Description:

"Эффективные геологические изыскания с низкочастотным георадаром Efficient geological investigations using low frequency GPR Яана Густафссон (Jaana Gustafsson) из компании Mala Geoscience говорит о том, как, используя специализированное оборудование, упростить геологические изыскания. Естественная информация о глубинном строении и месторождениях стройматериалов. При решении задач методика применения низкочастотных (10-50 МГц) антенн, особенно разреза чаще всего нужна при поисках подземных вод. При изучении геологического разреза следует применение низкочастотных радарных систем может оказаться экономически и геологически эффективным. Использование моноблочных антенн с частотой 50 МГц, расположенных в линию, заметно упрощает проведение изысканий и снижает расходы, позволяя вести работу одному оператору. Далее приведены несколько примеров изысканий с разными геологическими задачами на глубину до 20 м. Введение Потребность в оперативных, недорогих и надежных способах изысканий связана с необходимостью расширения запасов сырья, в частности пресной воды и стройматериалов (песка, гравия и т. п.). Георадиолокация (ГРЛ) уже давно применяется для изучения разреза почв, обнаружения пустот, определения глубины кровли коренных пород и мощности рыхлых наносов, изучения донных отложений рек и озер, картирования загрязнений подземных вод и др. (Sutinen et al., 1992; van Overmeeren, 1998; Beres et al., 1999; Chamberlain, 2000; Slater et al.; Ezzy et al., 2003, и многие другие), и нередко дает адекватные и надежные результаты. При решении гидрогеологических и геологических задач ГРЛ обычно проводится на частотах 10-50 МГц, реже - до 100 МГц и на непроводящих разрезах дает относительно детальные результаты до глубин 10-50 м. Большинство имеющихся георадаров требует для работы двух операторов, поскольку используются непрочные оптоволоконные кабели и довольно длинные антенны, что чрезмерно усложняет работу. К настоящему времени созданы георадары, с которыми даже на пересеченной местности может работать один оператор. Они позволяют проводить простые и эффективные георадарные исследования, которые без существенного увеличения затрат дополняют точечные геотехнические опробования. В этой работе рассмотрены принципы работы таких георадаров и приведены несколько примеров использования ГРЛ при решении гидрогеологических и геологических задач. Обеспечивающие проникновение волны на достаточную глубину. Длина элементов таких антенн велика - до 2 м, и обычно они не экранированы. Все это усложняет проведение полевых работ. Работы с разделенными неэкранированными приемной и передающей антеннами можно проводить по нескольким методикам (рис. 1; см. Aaltonen, 2003). Чаще всего используются дипольные антенны, размещенные поперек профиля на постоянном расстоянии одна от другой - так называемый способ с сонаправленной поляризацией (Guy et al., 1999; Lehmann et al., 2000; Radzevicius et al., 2000; Van Gestel & Stoffa, 2001 и др.). При работе с этой нормальной конфигурацией антенн на участке нужно прокладывать довольно широкие просеки, а в работе участвуют как минимум два человека. Для упрощения работы и создания возможности обслуживания одним оператором в 2003 предложена антенна с диполями, размешенными вдоль профиля друг за другом (Aaltonen, 2003) - так называемая антенна для пресеченной местности, или АПМ (RT antenna от Rough Terrain). Поскольку конфигурация антенн влияет на результаты работ, проведено сравнение работ с нормальной конфигурацией и АПМ (Aaltonen, 2003). Рис. 1. Конфигурации антенн (T: передающая, R: приемная). 1: обычная (поперечная перпендикулярно профилю). 2: продольная параллельно профилю. 3: поперечная параллельно профилю. 4: продольная перпендикулярно профилю. 5: крестовая. При использовании АПМ полярность и диаграмма направленности антенн затрудняют прием отражений с малых глубин. Но при исследовании слоистого разреза и других неполяризующихся объектов, особенно на больших глубинах, разница между конфигурациями невелика. Различия АПМ и нормальной конфигурации как при поиске локальных объектов, так и при изучении слоистого разреза показаны на рис. 2. Кроме того, у АПМ другая форма луча. Ее диаграмма направленности имеет максимум в направлении поперек профилю. Это значит, что нормальная конфигурация нацелена на разрез под профилем, а конфигурации с антеннами вдоль профиля чувствительны также и к боковым отражениям. Рис. 2. Сравнение поперечной и продольной антенных систем (Aaltonen, 2003) Рис. .3. Варианты использования АПМ. При работе с воды антенну помещают в пластиковую трубу. Результаты Приведем несколько примеров использования АПМ RAMAC RT с георадаром RAMAC CUII. Первый пример относится к работам на озере с целью картирования рельефа