УДК 504.064
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОРАДАРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА НЕГАТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИНЖЕНЕРНЫХ ОБСЛЕДОВАНИЙ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
В. В. Горин,
к. т. н., НПА «Экогеотех», egt@ecogeotech.com
Д. А. Шаповалов,
профессор, Государственный университет по землеустройству, shapoval@mail.ip.sitek.net
Приведены результаты и анализ георадарной съемки участка местности под организацию вертолетной площадки.
Results and analysis georadar shooting plot area under the organization of the helipad are given.
Ключевые слова: георадарная съемка, электромагнитные волны, грунт.
Key words: georadar survey, electromagnetic waves, ground.
Введение. В данной статье приведены результаты и анализ георадарной съемки участка местности под организацию вертолетной площадки по адресу Андропова, 39 (МГОМЗ «Коломенское»). Исследования проводились с целью выявления инженерно-геологических особенностей грунтового массива без проведения буровых работ для оценки возможности обустройства на данном участке вертолетной площадки. По результатам измерений построены двух- и трех-мерные ГИС-модели геологической структуры грунтов до глубины 10 метров. Четко выявлено и идентифицировано наличие рисков суффозионных процессов на обследуемом участке. Полученные данные показали высокую эффективность применения георадарного зондирования для проведения оперативного мониторинга земель на урбанизированных территориях.
1. Краткое описание участка обследования. Обследуемый участок проектируемого строительства находится на территории парка-заповедника Коломенское, на левом берегу р. Москва. Участок расположен на первой надпойменной террасе р. Москва, представленной аллювиальными отложениями. Рельеф участка характеризуется небольшим уклоном в сторону р. Москва, перепад отметок высот в пределах участка составляет около 1 метра. Абсолютные отметки поверхности земли колеблются в пределах 114—115 м.
Площадь участка проектируемого строительства (рис. 1) по предоставленным данным составляет 625 м2 (квадрат 25 х 25 м.).
2. Метод георадиолокации. Метод георадиолокации основан на явлении отражения электромагнитной волны от границ неоднородностей в изучаемой среде, на которых скачкообразно изменяются электропроводность и диэлектрическая проницаемость. Основной величиной, измеряемой при георадарных исследованиях, является время пробега электромагнитной волны от источника до
Рис. 1. Космический снимок исследуемой территории с участком проектируемого строительства (выделен зачеркнутым прямоугольником)
отражающей границы и обратно до приемника. Поскольку скорость распространения электромагнитной волны в разных материалах различна, измеряя время пробега волн и зная основные физические свойства пород в изучаемой среде, можно судить о геологическом строении объекта [1].
Целевым предназначением метода георадиолокации является определение положения границ раздела или локальных объектов в геологической среде изучаемого участка. Такими границами раздела являются, например, контакт между сухими и влагонасы-щенными грунтами (уровень грунтовых вод), контакты между породами различного литологического состава, между породой и материалом искусственного сооружения, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и рыхлыми породами и т. д.
Максимальный контраст в диэлектрических проницаемостях наблюдается между воздухом е = 1 и водой е = 81. Их соотношение в породе и будет, в основном, определять диэлектрическую проницаемость слоя. Сухие, монолитные, слаботрещиноватые породы будут
иметь низкие значения диэлектрической проницаемости, а влагонасыщен-ные, проницаемые, пористые, трещиноватые породы будут иметь высокие значения диэлектрической проницаемости и низкие значения скорости распространения электромагнитных волн.
Георадарные измерения достаточно часто используются комплексно с другими методами в радиологическом мониторинге для определения антропогенного или естественного происхождения скрытых источников радиоактивного загрязнения без использования дорогостоящих буровых работ [2]. При передвижении антенны георадара вдоль профиля регистрируется совокупность реализаций и формируется непрерывный временной разрез изучаемой среды — радарограмма. Рада-рограмма представляет собой условный, в виде волновой картины, разрез изучаемой среды. Горизонтальная ось радарограммы — ось профиля, соответствует направлению перемещения георадара, а вертикальная ось — ось времени отражает время пробега ЭМ импульса до границ в геологической среде массива и обратно.
Рис. 2. Схема обследуемого участка с нанесенными линиями георадиолокационных профилей и точками ОРБ-привязки
Планирование работ. Полевые работы проводились с радиотехническим прибором подповерхностного зондирования — георадаром «ОКО», производство России. Центральная частота антенн 250 Мгц. Управление георадаром и запись информации проводилась компьютером Notebook Panasonic.
Георадиолокационная съемка выполнялась по предварительно проложенным профилям, образующим сетку с шагом 5 м (рис. 2). Прокладка профилей осуществлялась исходя из необходимости получения достаточного уровня детализации выявляемых неод-нородностей грунтового массива.
