МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРИМЕНЕНИЮ КОМПЛЕКСА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ НА АКВАТОРИЯХ

ГИД ЭК" Москва 2002

МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРИМЕНЕНИЮ КОМПЛЕКСА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ НА АКВАТОРИЯХ

"ГИДЭК" Москва 2002

При натурных исследованиях измерения приходится выполнять как на глубине не более 0.5 м (родники, ручьи, неглубокие реки), так и на глубине до 30 м и более (озера, водохранилища, колодцы, скважины), что накладывает определенные требования на конструкцию датчиков и оборудования.

Отечественной промышленностью серийно выпускается поверхностный резистивиметр ПР-1 (2], пригодный для измерения УЭС проб, отбираемых из водоемов и водотоков, ПР'1 вполне пригоден при мониторинге и маршрутах на небольших открытых участках, однако большие размеры делают его неудобным при длительных маршрутах по труднопроходимым местам. Для маршрутов по водотокам с глубиной до 1 м вполне пригодны кондуктомеры фирмы HANNA. Рекомендуется использовать кондуктомер D1ST-4, пределы измерений и чувствительность которого позволяют работать при минерализациях до 10г/л.

Основным недостатком выпускаемых в настоящее время кондук-томеров является невозможность измерений при глубине, превышающей размеры прибора или длину кабеля (обычно не более 1 м).

При изготовлении датчика своими силами рекомендуется использовать четырехзлектродный резистивиметр, принципиальная конструкция которого приведена на рис. 3.1. Аналогичные конструкции описаны в [2]. Для удобства выполнения полевых работ к резистивиметру готовят комплект кабелей, обеспечивающий измерения одним датчиком на требуемых глубинах как в водотоках и водоемах, так и в колодцах и скважинах.

Определение коэффициента резистивиметра выполняется не менее, чем на трех эталонных растворах с известными значениями УЭС в диапазоне 0.3“ 10 г/л на формуле к=р х I/AU, где р - УЭС эталонного раствора, AU и I - измеряемые напряжение и ток.

Таблицы и графики УЭС различных растворов приведены в (5]. Для удобства приведем значения УЭС для раствора NaCl при температуре 20°С.

М, г/л	0.1	0.3	1	10
УЭС воды, омм	51	16.7	5.5	0.65

Для измерений может использоваться электро разведочная аппаратура на переменном токе (АНЧ-3, ЭРА и др.). Более удобным является измерение AU цифровым мультиметром, что позволяет для полевых измерений резистивиметрии и термометрии использовать единый недорогой и компактный измерительный прибор. В этом случае необходимо изготовить источник стабилизированного переменного тока, удовлетворяющий следующим требованиям: фиксированная рабочая частота в диапазоне 100 Гц - 1 кГц, величина тока - 1 шА, стабилизация - не хуже 1%. На рис. 3.2 приведена экономичная схема аналогичного генератора, опробованная нами в течение 5-ти лет. Для контроля стабильности работы всего измерительного канала (датчик-кабель-генератор-измерительный прибор) целесообразно в ходе полевых работ выполнять ежедневные измерения в контрольном растворе с постоянным значением УЭС (емкость с водой).

И

3.3. Метод естественного электрического поля

Естественные электрические поля вызываются большим количеством природных процессов, среди которых принято выделять следующие:

■    Окислительно-восстановительные. Возникают на контакте электронных и ионных проводников, например: руда, графит, уголь и вода, а также при интенсивном разложении органики. Величина этих потенциалов в природе может достигать сотен мили вольт.

■    ДиФФизионно~адсор6иионные. Диффузионные потенциалы возникают на контакте растворов с различной минерализацией или пород, насыщенных этими растворами. Адсорбционные потенциалы возникают на контакте пород с различной глинистостью. Регистрируются они совместно и поэтому не разделяются. Величина их составляет до нескольких десятков милливольт.

■    Фильтрационные. Возникают при движении ионов через поры и трещины породы. Зависят от градиента давления, фильтрационной активности и удельного электросопротивления. Величина их может доходить до нескольких десятков милливольт на горных реках.

