2.5 Методика геотермической съемки
В результате опытных исследований температурного поля поверхности Земли, проведенных в различных нефтегазоносных областях УССР в течение 1970-1972 гг., получен большой фактический материал. На основании этих данных можно рекомендовать методику по организации и проведению геотермической съемки, описать аппаратуру и привести конкретные примеры применения приповерхностных исследований температурного режима для решения конкретных геологических задач[32].
В районе проведения геотермической съемки вначале выполняются работы по рекогносцировке местности с целью выбора оптимальных условий для заложения датчиков температуры на запроектированных профилях.
При этом исследуемую площадь делят на участки с одинаковым поверхностным покровом, рельефом и литологическим составом приповерхностных слоев. На участках заложения датчиков температуры устанавливают колышки с указанием профиля и номера пикета. Производится привязка пикетов с обязательным промером расстояний между ними. Вносятся соответствующие коррективы на топографическую основу. Датчики температуры устанавливают вручную или механическим способом. Одновременно визуально описывается литология, вскрываемых отложений, их плотность и влажность. При необходимости отбирают образцы грунта для определения теплофизических свойств горных пород и т. д.
Опытными исследованиями было установлено, что наиболее оптимальной для установки датчиков температуры является глубина 1,0 - 2,5 м, так как здесь почти полностью затухают суточные атмосферные температурные колебания[33].
Датчики температуры устанавливаются на одинаковую глубину по всему профилю и проводится определенная выдержка их в состоянии покоя для восстановления нарушенного в грунте теплового режима. Практическими исследованиями было установлено, что тепловой режим на глубине 1,5 м восстанавливается приблизительно в течение 1,5 ч.
Замеры показаний датчиков температуры на заданном профиле надо выполнять одновременно, применяя термисторные термометры или термометры сопротивления, смонтированные на многожильном кабеле. Если последних нет, температуру замеряют раздельно на каждом датчике, и, конечно, условие одновременности строго не соблюдается.
Однако, как показали полевые работы, проведение измерений термопарным термометром на геотермическом профиле длиной до 3 км в течение приблизительно 1 ч не отражается на качестве температурных данных. Чтобы продолжить замеры на геотермическом профиле в другое время, оставляют один или два датчика температуры в крайних пикетах, а остальные используют на новом участке.
Параллельными геотермическими профилями можно проводить съемку независимо друг от друга. Но для привязки температурных данных необходимо снять один или несколько дополнительных поперечных профилей, включающих по одному датчику в пикет каждого из ранее снятых параллельных профилей. Таким образом, увязка температурных профилей проводится при введении поправок температуры, полученных по привязочным щупам.
В связи с тем, что геотермическая съемка на большой территории выполняется уже длительное время, необходимо все температурные значения привести к общему знаменателю. Для этого выбирают несколько контрольно-привязочных щупов, устанавливаемых в благоприятных условиях изучаемого района на весь период полевых работ.
По комплексу замеров строят графики усредненного изменения температуры во времени, которые и используют для привязки результатов геотермических исследований. Например, при проведении температурных замеров на территории юго-западной части Керченского полуострова суточный прирост температуры в период апреля - мая составлял в среднем 0,11 °С в сутки.
В последующие месяцы эта величина уменьшилась до 0,04 - 0,006 °С, а с сентября начался спад температуры. Построенный по этим данным график годового цикла изменения температуры представляет собой синусоидальную кривую с максимальными значениями температуры в августе и минимальными - в феврале.
Используя такой график, можно рассчитать среднесуточное изменение температуры, необходимое для введения соответствующей «грубой» поправки на время года и для окончательной увязки измерений.
Более точную привязку температурных кривых производят по фактическим изменениям температуры, замеренным во время выполнения геотермической съемки.
С помощью дополнительных датчиков температуры, как отмечалось, производится стыковка участков с различными поверхностными покровами, а также привязка участков с различной плотностью поверхности Земли (пахота, посев, целина и т. д.).
По результатам замеров датчиков можно высчитать поправку, необходимую для исключения температурных помех вследствие неоднородности поверхностных покровов.