дна и поиска рыхлых осадков. На радарограммах (рис. 4) ярче всего проявлен рельеф дна и ряд локальных объектов, которым соответствуют гиперболы (некоторые помечены стрелками). Кроме того, ниже дна прослеживаются еще несколько отражений, часть которых соответствует коренным породам, часть - слежавшимся илам. В этих работах посылка импульса проводилась через фиксированные интервалы времени, а привязка на местности - с помощью дифференциального GPS, дававшего положение каждой трассы на профиле, вдоль которого велась буксировка катером. Положение профиля и итоговое изображение рельефа дна приведены на рис. 5. В следующем примере АПМ использовалась для прослеживания тонкого (менее 5 м) слоя пахотной почвы, залегающей на коренных породах (кровля коренных показана зеленой линией на рис. 6). Следует также отметить, что в ходе этих работ в коренных породах обнаружены крупные зоны трещиноватости, показанные на рис. 6 красной и оранжевой линиями. Рис. 5. Результаты ГРЛ на озере при изучении рельефа дна и мощности придонных отложений. Цветом дана шкала глубин. На врезке показан маршрут съемки (буксировка катером). Последний пример связан с изучением моренных отложений, строение которых хорошо проявляется в данных ГРЛ (рис. 9). Обратим внимание, например, на впадину, отмеченную стрелкой. С другой стороны в таких отложениях содержится очень много валунов, и проследить отдельный слой сложно, поскольку картина нарушена перекрывающимися "усами" гипербол. УГВ местами прослеживается, а кровля коренных - нет, скорее всего, потому, что лежит на глубинах более 20 м. Рис. 6. Пример прослеживания покровных отложений и обнаружения зон трещиноватости в коренных породах. Зеленой линией дана кровля коренных; две красные линии - трещины. Отсчетов в трассе - 408, длительность записи - 581 нс, между трассами 10 см. Рис. 7. Проявление проводящих (глинистых) грунтов на радарограмме. На участке 150-220 м проникновение сигнала на глубину ограничено из-за глинистых грунтов. Рис. 8. Прослеживание УГВ (показан стрелкой) в песчаном грунте. Прослеживание кровли коренных пород затруднено также в районах с твердым уплотненным верхним слоем, который на радарограммах часто не отличается от коренных. Выводы Низкочастотная ГРЛ оказалась полезной при решении ряда задач: изучение геологического строения разреза на суше и на озерах, прослеживание кровли коренных пород, поиска подземных вод и др. Полевые работы проводятся быстро, в том числе - на пересеченной местности без подготовки профилей. Оператор, тем не менее, должен знать об ограничениях метода ГРЛ, особенно в проводящих средах. В низкочастотной ГРЛ применяются неэкранированные антенны, что может привести к появлению дополнительных помех, связанных с тем, что такие антенны излучают сигнал во все стороны и принимают со всех сторон. Помеха обычно выглядит как так называемое воздушное отражение, хорошо определяемое по форме осей синфазности. Как отмечено выше, представленная система вполне пригодна для изучения слоистого разреза и более экономична по сравнению с нормальной конфигурацией антенн при полевых работах, особенно по неподготовленным профилям в залесенной местности. Более того, АПМ всегда находится на земле, что обеспечивает хорошее проникновение энергии электромагнитной волны в разрез. Недостатком моноблочной антенны является невозможность работать по методике ОГТ для точного определения скоростей и следовательно гл" Ключевые слова: изучение, gpr, antenna, daniels, подземный, коренной, проводить, апм, конфигурация антенна, показать, сравнение, исследование, ходьба, угв, лес, продольный, август, изыскание, скорость, скорость пешеход, результат, решение гидрогеологический, geophysics, геологический, break август, кровля, линия, использоваться, поперёк, van, sutinen, хороший, разрез, finland, обычный, инженерный экологический, aaltonen, проникновение, профиль, экологический, следовать, частота, кровля коренной, специальный тема, геофизик, отметить, break, инженерный, jaana, пересечь, конфигурация, прослеживание, трасса, строение, эффективный, нормальный, привести, медленный, journal, низкочастотный, система, решение, нужный, земля ходьба, специальный, вода, использование апм, green, прослеживаться, приведенный, грл, data, application, георадар, озеро, геологический задача, объект, стрелка, оператор, радарограмма, пересеченный местность, порода, radzevicius, антенна, мгц, отражение, земля, местность, давать, проводиться, ezzy, поиск, задача, дорога, radar, тема, методика, ось, экологический геофизик, eage, рельеф дно, запись, коренной порода, связанный, смотреть, поперечный, отложение, slater, полевой, глубина, рельеф, обеспечивать, август инженерный, дно, почва, guy, неэкранированный, нормальный конфигурация, использование