При решении гидрогеологических и геоэкологических задач исполнители сталкиваются преимущественно с фильтрационными и диффузионно-адсорбционными потенциалами.

Фильтрационные потенциалы наиболее контрастно проявляются при относительно низких минерализациях (до 0.1 г/л).

Поскольку в природе такая ситуация встречается не часто, иа практике мы имеем дело в основном с диффузионно-адсорбционными потенциалами, что позволяет применять метод ЕП для оценки литологического состава придонных отложений (аналогично использованию ПС при геофизических исследованиях в скважине).

В качестве электродов могут использоваться серийно выпускаемые электроды ЭН-1 [7] или их аналоги. Заполнитель электрода - насыщенный раствор CuS04 иа дистиллированной воде. На всех электрических соединениях выполняется тщательная гидроизоляция.

Наиболее удобно выполнять полевые измерения по способу потенциала, когда неподвижный электрод (N) остается на берегу, а подвижный электрод (М) перемещается на плавсредстве с размеченным проводом, подсоединенным к электроду N. В качестве регистратора может использоваться как серийная электроразведочная аппаратура для постоянного тока (АЭ-72, ЭРА), так и цифровые мультиметры. Работы ЕП выполняют профилями длиной не более 200-300 м (более длинные провода с трудом сматываются в воде).

При выполнении полевых работ в обязательном порядке перед измерениями по профилю и по их окончанию измеряется собственная разность потенциалов между электродами в точке стояния неподвижных Электродов.

При обработке полевых данных возможное сползание собственной разницы потенциалов разбрасывается по всем точкам измерений [7).

Необходимо отметить, что метод ЕП весьма чувствителен к техногенным электрическим помехам, что ограничивает его применение в промышленных районах. При анализе результатов полевых исследований

13

необходимо учитывать, что глубинность метода ЕП, как правило, не превышает нескольких метров.

Зависимость потенциалов ЕП от многих природных факторов предопределяет относительную неоднозначность интерпретации. Эта особенность делает обязательным комплексирование ЕП с методом сопро тивления, позволяющего решать аналогичные задачи с более высокой однозначностью. По этой причине метод ЕП при работах на акваториях используется преимущественно как вспомогательный. В то же время высокая производительность полевых работ и относительная простота их выполнения делают целесообразным его использование при детальном оконтуривании литологических комплексов с обязательной заверкой выделенных зон методом сопротивлений.

3.4. Метод сопротивлений

Физической предпосылкой применения метода сопротивлений является зависимость удельного электросопротивления от глинистости, пористости, степени трещиноватости (раскарстованности), физического состояния пород, минерализации подземных вод.

Основные решаемые задачи при акваториальных геофизических исследованиях - оценка литологического состава придонных отложений с выделением участков» сложенных хорошо и слабопроницаемыми породами, выделение зон повышенной трещиноватости, выделение и мониторинг контура зон с повышенной минерализацией подземных вод, оценка мощности многолетнемерзлых пород и выделения в них таликов. По значимости метод сопротивления может использоваться как дополнительный (в комплексе с термометрией и резистивиметрией), так и основной.

Работы методом сопротивлений выполняются в двух модификациях - электропрофилирование (ЭП) и зондирование (ВЭЗ). Технология полевых работ и интерпретации детально описана в работах [8,9], поэтому здесь рассматриваются некоторые особенности полевых работ и анализа их результатов применительно к работам на акваториях.

При выполнении полевых работ обычно используют установку, в которой приемные и питающие линии плотно смотаны в «косу», на которой зафиксированы электроды.

Измерительные и питающие электроды удобно изготавливать из отрезков медного многожильного провода ГМП или бытового кабеля. Длина отрезков - около 0.5 м, длина электрода при плотной намотке на «косу» - 5-7 см. Измерения обычно выполняются через коммутатор, позволяющий последовательно подключать необходимые электроды.

Требуемая глубинность для метода сопротивлений при эколого-гидрогеологических работах на акваториях обычно составляет от 0.5^ 1м до 20-^30 м.