При переходе от саванны в сухой лес температура в тропиках понижается на 3,3 °С, переходная зона имеет непостоянную величину и изменяется от 100 до 200 м.
На новых площадях, учитывая описанную методику, при переходе от одного однородного участка площади к другому поправки определяются автоматически - путем перекрытия замеров привязочными точками на профилях. Подобным образом на температурный режим исследуемых площадей влияют озера и болота.
Геотермические исследования в озерах показывают, что на глубинах ниже поверхности дна на 1,0 - 1,5 м так же, как и на суше, четко фиксируются локальные температурные аномалии, обусловленные глубинными геологическими причинами. Подобная картина наблюдается и при работах на болотистой местности.
На качество замера температуры в приповерхностных слоях влияет уровень грунтовых вод. В зависимости от формы рельефа поверхности глубина залегания зеркала грунтовой воды изменяется от десятков сантиметров до нескольких метров.
Над зеркалом грунтовых вод в породах выделяется так называемая зона аэрации мощностью до 0,6 м, в которой почвы постепенно изменяют свою водонасыщенность по схеме водонасыщенный грунт - влажный - воздушно-сухой. Известно, что теплопроводность горных пород и водонасыщенность тесно связаны.
Отсюда следует, что если проводить замеры в точках по профилю, в которых грунты имеют различную водонасыщенность, судить о наличии температурных аномалий невозможно, так как замеры температур в данном случае проводятся не в одинаковых условиях.
Следовательно, если на профилях попадаются точки, в которых грунт на забое имеет повышенную водонасыщенность по сравнению с соседними точками, то результаты замеров температуры в них не следует учитывать. Если же профиль пересекает участок, в котором ряд точек находится в сходных условиях водонасыщенности грунтов, тогда для привязки полученных данных используют метод промежуточных переходных точек, аналогично описанному выше случаю при переходе от леса к открытой местности.
Поправка на влажность может определяться как с помощью стыковочных датчиков температуры, так и лабораторным путем с учетом литологического фактора.
Поправка, вызванная изменением литологического состава близ- поверхностных пород, рассчитывается также по стыковочным щупам, установленным на границе выявленной литологической разнородности отложений. Так, при пересечении геотермическими профилями Парпачского гребня (Керченский п-ов), разделяющего выход на дневную поверхность майкопских глинистых отложений и известняков неогена, наблюдается существенное различие в температуре.
Безусловно, характер температурного скачка в данном случае будет зависеть от теплопроводности вскрываемых отложений и сезона выполнения температурных замеров. В связи с этим летом при переходе из глинистых отложений к известнякам отмечается увеличение температуры, а зимой - наоборот, уменьшение.
Значения поправок можно также вычислять, зная коэффициенты светопоглощающей способности растений (поверхностных покровов) и теплопроводности подстилающих отложений, а также используя график годового цикла изменения температурного режима на поверхности Земли в данном районе.
Построенные на основании этих данных палетки дают возможность проследить общие закономерности изменений температуры на границе неоднородных участков.
На температурный режим верхних слоев земной коры рельеф влияет только при значительном превышении уклона одного участка по отношению к другому[34].
На основании полевых геотермических исследований, проведенных на одних и тех же геотермосъемочных профилях, но в различное время года, можно установить температурные поправки для увязки разновременных температурных профилей.
В практике полевых работ для заложения датчиков температуры целесообразно выбирать участки, наиболее однородные по условиям и дающие возможность исключить ряд поправок. Следует избегать крупных склонов, оврагов, речных пойм, берегов озер, болот и т. д.
В связи с тем, что каждый новый район характеризуется своими особенностями поверхностных и приповерхностных условий, возможны самые различные варианты вводных поправок.
Однако детальное изучение приповерхностных условий исследуемого района дает возможность произвести учет и расчеты всех поправок и тем самым, исключая влияние внешних факторов, получить температурную карту, соответствующую тепловому полю глубинных горизонтов.
На участках изучаемой территории, значительно отличающихся по температурным условиям от среднетемпературного фона района, следует установить дополнительное количество датчиков для выявления природы резких колебаний температуры.
|
