Header Image

Кто будет спорить с тем, что развитие строительной отрасли является важнейшей составляющей в процессе успешного развития экономики любого государства?

Подробнее ...
Георадарные исследования подземных наледей в пещерах Урала Печать E-mail
07.12.2014 17:28

Ю.И. Степанов, А.А. Тайницкий, А.А. Кичигин
614007, г. Пермь, ул. Сибирская 78-а, ГИ УрО РАН

Георадарные исследования позволяют детально изучить морфологию ледяных образований, подсчитать объем и массу льда, а в случае многолетних мониторинговых наблюдений определить изменение его баланса во времени с целью установления зависимости этого явления от климата. Наибольший интерес для науки в этом вопросе представляют пещеры с многолетними ледяными образованиями и значительными скоплениями криоминеральных отложений. Ледяные отложения пещер Урала представлены всеми генетическими классами и весьма разнообразны по морфологии.

Самой известной среди пещер с ледяными образованиями является Кунгурская Ледяная. Здесь описаны свыше 120 видов различных генетических типов. Именно ледяные отложения являются главной достопримечательностью пещеры. Одним из основных вопросов изучения льда является определение его мощности и рельефа подледного основания. Точная информация, полученная при помощи геофизических методов, позволяет построить объемную трехмерную модель пещерных отложений и посчитать их объем.
Методика исследований включала георадиолокационную съемку в теплый и холодный период, отбор керна и фотодокументацию поверхности наледи.
Принцип действия аппаратуры радиолокационного зондирования (в общепринятой терминологии – георадара) основан на излучении сверхширокополосных (наносекундных) импульсов метрового и дециметрового диапазона электромагнитных волн и приеме сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства [1, 2].
Изучение мощности льда и границы лед – подстилающая порода, является одним из наиболее благоприятных вариантов георадарных исследований с точки зрения физических предпосылок, а именно: высокое удельное электрическое сопротивление (УЭС) и низкая диэлектрическая проницаемость.
Георадиолокационные исследования проводились аппаратурой «ОКО-М1», антеннами АБ-400 с центральной частотой 400 МГц и АБ-1700 с центральной частотой 1700 МГц, по системе профилей, пространственное расположение которых в большей степени было предопределено геометрией пещер и доступностью участков для исследования. Для однозначной интерпретации данных георадара в параметрических точках проводилось заверочное бурение с отбором проб льда мощностью 1 м (рис. 1).


Рис. 1. Георадарные исследования и заверочное бурение

Исследования были проведены на Северном Урале в пещерах Медео и Еранка (Пермский край), на Среднем Урале в пещерах Усьвинская Ледяная и Кунгурская Ледяная (Пермский край), на Южном Урале в п. Киндерлинская (им. 30-летия Победы) и Аскинская (респ. Башкортостан). В исследованных пещерах составлены трехмерная модель отложений и картографический материал.
По мощности самая большая наледь Урала находится в п. Киндерлинская (им. 30-летия Победы), а самая большая по площади – в п. Аскинская.
Продолжены мониторинговые исследования в Кунгурской Ледяной пещере.
В результате проведенных исследований выполнена количественная интерпретация данных георадарной съемки, построены трехмерные модели пещерных отложений. Кроме того, в пещере Медео удалось выделить переходный слой между массивом льда и коренными породами, который, как предполагается, является моренными отложениями, сформированными при движении многолетней наледи вглубь пещеры.
По результатам обработки георадарных исследований в п. Медео построены: объёмная модель исследуемого объекта (рис. 2); схемы мощностей льда и переходного слоя (рис. 3); рассчитаны приблизительные объёмы первого и второго слоёв в пределах изученного участка тремя методами (трапеций, Симпсона и 3/8 Симпсона).
Среднее значение объема многолетнего льда в пещере Медео составило 939 м3, что позволило считать подземный ледник самым большим на территории Северного Урала.


Рис. 2. Трехмерная модель ледяных отложений в п. Медео


Рис. 3. Схема мощности отложений в п. Медео: а - мощность ледяного слоя; б - мощность переходного слоя

В п. Еранка мощность ледяной толщи изменяется от одного до трех метров, Химический состав льда и сезонные наблюдения позволили установить, что в пещерах Еранка и Медео в настоящее время идет период накопления льда. Было установлено, что мощность льда увеличивалась с 2009 по 2012 гг., ежегодный прирост составил от 8 до 15 см. С основном, это происходило за счет поступления через вход пещеры поверхностных вод в весенне-летнее время.
В пещере Усьвинская (Пермский край) мощность льда составила всего 20-50 см, радарограммы характеризуются низким качеством, что обусловлено присутствием многочисленных включений в теле ледника (обломки породы, древесный мусор и т.д.).
В Кунгурской Ледяной пещере максимальная мощность льда в гроте Полярный составила 2 м, а минимальная – 20 см.


Рис. 4. Радарограмма по профилю в п. Киндерлинская.
На фото изображен рабочий момент наблюдений

Многолетняя наледь в пещере Киндерлинская (им. 30-летия Победы) имеет длину 120 м и ширину от 5 до 12 м. Ледник характеризуется сложным строением ложа с уступом в форме ступени высотой около 4 м, а также провисшей в воздухе, в форме корабельного киля, частью ледяного массива в месте максимальной его мощности. На рисунке 4 представлена радарограмма по профилю, начало которого приурочено к входу в пещеру. Протяженность профиля составляет 50 м. Мощность ледяного образования изменяется от нескольких см в нижней части наледи, у входа, около решетки мощность льда составляет 6-8 м. В дальнейшем целесообразно провести дополнительные георадарные исследования, т.к. подземная наледь имеет сложную конфигурацию.
В пещере Аскинская (республика Башкортостан) георадарная съемка проведена по системе профилей, представленной на рисунке 5. Как видно из рисунка 6, на котором представлена радарограмма по одному из профилей глубина ледяных отложений изменяется от нескольких см до 2 м. Из схемы мощности льда (рис. 5) следует, что мощность льда почти равномерно увеличивается от 0 до 0,5 м от дальней части пещеры к ее выходу. Около выхода отмечается резкое увеличение глубины границы лед-порода в форме оврага, простирающегося от входа в пещеру к западной стене, от 1,5 м до 2 м, заканчивающийся проемом в стене, в данный момент перекрытый сталагмитом. Возможно, что углубление ложа продолжается в этот западный ход и связано с действием воды. На этом же участке наблюдается множество обломков породы в нижней части наледи. Ниже границы лед – порода прослеживается сложная картина отраженных и рефрагированных волн, что может указывать на сильную степень разрушения пород.


Рис. 5. Схема мощности и объёмная модель льда в п. Аскинская


Рис. 6. Радарограмма по профилю 18

По результатам обработки георадарных измерений примерный объём льда в Аскинской пещере составляет 1478 м3 (без учёта льда заключённого в ледяных сталагмитах).

Литература
1. Владов М.Л., Старовойтов А.В. Введение в георадиолокацию. Учебное пособие – М.: Издательство МГУ, 2004. – 153 с.
2. Старовойтов А.В. Интерпретация георадиолокационных данных. Учебное пособие – М.: Издательство МГУ, 2008. – 192 с.

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.