = 5,1).

Д-р Hussam Alrshdan из управления по делам природных ресурсов проводил геофизические исследования в области Ghor Al Haditha в целях выявления подземных провалов и определениях их размеров, разграничения пресной и солёный воды, а также предсказания возможного опасного развития событий. На площади воронки было применено три геофизических метода: георадар, томография электрического сопротивления и электромагнитная съёмка во временной области с использованием методики NanoTEM.

В целях выделения различных аспектов проблемы формирования подземных полостей, ведущих к образованию воронки, профессор Elias Salameh из Университета Иордании описал необычный пример долин, широко распространённых в северо-западной части Иордании вдоль западного выступа Вади-Сирхан, притока реки Ярмук. Разрушения почвы являются результатом растворения кальцинированных карбонатов. Известь (CaO) в долине Вади-Сирхан области Maqarin образовалась в результате спонтанного горения отложений битуминозных мергелей, что видно по обнажению пород на южном берегу реки Ярмук. Горение произошло после падения уровня грунтовых вод и переуглубления русла.

Д-р Masdouq Al-Taj из Хашимитского университета выделил тектонический эффект в качестве дополнительного фактора, влияющего на появление провалов в Ghor Al Haditha. Во время полевых работ было сделано в общей сложности 150 замеров трещиноватости в соседних коренных породах и плейстоценовых отложениях. Тридцать ударных измерений трещин было сделано в карстовых воронках мягких отложений. Каждая группа измерений была представлена в виде розы-диаграммы. Сравнение показало относительное совпадение наблюдаемых тенденций, что доказывает важнейшую роль тектонического фактора в формировании воронки.

Сессия по исследованию и методам мониторинга — поверхностная геофизика

Д-р Christian Camerlynck из университета Пьера и Марии Кюри (Франция) представил результаты геофизической оценки опасности образования провала в Ghor Al Haditha. Исследование было проведено в рамках проекта НАТО «Наука ради мира». Во время него были рассмотрены различные поверхностные геофизические методы, которые применялись раньше и применяются теперь, такие как исторические обзоры с сейсмической рефракцией, микрогравитация (которую раньше называли «точное значение силы тяжести»), георадар (GPR), электромагнитная съёмка во временной области (TDEM), магнитное резонансное зондирование (MRS), сейсмические методы сбора данных, такие как рефракционная томография, анализ поверхностных волн и сейсмические отражения. В результате был сделан вывод, что все методы имеют свои специфические области применения, отвечающие на главный вопрос геофизики: «Что мы ищем?», и что каждый метод нуждается в контроле данных. Что касается провалов, весьма перспективным здесь представляется анализ поверхностных волн.

Д-р Mohammad Hassouneh (Арабский центр по инженерным исследованиям) представил подробный обзор новейшего метода многоканальной конфигурации, известного под названием MASW. После объяснения характеристик метода MASW, видов исследований, а также необходимого оборудования, он рассказал о проектировании полевых исследований, а затем привёл несколько примеров обработки данных поверхностных волн, инверсии и сравнения со скважинными сейсмическими исследованиями. Признав, что метод имеет некоторые ограничения, он рассказал о нескольких случаях, подтверждающих возможности метода по выявлению подземных пустот и полостей, а также искусственных сооружений, таких как канализация.

Исследование и методы мониторинга — воздушная геофизика

Д-р Antonio Menghini из Aarhus Geofisica начал своё выступление с введения в воздушную электромагнитную съёмку (AEM) и её разновидностей, таких как съёмка с помощью самолётов или вертолётов, платформ AeroTEM, SkyTEM, Tempest, VTEM, Resolve и Megatem с разными зонами наблюдения, ориентированными на различные объекты в недрах и зависящими от характеристик полёта, то есть от интервала, высоты и скорости съёмки. Как правило, здесь не действует какое-либо единое правило, поэтому нужно заранее определить, что вы ищете и на какой глубине. Предполагается, что AEM станет наиболее подходящим методом для обнаружения воронок больших размеров в сочетании с необходимой глубиной проникновения для отображения геологического строения под ними. Поиск воронок меньшего диаметра также возможен, но это уменьшит глубину проникновения. Система SkyTEM очень подходит для этого, хотя не стоит пренебрегать и другими инструментами.

