Способ изучения динамики тектони-чЕСКиХ НАпРяжЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01V5/00 

(54) СПОСОБ ИЗУЧЕНИЯ ДИНАМИКИ ТЕКТОНИЧЕСКИХ

НАПРЯЖЕНИЙ

I

Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано для прогнозирования землетрясений.

Известен способ изучения динамики тектонических напряжений, основанный на явлении изменения химического состава подземных вод при землетрясениях 1.

Однако этот способ не обладает достаточной точностью, вследствие влияния посторонних эффектов при наблюдении за изменением химического состава подземных вод.

Известен также способ изучения динамики тектонических напряжений, основанный на наблюдении в сейсмических зонах при помощи гидрогеологических скважин за изменением содержания радона в подземных водах, вскрываемых скважинами.

При возникновении тектонических напряжений в массиве пород в очаговой и приочаговой зоне землетрясения происходит повышенное выделение радона и других компонентов из скелета пород в подземные воды. В скелете пород радон образуется за счет радиоактивного распада радия. Для реализации известного способа используются самоизливающиеся скважины, а наблюдение, ведется пассивно - путем регистрации выделений из скелета породы в подземную воду. Количество и скорость выделения радона при этом существенно зависят от содержания в породе радия, генерирующего радой, от ее минералогического состава, структуры и текстуры, а также динамики подземных вод Z.

Однако количество и скорость выделения радона в наблюдательную скважину существенно зависят от геолого-гидрогеологическнх условий и маскируются побочными эффектами, . в результате чего снижается полезный сигнал на порядок и более, в зависимости от места наблюдения, что снижает точность и надежность наблюдений за изменением напряженного состояния пород, а также точность и надежность использования радона в качестве предвестника землетрясения.

Цель изобретения - повышение точности и надежности способа.

Поставленная цель достигается тем, что в затрубное пространство скважины вводят цементный раствор, содержащий добавку радия в количестве, превышающем его содержание в окружающих породах, например на порядок и по изменению скорости выделения радона судят о динамике напряжений в земной к.оре.

Сущность способа заключается в следующем.

Возникающие в массиве напряжения передаются цементному камню и под действием этих напряжений происходит дополнительное, по отнощению к нормальному ненапряженному состоянию, выделение радона, что и служит предвестником готовящегося землетрясения. Цементный раствор вводят любым из известных способов, например через перфорированный участок обсадной колонны. При затвердевании цементного раствора радий оказывается в кристаллической решетке, образующегося при этом цементного камня, который, жестко связывается с окружающим массивом пород, воспринимая возникающие в нем напряжения. Так как содержание радия в цементном камне гораздо больше, чем в породах, и он(цементный камень) находится в непосредственной близости от скважин, то количество и скорость выделения радона в скважину под действием возникающего в породах напряжения намного больше, чемдля скелета породы. Это повышает уровень полезного сигнала, т. е. концентрацию радона в воде, заполняющей скважину, или в воздухе (в сухой скважине), а следовательно, чувствительность и точность.

В цементный раствор вводят радий одной и той же концентрации, что обеспечивает постоянство условий наблюдения, независимо от места заложения скважины и геолого-гидрогеологических условий, следовательно, скорость и количество выделяемого радона при дополнительных тектонических напряжениях в массиве зависят в основном от величины этих напряжений, что повышает надежность определения радона и его использования, как предвестника землетрясений.

Способ осуществляют в нескольких вариантах, отличающихся только методикой регистрации радона: в сухой скважине радон измеряют непосредственно в скважинном воздухе; в неполностью заполненной скважине - непосредственно в воде погружным датчиком или в воздухе над водой; в самоизливающейся (откачиваемой) скважине - на изливе.

В качестве регистраторов радона используют промышленные наземные (например, типа «Радон) или специально разработанные скважинные и погружные эманометры.

.Радий является химическим аналогом кальция, одного из компонентов цементных растворов, а также бария, входящего в состав утяжеленных баритом цементных растворов. Поэтому радий целесообразно вводить в цементный раствор в виде карбоната, который находится в структурной решетке образующегося цементного камня в виде изоморфной к кальцию и барию примеси.

Для повышения эманирующей способности цементного камня цементный раствор приготавливают на основе рецептур пористых бетонов. Раствор, содержащий радий, вводят в затрубное пространство вдоль вбей осадной колонны.

После цементации осадной колонны для соединения внутренней полости скважины с массивом цементного камня, содержащего радий, колонна обсадных труб перфорируется в соответствующих интервалах любым из известных способов.

В связи с тем, что горные породы обладают различными физико-механическими свойствами и по разному реагируют на напряженное состояние массива, в ряде случаев, в зависимости от конкретных геологических условий, на разных глубинах оборудуют несколько интервалов цементного камня, содержащих радий, что возможно при современной технологии бурения. Для этого обсадная колонна перфорируется напротив участков, цементный камень которых содержит радий. Очень важно, что для реализации предлагаемого способа пригодны уже пробуренные и неиспользуемые скважины, оборудованные обсад ными колоннами. При использовании таких скваЖин в геологическом разрезе выбирается интервал предполагаемого контакта цементного камня с горной породой, обсадная колонна в этом интервале перфорируется, а затем в затрубное пространство

5 под давлением через перфорацию вводится цементный, раствор, содержащий радий.

Применение предлагаемого способа исключает влияние неравномерности и малости содержания радия в породах, а также различной эманирующей способности радона породами, повыщает точность и надежность регистрации .радона, выделяющегося под действием напряжений, возникающих в породах и использование радона, как предвестника землетрясений, обеспечивает унификацию наблюдений, что очень важно для организации единства измерений в сетях наблюдения и в комплекте с другими методами повыщает надежность прогноза землетрясения.

Внедрение способа не вызывает технических и технологических затруднений, поскольку технология цементации околоскважинного пространства отработана, а использование радия, имеющего больщой период полураспада (1,5 тыс. лет), обеспе-. чивает введение одной порции на весь срок службы скважины.

56

Формула изобретениящих породах, например на порядок, и по

Способ изучения динамики тектоничес-изменению скорости выделения радона суких напряжений путем отбора проб пласто-дят о динамике напряжений в земно коре,

вого флюида,. измерения в них содержанияИсточники информации,

радона и определения скорости его изме принятые во внимание при экспертизе

нения, отличающийся тем, что, с целью5 1- Диплом на открытие № 129, 1972,

повышения .точности, в затрубное простран- Б И 42 с. 3-4.

ство скважины вводят цементный раствор,2. Уломов В. И. На пути к прогнозу земсодержащий добавку радия в количестве,летрясений, «Земля и Вселенная, 1968,

превышающем его содержание в окружаю-№ 3, с. 23-31 (прототип).

834647