ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ РАЗВИТИЯ

251 
удаленных малых населенных пунктов, лишенных возможности проводить 
бурение. 
Благодаря 
весьма 
значительному 
повышению 
электрического 
сопротивления грунтов при наличии в них льда наиболее эффективными в 
исследовании мерзлых грунтов являются методы электроразведки. Из них 
методы, работающие на постоянном токе (ВЭЗ, ВП, электротомография и др.), 
при работе на мерзлых поверхностях, испытывают большие трудности с 
заземлениями электродов, а также с интерпретацией данных зондирования при 
наличии 
высокольдистых 
горизонтов 
большого 
сопротивления, 
экранирующих нижележащие горизонты. Методы переходных процессов 
(ЗСБ и др.) лишены этих недостатков, однако имеются затруднения с работой 
в области малых времен. Популярный в последнее время и доступный в 
наглядности полученных данных высокочастотный георадиолокационный 
метод имеет ограничения в использовании на льдистых грунтах. Вызвано это 
тем, что основной используемый параметр – диэлектрическая проницаемость 
для мерзлых горных пород и льда близка по величине. Выделение льдистых 
образований в мерзлых грунтах в таком случае проблематично. 
Более рациональны в использовании на льдистых мерзлых грунтах 
методы зондирования на переменном токе в диапазоне частот от 1 до 1000 
кГц. В этом диапазоне частот глубина зондирования достигает на низких 
частотах первых сотен метров, охватывая тем самым практически всю 
мерзлую толщу. При этом на высоких частотах диапазона вполне доступны 
для изучения самые верхние слои разреза, начиная с сезонно-талого слоя. 
Наиболее практичным в получении данных и информативным в результатах 
их обработки является метод поверхностного импеданса в его последних 
модификациях 
– 
радиоимпедансное 
зондирование 
и 
радиомагнитотеллурическое зондирование. 
В указанном диапазоне частот методом поверхностного импеданса 
успешно решаются следующие задачи:
- картирование сильнольдистых грунтов и подземных льдов; 

252 
- изыскания под строительство зданий и инженерных сооружений; 
- мониторинг мерзлотного состояния грунтов основания зданий и 
инженерных сооружений; 
- поиски подземных вод для питьевых и хозяйственных нужд; 
- изыскания под устройство заземлений электротехнических и 
радиотехнических устройств; 
- выбор диапазона частот и типа антенн для обеспечения устойчивой 
радиосвязи между населенными пунктами; 
- изыскания под сооружение подземных естественных хранилищ 
продукции охотничьих и рыбаловецких хозяйств; 
- оконтуривание зон растепления и засоления многолетнемерзлых 
грунтов, загрязнения грунтов нефтепродуктами. 
Метод поверхностного импеданса основан на определении структуры 
электромагнитного поля на поверхности земли, при падении на нее из 
верхнего полупространства плоской электромагнитной волны. Поле создается 
удаленными радиостанциями или контролируемым источником. Структура 
поля на поверхности, характеризуемая модулем и фазой поверхностного 
импеданса, 
определяется 
геоэлектрическим 
строением 
нижнего 
полупространства: 
толщиной, 
проводимостями 
и 
диэлектрической 
проницаемостью отдельных слоев, горизонтально-слоистой земли. Это дает 
возможность изучения электрических свойств и геологического строения недр 
земли. 
По отношению к мерзлым толщам метод имеет дополнительные 
возможности по интерпретации данных за счет наличия в них горизонтов и 
слоев, резко контрастирующих по удельному электрическому сопротивлению 
(УЭС). По экспериментальным данным для талых горных пород УЭС 
находится в пределах 1-100 Ом∙м, для мерзлых – в пределах 100-10000 Ом∙м, а 
для льдов – в пределах 3000-30000 Ом∙м. Таким образом, вызванное наличием 
льда различие слоев по УЭС может достигать двух порядков, т.е. отличаться в 
сто раз. Применение незаземленных линий приема электрической 

253 
составляющей поля позволяет проводить зондирования с любых покрытий 
поверхности грунта, включая лед, водную поверхность, бетон или асфальт.
Модуль и аргумент (фаза) поверхностного импеданса измеряются при 
двух вариантах ориентации электрических приемных линий: одна приемная 
линия строго по пеленгу на радиостанцию (радиоимпедансное зондирование); 
две 
приемных 
линии 
по 
двум 
ортогональным 
направлениям 
(радиомагнитотеллурическое зондирование).
Радиоимпедансное зондирование (РИЗ) оперирует значениями модуля и 
аргумента (фазы) поверхностного импеданса, приведенного к импедансу 
свободного пространства, измеренными в диапазоне частот 10-1000 кГц. 
Изменения модуля и аргумента (фазы) импеданса, вызванные строением и 
состоянием мерзлых толщ, позволяют применить данные о них для 
профильных измерений на одной частоте, экспресс-зондирования на двух 
частотах и зондирования на нескольких частотах при решении 
нижеследующих задач геофизики на мерзлоте. Профильные измерения – для 
картирования распространения талых зон, подземных вод, подземных льдов и 
льдистых зон. Экспресс-зондирование – для картирования талых слоев под 
мерзлотой, либо ледяных образований в дисперсных грунтах и мониторинга 
изменения их состояния и распространения. Частотные зондирования – для 
получения, в результате одномерной интерпретации геоэлектрических 
разрезов мерзлых толщ, мониторинга изменения состояния и параметров 
отдельных слоев мерзлой толщи [1]. 
Радиомагнитотеллурическое 
(РМТ) 
зондирование 
оперирует 
эффективным (кажущимся) сопротивлением, рассчитанным по значению 
модуля импеданса, и фазой импеданса в диапазоне частот 1-1000 кГц. Кроме 
того метод располагает возможностью использования контролируемого 
источника электромагнитного поля. Понижение нижней границы диапазона 
частот до 1 кГц увеличивает глубинность зондирования в 3 раза, достигая 300 
м и более. Изменения эффективного сопротивления и фазы импеданса 
позволяют применить данные о них для зондирования с получением, в 