Рекомендуется при измерениях работать с "косой" из приемных электродов при фиксированном положении питающих. Такой подход обеспечивает возможность использования многоканальных измерителей, позволяющих выполнять одновременные измерения на всех разносах.

Наибольший эффект от таких установок достигается, когда необходимо выполнить значительный объем измерений за ограниченное время.

14

Рекомендуемые размеры косы для АВ=100 м

NqNq п/п 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Расстояние от электрода А до приемных электродов, м 0 0,7 1,3 1.9 3,1 5,3 8,4 14 22 38 62 Разнос АО 1 1,6 2,5 4,2 6,85 11,2. 18 30 50

Работы методом ЭП выполняются не менее, чем на двух разносах, позволяющих оценить изменчивость УЭС в требуемом интервале глубин. Обычно эти разносы выбираются из четырех (АВ=2м, 5м, 20м, 50м).

Работы методом сопротивления могут вестись с поверхности воды (коса висит на поплавках) или со дна. При больших глубинах коса буксируется с помощью плавсредства (резиновая лодка, катер и проч.), при малых (до 0.5 м) перетаскивается по мелководью вручную.

Анализ результатов измерений, выполненных с поверхности воды, выполняется по стандартным методикам [8]. При анализе измерений, выполненных донными установками, необходимо учитывать, что значения р_к на начальных разносах будут определяться также соотношением УЭС воды и первого придонного слоя. На рис.3.3 приведены двухслойные кривые ВЭЗ для поверхностной и донной установок.

Обычно выполнение полевых работ и анализ результатов электро-профилирования не представляют трудностей для дипломированных специалистов любого уровня, выполняющих поисково-разведочные и эколого-гидрогеологические работы. Для выполнения полевых работ и анализа результатов ВЭЗ рекомендуется привлекать специалистов-геофизиков.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕШЕНИЯ ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА АКВАТОРИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

4.1.    Выделение участков субаквалъной разгрузки по дну

неглубоких водотоков (рек, ручьев, мелиоративных каналов)

4.1.1.    Основной метод - термометрия. Дополнительные методы -резистивиметрия, ЭП, ВЭЗ.

4.1.2.    Физические предпосылки - разница температур подземных и поверхностных вод.

4.1.3.    Перед началом измерений измеряется температура подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта в скважинах и родниках, а также температура поверхностных вод по отдельным точкам. Разность между этими величинами позволяет оценить величину Максимального ожидаемого аномального эффекта.

4.1.4.    Применение термометрии для выделения участков субак-вальной разгрузки наиболее эффективно в период времени, когда раз-

15

R/fl

Рис. 3.3. Двуслойные кривые ВЭЗ для поверхностной и донной установок. (1-поверхность воды, 2-дно, цифра в эллипсе - отношение удельных электросопротивлений донных отложений и воды).

16

ница между температурой подземных и поверхностных вод максимальна.

В летнее время разница температур подземных и поверхностных вод составляет от 4-6°С (в верховьях рек и ручьев, на горных реках, в области развития многолетнемерзлых пород) до 15-25°С (на равнинных реках). Перед ледоставом и после ледохода разница температур редко превышает 4+8°С.

В то же время при выделении участков интенсивной субаквальной разгрузки термометрия может выполняться в течение всего года, за исключением одной-двух недель весной и осенью, когда температуры подземных вод и поверхностных вод равны или слабо различимы.

4.1.5.    При натурных исследованиях выполняют измерения температуры придонного слоя пород и температуры воды.

Измерения температуры придонного слоя производят с заглублением датчика в грунт на глубину 5-10 см. Рекомендуется выдерживать глубину погружения датчика постоянной.

Измерения температуры воды рекомендуется выполнять вблизи от

дна.

4.1.6.    На родниках и притоках измерения выполняются в трех точках: в роднике (притоке), до и после его впадения в основное русло. При измерениях в роднике следует проводить предварительную оценку его расхода.

