0
Экологический клуб
 
"STENUS"
 
 
 
Калужский краеведческий Интернет-портал


 
Бобачев А. А., Ерохин С. А., Кужелев Р. П., Модин И. Н.   Строение покровных отложений Александровского плато по результатам геофизических исследований   / /   Природа и история Поугорья. Выпуск 5.     Калуга:   Издательство научной литературы Н.Ф. Бочкаревой   -   2009 C. 7-11.


Бобачев А.А., Ерохин С.А., Кужелев Р.П., Модин И.Н.


Строение покровных отложений
Александровского плато
по результатам геофизических исследований


На территории Александровского плато (Угорский участок НП «Угра» в Юхновском районе Калужской области) были проведены геофизические исследования методами электротомографии (ЭТ) и георадиолокации (ГРЛ). Работы выполнены с целью изучения геологического строения северо-западной части Александровского плато и левого борта долины р. Вори. Преследовалась цель с максимально высокой точностью проследить нижнюю границу рыхлых отложений (песков) и составить структурную геолого-геофизическую схему по данному участку. По данным электротомографии, подошва песков в местах развития максимальной мощности расположена на глубине около 5–6 м.

Выполненная интерпретация основывалась на следующих фактах:

  • максимальная глубинность георадара, при удельном сопротивлении песков более 1500 Омм и менее 100 Омм в водонасыщенных глинах, при центральной частоте прибора 250 Гц, должна составлять 5–7 м;

  • глубинность электротомографии при максимальном разносе АО 100 м равна 30–40 м;

  • мощность рыхлых четвертичных ледниковых и аллювиальных отложений, по данным бурения на Александровском плато, составляет около 20 м, при этом ниже расположена толща чередования известняков и глин каменноугольного возраста;

  • верхний слой ледниковых отложений представлен флювиогляциальными песками и валунно-галечным материалом.

Таким образом, комплексирование результатов двух методов рассчитано на получение непрерывного и детального геолого-геофизического разреза практически от поверхности земли до глубин в несколько десятков метров.

Методика и аппаратура. Проведение исследований методом электротомографии осуществлялось с шагом 1 и 5 м [1]. Использовалась аппаратура Syscal-Pro (IRIS, Франция) – многоканальный (10 каналов) и многоэлектродный (98 электродов) аппаратурный комплекс COM-64. Напряжение в питающих линиях АВ составляло 200–400 В. Входное сопротивление измерительных каналов в аппаратуре Syscal-Pro составляет 100 МОм, что обеспечивает высокое качество измеряемых сигналов даже в условиях мерзлого грунта. При регистрации сигналов использовалось накопление. Разносы АО при шаге 5 м достигали 260 м (глубинность исследования составляла примерно 100 м), а при шаге 1 м – до 50 м. При увеличении разноса для повышения сигнала в приемных каналах последовательно использовались три разные длины MN. Исследования проводились с применением различных установок – комбинированной трехэлектродной установкой Шлюмберже, симметричной четырехэлектродной установкой Шлюмберже, а также с асимметричной четырехэлектродной установкой. На рис.1 показаны результаты электротомографии по профилю наблюдений. Качественный анализ данных интерпретации ЭТ показывает, что в центральной части профиля до глубин 60–70 м отсутствуют известняки. Обнаруженный эрозионный врез последовательно снизу вверх заполнен суглинками мощностью 20–30 м (удельное сопротивление порядка 35 Омм), песками максимальной мощности порядка 15 м (сопротивление 1000–1500 Омм), суглинками и песками общей мощностью 10 м.



Рис.1. Результаты инверсии глубинной электротомографии по профилю вдоль левого берега реки Вори на Александровском плато.


Георадиолокационные измерения проводились с георадаром «ОКО-2» (ЛОГИС, г. Раменское) с антенным блоком 250 МГц. Выполнение зондирований выполнено с шагом между трассами 10 см, при этом использовалось 16 накоплений на трассу. Это позволило рассчитывать на повышенную помехоустойчивость результатов. При регистрации использовали развертку в 200 нс. Последняя цифра была выбрана исходя из предварительной оценки скорости распространения волн в толщах сухих или маловлажных песков (12–18 см/нс) и ожидаемой максимальной глубины обнаружения границ (5–6 м). При этом максимальная длительность записи отраженных сигналов не превышала 100 нс. Длина каждого профиля непрерывных измерений составляла 100 м, что исключало возможность накопления ошибки в привязке профилей наблюдений. Измерения координат проводились с помощью GPS приемника, что обеспечило точность привязки в пределах 3 м. Расстояния между пикетами дополнительно контролировались с помощью одометра, вмонтированного в георадар. В итоге была отснята площадь, покрывающая северную часть Александровского плато размером 900х100 м. Шаг между поперечными профилями был равен 100 м. Северная магистраль проходила практически по профилю электротомографии.

Результаты

При интерпретации данных ГРЛ [2] выполнены следующие действия. С использованием многочисленных точек дифракции (порядка 240) выполнен скоростной анализ и определена относительная диэлектрическая проницаемость песков в зависимости от глубины; получена зависимость скорости от времени V = 0,185·t-0.16 (t – время пробега в одну сторону) и главная зависимость – глубины отражающих границ от двойного времени пробега H = 7,5 T – 0.0175Т2, где T – время двойного пробега (рис. 2). Таким образом, скорость слабо убывает с глубиной, ее максимальная величина достигает на малой глубине в сухих песках 0,19 м /нс, на глубине порядка 6 м скорость убывает до 0,09 м/нс, что соответствует влажным пескам.



Рис.2. Зависимость глубины дифрагирующего объекта от двойного времени пробега электромагнитной волны.


На следующем этапе был выполнен пересчет пропикированных, временных границ, расположенных в песках, в глубинные границы.


Как видим из сопоставления независимой интерпретации ГРЛ и ЭТ (рис. 3), результаты показывают удовлетворительно сходные разрезы.


Рис.3. Сопоставление результатов малоглубинной электротомографии и георадиолокационной съемки. А – геоэлектрический разрез (верхняя часть рис.1) с наложенными георадиолокационными границами. Б – радарограмма с пропикированными границами.


На рисунке 3А мы видим глубинный геоэлектрический разрез. Красными и теплыми цветами выделяются зоны развития песков. Коричневые цвета соответствуют грубообломочному, плохо сортированному и высокоомному материалу. Этот слой на радарограммах насыщен большим числом точек дифракции. Голубые и синие тона на электротомографическом разрезе соответствуют моренным суглинкам. ЭТ и радиолокационный разрезы (рис. 3Б) указывают на наличие врезов, заполненных флювиогляциальными песками. Глубина врезов составляет порядка 3–6 м. Между врезами отмечаются зоны сильного поглощения радиолокационных сигналов, которые соответствуют суглинкам. Таким образом, подошва песков с помощью георадара просматривается до кровли суглинков.

Анализ данных электротомографии привел к необходимости выполнения контрольного бурения. Результаты геологического бурения, выполненного фирмой «Северо-запад» летом 2009 г., показали, что в местах максимального развития поверхностных песков, там, где прогнозировалось переуглубление в кровле известняков, они действительно отсутствуют до глубины 25 м. В то время как на соседних участках плато известняки расположены на глубине не более 18–20 м (рис. 4, скв.5-09 и 4-09). На основе этого можно сделать вывод о том, что современный достаточно гладкий ландшафт поверхности плато является результатом недавних аккумулятивных геологических процессов, которые сильно сгладили палеодолину р. Вори, которая фактически очень сильно вдается в Александровское плато. Эта палеодолина является естественным продолжением современной излучины р. Вори.

В заключении можно отметить, что комплексирование георадара и электротомографии в условиях высокоомных разрезов (удельное сопротивление больше 200–300 Омм) позволяет получить детальный геологический разрез практически от поверхности земли до глубин порядка 80–100 м. Северная часть Александровского плато является классическим объектом для демонстрации высокой эффективности геофизических методов при решении инженерно-геологических задач. Выполненные геолого-геофизические исследования позволяют сделать вывод о том, что кровля каменноугольных известняков на Александровском плато имеет большие перепады, которые могут составлять более 8–10 м.


Рис. 4. Скважины геологического бурения 2009 г. Положение скважин на профиле электротомографии и георадиолокации показано на рис.3.



Литература

  1. Бобачев А. А., Горбунов А.А., Модин И.Н., Шевнин В.А. Электротомография методом сопротивления и вызванной поляризации // Приборы и системы разведочной геофизики. 2006. №2. С.14–17.

  2. Старовойтов А. В. Интерпретация георадиолокационных данных. М.: Изд. МГУ, 2008. 187 с.




Скачать.rar



Сайт создан при поддержке РОССИЙСКОГО ГУМАНИТАРНОГО НАУЧНОГО ФОНДА проект № 09-06-59610 а/Ц "Создание экологического Интернет-портала, как регионального компонента экологического образования"; № 10-06-59629 а/Ц"Создание региональной экологической Интернет-библиотеки"


© Авторы статей