|
апрель 2007 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИИ
содержание
Л.В. Гончарова, Т.Г. Макеева, Ю.М. Егоров
Диэлектрические свойства дисперсных грунтов являются основой при интерпретации георадиолокационных исследований геологической среды. Систематизация информации и получение данных по диэлектрическим свойствам дисперсных грунтов различного состава и свойств на разных частотах является весьма актуальной задачей.
Измерение диэлектрических свойств дисперсных грунтов проведено на частоте 915 МГц и 2450 МГц. Приборы и методика, измерений диэлектрических свойств дисперсных грунтов, и программное обеспечение разработаны ведущим научным сотрудником ООО "Горизонт" Егоровым Ю.М.
Структура базы данных диэлектрических свойств дисперсных грунтов состоит из 5 массивов информации на основе многолетних исследований и обобщении литературных данных (Excel): 1- породообразующие минералы; 2- природные песчаные грунты с аутигенными пленками; 3 - лессы и лессовидные грунты; 4 - глинистые грунты; 5 - глинистые техногенные грунты. Массивы включают структурированные таблицы состава и свойств грунтов и экспериментальные данные по диэлектрическим свойствам. Получены корреляционные зависимости и уравнения регрессии для дисперсных грунтов от влажности, структурно-текстурных особенностей. Каждый массив сопровождает блок вспомогательной информации (Word). База данных является структурой, которая может пополняться новыми данными, служить основой для получения новых знаний и для прогноза поведения дисперсных грунтов как диэлектриков при различных исследованиях. В том числе решать задачи: выделение литологических типов дисперсных пород по изменениям (e') и (e'') в зависимости от химико-минерального состава, дисперсности, влажности, структурно-текстурных особенностей и др.; получении данных по частотной зависимости (e') от влажности различных литологических типов дисперсных грунтов; кинетических изменений (e') и (e'') дисперсных грунтов в различных зонах кислых сернокислых геохимических аномалий в зависимости от форм нахождения тяжелых металлов и характера окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий грунтов.
Диэлектрическая проницаемость (e') и потери (e'') для дисперсных грунтов зависят от состава и свойств, состояния и частоты электромагнитного поля. В толще (25 м) лессовидных пород выделены 4 литологических типа грунтов по диэлектрической проницаемости: лессы, супеси, суглинки, глины.
Для грунтов лессовой толщи во всех интервалах влажности уравнение регрессии может быть описано линейной зависимостью e' = bW+a, где a и b- эмпирические коэффициенты. При этом установлена связь величины b от соотношения пор по эквивалентным диаметрам (KH): межагрегатных пор (d4 10-100 мкм) и крупных внутриагрегатных (d3 1-10 мкм). Уравнение имеет вид: e' = (0.5 / Kn0.1)*W + a (R2=0,94-0,99). Для песков и лессов во всех интервалах характеристических влажностей зависимость e'=f(W) с достаточной степенью аппроксимации является линейной. Для супесей, суглинков и глин грунтов лессовой толщи - эту зависимостью можно описать линейной функцией до влажности Wр, а для моно- и полиминеральных глин до Wmmw. Наклон прямых e'=f(W), т.е. коэффициент b,уменьшается с уменьшением пористости от песков к глинам, что обусловлено наличием различных видов связанной воды: капиллярной и свободной, в первом случае, капиллярной и осмотической - во втором, и их содержанием в дисперсных грунтах с различным соотношением пор по размерам.
Для грунтов (супеси, суглинки и глины) зависимость e'=f(W) и e'' = f(W) (до влажности WL) c наибольшим коэффициентом достоверности может быть описана параболой e' (e'') = aW2 +bW +c, где a, b, c - эмпирические коэффициенты, что обусловлено релаксацией поляризации различных категорий связанной воды в электромагнитном поле. В массивах глинистых грунтов вода находится, в основном, в связанном состоянии, это приводит к уменьшению скорости прохождения э/м волн, и толщи глинистых грунтов становятся экранами, снижая информативность геологических разрезов при интерпретации георадарных исследований. Рассчитана частотная зависимость диэлектрической проницаемости от влажности различных литологических типов дисперсных грунтов.
Получены расчетные уравнения зависимости величины диэлектрической проницаемости и потерь глинистых грунтов при различных величинах поглощения тяжелых металлов меди, цинка, марганца по изотерме сорбции Ленгмюра. При нахождении тяжелых металлов преимущественно в обменно-сорбированной форме в глинистых техногенных грунтах диэлектрическая проницаемость будет соответствовать ряду: Cu > Zn > Mn и определяется соотношением диэлектрической проницаемости пары Fe-Me . Составлен прогнозный ряд по диэлектрической проницаемости для наиболее встречаемых катионов металлов, находящихся в обменном комплексе глинистых грунтов: Mn > Pb > Fe > Сd > Zn > Mg >Н > Na > Ca > Cu. Для выделенных металлов, эта зависимость подтверждена экспериментально.
|