4.1.7.    Расстояние между точками измерений определяется ожидаемым размером зоны субаквальной разгрузки (не менее двух точек на зо-ну).

При выявлении температурной аномалии выполняются детализа-ционные исследования, позволяющие уточнить ее размер. Обычно натурные измерения выполняют с шагом 50+150 м, а при детализации с шагом 5+25 м.

4.1.8.    Привязка к местности во время маршрута выполняются по топокартам и планам необходимого масштаба. Рекомендуется использовать спутниковые навигаторы, что облегчает создание цифровой основы для схем и карт отработанных участков.

4.1.9.    В качестве дополнительного метода целесообразно использовать резистивиметрию. Эффективность резистивиметрии определяется разницей поверхностных и подземных вод по минерализации, а также относительной интенсивностью субаквальной разгрузки. В обязательном порядке резистивиметрия выполняется по родникам и притокам (см. пункт 4.1.6).

4.1.10.    Результирующими документами для полевых измерений являются:

■    схема расположения профилей и точек измерений;

■    полевой журнал с результатами измерений в привязке к профилям и точкам, указанным на схеме (или дискета с теми же данными);

■    результаты измерений (температура донных отложений и воды, а также УЭС воды) в графической форме. Данные по основному разделу представляются в виде графиков по каждому параметру. Данные по родникам и притокам представляются в виде отдельных точек.

17

В обязательном порядке наносится линия рельефа или указывается направление течения, а также точки привязки (мосты, броды и т.п.), лег-ко опознаваемые на местности.

4.1.11.    Выделение участков субаквальной разгрузки выполняется по участкам аномальных значений температуры донных отложений. Целесообразно заметить, что в летнее время субаквальная разгрузка проявляется как относительно отрицательная аномалия температуры, а в зимнее - как положительная.

На рис.4.1, приведены типовые летние термограммы.

Для удобства выделения аномалий целесообразно провести линию фоновых значений температурь! донных отложений. Эта операция позволяет не принимать во внимание неизбежные плавные изменения температуры во времени в течение дня при длительных маршрутах.

4.1.12.    Качественная оценка относительной интенсивности субаквальной разгрузки выполняется путем сравнения температуры воды с температурой донных отложений на ано'мальном участке (рис. 4.1).

4.1.13.    Дополнительным критерием оценки интенсивности субаквальной разгрузки может служить соотношение УЭС воды до и после участка разгрузки. Напомним, что достоверность этого критерия определяется разницей минерализации подземных и поверхностных вод.

4.1.14.    Окончательным документом при выделении участков субаквальной разгрузки является график измеренных параметров, на которой дополнительно наносятся участки с аномальными значениями температур, соответствующие участкам субаквальной разгрузки с относительной оценкой их интенсивности.

На рис.4.2 приведен пример использования термометрии для выделения участков субаквальной разгрузки при разведке на воду на одном из объектов в Удмуртии. Объектом разведки являлись водоносные горизонты и комплексы, приуроченные к терригенно-карбонатным коллекторам, разделенным глинистыми прослоями. На участках выклинивания воды этих горизонтов могут дренироваться ручьями и реками. Работы проводились в июле. Глубина до дна по реке составляла 1+1.5 м. Мощность аллювия - 3+5 м.

Работы выполнялись с шагом 100-150 м (при детализации - 50 м). По результатам акваториальной геофизики были уверенно выделены отрицательные аномалии температуры донных отложений, увязываемые с участками субаквальной разгрузки. Сопоставление температуры донных отложений и воды и а аномальных участках позволило дать качественную оценку интенсивности разгрузки. Наиболее высокая интенсивность была отмечена на участке в районе автомоста. По данным резистивиметрий установлено, что воды в реке пресные, а минерализация воды по ручьям-притокам и прибортовым родникам несколько ниже, чем в реке (УЭС воды по притокам и родникам в 1.1+1.3 выше, чем в реке). Аналогичные результаты были получены по двум рекам, протекающим на участке работ. Результаты акваториальной геофизики позволили уточнить схему размещения поисково-разведочных скважин, участки проведения гидрологических работ и пункты отбора проб для гидрохимических исследований.

