Роль трансформации нефтяного загрязнения в изменении свойств грунтов слоев сезонного оттаивания и сезонного промерзания

Глава 6. Результаты экспериментальных исследований акустических и электрических свойств грунтов.

Из всего комплекса геофизических методов основными при исследовании мерзлых и промерзающих пород являются электрические и сейсмоакустические. Поэтому с практической точки зрения возможность прогнозирования поведения одних физических свойств загрязненных грунтов по другим свойствам является весьма перспективной.

При начальном загрязнении нефтью: с увеличением процентного содержания нефти значения скоростей продольных волн для грунтов в исследуемом диапазоне влажности и плотности уменьшаются. Влияние нефтяного загрязнения на скорости прохождения продольных волн наиболее выражено в мерзлых грунтах, так как V_p нефти меньше скорости продольных волн во льду. В талом состоянии различие между скоростями в чистых и загрязненных образцах не столь существенное ввиду близких значений V_p в воде и нефти.

УЭС и скорость продольных волн в местах однократных проливов в талых и мерзлых грунтах уменьшаются при увеличении степени загрязнения нефтью и длительности трансформации нефтяного загрязнения. За 3 года трансформации нефти наибольшие относительные изменения скорости продольных волн выявлены в супеси. Через 5 лет трансформации выявлены приблизительно одинаковые изменения в скоростях продольных волн и УЭС как в супеси, так и в суглинке. Значения V_p через 5 лет после загрязнения даже при небольшой степени загрязнения нефтью (0,3 %) ниже, чем при начальном загрязнении (рис. 6).

В грунте, слагавшем дно нефтяного амбара, отмечены наименьшие значения УЭС. Для скорости прохождения продольных волн в этих же грунтах зафиксированы не столь значительные изменения, по сравнению с незагрязненными грунтами.

Для исследуемых грунтов получено уменьшение отношения V_м/V_т с увеличением степени нефтяного загрязнения. С увеличением длительности преобразования нефти исследуемое отношение снижается сильнее; нефть оказывает большее влияние на скоростные характеристики грунта в мерзлом состоянии, чем в талом. Отношение π_м/π_т изменяется незначительно, нефтяное загрязнение оказывает почти одинаковое влияние на УЭС мерзлых и талых грунтов.

Для выявления роли трансформации нефтяного загрязнения были рассчитаны относительные изменения исследуемых характеристик нефтезагрязненных грунтов по отношению к таковым для незагрязненных. Совместное рассмотрение изменений исследуемых физических свойств и состава нефти выявило, что они взаимосвязаны между собой и с длительностью трансформации нефти (рис. 7). Причины изменений исследуемых свойств различны.

Уменьшение коэффициента теплопроводности связано с добавлением низкотеплопроводного компонента (по отношению к другим компонентам грунта: воде, минеральному скелету, льду), теплопроводность которого снижается с увеличением длительности трансформации, с изменением толщины, расположения и состава нефтяной пленки в нефтезагрязненном грунте в результате трансформации и с некоторым разуплотнением грунта. Снижение электрического сопротивления дисперсных грунтов, как в талом, так и в мерзлом состоянии, в исследуемом диапазоне загрязнения нефтью и длительности ее трансформации связано с появлением в поровом растворе грунта органических и неорганических кислот, обладающих высокой электропроводностью. Для выявления причин снижения скоростей продольных волн в мерзлых нефтезагрязненных грунтах необходимо исследовать акустические свойства продуктов трансформации нефти при отрицательных температурах.

Через 5 лет трансформации нефти для суглинков и супесей выявлено увеличение содержания асфальтенов в 7 и 2,5 раза, соответственно, и зафиксировано уменьшение значений λ, V и λ на 30-50%. Наибольшие относительные изменения среди всех исследованных характеристик получены для скорости продольных волн.