Руководящий технический материал по проведению геодезических работ при изучении влияния техногенных процессов на деформацию земной поверхности

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЙ ГЕОДЕЗИЙ И КАРТОГРАФИИ

ври совете министров ссср

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

ко проведению геодезических работ яря ккучеяии вмякйя тохногояшлс процессов ия дефорияцию кепкой кояерхяоехш

Утвержден ГУГК 3 акрежя I97B г*

ОНТИ ЦНИИГАхК UocKBft Х97в

Рекомендации составлены а геодезическом отделе Центрадьвс-70 научно-исследовательского института геодезии, аэросъемки и картографии взамен "Временный указаний по составлению технических проектов и проведению геодезических работ для изучения

влияния техногенных процессов на территориях эксплуатируемых месторождений газа, нефти и грунтовых вод"* утвержденных ГУГК I ноября I973 г.

После выхода "Временных указаний ..." предприятиями.

1УГК 0шт разработаны проекты я выполнены работы более чем на десяти полигонах по изучению влияния техногенных процессов яа деформацию земной поверхности. Накоплен некоторый опыт* появились дополнительные сведения и требования к геодезическим работам на полигонах.

Составители М.С.Успенский и А.С.Клыш.

© иШШГАкК, 1978

- XI -

2.2, Материалы, представляемые после обработки

Б результате обработки материалов должны быть представлены

а)    схема полигона с нанеселтной на ней зоной месторождения и эксплуатируемых, а также неработающих, скважин, включенных в сеть;

б)    ведомость уравненных значений отметок реперов полигона с указанием реперов, принятых за исходные и обоснованием этого решения;

в)    ведомость изменений отметок реперов за период между двумя нивелированиями (указанные изменения накосятся также на схему полигона);

г)    данные о глубине расположения пьезометрического уровня подземных вод и о величине пластового давления в газ о-нефтеносных слоях на период каждого нивелирования, таблица изменения пьезометрического уровня и пластового давления подземных вод

за тот же период (по годам);

д)    в случае значительных деформаций земной поверхности вследствие техногенных процессов, целесообразно составлять на территорию месторождения схематическую карту оседания (или скоростей оседания) поверхности земли, отражаемого изолиниями равного оседания (или скоростей оседания);

е)    объяснительная записка о выполненной работе. При наличии изменений отметок реперов, свидетельствующих о деформации земной поверхности, должны быть получены от специалистов (гидрогеологов, нефтяников и др.) соображения и денные о возможных причинах указанных изменений и деформаций (связь их с изменением пьезометрического уровня и пластового давления, с переформированием подземных вод и т. д.). Указанные сведения должны быть включены в отчет.

Один экземпляр отчета о проделанной работе на полигоне с вышеуказанными материалами передается для анализа и обобщения в ЦНИИГАиК.

3. СПИСОК ИНСТРУКТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ, НЕОБХОДИМЫХ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ПРОЕКТА ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ИЗМЕРЕНИЙ

I. "Инструкция о построении государственной геодезической сети СССР", 1966 г.

- 12

2,    "Ннсарукщм по нквелировашш I, П, Ш ж 1У класоов", Кедра, 1974 г.

3,    "Инструкция по палигонометрии и трилатерации*, Недра, 1976 г.

4* "Центры и реперы государственной геодеаической сети СССР", Недра, 1973 г.

5,    "Центры геодезических пунктов для территорий городов, поселков и промышленных площадок". Недра, 1972 г.

6,    "О закладке фундаментальных реперов ь зоне многолетней мерзлоты", дополнение п изменение к вышеприведенным инструкциям НТК при СМ СССР от 18 февраля 1976, А I - 224*

7,    "Стенной знак пункта шзлигонометрвдГ, письмо НТК при СМ СССР от 16 мая 1975 г* за № 4 - 139,

8,    "О изготовлений охранной плиты¹', письмо НТК при СМ СССР от 22 апреля 1976 Г. за Л I - 600,

9,    "Инструкция по вычислению нивелировок", Недра, 1971т*

10,    "Указания по вычислению скоростей современных вертикальных движений земной поверхности по материалам повторного нивелирования", ШТИ ЦНИИГАиК, 1974 г*