18

i*uc* 4.1. 'Тт%$тшш^щ$ттщттт%й n$i участках £у€тжттмм4тМ рянрумсп no ручьм и росши n ariiiiiii nepiio;Ki*THtn«pmrj^ft ири<

даимх тм®мттт% Х-тямперятэда *аяы\ шттшъш$*тйт Marateiiaflertb ртгрумщщи А-аысоквв* B-rptnns^ Ш^тшйшт^.

"МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по применению комплекса геофизических методов при гидрогеологических и геоэкологических исследованиях иа акваториях*¹- Москва, Министерство природных ресурсов РФ, «ГИДЭК», 2002 .

В документе изложена методика применения комплекса геофизических методов при решении типовых эколого-гидрогеологичсских задач на акваториях.

Рекомендуемый комплекс методов - термометрия, резистивиметрня, электроразведка методами сопротивлений и естественного электрического поля.

Приведены методические особенности выполнения полевых работ, обработки и интерпретации результатов при работе на акваториях.

Рекомендуемые области применения: эколого-гидрогеологическая съемка, поиск и разведка подземных вод, изучение загрязнения подземных и поверхностных вод, оценка гидрогеологических условий месторождений полезных ископаемых, мониторинг подземных и поверхностных вод.

Предназначено для гидрогеологов и экологов, использующих геофизические методы при решении прикладных задач, а также для геофизиков, решающих гидрогеологические и экологические задачи.

Илл. 21, список лит. 8 назв.

Разработчик:

Гидрогеоэкологическая научно-производственная и проектная фирма "ГИДЭК"

Составитель: Козак С.З.

Редактор: Кочетков М.В.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ рассмотрены и одобрены

Управлением ресурсов подземных вод, геоэкологии и мониторинга геологической среды МПР России (протокол № 3 от 01.04.2002 г.)

О МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, 2002г.

О ГИДРОГЕЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ И ПРОЕКТНАЯ ФИРМА «ГИДЭК», 2002г.

СОДЕРЖАНИЕ

		Стр.
11	ВВЕДЕНИЕ.......................................................................	6
2	ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ ПРИ РАБОТАХ НА АКВАТОРИЯХ И ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИХ РЕШЕНИЯ...............	7
3	МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ДЛЯ ПОЛЕВЫХ РАБОТ..........	8
3.1	Термометрия.....................................................................	8
3.2	Резистивиметрия..............................................................	9
3.3	Метод естественного электрического поля.........................	13
3.4	Метод сопротивлений........................................................	14
4	МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕШЕНИЯ ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА АКВАТОРИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ.......	15
4.1	Выделение участков субаквальной разгрузки по дну неглубоких водотоков (рек, ручьев, мелиоративных каналов)............................................................................	15
4.2	Выделение участков интенсивного взаимодействия поверхностных и подземных вод по дну закрытых и полузакрытых водоемов.................................................	21
4.3	Оценка минерализации поверхностных вод с выделением зон их загрязнения........................................	27
4.4	Изучение строения придонных отложений........................	31
4.5	Выделение подрусловых таликов в многолетне мерзлых породах.............................................................................	35
4.6	Оценка изменения во времени размеров участков субаквальной разгрузки при изменении уровня
	подземных вод..................................................................	36
5	ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА АКВАТОРИЯХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ............................	40
	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................	55

