0
Экологический клуб
 
"STENUS"
 
 
 
Калужский краеведческий Интернет-портал


 
Модин И.Н., Большаков Д.К., Кузнецов С.В., Павлов М.Ю., Зайцев Д.А., Мастюкова Т.С.   Геофизические исследования пойменных озерреки Угры в районе Залидовских лугов   / /   Природа и история Поугорья. Выпуск 4.     Калуга:   ИЦ «Постскриптум»   -   2006 C. 44-51.


И.Н.Модин, Д.К.Большаков, С.В.Кузнецов,

М.Ю.Павлов, Д.А.Зайцев, Т.С.Мастюкова


ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ПОЙМЕННЫХ ОЗЕР РЕКИ УГРЫ В РАЙОНЕ ЗАЛИДОВСКИХ ЛУГОВ


В районе Залидовских лугов на территории национального парка «Угра» в Калужской области в 2004–2005 гг. лаборатория малоглубинной электроразведки кафедры геофизики Геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова выполнила геофизические исследования на двух пойменных озерах Долгом и Старице (рис.1).

Для выявления особенностей гидрогеологического режима и строения верхней части геологического разреза на оз. Долгое (рис.2) вдоль левого берега были выполнены 50 вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ), 8 электрических зондирований с плавающей косой на акватории озера вдоль его оси и георадарные измерения на акватории озера. На оз. Долгое также проведены исследования методом естественного поля (ЕП) вдоль южного берега по урезу воды и по фарватеру выполнены измерения ЕП поля по методике градиента.

На оз. Старица вдоль его юго-западного берега (рис.1) произведено 10 вертикальных электрических зондирований с шагом 100 м, и вдоль того же профиля с шагом 20 м выполнены измерения потенциала естественного поля.

Привязка точек наблюдения выполнялась с помощью прибора спутниковой навигации.

1. Исследования на оз. Долгое

Электрические зондирования. Измерения на берегу выполнены по профилю длиной 1060 м (пк 0 – пк 1060). Профиль ВЭЗ, проходивший в 50 м параллельно южному берегу озера, проложен с северо-востока на юго-запад, имеет видимый излом на пк 540, ориентируя конец профиля на запад. Расстояние между точками зондирования составило 20 м. Электрические зондирования по профилю были выполнены трехэлектродной установкой Шлюмберже. Действующие разносы составили 0,75; 1; 1,5; 2; 2,5; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30 м при длине приемной линии 0,5 м. Объем исследований методом ВЭЗ составил 54 рядовых точки зондирования. Работы проводились на токе 10 мА при рабочей частоте 4,88 Гц.

На акватории оз. Долгое работы методом ВЭЗ выполнены по профилю от пк 800 до пк 350, ориентированному с запада на восток. При этом шаг между точками зондирования был от 40 до 80 м. Для измерения использовалась речная коса со следующими разносами АВ/2: 5,2; 7,2; 10; 13,9; 19,3; 26,8; 37,2 и 52,9 м. Голова косы была закреплена на резиновой лодке, в которой располагался оператор и аппаратура. Из-за сложностей буксировки косы по заросшему водоему было выполнено 8 точек ВЭЗ. Измерения производились при стабилизированном токе 5 мА и частоте 4,88 Гц. По данным резистивиметрии, удельное электрическое сопротивление (УЭС) воды составило 46 Ом·м. Средняя глубина воды в озере 1 м.


Рис.1. Результаты электрических зондирований
и естественного поля на оз. Долгое.


Интерпретация электрических зондирований проведены с помощью программы IPI2Win, разработанной на кафедре геофизики МГУ (см.рис.1).