11,    "Рекомендации по геодезическим работам на геодинами-ческих полигонах". Глава Ш, 1У, Приложения, ШТИ ЦНИИГАиК,

1975 г*

Приложение 2

ГеологичесЕ'.иН профиль проходищиИ чсреэ скиажины 4,77,Т01»9_#ЗЯ

Приложение 4

ТАБЛИЦА изменения величины пластового давления и объема добычи rasa по годам

ДОй I Год | Пластовое давление на конец IДобыча га8ахза п/п j_i    года,    АТА_jгод,млрд, ir

I 1953 223,8 9,0 2 1954 216,0 14,0 3 1955 204,0 17,4 4 1956 191,5 21,1 5 1957 182,0 24,6 6 1958 171,2 27,0 7 1959 161,1 28,3 8 I960 150,7 30,7 9 1961 139,1 30,9 10 IS 52 128,1 31,2 II 1963 114,9 31,1

Начальное пластовое давление, приведенное к средневзвешенном плоскости - 1750 м, Р_п1| • 245,8 АТА.

- 10 -

Приложение 5

Характер понижения пьезометрического уровня в равультаге откачки вод из одиночной скважины

СЮ|

- 20 -

Приложение 7

Воаиожкые форин построения нивелирных полигонов

Условные обоанвчшшя:

О - Ф>«л*т4е1ьгйльнир реперы;    -    нивелирные липка

Ф - еилрние {фУ11лл^^итвЛ1Ьяые) реперы? *-*- - контур месторождения

I. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОША

1.1» Цель исследования

Цель» устройства геодезических полигонов является нзуче-кне смещений геодезичеоких знаков в деформации земной поверхности а& территориях эксплуатируемых месторождений жидких» газообразных и твердых полезных ископаемых (нефти» воды» газа* угли» железных руд и др»).

1.2. Требования к выбору полигонов

При выборе объектов для исследований необходимо руководствоваться следующим*.

а)    выбираемое месторождение должно иметь, по возможности, небольшой срок эксплуатации и обладать мощным нефте-, газо~ и водоносными горизонтами, обеспечивающими разработку месторождения в течение значительного промежутка времени. При выборе месторождений нефти, добыча которой предполагается с закачкой вода, следует стремиться использовать те месторождения, на которых вода для закачки берется из местных подземных горизонтов,

а не из поверхностных баосейнов (рек, озер и т.п.)i

б)    месторождение должно быть обособлено от смежных эксплуатируемых месторождений и располагаться от них на расстоянии не менее 40-50 км с тем, чтобы периферийные опорные геодезические энш'Д полигона не подвергались влиянию разработок смежных-месторождений;

в)    месторождения должны интенсивно эксплуатироваться. Это требование относится особенно ж тем месторождениям подземных вод, которые занимают очень большие территории и имеют на разных уровнях много водоносных горизонтов, часто гидродинамически связанных между собой. Последнее обстоятельство приводит и быстрому восстановлению режима эксплуатируемых подземных вод, Йеля забор воды недостаточно веЛвк. Поэтому для исследований подобного рода целесообразно выбирать городские территории, а также места разработки твердых полезных ископаемых, где обычно откачивается очень большое кшпгество подземных вод. В районах расположения крупных городов исследования откачки грунтовгт вод могут быть приурочены к отдельным городским влн пригородным зонам, где имеет место наиболее интенсивный водозабор и особенно

Ияхеперво геологические изыскан** при закладке фундаментального репера дгл изучения техногенных процессов

Класе    -    I

й репера    -    154?

й иурфа    -    14

Качало работ -    9,06,7?