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

		Стр
3 1	Схематические конструкции датчиков для термометрии и резистивиметрии	10
3 2	Схема генератора переменного тока	12 -—■ 1
3 3	Двуслойные кривые ВЭЗ для поверхностной и донной установок	16
4 1	Типовые термограммы на участках субаквальной раз грузки по ручьям и рекам в летний период	19
42	Результаты геофизических работ по р Люга	20
4 3	иповые графики изменения температуры придонного слоя воды в зависимости от глубины по закрытым и олузакрытыьвод оемам	22
4 4	Примеры полевых материалов акваториальной геофизики по озерам	24
4 5	Зависимость температуры придонного слоя воды от глубины по озерам в окрестности г Тольятти	25
4 6	Примеры результатов акваториальных геофизических исследований по озерам в окрестности г Тольятти	28
47	Эмпирические зависимости между удельным электросопротивлением и минерализацией воды	30
48	Типовые значения удельного электросопротивления для основных литотипов	32
4 9	Результаты работ методами ЭП и ЕП по р Кедровка, Пушкинское МППВ	34
4 10	Выделение таликов по р Нерюнга по данным ВЭЗ и ЭП	37
4 11	Пример применения термометрии для оценки размеров зон субаквальной разгрузки при откачке из скважин защитной дренажной системы	39
5 1	Результаты акваториальных геофизических исследований по р Сарсаз	41
52	График изменения температуры дна с изменением глубины по оз Удомля	43
53	Результаты донных электроразведочных работ по оз Удомля	45
54	Оценка взаимодействия поверхностных и подземных вод по оз Удомля	46
5 5	Результаты акваториальных геофизических исследований по р Туапсе	48
56	Оценка эффективности защитной дренажной системы с применением термометрии (февраль, апрель 2000г)	50
57	Оценка эффективности защитной дренажной системы с применением термометрии (июнь, ноябрь 2000г)	__51J

УЭС, р	удельное электрическое сопротивление
р*,КС	кажущееся удельное электрическое сопротивление
вэз	вертикальное электрическое зондирование методом сопротивлений
эп	электропрофилирование методом сопротивлений
ЕП, ПС	естественное электрическое поле
т	температура
м	минерализация (общее содержание водорастворимых солей)

1. ВВЕДЕНИЕ

Работы на акваториях (реках, озерах, водохранилищах, ручьях и прочих водотоках и водоемах) всегда были актуальными при решении различных гидрогеологических и геоэкологических задач. В последнее время в понятие акватории могут быть включены отстойники и шламо-накопители с жидкими отходами, а также мелиоративные каналы.

Область применения геофизических исследований на акваториях, рассматриваемых в настоящей работе: гидрогеологические и экологогидрогеологические съемки, поисково-разведочные работы на воду, изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий на месторождениях полезных ископаемых, оценка экологических и гидрогеологических условий на объектах загрязнения подземных вод, мониторинг поверхностных и подземных вод.

Очевидным является тот факт, что использование геофизических методов позволяет получать геолого-гидрогеологическую информацию с высокой детальностью при сравнительно невысокой стоимости работ. При работах на акваториях отдельные виды исследований могут выполняться с регистрацией, по детальности сопоставимой с каротажом, что заметно облегчает анализ и геолого-гидрогеологическую интерпретацию получаемой информации.

До последнего времени геофизические исследования на акваториях для решения геолого-гидрогеологических и экологических задач были уделом специализированных геофизических групп, относящихся к научно-исследовательским и учебным организациям (например, МГУ, ИВП РАН, ВСЕГИНГЕО). В конце 70-х годов в МГУ была разработана и по настоящее время применяется при эколого-гидрогеологических исследованиях технология комплексных геофизических исследований (ВЭЗ, ЕП, термометрия, резистивиметрия), ориентированная на использование малоглубинных судов. Там же разработана и постоянно совершенствуется технология сейсмоакустических исследований на акваториях, применяемая при строительстве и ремонте трубопроводов, поиске месторождений строительного сырья и других задачах. С начала 90-х годов в АОЗТ «ГИ-ДЭК» широко применяется комплекс геофизических методов (термометрия, резистивиметрия, ВЭЗ, ЭП), ориентированный на выполнение исследований в первую очередь на неглубоких реках и водоемах. Опыт работ показал, что результаты акваториальных геофизических исследований представляют высокий интерес для специалистов-гидрогеологов и экологов. Однако уникальность аппаратурных комплексов, необходимость привлечения к работе специалистов высокой квалификации, экономические соображения часто ограничивают возможность применения методов геофизики при работе на акваториях. В то же время сегодняшний уровень развития приборной базы, появление надежных и компактных измерительных средств, возросший уровень технической грамотности и, наконец, экономические факторы, делают возможным выполнение некоторых видов геофизических исследований на акваториях силами гидрогеологов и экологов.