Кривые ВЭЗ примерно до глубины 15 м соответствуют следующему трехслойному разрезу: верхний слой глин со средним сопротивлением 12 Ом∙м мощностью от 0,5 м на востоке до 4 м на западе; средний слой мощностью около 5 м представлен суглинками (пк 140-340; 360-540) с сопротивлением около 25 Ом∙м и супесями (в интервале пк 540-900) с сопротивлением 40 Ом∙м; нижний слой песков имеет сопротивление от 50 Ом∙м на краях профиля (в интервалах пк 0–300 и пк 940–1040) до 75 Ом∙м (интервал с пк 300 по пк 940).

Полевой разрез кажущегося сопротивления по результатам электрических зондирований на акватории озера показывает, что до глубины 8 м выделяется только три верхних слоя: ниже слоя воды расположен проводящий слой суглинков (удельное сопротивление 23–27 Ом·м и мощностью 2–3 м, кровля слоя залегает на глубине 1–1,7 м от поверхности воды), под ним залегает высокоомный слой песков (удельное сопротивление 170 - 190 Ом·м, кровля основания ровная, расположена на глубине 3,5–4 м) и, наконец, в основании разреза находится более проводящий слой песков с небольшой примесью глин. Слои на кривых ВЭЗ выражены слабо из-за низкого контраста кажущихся сопротивлений.

Основной особенностью геоэлектрического разреза как по берегу, так и по акватории оз. Долгое является постепенное увеличение сопротивления горных пород при движении с востока на запад. Это означает, что ближе к устью озера возрастает значение песчаной фракции в диапазоне глубин от 1 до 12 м. Можно уверенно констатировать, что, если восточная часть озера (пк0) представляет собой существенно глинистую субстанцию с низкими фильтрационными свойствами, то его устьевая западная часть в основном сложена влажными песками с небольшой примесью глин.

Измерения естественного поля. Работы методом ЕП проводились по профилю длиной 1495 м (пк 0–1495). Профиль ЕП, проходивший строго по берегу озера вдоль уреза воды с пк 0 по пк 1160, проложен с северо-востока на юго-запад, далее с пк 1180 до пк 1495 на юг. Последний пикет ЕП расположен на плотине. Шаг между точками измерения составил 20 м. Объем работ составил 73 рядовые точки. Съемка выполнена методом потенциала, при котором производятся измерения разности потенциалов между одной неподвижной точкой и всеми точками наблюдений изучаемого профиля. Для работ использовались неполяризующиеся электроды конструкции ВИРГ.

Работы методом ЕП на акватории проводились по методике градиента потенциала. Ориентация измерительных линий выдерживалась с востока на запад (с пк 0 по пк 980). Длина MN и шаг по профилю составлял 20 м. При этом оба измерительных электрода перемещаются по профилю с сохранением постоянного расстояния между ними. В результате обработки были получены графики потенциала естественного поля, пересчитанные из градиента. Несмотря на достаточно сложную и неустойчивую процедуру получения электрического потенциала из его градиента, два графика, полученные по берегу и по акватории, удивительно напоминают друг друга. Единственным отличием между двумя графиками является меньшая амплитуда аномалий на акватории, что можно объяснить наличием слоя суглинков, которые выстилают центральную фарватерную часть озера. Из-за этого и все процессы, идущие в русле озера, выглядят более приглушенными.
Электрический потенциал возрастает по направлению к устью оз. Долгое. Это указывает на поток фильтрации воды по направлению с востока на запад. Явление нарастания электрического потенциала подруслового водного потока было открыто В.К.Краевым еще в конце 40-х гг. XX столетия и в настоящее время активно используется геофизиками при оценке интенсивности движения подземных вод вблизи живого русла рек. Учитывая, что постепенно к устью озера, по данным акваторных ВЭЗ, нарастает песчаная составляющая в разрезе, можно сделать вывод, что и поток подземных вод движется в горизонтальном направлении и возрастает к пк 800. Детальный механизм и глубина этого потока рассчитаны быть не могут. Вероятнее всего эти явления развиваются на глубине более 4 м, там, где под суглинками расположены пески.
Сильных аномалий ЕП не наблюдается, что указывает на отсутствие утечек воды из озера. Однако следует отметить, что график ЕП имеет слабоволнистый характер. При этом минимумы аномалий хорошо соотносятся с результатами ВЭЗ. Стоит обратить внимание, что кровля песков имеет неровный, волнистый характер. Например, аномальные поднятия наблюдаются на пк 100, 350, 550, 720 и 820. Во всех этих случаях наблюдаются слабые отрицательные аномалии ЕП амплитудой 10-15 мВ. После каждого такого поднятия скачкообразно меняется сопротивление среднего слоя суглинков-супесей в сторону увеличения сопротивления, а следовательно, и увеличения проницаемости рыхлых отложений.

