глубинный геодезический репер

Формула изобретения

Глубинный геодезический репер, содержащий металлическую трубу с индексом на верхнем конце, закрепленную в забое скважины и проходящую вблизи ее осевой линии без механического контакта со стенками, отличающийся тем, что скважина гидроизолирована и заполнена водой до уровня, выше верхнего конца трубы, труба изготовлена в виде полого цилиндра из материала с малым коэффициентом теплового расширения, например из инвара, а ее геометрические размеры подобраны так, чтобы отношение массы трубы к ее объему равнялось плотности воды.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области геодинамических наблюдений и может быть использовано в качестве опорных знаков при регистрации современных движений земной коры.

Наиболее распространены в практике геодинамических наблюдений (геодезических, деформационных) наземные репера (грунтовые, стенные, скальные). Их общий недостаток - подверженность влиянию экзогенных (нетектонических) факторов (температура, атмосферное давление, влажность, уровень грунтовых вод и т.п.) (Лилиенберг Д.А. и др. Инженерно-геоморфологическое обследование устойчивости геодезических знаков на линиях повторного нивелирования в Средней Азии. - В кн.: современные движения и деформации земной коры на геодинамических полигонах. М.: Наука, 1983, с.138-142).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является глубинный геодезический репер, содержащий металлическую трубу, закрепленную в забое вертикальной скважины и проходящую вблизи ее осевой линии без механического контакта со стенками (Буланже Ю.Д., Богданов В.И., Савицкий Л.А., Ящук С.Д. Глубинные скважинные реперные системы при геодинамических исследованиях. // Тез. Докл. Симпоз. КАПГ. Воронеж: Комитет, 1988). Однако они неустойчивы к неизбежным отклонениям оси скважины от вертикали и к горизонтальным ускорениям сейсмотектонического происхождения, поэтому используются преимущественно для регистрации вертикальных движений земной коры.

Предлагаемый глубинный геодезический репер (ГГР) представляет собой металлическую трубу нулевой плавучести, закрепленную в забое гидроизолированной водонаполненной скважины и проходящую вблизи ее осевой линии без механического контакта со стенками. Благодаря этому локальные движения приповерхностных слоев земной коры, содержащие помимо тектонических также экзогенные составляющие, не влияют на положение репера. Для обеспечения нулевой плавучести параметры репера подобраны так, чтобы отношение его массы к объему равнялось плотности заполняющей скважину воды. При этом любые действующие на него поперечные гравиинерциальные силы уравновешиваются противонаправленными гидростатическими (архимедовыми) силами, т.е. на репер не действует никаких изгибающих усилий и его верхний конец, выходящий к измерительным приборам (в траншею с деформографами и гидронивелирами или на дневную поверхность для геодезических наблюдений), в реальном масштабе повторяет движения породы в месте закрепления в скважине его нижнего конца. Сама труба служит одновременно эталоном длины вертикального штангового экстензометра, поэтому изготовлена из металла с малым коэффициентом теплового расширения, например из инвара, и снабжена прецизионным измерителем вертикальных движений относительно поверхностного репера, связанного с обсадной трубой в устье скважины.

На чертеже изображен вертикальный разрез ГГР.

Полая инварная труба нулевой плавучести 2 закреплена в забое гидроизолированной скважины 1, заполненной водой 3, и проходит вблизи ее осевой линии без механического контакта со стенками. Верхний конец трубы 4 снабжен индексом и выходит в траншею с деформографами и гидронивелирами и/или на дневную поверхность (для геодезических наблюдений). Для одновременной регистрации вертикальных деформаций пород в устье скважины дополнительно установлен емкостный преобразователь вертикальных перемещений верхнего конца репера (не показан).

Предложенным глубинным репером может быть оборудована в принципе скважина с любым углом отклонения от вертикали. В этом его несомненное достоинство. Однако существенным недостатком этого репера является накладываемые влиянием локальных наклонов ограничения на точность регистрации горизонтальных деформаций. Так, при глубине заложения репера ˜100 м локальные наклоны породы в месте его закрепления в ˜±1 угл.сек. могут имитировать горизонтальные движения репера порядка ±0,5 мм. Это означает, что для обеспечения систематической погрешности регистрации деформаций на уровне не выше ±10^-8 при базе экстензометра ˜100 м локальные наклоны репера должны контролироваться с точностью ±2·10^-3 угл.сек., что нетрудно осуществить, установив в скважину наклономер.

Использование предлагаемого ГГР устраняет метеовоздействия на базы и постаменты измерительных приборов (деформографов, гидронивелиров), избавляя от необходимости размещения их в глубоких подземных выработках, и тем самым устраняет также искажения деформационного поля за счет эффекта полости, т.е. существенно улучшает как метрологические, так и экономические характеристики деформационных станций. Использование репера в повторных геодезических наблюдениях с помощью теодолитов, а также в глобальных системах позиционирования GPS и ГЛОНАСС, может существенно повысить точность регистрации крупномасштабных движений земной коры.