Настоящая работа ориентирована прежде всего на специалистов, решающих прикладные эколого-гидрогеологические задачи. При выборе методов, входящих в комплекс экваториальной геофизики, мы опирались на свой опыт и опыт других организаций, но в первую очередь учи-

6

тывали такие факторы, как очевидность физических предпосылок и простота интерпретации, возможность выполнения работ с использованием несложных в эксплуатации измерительных средств, обеспеченность исполнителей плавсредствами. При описании особенностей технологии полевых работ мы сочли необходимым привести описание технических средств, которые могут быть изготовлены собственными силами.

2. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ ПРИ РАБОТАХ НА АКВАТОРИЯХ И ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИХ РЕШЕНИЯ

Круг гидрогеологических и геоэкологических задач при работах на акваториях чрезвычайно широк и постоянно расширяется. Наиболее часто с использованием геофизики решаются такие задачи, как выделение участков субаквальной разгрузки по дну рек, оценка качества поверхностных вод по их общей солености, литологическое расчленение придонных отложений. Результаты решения этих задач используются при выделении и уточнении планового положения контура выклинивания водоносных горизонтов и комплексов, уточнении положения Зон повышенной водообильности, выборе площадок заложения разведочных скважин для изучения взаимосвязи поверхностных и подземных вод, оценке загрязнения поверхностных вод, изучении строения подрусловых отложений, обосновании выбора линий гидрометрических створов и т. д. В настоящей работе рассмотрены задачи, которые могут считаться типовыми. Технология решения этих задач в настоящее время хорошо отработана, накоплен опыт их решения, что должно облегчить использование настоящих рекомендаций на практике. В перечень этих задач входят следующие:

-    Выделение участков субаквальной разгрузки по дну неглубоких водотоков.

-    Выделение участков интенсивного взаимодействия поверхностных и подземных вод по дну закрытых и полузакрытых водоемов.

-    Оценка минерализации поверхностных вод с выделением зон их загрязнения.

-    Изучение строения подрусловых отложений.

-    Выделение таликов в многолетнемерзлых породах.

-    Оценка изменения во времени размеров участков субаквальной разгрузки при изменении уровня подземных вод.

При выборе методов учитывались следующие требования:

-    очевидность физических предпосылок и простота интерпретации полевых материалов;

-    возможность использования применяемых методов в пешем варианте или с применением в качестве транспортной базы несложных широко распространенных плавсредств (надувные лодки, спасательные плоты и пр.);

-    наличие у производственных организаций измерительных средств, возможность приобретения таких средств в открытой продаже и, наконец, возможность изготовления и ремон-

7

та оборудования, используемого при полевых работах, собственными силами;

экономичность (относительно невысокая стоимость аппаратуры и оборудования, высокая производительность при полевых работах).

Очевидными индикаторами, позволяющими оценить взаимодействие поверхностных и подземных вод, являются их температура и минерализация. Таким образом, целесообразность использования термометрии и резистивиметрии (кондуктометрии) при геофизических исследованиях на акваториях представляется вполне очевидной. Для оценки литологического состава пород, выделения таликов, оконтуривания участков, сложенных хорошо и слабопроницаемыми отложениями, традиционно наиболее широко применяется электроразведка методом сопротивлений в различных модификациях. Как дополнительный метод, часто используется электроразведка методом естественных потенциалов, Именно эти методы и рассматриваются далее применительно к решению поставленных выше задач.

3. МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ДЛЯ ПОЛЕВЫХ РАБОТ

В настоящем разделе рассматриваются методические особенности выполнения полевых работ методами, входящими в комплекс акватори-альной геофизики: термометрии, резистивиметрии и метода сопротивлений. Поскольку не все оборудование, необходимое для выполнения этих работ, выпускается серийно, мы сочли целесообразным кратко описать технологию изготовления оборудования или привести названия организаций, имеющих опыт его изготовления.