Радиолокационные исследования. Радиолокация была выполнена по профилю от пк 0 до пк 850. Профиль пролегал вдоль центральной части озера. Применялась экранированная антенна 300 МГц георадара «Зонд-12».

Вся запись укладывается в 100 нс. Первые 30–40 нс проходят по воде. Живая запись отражений от границ донных осадков длится порядка 15–20 нс. Здесь нужно сделать одну существенную оговорку. При выполнении работ методом ВЭЗ на акватории практически во всей западной части озера была измерена глубина. Она составляет по фарватеру 80–110 см на 25 июля 2005 г. Если мы попробуем рассчитать глубину озера, исходя из стандартной скорости в воде 3,3 см/нс, то получится, что глубина озера не может быть больше чем 60–70 см. Причина здесь кроется в том, что в области высоких частот (сотни МГерц) наблюдается зависимость диэлектрической проницаемости воды от температуры. При температуре порядка 20–25ОС скорость электромагнитной волны возрастает на 20–25%. Таким образом, двойное время прихода отраженной волны 45 нс соответствует 1 м глубины воды.

Малый интервал времени «живой» записи объясняется тем, что под осадками, которые «пробивает» радар, находится слой суглинков, низкое сопротивление которого приводит к резкому затуханию электромагнитной волны с глубиной. Поэтому вся запись после первого отражения от дна длится всего лишь 20 нс.

Спектральный анализ полевой записи показывает, что реальная частота электромагнитной волны составляет 200 МГц. Исходя из этого, разрешающая способность метода по вертикали d (минимальная мощность слоя, которую можно выявить при данной технологии измерений) составляет 0,15 м. Поэтому вся длина «живой» записи по грунту (около трех-четырех полных периодов электромагнитного импульса) соответствует глубине от поверхности дна примерно 1 м.

Границы георадарных трасс были отмечены разным цветом. Это позволило выделить на радарограммах 8 слоев. Корреляция сигналов отражения от границ выполнена по стандартной технологии прослеживания границ, применяемой в сейсморазведке, когда полевые записи уже трансформированы в так называемые разрезы tО. По данным георадара получены следующие результаты:

  1. Общая мощность осадков, выявленных с помощью георадара, составляет не более 120 см.

  2. В центре озера на пк 200 – пк 450 наблюдается небольшое поднятие, которое проявляется в повышении поверхности дна примерно на 10-15 см. Судя по волновой картине, в ближайшем прошлом амплитуда этого поднятия была гораздо больше и могла составлять 40–50 см. В настоящее время восточная и западная ложбины заполнены современными осадками, которые поступают в озеро со стороны его истока. Здесь в районе пк 50–100 мощность осадков возрастает до 50 см. Максимальная мощность донных отложений (около 100 см) наблюдается в западной ложбине в районе пк 700.

  3. В восточном и западной частях озера наблюдаются два понижения. Восточное понижение имеет правильную симметричную форму впадины с пологими бортами. В западной части озера современные осадки залегают в виде уступов (микрофлексур) амплитудой 30–40 см. Первая наблюдается в районе пк 480, а вторая – на пк 625. Длина «крыла» (зона перехода от верхнего уровня к нижнему) составляет порядка 100–150 м.