Окончание работ - 10,05.77

там, где возможен выбор опорных пунктов вне вовв двйотввя техногенных процессов;

г)    территория месторождения должна, по возможности, отвечать условиям удобства выполнения геодезических измерений (в первую очередь нивелирования);

д)    в зонах месторождений нефти следует учитывать, что в результате эксплуатации месторождения уплотнение пластов и оое-дание земной поверхности наиболее значительны при отборе нефти без закачки воды в нефтеносные горизонты, В случае закачки воды (что преобладает в п^актихе работ) уплотнение пластов и оседание земной поверхности резхо уменьшается и даже может наблюдаться поднятие этой поверхности, если в результате задачки вод» пластовое давление возрастает против первоначального;

е)    так как при выработке твердых полезных ископаемых (уголь, железная руда ж др.), занимающих чаще всего ограниченные площади, деформация земной поверхности (прогиб, смещение пластов и т,п.) обычно изучается и учитывается маркшейдерской службой, то в заначу геодезических полигонов, устраиваемых в этих условиях, должно входить главным образом решение вопросов, связанных с оседанием земной поверхности вследствие откачки подэемют вод, понижающей юс уровень далеко ва пределами месторождения твердых полезных ископаемых;

х) выбор объекта для исследований должен производиться при непосредственном и самом широком участии представителей организации, выполняющей работу по добыче полезшие ископаема. Целесообразны предварительные консультации с соответствующими научно-исследовательскими учреждениями (ВШКГАЗ, ВНИИЕГОФТЕГАЗ, ВСЕШГЕО и др.).

1.3. Материалы, характеризующие геологическую и геодезическую изученность месторождения и проектируемого политопа

Перед составлением проекта необходимо получить от оргаюн эацкй, в ведении которых находится месторождение, следущие материалы:

а) схему геологических структур, а также геологический и гидрогеологический разрезы горных пород на территории месторождения, с указанием пластов, содержащих полезные ископаемые (приложение 1,2);

б)    схему расположения, относительно полигона, контра мес

торождения, о указанием на ней эксплуатируемых я неработоздах скважин и глубин их закладки (при очень большом числе скважин на схему наносятся наиболее глубокие из них)    3);

в)    данные о величине начального пластового давления в ео-до-, газе- и нефтеносных слоях и об изменении ©того давления (по годам) по мере откачки полезных ископаемых (приложение 4);

г)    для территорий городов - геологический и гидрогеологический разрезы в зонах водозабора, расположение и глубина водозаборных скважин, контуры водозаборных зон, глубина залегания пьезометрического уровня вод на начальный период эксплуатация и изменение его по годам, глубина и диаметр депрессион-йых воронок (приложение 5);

д)    для районов эксплуатации твердых полезных ископаемых следует, помимо указанного в предыдущем пункте, отметить вид осушительных оисгем, подземной (откачка вод при разработке руд) к поверхностной (о помощью водопонижающих скважин);

е)    должны быть собраны исчерпывающие сведения о государственных и ведомственных высотных (а при некоторых условиях и плановых) геодезических сетях, располагающихся на территории проектируемого полигона и вблизи пего. При атом должны быть выписаны превышения между смежными реперами для всех ранее исполненных нивелировок, пункты которых включены в полигон или привязаны к нему.

1.4. Устройство геодезических полигонов

1.4Л. Методы исследования

Основным методом исследования влияния техногенных процессов на смещение геодезических знаков и колебание земной поверхности является нивелирование по программе П класса. Точность определения превышений нивелированием П класса вполне достаточна для выявления смещений реперов вызванных техногенными процессами. Если по территории полигона проходит чтяя нивелирования I класса, то она включается в полигон и нивелирование ее ведется по программе I класса.

Развитие плановых сетей на территории полигона целесообразно лишь в случаях установления значительных вертикальных

смещений земной поверхности, когда возможны заметные горизонтальные подвижки ее участков. Поскольку такие смещения не всегда могут иметь место и чаогности, налример, в случаях добычи нефти с закачкой воды и др.), то целесообразно вопрос о развитии плановых сетей на полигоне решать после первого повторного нивелирования, из которого будут видны характер и величины оседания земной поверхности.

На территории полигона, где выявлены значительные вертикальные смещения, следует развивать линейную или линейно-угловую сеть со сторонами 1-3 км, при точности угловых измерений не ките I" и при точности определения длин сторон с предельной ошибкой не более I см. На остальной части территории полигона, на базе линейной шгл линейно-угловой сети, развивается угловая сеть (триангуляция) со сторонами 3-5 км и с указанной выше точностью угловых измерений.

При развитии плановых сетей следует, по возможности, использовать пункты прежних как плановых, так и высотных сетей, при атом периферийные пункты плановой сети должны располагаться за пределами зоны возможного действия техногенных процессов.

