Георадиолокационные измерения на заболоченных территориях Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

2012 г. Выпуск 3 (26). С. 66-70

УДК 550.837.2:621.396.6

ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ НА ЗАБОЛОЧЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Д. В. Карпов, С. П. Семенов

Применение георадиолокационного метода для решения инженерно-геологических и геотехнических задач в настоящее время приобретает все более широкие масштабы. Это объясняется простотой и удобством проведения полевых работ и высокой производительностью метода. Для проведения полевых работ не требуется разрушения объекта исследования, а компьютерная обработка полученных данных даже на самых ранних стадиях может ответить на многие поставленные задачи.

Суть метода - сбор, обработка и последующая интерпретация откликов электромагнитных сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различие по диэлектрической проницаемости [1 ].

Примеры радиолокационных сигналов приведены на рис. 1 [2].

Рисунок 1

Набор электромагнитных сигналов, снятых в одной точке, называют трассой, а совокупность трасс снятых на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль зондируемой среды называют георадарным профилем.

Круг задач, решаемых методом георадиолокации, может быть разделен на две большие группы с характерными для каждой группы методиками исследований, способами обработки, типами отображения объектов исследования в поле электромагнитных волн и представления результатов. Первая группа включает в себя геологические, гидрогеологические и инженерно-геологические задачи, такие как картирование:

- поверхности коренных пород под рыхлыми осадками;

- уровня грунтовых вод и границ между слоями с различной степенью водонасыщения;

- песка, глины, торфа и т. д.;

- мерзлых грунтов;

- определение мощности водного слоя и картирование поддонных отложений;

- толщины льда и снега.

Вторая группа задач включает в себя поиск локальных объектов, обследование инженерных сооружений, нарушение штатной ситуации, например:

- поиск подземных полостей;

- обследование мостов и дорожного покрытия;

- картирование коммуникаций (трубопроводов и кабелей);

- обследование бетонных конструкций;

- засоленных почв;

- участков разреза с нарушенным естественным залеганием грунта - рекультивированных

земель, засыпанных выемок.

Упомянутые задачи являются актуальными в заболоченных районах Западной Сибири.

Отработка методики георадиолокационных измерений происходит на полевой учебно-экспериментальной станции «Мухрино», входящего в состав Научно-образовательного центра «Динамика окружающей среды и глобальные изменений климата» Югорского государственного университета. Станция находится в зоне средней тайги Западной Сибири, в 30 км к западу от Ханты-Мансийска, вблизи одного из типичных болотных массивов (болото «Федоровское») Кондинской низменности.

Основным инструментом при проведении георадиолокационных измерений является георадар.

Принципиальная блок-схема функционирования георадара представлена на рис. 2 [1].

компьютер

блок излучения и приема

генератор усилитель АЦП стробоскоп

А

/ \ линия связи и / синхронизации

излучающая антенна приемная антенна

Рисунок 2

Измерения на полевой станции «Мухрино» проводились с помощью георадара фирмы МЛЬЛЯЛМЛС (рис. 3) и антенны частотой 500 Мгц.

Рисунок 3

Для получения удовлетворительных радарных данных (радарограмм) очень важен выбор используемой антенны и ее несущая частота. Центральная частота антенны напрямую влияет на глубинность и детализацию измерений. Чем выше частота, тем больше детализация (различимость объектов) и меньше глубина исследования. Другим важным аспектом проведения работ является способ перемещения антенного блока, а так же расстояние между излучающей и принимающей его частью. Для точного измерения длины профиля использовалось измерительное колесо, а также система спутниковой навигации GPS.

Полевые измерительные работы с георадаром проводились на болотном массиве весной, когда еще не сошел снежный покров.

На рис. 4 приведен космоснимок болотного массива с нанесенными экспериментальными профилями..

Рисунок 4 68

В рамках экспериментальных измерений георадар был опробован на различных участках полигона и при различных погодных условиях. Параметры измерений:

1) замеры производились по трем профилям (рис. 4), каждый профиль составляет приблизительно по 3 км;

2) трассы снимались непрерывно по времени, с периодичностью 0,04 с;

3) максимальная длинна трассы 180 нс;

4) формат данных радара RD3 фирмы MALA RAMAC.

Обработка данных осуществлялась при помощи свободно распространяемого программного обеспечения matGPRR2, разработчик Andreas Tzanis, Department of Geophysics, University of Athens. Данное ПО работает в среде MATLAB (http://users.uoa.gr/~atzanis/matgpr/matgpr.html).

Имеющийся комплекс оборудования хорошо себя показал при обследовании неглубоких рек (рис. 5). На полученной радарограмме отчетливо прослеживается русло реки и локальные объекты на дне.

О-1-г-1-г-г-1-г-1-1-1-г

шшшшшшшшшшяшвшш

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Scan Axis (# Traces)

Рисунок 5

А вот применение комплекса в болотном массиве показало недостаточность глубины исследования. Т. к. слой торфа достигает глубины 6-8 м, то определить границу твердых пород в этой комплектации георадара затруднительно. На рис. 6 видно, что затухание электромагнитного сигнала происходит достаточно быстро, и получить какие-нибудь глубинные данные с антенной частоты 500Мгц попросту невозможно.

20 40 60 80 100 120 140 160 180 Эсап Амз (# Тгасей)

Рисунок 6

Дальнейшие исследования на полевой учебно-экспериментальной станции предполагают:

- картирование торфяной залежи болотного массива;

- определение мощности торфяной залежи;

- разработка методик измерений и обработки георадарных данных;

- построение трехмерной модели болотного массива.

Исследования, проводимые с георадаром на учебно-экспериментальной станции, составят основу методики георадиолокационных измерений, которая может быть эффективна при проведении инженерно-изыскательских и строительных работ в заболоченных районах нефтегазового региона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Владов, М. Л. Введение в георадиолокацию : учеб. пособ. [Текст] / М. Л. Владов, А. В. Старовойтов. - М. : Изд-во МГУ, 2004. - 153 с.

2. Георадиолокационное подповерхностное зондирование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ekb.prin.ru/articles/147/ (Загл. с экр.) // ПРИН : современные геодезические технологии. - Екатеринбург, [2007], 2012.