Методика применения электротомографии при поиске подземных вод в условиях распространения многолетнемерзлых пород на примере Бодайбинского района Иркутской области

В настоящее время в связи с растущим спросом на новые объекты водоснабжения возникает необходимость поиска новых источников подземных вод. Поскольку бурение скважин отличается высокой стоимостью и имеет экологические риски, актуальным становится применение геофизических методов, в частности электроразведки. Электротомография позволяет детально изучить геологическое строение и свойства водоносных горизонтов, однако четкие рекомендации для проведения электротомографических исследований при поиске подземных вод в различных геологических условиях отсутствуют. Для повышения точности и эффективности геофизических работ предлагается выполнение математического моделирования данных электротомографии, позволяющего оценить чувствительность метода и возможные ошибки измерений, а также обеспечить наиболее точные результаты. Целью проведенного исследования являлось формирование оптимальной методики поиска подземных вод посредством электротомографии в условиях распространения многолетнемерзлых пород в Бодайбинском районе, включающей рассмотрение возможных условий залегания подземных вод и математическое моделирование для оценки влияния мерзлых пород на полученные данные. Численное моделирование подтвердило эффективность использования указанного метода в районах, осложненных многолетнемерзлыми породами. Обводненные трещиноватые зоны, характеризующиеся пониженными значениями удельного электрического сопротивления, надежно    идентифицировались на всех полученных данных моделирования. Результаты решения прямых и обратных задач электроразведки, сопоставленные с данными производственных работ 2020 г. в Республике Бурятии и 2022 г. в Иркутской области, показали, что электротомографические исследования, успешно подтвержденные бурением, позволяют с высокой достоверностью выделить продуктивный обводненный горизонт.

1. Шкиря М.С., Ланкин Ю.К., Терешкин С.А., Лазурченко А.В., Давыденко Ю.А. Применение наземных геофизических исследований методом электротомографии в составе инженерно-геологических изысканий подтапливаемой территории одного из жилых районов г. Иркутска // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333. №. 11. С. 160–170. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/11/3766. EDN: EKMNKE.

2. Thiagarajan S., Rai S.N., Kumar D., Manglik A. Delineation of groundwater resources using electrical resistivity tomography // Arabian Journal of Geosciences. 2018. Vol. 11. Iss. 9. P. 1–16. https://doi.org/10.1007/s12517-018-3562-y.

3. Санчаа А.М., Фаге А.Н., Шемелина О.В. Применение метода электротомографии для поиска водоносных горизонтов в геологических условиях восточной части Новосибирской области // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2019. № 10. С. 90–105. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-10-0-90-105. EDN: RFYERA.

4. Kumar D., Rao V.A., Sarma V.S. Hydrogeological and geophysical study for deeper groundwater resource in quartzitic hard rock ridge region from 2D resistivity data // Journal of Earth System Science. 2014. Vol. 123. Iss. 3. P. 531–543. https://doi.org/10.1007/s12040-014-0408-1.

5. Белова А.Ю., Башкеев А.С., Давыденко Ю.А., Зайцев С.В., Ольховский И.В., Гулин В.Д. Оценка чувствительности электроразведочных БПЛА-систем для решения инженерно-геологических задач // Инженерная и рудная геофизика 2023: сб. материалов 19-й науч.-практ. конф. и выставки (г. Санкт-Петербург, 15–19 мая 2023 г.). СПб.: Изд-во ООО «ЕАГЕ Геомодель», 2023. С. 485–491. EDN: MZOBOV

6. Бурденко А.А., Бобачев А.А. Трехмерное моделирование электрических полей от тел произвольной формы методом интегральных уравнений // Геоевразия-2024. Геологоразведочные технологии: наука и бизнес: сб. трудов VII Междунар. геол.-геофиз. конф. (г. Москва, 12–14 марта 2024 г.). Тверь: Изд-во ООО «ПолиПРЕСС», 2024. С. 297–300. EDN: BZIHLY.

7. Башкеев А.С. Трофимов И.В., Бухалов С.В., Давыденко Ю.А., Паршин А.В., Прохоров Д.А. [и др.]. Оценка чувствительности технологии БПЛА-МПП с двумя вариантами генераторного контура (петля и линия) на примере объектов палеодолинного типа // Инженерная и рудная геофизика 2023: сб. материалов 19-й науч.-практ. конф. и выставки (г. Санкт-Петербург, 15–19 мая 2023 г.). СПб: СПб.: Изд-во ООО «ЕАГЕ Геомодель», 2023. С. 492–500. EDN: CRXZCF.

8. Ткачук В.Г., Иванилова Р.Ф., Иванов И.Н. Гидрогеология СССР. Т. XIX. Иркутская область. М.: Недра, 1968. 496 с.

9. Шевченко В.К., Лахтина О.В., Хазанов В.С., Труш Н.И., Боярский О.Г., Максимова Л.Н. [и др.]. Геокриология СССР. Горные страны юга СССР. М.: Недра, 1989. 358 с.