1.4.2, Форма, размеры нивелирных полигонов (приложение 7)

Геодезические полигоны должны представлять собой систему линий нивелирования Q клаоса, пересекающих месторождение и образующих в пределах его границ несколько замкнутых полигонов с периметром 25-50 км каждый (в зависимости от условий местности и размеров месторождения).

Не менее чем с четырех точек наружного контура общего полигона, примерно совпадающего с контуром месторождения, делают висячие ходи к опорным реперам, закладываемым вне зоны действия техногенных процессов.

В неблагоприятных для нивелирования условиях местности сети могут строиться в виде радиально расположенных ходов нивелирования П класса, прокладываемых от некоторой общей точки, расположенной в центре месторождения, и выходянддаи своими концами за пределы зоны влияния техногенных процессов.

При очень вытянутой форме месторождения полигон, в неблагоприятных условиях местности может состоять из нивелирной ли-

шш и класса, проходящей по продольной оси месторождения и нескольких поперечных линий, секущих примерно под прямым углом продольную линию через 10-20 км. На концах всех этих линий (ва пределами воны действия техногенных процессов) закладываются опорные реперы.

Fa городских территориях полигоны для изучения влияния откачки грунтовых вод должны строиться в виде системы малых замкнутых полигонов, о учетом расположения улиц.

Б целях получения более полной картины смещений земной поверхности цод действием техногенных процессов в пределах месторождений или городов, от основных ходов полигона могут делаться висячие ходы небольшой протяженности 1-2 км, приурочиваемые к участкам о интенсивной эксплуатацией подземных кедр (к местам расположения эксплуатируемых или неработающих скважин я тль).

1.4.3, Рекогносцировка (приложение 8, 9)

Б основу проекта геодезического полигона должны быть положены результаты полевой рекогносцировки, выполняемой обязательно совместно со специалистом в области разработки данного вида полезного ископаемого (гидрогеологом, нефтяником и др.)

Б процессе рекогносцировки корректируется камеральный проект, отыскиваются пункты старых сетей и намечаются места закладки ывых. Особое внимание уделяется выбору мест для закладки опорных реперов, располагающихся на концах висячих ходов за пределами зоны возможного влияния техногенных процессов. Последняя задача, решаемая в основном геологом, является главной, определяющей успех исследования. Дда ее решения должен быть использован весь материал, характеризующий особенности залегания и распространения эксплуатируемых пластов, соотношение величин пластовых давлений в смежных внутриконтурной и законтурной скважинах, ход изменения пластового давления во времени и другие данные. При атом следует исходить из учета возможного радиуса оседания за весь период эксплуатации месторождения (ориентировочно срок эксплуатации газового или нефтяного месторождения средних размеров «ожни принять равным 20-30 годам).

При недостаточности исходных данных расстояние между границей месторождения и опорными реперами на концах висячих хо~

- 8 -

дов, приближенно можно принимать равными не менее нем 6-8 кратной глубине залегания ниыних эксплуатируемых пластов, но во всех случаях не менее 5 тат.

Должна быть предусмотрена привязка к нивелирной сети полигона обсадных труб глубинных неработящих скважин, располагающихся как в зоне месторождения _т так и за ее пределами: (приложение 6). Законтурные скважины, как опорные точки, представляют большую ценность по сравнению оо скважинами, расположенными внутри контура месторождения, в связи с тем, что в процессе эксплуатация последнего может происходить уплотнение пластов с соответствующей деформацией обсадных труб и изменением отметок их верхних частей.

На схеме 1¹еодезического полигона должен быть нанесен контур месторождения, а также расположение эксплуатируемых скважин и неработающих скважин, привязываемых к сети.

Линии полигонов следует, по возможности, совмещать с ранее проложенными линиями нивелирования. При необходимости про-ложеяия новых линий последние должны располагаться вдоль местности путевых магистралей я во всяком случае на местности, благоприятной для нивелирования. Следует также стремиться располагать линии нивелирования вдоль геологических профилей.

