CC BY
24
УДК 550.37
ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ АРХИТЕКТУРНОГО КОМПЛЕКСА «ОБДОРСКИЙ ОСТРОГ»
Ярослав Константинович Камнев
Государственное казенное учреждение Ямало-Ненецкого автономного округа «Научный центр изучения Арктики», 629008, Россия, Ямало-Ненецкий автономный округ, г. Салехард, ул. Республики, 73, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, тел. (34992)4-64-21, e-mail: [email protected]
Владимир Владимирович Оленченко
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, доцент, старший научный сотрудник, тел. (383)330-79-08, e-mail: [email protected]
Антон Иванович Синицкий
Государственное казенное учреждение Ямало-Ненецкого автономного округа «Научный центр изучения Арктики», 629008, Россия, Ямало-Ненецкий автономный округ, г. Салехард, ул. Республики, 73, кандидат геолого-минералогических наук, директор, тел. (34992)4-42-18, e-mail: [email protected]
Проведены геофизические исследования площади архитектурного комплекса «Обдор-ский острог» методами электротомографии и георадиолокации, выявлены места возможного расположения подземных коммуникаций (мерзлотника) - участков потенциального провало-образования.
Ключевые слова: электротомография, георадиолокация, многолетнемерзлые породы, провалы, мерзлотник.
GEOPHYSICAL RESEARCH ON THE AREA OF THE ARCHITECTURAL COMPLEX «OBDORSKY FORTRESS»
Yaroslav K. Kamnev
Arctic Research Center of the Yamal-Nenets autonomous district, 629008, Russia, Salekhard, 73 Respublika St., Ph. D., Senior Researcher, tel. (34992)4-64-21, e-mail: [email protected]
Vladimir V. Olenchenko
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Ph. D., Assistant Professor, tel. (383)330-79-08, e-mail: [email protected]
Anton I. Sinitskiy
Arctic Research Center of the Yamal-Nenets autonomous district, 629008, Russia, Salekhard, 73 Respublika St., Ph. D., Director, tel. (34992)4-42-18, e-mail: [email protected]
We conducted geophysical research at architectural site «Obdorsky fortress». As a result we identified places of underground utilities possible location.
Key words: electrical resistivity tomography, GPR, permafrost, underground communications, fault.
В связи с повышением среднегодовой температуры воздуха в Арктическом регионе активизировались опасные экзогенные процессы [1, 2]. Администрация архитектурного памятника «Обдорский острог» обратилась в Научный центр изучения Арктики с просьбой оценить инженерно-геокриологическую обстановку в пределах комплекса и выявить возможные участки провалообразова-ния, представляющие потенциальную опасность. Основными задачами исследований стали: определение положения кровли многолетнемерзлых пород, выделение таликов, а также пустот, представляющих собой древние подземные коммуникации, рыбохранилища (мерзлотники).
Среди геофизических методов изучения мерзлых разрезов хорошо зарекомендовали себя методы электроразведки [3, 4]. Поэтому для решения поставленных задач мы применили комплекс методов, включающий георадиолокационное зондирование (ГРЛ) и вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) в модификации электротомографии (ЭТ). По данным ГРЛ определяются отражающие границы объектов, а по значениям удельного электрического сопротивления (УЭС) - природа аномалии ГРЛ.
Применялась площадная съемка. В связи с плотной застройкой территории сеть профилей была нерегулярной. Расстояние между профилями составило 3-10 м. Зондирования выполнены по 15 профилям длиной от 25 до 92,5 м, общий объем наблюдений составил 1090 погонных метров. При измерениях методом электротомографии применялась аппаратура «Скала-48»; шаг по профилям составлял 1 м и 2.5 м. Последовательность подключения электродов соответствовала двум установкам - симметричной Шлюмберже и дипольно -осевой. Исследования методом ГРЛ выполнялись георадарным комплексом «ОКО-2» на рабочей частоте 400 МГц по той же сети профилей, что и электротомография.
По результатам электротомографии проводилась двумерная и трехмерная инверсия данных, строились геоэлектрические разрезы и объемные геоэлектрические модели участков, а также карты распределения УЭС на разных глубинах. По данным георадиолокации строились профильные амплитудно-временные разрезы, 3Э-визуализация амплитуды отраженных сигналов и карты амплитуды отраженных сигналов на разных временах.
Комплексная интерпретация данных электротомографии и георадиолокации выявила ряд интересных аномалий. Рассмотрим, например, результаты по профилю № 2 (рис. 1). На радарограмме хорошо видна отражающая граница, идентифицируемая как подошва деятельного слоя, поскольку эта граница совпадает с резким повышением УЭС по данным электротомографии. В центре профиля выделяется локальная аномалия пониженного УЭС на пикетах 22-24 м. Она прослеживается на профилях 3-4 и, вероятно, связана с засыпанной дренажной канавой или водоотводной трубой. Не исключено, однако, что аномалия связана с подземной коммуникацией.