254 
результате инверсии данных, одномерной и двумерной интерпретации, 
геоэлектрических разрезов мерзлых толщ, 3D – изображений строения 
мерзлоты на участке, оценки мощности мерзлоты. Технические возможности 
РМТ с контролируемым источником поля и незаземленными приемными 
линиями позволяют проводить зондирования мерзлых толщ на любых по 
удаленности территориях.
По данным численного моделирования введение в многолетнемерзлый 
грунт на глубине 2 м слоя толщиной 8 м, имеющим сопротивление 5000-
40000 Ом м, соответствующее сильнольдистым грунтам и подземному льду, 
приводит к значительным изменениям частотной зависимости величины 
модуля и аргумента (фазы) поверхностного импеданса. Величину модуля 
импеданса сильнольдистое образование в грунте увеличивает в летний период 
(при наличии значительного талого слоя на поверхности грунта) более чем на 
10% , а в зимний период – более чем на 40%. Сильнольдистое образование 
изменяет фазу на 5° в зимний период и до 7° в летний период.
По результатам радиоимпедансного зондирования в летний период 
наличие в многолетнемерзлом грунте пятиметрового слоя с льдистостью 40% 
приводит к увеличению величины модуля импеданса на 20%. Наличие в 
грунте льда толщиной от 3 м до 9 м приводит к увеличению величины 
импеданса от 27% до 90%. Наличие льда такой толщины изменяет фазу на 3-
8°.
Приведенные изменения, вызванные влиянием льдистых образований в 
грунте, считаем значительными, учитывая, что величина модуля импеданса 
измеряется с точностью 5%, а фаза с точностью 1 градус.
Значения 
эффективного 
сопротивления 
грунта, 
содержащего 
сильнольдистые образования, полученные в результате радиоимпедансного 
зондирования, были сопоставлены с данными лабораторного анализа проб 
грунта, полученных из скважин, пробуренных в пунктах зондирования.
Сравнение показало сильную корреляционную связь значений эффективного 
сопротивления с данными по плотности и естественной влажности грунта. Для 

255 
суглинков коэффициенты корреляции достигали 0.9, а коэффициенты 
детерминации 
80%. 
Полученные 
уравнения 
регрессии 
позволили 
приближенно оценить плотность и естественную влажность мерзлых 
суглинков по результатам радиоимпедансного зондирования и РМТ. 
На основе результатов численного моделирования и радиоимпедансного 
зондирования разработана методика поиска и картирования сильнольдистых 
образований и подземных вод по величине поверхностного импеданса в 
режиме реального времени. Методика включает экспресс-оценку 
эффективного сопротивления мерзлых рыхлых отложений, включающих 
сильнольдистые образования или 
подземные 
воды, последующую 
приближенную оценку эффективной объемной льдистости или естественной 
влажности и построение карты расположения льдистых образований или 
водоносных зон.
Компьютерная 
интерполяция 
значений 
эффективной 
объемной 
льдистости, полученных в результате радиоимпедансного зондирования по 
площади, позволяет получить карту расположения сильнольдистых 
образований, 
выделяемых 
по 
высоким 
значениям 
эффективного 
сопротивления или эффективной объемной льдистости (рис. 1). Карта 
получена по результатам радиоимпедансных зондирований на участке 
распространения грунтов ледового комплекса по трассе Томмот-Кердем. 
Рис. 1. Карта расположения сильнольдистых образований (синие тона).

256 
Получена по градациям изменения эффективного сопротивления. 
Методика 
интерпретации 
данных 
радиоимпедансного 
зондированияможет быть использована и для получения 3-D изображения зон 
протаивания, 
засоления 
или 
загрязнения 
нефтепродуктами 
многолетнемерзлых грунтов (рис.2). 
Рис. 2. Рельеф нижней границы зоны загрязнения 
нефтепродуктами на Ленской нефтебазе. 
Мониторинговые результаты наблюдений поверхностного импеданса в 
диапазоне частот 20-900 кГц были получены на экспериментальных 
площадках недалеко от г. Якутска, представленных многолетнемерзлыми 
песчаными грунтами. В ходе наблюдений установлено, что наиболее тесная 
корреляционная связь поверхностного импеданса мерзлых грунтов с их 
температурой на глубине до 4 м, структурой и прочностными свойствами 
мерзлых грунтов в данном районе наблюдается на частотах диапазона 
500…900 кГц (рис. 2).

257 

жүктеу/скачать 13,27 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: