0
Экологический клуб
 
"STENUS"
 
 
 
Калужский краеведческий Интернет-портал


 
Андреев М. А., Зайцев Д. А., Модин И.Н., Паленов А. Ю.   Геофизические исследования на озере Тишь   / /   Природа и история Поугорья. Выпуск 5.     Калуга:   Издательство научной литературы Н.Ф. Бочкаревой   -   2009 C. 24-28.


М.А. Андреев, Д.А. Зайцев, И.Н. Модин, А.Ю. Паленов

Геофизические исследования на озере Тишь

Озеро Тишь – самое большое пойменное озеро национального парка «Угра» – расположено на левом берегу р. Оки, в пределах широкой долины примерно посередине между г. Калугой и устьем р. Жиздры. Ширина озера достигает 100 м, а его длина – 2,5 км. Акватория озера вытянута вдоль высокого коренного берега Оки, живое русло которой в настоящий момент отошло от него примерно на 3–4 км к востоку.

С целью исследования строения верхней части геологического разреза до глубины 10–15 м и изучения особенностей строения самой водной толщи на акватории озера выполнены геофизические работы. Для решения поставленных задач были использованы следующие геофизические методы:

  • георадиолокация с аппаратурой «ОКО-2» с экранированными антеннами 250 МГц;

  • непрерывные акваторные электрические зондирования с плавающей «косой» длиной 90 м;

  • съемка стационарного магнитного поля земли с помощью магнитометра POS-2.

Все виды геофизических съемок сопровождались фиксацией положения датчиков с помощью системы спутниковой навигации. Точность позиционирования результатов наблюдения составляет 3–5 м. Измерения проводились дважды: первый профиль тяготел к левому, западному, берегу озера; второй проходил ближе к правому берегу. Поэтому результаты по двум проходам имеют отличия. Работы выполнены в движении с помощью легких надувных лодок. Основная часть измерений проведена в начале лета 2009 г. В течение нескольких лет, предшествующих работам, пойма реки Ока не заливалась паводковыми водами, поэтому все результаты, изложенные ниже, соответствуют сегодняшней ситуации, при которой не происходит ежегодного обновления водоема.

Описание методов исследования

Георадиолокация – сравнительно новый промышленный метод геофизики, основанный на регистрации и изучении эхо-сигнала короткого высокочастотного электромагнитного импульса, отражаемого от дна водоема и физических границ, которые имеют контраст по диэлектрической проницаемости и удельному электрическому сопротивлению. Скорость распространения электромагнитного импульса зависит от относительной диэлектрической проницаемости , где v – скорость электромагнитного сигнала в среде, с – скорость света в вакууме, отн – относительная диэлектрическая проницаемость. Скорость электромагнитного сигнала в среде всегда меньше скорости света в вакууме. Например, так как отн воды равна 81, то скорость электромагнитных волн в этой среде составляет 3,3 см/нс. Скорость в илах, как правило, не выше 4–4,5 см/нс. Влагонасыщенные пески будут имеет скорость порядка 10 см/нс. Несмотря на очень высокие скорости процессов распространения электромагнитных волн, современные георадары обеспечивают качественный прием отражений, начиная с глубин порядка 50 см и более. В нашем случае развертка времени принимаемого сигнала составляла 400 нс, что обеспечивало максимальную глубинность отраженных от дна сигналов (6,4 м). На полученных георадарограммах все наблюдаемые границы разделяются на два типа: субгоризонтальные и изогнутые концами вниз типа гипербол. В первом случае мы фиксируем обычные спокойные границы слоистого разреза. Во втором наблюдаются отражения от дифрагирующих объектов, которые в геометрическом отношении представляют собой неоднородности разреза. В нашей ситуации чаще всего это крупные камни и валуны, размером от 30–50 см до нескольких метров в диаметре.

Непрерывные электрические акваторные зондирования (НАЗ) – новейшая модификация электрических зондирований на постоянном токе, разработанная в лаборатории малоглубинной электроразведки геологического факультета МГУ. Технология НАЗ предусматривает использование одного низкочастотного генератора тока, многоканального измерителя и плавающей электроразведочной «косы». Рабочая комплектация станции включает генератор АСТРА и восьмиканальный измеритель ИМВП-8, а также устройства позиционирования для привязки получаемых данных со станции к координатам местности в реальном времени. При низком уровне помех мы можем получить до 5 независимых кривых на восьми разносах в секунду, т. к. и генерация и прием сигнала осуществляется в реальном времени без задержек и пауз за счет отсутствия коммутации линий АВ и MN (рис. 1).

В методе НАЗ в качестве рабочей установки используется инверсная асимметричная установка Шлюмберже, в которой в центре «косы» расположен питающий диполь, а множество пар приемных линий расходятся от центра к периферии. При этом для всех этих пар один из электродов является общим и унесен дальше от центра «косы» на расстояние максимального разноса.


Рис.1. Схема акваторной электроразведочной установки.

МИ – многоканальный измеритель, Г – генератор тока.


Магниторазведка – метод, основанный на регистрации и изучении стационарного магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли имеет две составляющие: фоновое поле глобального магнитного источника внутри Земли и аномальное поле, связанное с магнитоактивными телами, которые имеют различия в содержании магнетита. Магнитоактивными объектами могут быть различные горные породы, железные руды, археологические объекты и предметы, изготовленные человеком.

Результаты

Результаты георадиолокации показали, что средняя глубина озера составляет 2–3 м. Однако примерно половина акватории имеет глубину свыше 4–5 м. В северной части в ряде мест глубина озера превышает возможности фиксации дна с помощью радара (при этом глубина водоема превышает 6.4 м). Заранее оговоримся, что такая благоприятная ситуация возможна только за счет того, что удельное электрическое сопротивление воды составляет порядка 70 Омм. Это обусловлено низкой минерализацией воды, на уровне 15 г/л. Интересно, что самая верхняя часть воды до глубины около 1 м обладает еще большим сопротивлением – порядка 100–120 Омм. Объяснить такую ситуацию можно лишь слабым перемешиванием воды, которая в основном попадает в водоем сверху в виде ультрапресных поверхностных осадков, а снизу в виде грунтовых вод, которые могут иметь повышенную минерализацию.

Три типичных фрагмента георадарограмм показаны на рис. 2. Первый фрагмент (рис. 2А) демонстрирует разрастание водорослей на глубине порядка 2 м. Водоросли образуют полупрозрачную шапку вокруг поднятия, где больше света и благоприятные условия для газообмена. Слева в понижении видны многочисленные точки дифракции от грубообломочного материала, слагающего дно. На рисунке 2Б показан фрагмент дна, который сплошь состоит из валунно-галечного материала. При этом поверхность дна неровная, а точки дифракции занимают практически всю нижнюю часть плоскости разреза. На рис. 2В видно, что иловые отложения облегают выступающие поверхности дна. Максимальная мощность осадков над твердым минеральным дном составляет 0,6–0,7 м. При этом осадки можно разделить на две категории: первая – гелеобразная иловая субстанция, которая фиксируется слабыми отражениями падающей волны; вторая – более плотная, может содержать даже камни. Подстилается дно песчано-валунно-галечным грунтом, в котором возникают множественные точки дифракции.


Рис.2. Типичные георадарограммы оз. Тишь. А – водоросли; Б – валунно-гравийный грунт; В – увеличение мощности илов, заполняющих впадины.


На рис. 3 показан разрез кажущегося сопротивления и геоэлектрический разрез, полученный как результат двумерной инверсии с помощью программы Res2DInv. В целом разрез можно считать двухслойный. Первый слой – вода, которая имеет мощность от одного до 3–4 м. Дно имеет высокие сопротивления, что полностью подтверждает данные георадарных зондирований. В соответствии с результатами этих исследований можно утверждать, что большая часть дна представляет из себя развал плохосортированного грубообломочного материала, который, на наш взгляд, образовался как результат сепарации грунта, ранее слагавшего борт долины Оки. В наше время видно, как с левого крутого берега долины сползают огромные глыбы. Река могла унести легкий материал, а крупные валуны постепенно накапливались. По характеру записи отчетливо видно, что впадины заполняются по-разному: часть их заполнена проводящими илами (ПК 100, ПК 900, ПК 2300), некоторые имеют твердое минеральное дно (ПК 500).


Рис.3. Результаты НАЗ для северо-восточной части озера. Сверху – разрез кажущегося сопротивления. Внизу – геоэлектрический разрез как результат 2D – инверсии.


Результаты съемки магнитного поля (рис. 4) показали, что озеро находится в пределах большой региональной аномалии, которая указывает на крупный интрузивный массив, расположенный северо-восточнее участка работ. После удаления фона выявлена аномалия, расположенная в средней части озера. Линейный размер аномалии порядка 800 м. Магнитоактивное тело расположено на глубине 100–200 м и имеет горизонтальные размеры около 300–400 м. Отмечаются многочисленные приповерхностные аномалии. Гораздо больше их обнаружено по левому берегу, где расположена д. Желохово. Кроме этого, выявлены две достаточно сильные аномалии, которые «проявились» по двум проходам, и их размеры составляют порядка 70–100 м. Это указывает на мощные источники аномального магнитного поля на глубине.

Рис.4. Аномальное магнитное поле на акватории озера.




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