На пикетах 52-58 м профиля 3 присутствует еще одна аномалия. Над аномалией низкого УЭС выделяется чашеобразная область повышенного сопротивления, интерпретируемая как грунт засыпки просадки поверхности. Здесь
же на радарограмме, на глубинах 0,6 и 1,2 м, отмечаются интенсивные отражающие границы.
О 10 20 30 40
Расстояние, м
УЭС, Ом м
90 170 300 500 900 1600 2500 5000 8500
Рис. 1. Сопоставление данных ГРЛ и ЭТ по профилю 2. Стрелкой показана отражающая граница ГРЛ, гипреболами дифракции выделяются локальные объекты
И—I—Г~1—I—I—I—I—\ 10 20
"П—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—г
30 40 50 60 70
Расстояние ,м
1
ГЛ
Рис. 2. Сопоставление данных ГРЛ и ЭТ по профилю 3: 1 - контуры аномалий низкого УЭС; 2 - контуры аномалий высокого УЭС
На рис. 3 приведены срезы объемного распределения УЭС по глубинам 1, 2, 3, 5 м. Геоэлектрические данные осложнены аномалиями от металлических конструкций (теплотрасса, пожарный водовод, мачты освещения). Тем не менее видно, что участок исследований делится на две зоны - пониженного и повышенного УЭС. В северо-западной части участка УЭС пород составляет 150-200 Омм (супесчаные или суглинистые отложения), в юго-восточной -500-2000 Омм (песчаные и щебенистые техногенные грунты). На этом фоне выделяются локальные аномалии низкого УЭС в основании церкви (в центре).
Скорее всего, они связанны с металлическим конструкциями или водоводом. Цифрами 1, 2, 3 показаны аномалии неустановленной природы, предположительно связанные с подземными коммуникациями.
Рис. 3. Срезы объемного распределения УЭС по глубинам 1, 2, 3, 5 м и предполагаемые аномалии от подземных коммуникаций № 1, № 2, № 3
Результаты комплексной интерпретации данных представлены на рис. 4. На схеме указаны локальные аномалии низкого УЭС, связанные с металлическими или железобетонными конструкциями, а также участки переувлажненных пород на глубине 0,5 м по данным ГРЛ. Основным результатом работ является выделение линейных аномалий невыясненной природы. Аномлие-образующими объектами могут быть захоронения старых железных труб коммуникаций, железобетонных конструкций (которые никак не сказываются на несущей способности грунтов), а также подземные сооружения (мерз-лотники), растепленные за счет вентиляции воздуха и инфильтрации грунтовых вод, которые могут представлять опасность для наземных сооружений. Для проверки природы аномалий предлагается пробурить контрольные скважины до глубины 5 м.
Рис. 4. Схема интерпретации геофизических данных, М 1:500: 1 - предполагаемые подземные коммуникации, 2 - точки бурения контрольных скважин, 3 - участки переувлажненных пород на глубине 0,5 м по данным ГРЛ, 4 - локальные аномалии низкого УЭС, связанные с металлическими или железобетонными конструкциями. Номера зданий и сооружений на плане: 1 - Никольская башня; 2 - Глухая башня-1; 3 - Глухая башная-2; 4 - Воеводный дом; 5 - Проезжая башня; 6 - Курень; 7 - Храм; 8 - памятник
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Васильев A.A., Дроздов Д.С., Москаленко Н.Г. Динамика температуры многолетне-мерзлых пород Западной Сибири в связи с изменениями климата // Криосфера Земли. -2008. - Т. 12, № 2. - С. 10-18.
2. Оленченко В.В., Осокин А.Б. Применение электротомографии при прогнозе развития опасных экзогенных процессов на объектах инфраструктуры Бованенковского нефтега-зоконденсатного месторождения // Арктика, Субарктика: мозаичность, контрастность, вариативность криосферы: Труды Междунар. конф. (г. Тюмень, 2-5 июня 2015 г.). - 2015. -С.276-279.
3. Зыков Ю.Д. Геофизические методы исследования криолитозоны: учебник - М.: Изд-во МГУ, 2007. - 272 с.
4. Kneisel C., Hauck C. Electrical methods. In: Applied Geophysics in Periglacial Environments. Cambridge: Cambridge University Press, 2008. - P. 1-27.
© Я. К. Камнев, В. В. Оленченко, А. И. Синицкий, 2017