10. Tso C.H.M., Kuras O., Willkinson P.B., Uhlemann S., Chambers J.E., Meldrum Ph.I., et al. Improved characterisation and modelling of measurement errors in electrical resistivity tomography (ERT) surveys // Journal of Applied Geophysics. 2017. Vol. 146. P. 103–119. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2017.09.009.

11. Рыскин М.И. Физико-геологическое моделирование как основа геологической интерпретации комплекса геофизических данных // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия «Науки о Земле». 2014. Т. 14. № 1. С. 87–96. EDN: TBRYRV.

12. Alshehri F., Abdelrahman K. Groundwater resources exploration of Harrat Khaybar area, northwest Saudi Arabia, using electrical resistivity tomography // Journal of King Saud University – Science. 2021. Vol. 33. Iss. 5. P. 101468. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2021.101468.

13. Куликов В.А., Бобачев А.А., Яковлев А.Г. Применение электротомографии при решении рудных задач до глубин 300–400 м // Геофизика. 2014. № 2. С. 39–46. EDN: SECXBL.

14. Ducut Ju.D., Alipio M., Go Ph.J., Concepcion II R., Vicerra R.R., Bandala A., et. al. A review of electrical resistivity tomography applications in underground imaging and object detection // Displays. 2022. Vol. 73. P. 102208. https://doi.org/10.1016/j.displa.2022.102208.

15. Constable S.C., Parker R.L., Constable C.G. Occam’s inversion: a practical algorithm for generating smooth models from electromagnetic sounding data // Geophysics. 1987. Vol. 52. Iss. 3. P. 289–300. https://doi.org/10.1190/1.1442303.

16. Portniaguine O., Zhdanov M.S. Focusing geophysical inversion images // Geophysics. 1999. Vol. 64. Iss. 3. P. 874–887. https://doi.org/10.1190/1.1444596.

17. Marquardt D.W. An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters // Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics. 1963. Vol. 11. Iss. 2. P. 431–441. https://doi.org/10.1137/0111030.

18. Olayinka A.I., Yaramanci U. Use of block inversion in the 2-D interpretation of apparent re-sistivity data and its comparison with smooth inversion // Journal of Applied Geophysics. 2000. Vol. 45. Iss. 2. P. 63–81. https://doi.org/10.1016/S0926-9851(00)00019-7.

19. Englert A., Kemna A., Zhu J.F., Vanderborght J., Vereecken H., Yeh T.C.J. Comparison of smoothness-constrained and geostatistically based cross-borehole electrical resistivity tomography for characterization of solute tracer plumes // Water Science and Engineering. 2016. Vol. 9. Iss. 4. P. 274–286. https://doi.org/10.1016/j.wse.2017.01.002.

20. Балков Е.В., Панин Г.Л., Манштейн Ю.А., Манштейн А.К., Белобородов В.А. Опыт применения электротомографии в геофизике // Геофизика. 2012. № 6. С. 54–63. EDN: RZDIMJ.

21. Лазурченко А.В., Шойхонова Т.С., Шкиря М.С., Белова А.Ю., Терешкин С.А. Оценка возможности поиска подземных вод методом электротомографии по данным численного моделирования в условиях, осложненных многолетнемерзлыми породами (на примере территории восточной части Республики Бурятия) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2024. Т. 335. № 7. С. 81–95.https://doi.org/10.18799/24131830/2024/7/4348. EDN: OIUUYI.

22. Шойхонова Т.С., Шкиря М.С., Бирюков П.Г., Дунюшин А.А., Башкеев А.С. Инженерно-геофизические исследования методом электротомографии при поиске подземных вод в Бодайбинском районе Иркутской области // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2024. Т. 335. № 6. С. 14–25. https://doi.org/10.18799/24131830/2024/6/4301. EDN: ATZVUU.

23. Ефремова Д.Н., Оленченко В.В., Гореявчева А.А. Двумерная геоэлектрическая модель широтной зональности многолетнемерзлых толщ // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2018. Т. 3. С. 102–107. https://doi.org/10.18303/2618-981X-2018-3-102-107. EDN: PIWRJD.

24. Захаренко В.Н., Краковецкий Ю.К., Парначев В.П., Попов Л.Н. Об электропроводности многолетнемерзлых горных пород // Вестник Томского государственного университета. 2012. № 359. С. 182–187. EDN: OZOSEJ.

25. Аузина Л.И., Ланкин Ю.К. Особенности проведения опытно-фильтрационных исследований в районах развития пластов с двойной пористостью // Науки о Земле и недропользование. 2021. Т. 44. № 2. С. 116–124. https:// doi.org/10.21285/2686-9993-2021-44-2-116-124. EDN: NNSOYJ.

26. Шкиря М.С., Бадминов П.С., Терешкин С.А., Башкеев А.С., Давыденко Ю.А. Роль электротомографии и электромагнитных зондирований в поисково-оценочных работах для водоснабжения Озерного ГОКа // Разведка и охрана недр. 2021. № 12. С. 26–34. EDN: ZFPGZD