1.4.4. Закрепление геодезических пунктов

Закрепление линий нивелирования или дополнительных пунктов, включаемых в полигон, производится реперами; типы которых предусмотрены действующими инструкцюшк. В городах закрепление линий нивелирования, входящих в полигон, должно производиться хах правило, стенными реперами со сферической головкой. Стенные реперы, не отвечающие этим требованиям (с "полочкой" и т.п.), должны лишь привязываться к линиям полигона.

Расстояние между смежными реперами на линиях нивелирования, входящих в полигон, слечует принимать не более 2 км в пределах зоны месторождения и не более 4-5 км на линиях, выходящих за пределы этой зоны. В городах расстояния между смежными реперами не должны превышать 0,5 км.

Фундаментальные реперы закладываются в узлах отдельных полигонов сети, а также на радиальных линиях (при отсутствии

полигонов) с таким расчетом, чтобы расстояние между смежными фундаментальными реперами не превышало 15-20 км. Во всех олу-чаях общее число фундаментальных реперов в зоне место?хкднгяя должно быть яе менее 4, Опорные пункты на концах висячих ходов за пределами месторождения тс.кжв должны закрепляться фуидаа.*еи-тшш репера**, В районах неблагоприятных по грунтовым мерзлотным условиям, а также по условиям увлажнения (северные заболоченные зоны сезонного промерзания, зона островной мерзлоты) на концах висячих ходов закладываются по три опорных репера, на расстоянии 50-100 м один от другого.

Закрепление пунктов триангуляции я лолигонометряи выполняет оя знаками предусмотренными соответствующими инструкцшши.

1.4.5, Время работ

Нивелирование полигонов производится по программе Н класса в наиболее удобное время года. Первое повторное нивелирование выполняется спустя 3-4 года после начального нивелирования. В дальнейшей! периоды между нивелировками устанавливаются в зависимости от скорости вертикальных смещений земной поверхности, выявленных в результате первого повторного нивелирования. При скорости оседания земной поверхности до 2 ш/год интервалы между двумя нивелированиями можно принимать равными не менее 4 лет.

Угловые и линейные измерения также выполняются в удобное гремя года.

1,4,6, Дополнительные данные, получаемые во время геодезических работ

На период каждого нивелирования должны быть получены данные, характеризующие степень понижения между двумя нивелированиями пьезометрического уровня грунтовых вод или пластового давления газа или нефти, а также объем добытых полезных ископаемых за тот же период.

1.4.7. Согласования

Проект геодезического полигона должен быть согласован о организацией, в ведении которой находится месторождение, о ЦНИИГАжК и утвержден ТУГК.

- ю -

Один экземпляр проекта полигона передается в постоянное пользование ЦНЩГАнК для обожания.

2. ОБРАБОТКА МАТКРИАЛОВ

2,1. Определение устойчивости опорных знаков

Обработка результатов первого нивелирования сети полигона заключается в уравнивании этой сети как свободной. Обработка материалов повторного нивелирования выполняется в соответствии о указаниями {приведены нике).

Обработка материалов наблюдений и измерений должна выполняться предприятием после каждого повторного нивелирования. Ввиду трудности надежного установления границ зоны возможного влияния техногенных процессов, для приближенной оценки относительной стабильности периферийных опорных реперов, рекомендуется следующий упрощенный прием. После первого повторного нивелирования полигона вычисляется изменение превышений между каждым периферийным опорным репером и некоторым одним н тем же репером, расположенным в центре месторождения, где осадка земной поверхности обычно более значительна. Если все периферийные опорные реперы незыблемы, то изменение превышений между ними и центральным репером должно иметь одну и ту же величину. При разных значениях этой величины (с учетом возможных ошибок нивелирования) следует считать, что наиболее устойчивым против действия техногенных процессов является тот периферийный репер, для которого указанное вше изменение превышения является наибольшим (исходя из оседания земной поверхности при выработке полезных ископаемых). В таких случаях целесообразно принять наиболее устойчивый периферийный репер за исходный и к нему отнести отметки всех реперов полигона. Помимо описанного упрощенного приема выбора наиболее устойчивого репера .могут быть с той же целью использованы многочисленные излагаемые э литературе способы оценки относительной устойчивости опорных реперов. Бри недостаточной стабильности периферийных опорных реперов или юс части может возникнуть необходимость закладки дополнительных опорных знаков, более удаленных от месторождения.