Радиолокационное зондирование проводилось на участке размером 30^40 м, перекрывающем размер участка проектируемого строительства (25X25 м). Привязка к местности осуществлялась при помощи ОР8-прием-ника по четырем точкам, обозначенным на рисунке 2 номерами 1, 2, 3, 4. Координаты точек приведены в таблице 1.
Полевые радарограммы обработаны по программам, предназначенным для следующих целей: выявление слоев в грунтовом массиве на основе разницы в электрофизических свойствах; выявление областей аномалий в сложении от-
Таблица 1 Координаты точек ОРЯ-привязки к местности обследуемого участка
Номер точки Северная широта N° Восточная долгота Е°
1 55,67232 037,68082
2 55,67240 037,68110
3 55,67271 037,68079
4 55,67264 037,68056
дельных слоев и наличия областей нарушения — трещин.
3. Результаты георадарных исследований. По результатам георадарного обследования получено 19 радаро-грамм грунтового массива, которые представляют собой вертикальный "срез" обследуемого участка до глубины 9,0 м (рис. 3).
Аномалии в сложении грунтового массива выделены на радарограммах в виде неоднородных участков.
По результатам обработки массива данных всех пройденных георадиолокацией профилей на обследуемой территории, при помощи программного комплекса «ОКО» получены карты распределения аномальных участков грунтового массива на обследуемой территории (рис. 4).
Карты распределения получены для глубин 3,5, 3,0, 2,5 , 2,0, 1,5 м и представляют собой горизонтальный «срез» для определенной глубины грунтового массива обследуемого участка в плане. Зоны распределения выявленных неод-нородностей (аномалий в сложении) грунтового массива выделены фиолетовой линией.
Карты распределения в плане соответствуют обследуемому участку, ограниченному точками ОР8-привязки № 1, 2, 3, 4 (см. рис. 2).
Анализ полученных радарограмм и карт распределения неоднородностей грунтового массива показал следующее:
1. Распределение неоднородностей грунтового массива носит систематический характер, аномальная зона в плане представляет собой протяженную полосу от точки № 4 к точке № 2 ОР8-привязки (см. рис. 2).
2. Максимальная глубина проявления неоднородностей в сложении грунтового массива составляет 3,5—4,0 м и приурочена к центральной части обследуемого участка (радарограмма 2, профиль № 3).
3. Аномальные значения диэлектрической проницаемости указывают на
I ]рофндь №1.
■•о } ш * ¡о *
Рис. 3. Радарограмма грунтового массива Профиль № 1
Рис .4. Карта распределения аномальных участков на обследуемой территории, глубина 1,5 м
Рис. 5. Объемная модель зоны неоднородностей
Глубина, м
о ъ и I 31| а а я
Рис. 6. Карта поверхности контакта тела техногенного грунта с ненарушенным грунтом
характер неоднородностей грунтового массива обследуемого участка, представляющего собой техногенно-изме-ненный грунт с многочисленными плотными включениями.
4. С увеличением глубины площадь зоны неоднородностей уменьшается (рис. 4), то есть выявленное протяженное тело техногенного происхождения в вертикальном разрезе имеет клиновидную форму. Данный факт позволяет с большой долей вероятности говорить о наличии в грунтовом массиве обследуемого участка выемки или траншеи, протянувшейся от точки № 4 к точке № 2 GPS-привязки (см. рис. 2), имеющей максимальную глубину 3,5 м (в центре участка) и заполненную техногенным грунтом.
При помощи программного комплекса «Surfer» создана объемная модель выявленной зоны неоднородно-стей на обследуемом участке (выемка, заполненная техногенным грунтом) и
карта поверхности контакта тела техногенного грунта с ненарушенным грунтом, представленная с помощью изогипс (см. рис. 5, 6).
Карта поверхности контакта и объемная модель также соответствуют обследуемому участку, ограниченному точками ОР8-привязки № 1, 2, 3, 4 (см. рис. 2).
Основным геологическим риском на исследуемой территории является активизация суффозионных процессов за счет неоднородностей в грунтовом массиве. При этом могут происходить неравномерные просадки грунта, которые могут привести к нарушению целостности конструкций планируемой вертолетной площадки. Таким образом, наличие уклона местности, близость зеленых насаждений и наличие потенциальной зоны развития суффозионных процессов препятствуют возможности строительства вертолетной площадки на данном участке местности.
Библиографический список
1. Филькенштейн М. И., Карпухин В. И., Кутев В. А., Метелкин В. Н. Подповерхностная радиолокация. М.: Радио и Связь, 1994 г., 216 с.
2. Шаповалов Д. А., Горин В. В., Зарубин А. Б. Экспериментальные результаты комплексного радиологического мониторинга почвенного радона на территории Московского региона. Землеустройство, кадастр и мониторинг земель, № 5, 2007 г., стр. 71—78.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.