3.1. Термометрия

Термометрия - метод, наиболее часто используемый при выделении и мониторинге участков субаквальной разгрузки, а также зон теплового загрязнения промышленными и бытовыми стоками. Физической предпосылкой применения термометрии при экваториальной геофизике является разница температур поверхностных и подземных вод.

Измерения температуры при натурных исследованиях выполняются как в воде, так и непосредственно в донных отложениях. При измерениях в воде можно использовать любые средства измерений: от ртутных термометров до цифровых полупроводниковых измерителей температуры. Вполне пригодны экономичные и простые в эксплуатации термометры «HANNA».

В то же время измерения только в водной среде не позволяют полностью реализовать возможности термометрии как метода при решении гидрогеоэкологических задач. В особенной степени это относится к работе на реках, ручьях и проточных озерах, когда расходы поверхностных водотоков многократно превышают притоки подземных вод, что не позволяет выделить зоны субаквальной разгрузки только по измерениям в воде.

Для получения уверенных данных по температуре измерения выполняют в модификации термозондирований с заглублением датчика на 5- 10см в донные отложения. Этот прием позволяет существенно снизить

8

влияние суточных колебаний, а также заметно увеличить измеряемую величину аномального эффекта, вызванного разницей температур поверхностных и подземных вод. Серийно подобные устройства не выпускаются, однако они легко могут быть изготовлены с использованием выпускаемых сегодня отечественных и импортных датчиков. Опыт работ показал, что наиболее пригодны и одновременно экономичны датчики в металлическом корпусе типа ММТ-4 или их аналоги. Для защиты датчика от механических повреждений и гидроизоляции электрических контактов их помещают в металлическую трубку и заливают любым электроизолирующим герметиком. Вполне пригоден герметик, состоящий из смеси канифоли и автомобильного масла (солидола, литола, парафина) в пропорции от 10:1 до 10:2. Перед смешиванием канифоль необходимо расплавить. При ремонте этот герметик легко плавится паяльником и может без труда изготавливаться в полевых условиях. При измерениях этот датчик крепится к шесту, длина которого определяется условиями выполнения работ (обычно 2 -3 м). Пример заделки датчика в корпус приведен на рис. 3.1.

Для регистрации показаний термистора могут применяться цифровые мультиметры, выпуск которых налажен как в нашей стране, так и за рубежом, что позволяет приобретать их в розничной продаже.

Важным вопросом является эталонировка датчика. При необходимости получения точности 0.1°С рекомендуется выполнить тарировку датчика во ВСЕГИНГЕО, или в учреждении, имеющем лицензию на этот вид работ. Если же измерения выполняются с точностью 0.5°С и более, то эталонировка может быть выполнена собственными силами путем сравнения с показаниями эталонного ртутного термометра с ценой деления не более 0.2°С в заданном интервале температур с шагом 5°С.

Для оценки стабильности работы всего измерительного канала (датчик - кабель - регистратор) рекомендуется перед маршрутом и после маршрута выполнять измерения в емкости с водой в сравнении с эталонным термометром.

Регистрация результатов измерений может выполняться как в полевой журнал, так и в электронные носители информации (pocket computer). Регистрация на электронные носители, позволяющие сбрасывать информацию в компьютер, приводит к существенному упрощению процесса предварительной обработки и графического представления результатов измерений. Тем не менее, рекомендуется выполнять регистрацию в полевой журнал, поскольку при работе на воде всегда есть опасность попадания электронных средств измерения в воду с возможной потерей информации. Обработку результатов удобно выполнять с использованием стандартных программных средств Excel и Grapher.

3.2- Резистивиметрия

Физической предпосылкой применения резистивиметрии является связь удельного электросопротивления (УЭС) воды с содержанием водорастворимых солей. Основная область использования резистивиметрии -качественная и количественная оценка минерализации, что позволяет при геофизических исследованиях на акваториях использовать этот ме-Т*)Д при выделении и мониторинге зон загрязнения поверхностных вод, Выделении участков интенсивной субаквальной разгрузки.

9