Последние слайды, показанные Antonio Menghini, стали логическим переходом к презентации д-ра Theodore Asche из USGS под названием «Проектирование воздушной геофизической съёмки на Мёртвом море», которая должна охватывать весь бассейн Мёртвого моря и желательно все близлежащие гидрогеологические образования вокруг него. Такие обследования будут масштабными, но «выполнимыми», особенно если расстояние между профилями менять в зависимости от необходимой точности результатов, а выбор системы и высоту полёта — в зависимости от требуемой площади и глубины проникновения. Бытует ошибочное мнение, что аэросъёмка стоит дорого, однако на самом деле она становится намного дешевле, если принять во внимание увеличение зоны покрытия по сравнению с аналогичными поверхностными сейсмическими исследованиями. Преимущество различных методов AEM в том, что они не только способны выявлять подземные аномалии различных размеров, но и позволяют сопоставить гидрогеологию, чтобы затем можно было смоделировать бассейн Мёртвого моря при условии, что будет собрана и другая ценная информация для полного представления о водном балансе.

Докладчики, выступавшие на семинаре по проблемам Мёртвого моря.

Очевидно, что при сложившейся в регионе ситуации с точки зрения безопасности может возникнуть ряд проблем, которые будут создавать определённые трудности при полётах через границу и получении разрешений на проведение воздушной съёмки, которые будут распространяться и на военно-воздушные силы (ВВС). Даже если основные профили полёта выбраны вдоль Мёртвого моря с расстановкой 100 м на высоте 50 или даже 20 м в областях, представляющих особый интерес, перпендикулярные связующие профили будут пересекать границы, особенно когда высота съёмки выбрана достаточно невысокая (в среднем 30 м) при полёте с небольшой скоростью 100 км/час. Все эти параметры должны быть установлены при тестовом исследовании.

Д-р Antonio Menghini из Aarhus Geofisica вернулся, чтобы представить практический пример применения AEM в Юкатане (Мексика), где этот метод был успешно опробован CSIRO для обнаружения карстовых провалов с помощью вертолётной съёмки в частотной области (FHEM) с платформы Resolve. Эти карстовые воронки назвали dzonote в честь священного провала племени майя, они встречаются по всему полуострову Юкатан и являются предметом экологического туризма и культурного наследия. Новые методы сбора и интерпретации данных позволяют более успешно подавлять шумы естественного и культурного происхождения, а также преодолевать прочие источники погрешностей, такие как геометрия, работа приборов и сам процесс полёта. Сочетание съёмки FHEM со спутниковыми снимками и наземным контролем данных с помощью водолазов, спускающихся в пещеры с системами GPS, позволяет получить очень качественные изображения.

В ходе обсуждения сторонники спутниковых методов, такие как д-р Paolo Pasquali из SARMAP, сочли проблемы безопасности большим недостатком, но у каждой системы всегда есть свои «плюсы и минусы», и в ходе дискуссии был сделан вывод, что спутниковая и воздушная системы хорошо дополняют друг друга. Если вспомнить о предложенной проф. Najjib Abou Karaki системе раннего предупреждения, то оба метода съёмки могут в ней пригодиться. Постепенно обсуждение свелось к следующим вопросам: 1) как все эти методы могут указать на место, где имеется риск развития опасных геологических процессов; (2) в будущем велика вероятность возникновения здесь опасных геологических процессов, поэтому лучше избегать таких областей; (3) что ещё мы должны сделать для решения этих проблем. Как и ожидалось, использование комбинации различных инструментов позволяет ответить на вопросы о месте возникновения тех или иных процессов. Для разработки мер в любом случае необходимо проведение подземных исследований и бурение скважин для наземного контроля данных геофизических исследований. Если такие исследования проведены на высоком профессиональном уровне, включая проведение испытаний на месте, скважинные и межскважинные геофизические исследования и отбор проб для лабораторных испытаний прочностных параметров, о чём говорят д-р Paul Pandrea из Keller Grundbau, то можно сделать следующий шаг к «решению проблем».

Сессия по передовым технологиям

Д-р Damien Closson представил результаты применения метода интерферометрии с небольшим подмножеством нулевой линии (SBAS), демонстрируя данные непрерывной записи колебаний грунта в период 1992—2010 гг. на полуострове Лисан. При таком типе обработки для куба данных используется большое количество изображений, поэтому можно измерить смещение с точностью до нескольких миллиметров в год. В случае с методом SBAS для анализа используются распределённые цели, чтобы можно было следить за оседанием пород, связанным с консолидацией солёных мергелей в прудах-испарителях в арабском районе калийной промышленности, а также за поднятием, вызванным солевым диапиром под полуостровом Лисан. Высокая плотность пунктов замера (2800 на км2) позволила оценить среднюю скорость, ускорение и вертикальное перемещение карстовой системы, поэтому данный метод можно плодотворно применять для мониторинга дамб на прудах-испарителях.

Доктор Paolo Pasquali продемонстрировал ряд интересных результатов, полученных в разных районах мира, и широкую область применения метода: от мониторинга зданий (в Китае и Испании) до изучения последствий землетрясения (в Турции и Иране). Другие примеры были связаны с полуостровом Лисан. Эти результаты были получены с применением специального программного обеспечения (SARscapeCOTS) для обработки ряда временных изображений SAR, которые были собраны с помощью датчиков ERS и ENVISAT ASAR. Последующая дискуссия также показала различные возможности метода постоянного рассеивания (PS) для мониторинга зданий, поскольку в нём используются точечные цели, такие как уголковые отражатели.

Сессия по водным проблемам, связанным с карстовыми воронками на Мёртвом море

Вторая презентация профессора Elias Salameh была посвящена водным ресурсам водораздела в Мёртвом море. За последние 50 лет они интенсивно разрабатывались для удовлетворения растущего спроса на воду. Чистый объём воды, поступающей в Мёртвое море в настоящее время, составляет менее 10% от нормальной ситуации. Тем не менее уровень воды в нём снижается медленнее, чем ожидалось. Разница покрывается за счёт дополнительного оттока грунтовых вод из окружающих образований в области Мёртвого моря, вызванного миграцией водораздела в сторону моря для достижения гидродинамического состояния равновесия при падении уровня Мёртвого моря.

Д-р Mufeed Batarseh из университета Mutah представил основные цели проекта «трансграничного управления водными ресурсами и контроля над изменением климата», который направлен на создание системы наблюдения за почвой, особенно за водоразделом в Мёртвом море с иорданской стороны. Собранные данные будут передаваться в режиме реального времени в два центра управления. Они будут использоваться различными ведомствами для мониторинга изменений климата.

В конце заседания г-жа А. Ghannam из Королевского географического центра Иордании представила основные тезисы своей диссертации «Землетрясения в заливе Акаба», рассмотрев тектонические напряжения, связанные с распространением колебаний на север в районе Мёртвого моря.

Сессия по особым случаям и инженерным решениям

Проф. Falah Hamdi из Orbit Geological Consultancy признал, что для точного ответа на ряд вопросов и начала разработки проектных решений необходим подход, который лучше всего назвать инженерной геофизикой. Неглубокая разведка в высоком разрешении очень часто проводится в городах и экономически развитых регионах не для изучения, а для добычи полезных ископаемых. В отличие от разведочной геофизики, инженерная геофизика предназначена не для «разработки природных ресурсов», а для «определения геотехнических проблем в диагностическом режиме», наподобие МРТ для невролога.

Затем была рассмотрена концепция многоканального анализа поверхностных волн (MASW) при использовании 24-канального сейсмографа (геометрического геода), оснащённого косой с 24 сейсмоприемниками (4,5 Гц), расположенными на расстоянии 2 м, и съёмкой по методу общей глубинной точки. Полученные данные о поверхностных волнах затем обрабатываются с помощью программного обеспечения SWAN (Geostudi, Италия), которое создаёт двухмерный профиль поперечных волн по скорости и глубине. Очевидно, что возможны изменения конфигурации в зависимости от цели и используемого для обработки программного обеспечения в зависимости от предпочтений. Исследования показали, что MASW является мощным инструментом для отображения карстовых воронок, а также определения мест, в которых они отсутствуют. Объединение результатов MASW с межскважинными сейсмическими исследованиями действительно повышает ценность результатов и позволяет перевести геофизические данные в геотехническую информацию, которую можно использовать для оценки рисков.

В заключительном докладе д-ра Paul Pandrea из Keller Grundbau шла речь о «решениях». Потребность в решениях возникает по той причине, что карстовые провалы могут нанести большой ущерб геологическим структурам, что подтверждается графиком отображения угла поворота и вероятности повреждений, причинённых им. Можно использовать несколько методов заливки цементным раствором для подготовки и улучшения почвенных условий или компенсации и устранения изменений в уровнях. Метод струйной цементации (Soilcrete) в его единичном, двойном и тройном вариантах позволяет размыть почву струёй с высокой скоростью, одновременно добавляя бетон, который укрепляет или уплотняет её. Компенсационная цементация (Soilfrac) — это ГРП с помощью раствора с высоким содержанием твёрдых частиц, который позволяет стабилизировать и улучшить почву и может использоваться для ограничения или компенсации деформации. Уплотняющая цементация — это уплотнение почвы (и заполнение полостей) очень жёстким раствором. Большинство восстановительных мер с применением бетона отлично сочетаются с контролем давления и смещения, поэтому методы наблюдений можно применять максимально эффективно. Метод наблюдений требуется в тех случаях, когда трудно предсказать геотехническое поведение, а также при наличии слишком больших неопределённостей. Д-р Pandrea продемонстрировал различные подходы, различные типы и размеры полостей для трёх случаев заполнения полостей, а также показал некоторые решения в области восстановления дамб с учётом ряда актуальных проблем в этой области.

В ходе обсуждения надежность метода заполнения полостей раствором была поставлена под сомнение из-за неудачных примеров его применения в Израиле, однако совершенно очевидно, что здесь можно привести множество хороших и плохих примеров. Также нужно признать, что методы обнаружения и восстановления за последние десятилетия значительно усовершенствовались.

Кроме того, предпринимаемые меры должны быть экономичными. «Метод наблюдений», применяемый в настоящее время на дамбах в APC, очень экономичен, а дамба номер 18 полностью обслуживается в таком режиме. Нельзя назвать единственный метод, который подходил бы для решения всех проблем, связанных с различными опасными геологическими процессами, вызванными снижением уровня воды в Мёртвом море. Все меры должны применяться с учётом конкретной ситуации, поэтому основная цель по-прежнему заключается в том, чтобы заставить органы власти и политиков заниматься этими проблемами.

Заключительная дискуссия и рекомендации

Неожиданно доктор Murad Kalaldeh из Иорданского форума планирования обратился к участникам семинара, предложив всем дать свои рекомендации. Чтобы получить рекомендации, на круглый стол были приглашены основные докладчики семинара: проф. Najib Abou Karaki, др. M. Tabal из компании Arab Potash и др. Paolo Pasquali из компании SARMAP.

Это предложение предусматривало избрание пяти членов руководящего комитета (РК) и трёх членов планирующего комитета (ПК), а также привлечение средств для финансирования работы РК и ПК от компаний-участниц семинара. Следующим шагом станет выработка предложений ПК и определение этапов их выполнения в течение (30) дней. Затем эти предложения должны рассмотреть РК, ПК и EAGE. После составления итоговой версии документа потребуется проведение ещё одного семинара при участии всех заинтересованных сторон в регионе (таких как Hotel Association, Dead Sea Development Company, а также частные добывающие компании: EMAAR, Arab Potash Company, Королевский географический центр, министерство общественных работ, Министерство природных ресурсов и т.д.). На этом семинаре нужно будет выбрать методы исследования и их комбинации для изучения состояния Мёртвого моря в целом и некоторых его проблемных областей. В идеале такой подход должен привести к созданию целой системы, которая будет включать в себя раннее предупреждение об опасности, а также интерактивную карту, которая позволит комитету планирования выявлять те районы, в которых могут возникнуть самые большие проблемы при проведении промысловых работ.

Группа приветствует инициативу, которая охватывает более широкий круг заинтересованных сторон, а не только самых «очевидных» из них. Также предлагается разбить предлагаемый подход на небольшие этапы. Учитывая опыт предыдущих инициатив, таких как мониторинг окружающей среды и опасных геологических процессов, вызванных снижением уровня воды Мёртвого моря (MEGIDo), и 6-й рамочной программы STREP, осуществлённой в 2005 г., данное начинание может стать более успешным. В то же время в предыдущих проектах можно найти много актуальных идей, которые могут быть использованы в новом предложении.

Семинар EAGE по проблеме карстовых воронок на Мёртвом море прошёл при поддержке наших спонсоров со статусом Gold компаний Arab Potash Company и SarMap, со статусом Silver — компании Keller Grundbau и студенческого спонсора компании SarMap.




← Предыдущая статья             Содержание номера             Следующая статья →















Яндекс цитирования
Журнал First Break и материалы всех мероприятий EAGE направляются на индексацию в систему Scopus.
Журналы Basin Research, Geophysical Prospecting, Near Surface Geophysics и Petroleum Geoscience направляются на индексацию в системы Scopus и Web of Science.