  4. Наиболее молодые современные осадки располагаются в конце озера в его западной части. Здесь верхняя часть разреза сложена однотипными осадками со свойствами, хорошо выдержанными в горизонтальном направлении. Мощность этих осадков составляет порядка 40 см.


2. Исследования на оз. Старица

Электрические зондирования. Вдоль юго-западного берега озера выполнены вертикальные электрические зондирования с установкой Сапожникова (электрод В относится назад по профилю на конечное расстояние, в нашем случае равное 75 м). При этом в современной версии программы IPI2Win для интерпретации предусмотрено использование такого рода установок. Работы методом ВЭЗ выполнены по профилю длиной 900 м (пк 0 – пк 900), ориентированному с юго-востока на северо-запад. Расстояние между точками зондирования составило 100 м. При использовании данной установки один питающий электрод неподвижно располагался в 75 м от точки записи непосредственно на профиле. Разносы АО были в диапазоне от 1,5 до 35 м при длине приемной линии MN 1 м.

При интерпретации кривых кажущегося сопротивления выявлена изменчивость типов кривых ВЭЗ и соответственно геоэлектрических разрезов: в начале профиля тип кривых на участке – КН(пк0), далее по профилю следуют типы А(пк200), НА(пк500) и КНА(пк800) и снова А(пк900). По результатам интерпретации ВЭЗ можно построить обобщенную модель геоэлектрического разреза (рис.2).

В основании разреза залегает слой с удельным сопротивлением 300-400 Ом·м, что соответствует плохо сортированным пескам. Ровная кровля основания испытывает пологое опускание от пк 0 и от пк 900 к пк 400.

Выше по разрезу залегает слой песков с очень небольшой примесью глин, имеющий удельное сопротивление 120–140 Ом·м. В начале профиля УЭС слоя достигает 180 Ом·м, мощность слоя составляет 9,5 м. Кровля слоя залегает на глубине около 2–3 м от поверхности земли.

Еще выше залегает толща глинистых песков с УЭС от 64 до 110 Ом·м мощностью более 2 м, которая в интевале пк 400–900 перекрывается песками с более высокими значениями УЭС – в среднем 150–200 Ом·м.

Исходя из полученных в ходе интерпретации значений удельных сопротивлений, разрез в целом состоит из песка с различной примесью глинистого материала.

Съемка ЕП. Измерения ЕП были выполнены по профилю ВЭЗ с пк 0 по пк 500. Съемка ЕП была выполнена методом потенциала. При этом измерения производятся между неподвижным электродом N, который находится в начале профиля рядом с оператором, и всеми точками наблюдений, по которым перемещается рабочий электрод М. Расстояние между точками измерений – 20 м. Точность измерений составила ±0,5 мВ.

Из графика ЕП видно, что потенциал возрастает от начального пикета к озеру, несмотря на то, что рельеф местности имеет слабый обратный наклон. Таким образом, можно сделать вывод, что основной поток подземных вод направлен в сторону к оз. Старица.

Объяснение этому явлению можно обнаружить в геометрии геоэлектрического разреза, полученного нами. Наиболее проводящий слой наклонен в сторону озера. Поэтому и подземные воды при небольшом перепаде давлений устремляются в направлении к озеру. Весной, когда озеро переполнено водой вполне возможно, что подземный поток направлен в обратную сторону.


Выводы

В результате геофизических исследований установлено, что озера Долгое и Старица в основном сложены песками различной степени сортированности и глинистости. Прямых утечек воды через ложе водоемов в летнее время года не обнаружено. Наблюдается небольшой фильтрационный поток подземных вод, направленный к устью оз. Долгое и к оз. Старица. Ложе оз. Долгое выстлано илами и суглинками, которые, вероятно, способны удерживать воду в этом водоеме.



Рис.2. Результаты геофизических исследований на
оз. Старица.




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