ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК И КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ЕЕ РЕЗУЛЬТАТОВ  С ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИМИ ДАННЫМИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ И КОММУНИКАЦИЙ.

 ВВЕДЕНИЕ.

 Методика исследования  строится согласно следующей схеме:

• Выявление  типичных подземных объектов природного и антропогенного характера

• Определение набора геофизических  методов для решения задач обнаружения подземных объектов.

• Разработка методики совместного анализа разнородной и разномасштабной геофизической и географической информации.

Комплексирование данных имеет целью повышение надежности обнаружения объектов путем привлечения дополнительной информации. Часто  привлекаемые методы может служить базой для отработки методики съемки основного метода и обработки результатов.

Методы исследования соединяются в рациональный  комплекс в соответствие с  принципом последовательной детализации изучаемых объектов. Комплекс включает разнообразные  по физической природе методы, несущие информацию о различных свойствах одного и того же объекта. В составе комплекса выделяют  основной, детализационный и вспомогательный методы. Основным является наиболее эффективный, мобильный, высокопроизводительный метод. Детализационные методы применяется на  локальных участках с более густой сетью наблюдений. Вспомогательные методы способствуют повышению эффективности основных. Основной метод может определять качественную характеристику исследуемого объекта, а детализационный – его количественные параметры.

В нашем случае в качестве основного метода применяются аэрокосмические съемки поверхности Земли в оптическом и радиодиапазонах. Роль детализационных методов играет спектрально-сейсморазведочное профилирование. В качестве вспомогательных  используется различные виды наземных геологических и геофизических методов, а также наземное обследование.

 1.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ  РАДИОЛОКАЦИОННОЙ АЭРОСЪЕМКИ И НАЗЕМНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЕ ТРУБОК ВЗРЫВА, ЗОН ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ.

 ТРУБКА «ПИОНЕРСКАЯ».

  Для решения поставленных задач применен комплекс методов: многочастотная радиолокационная аэросъемка в сантиметровом и метровом диапазоне, наземное спектрально – сейсморазведочное профилирование.

В  феврале 1992 г. проведена радиолокационная аэросъемка в северо-западной части Архангельской  области на территории Золотицкого кимберлитового поля. Аэросъемка проводилась посредством самолетной РЛС, которая  являлась прототипом известного многочастотного комплекса «ИМАРК» и позволяла получать информацию о подстилающей поверхности на радиоволнах длиной 4 см и 254 см.По материалам  радиолокационной съемки метрового  диапазонах выявлены подповерхностные  части морфологии рельефа, кольцевые структуры, погребенные фрагменты палеодолин, карстовые формы рельефа [1]. Ряд кимберлитовых трубок находит прямое отображение на радиолокационном изображении в виде кольцевых аномалий. В качестве примера рассмотрим трубку «Пионерская», которая находится на левобережье р. Золотица в 1 км от русла. Ландшафт участка – плоская полого холмистая равнина, поросшая сосново-березовым лесом. Мощность четвертичных отложений в пределах трубки составляет 1,5 м. Эруптивное тело перекрыто карбоновыми отложениями мощностью более 50 м.

Анализ радиолокационного изображения сантиметрового диапазона показывает, что трубка находится в центре кольцевой структуры размером 3 км, образованной дугообразным изгибом долины р. Золотицы и заболоченной долиной ручья. Тон изображения серый, с мелкокрапчатой текстурой, нарушаемой линиями геологических профилей и просек.

 Ввиду меньшей разрешающей способности и большей глубины проникновения радиоволн в зондируемую среду, элементы изображения метрового диапазона существенно дополняют информацию сантиметрового изображения. В целом дешифрируются более крупные элементы строения, видимо, имеющие и большую глубину заложения. Ясно видно, что зона линеаментов северо-западного направления, пресекающая центр структуры, смещена на  300 - 500 м к западу от аналогичной на изображении сантиметрового диапазона. Более резко выражена юго-западная граница кольцевой структуры.

 Эффективным  методом исследования  разрывных тектонических нарушений является спектрально-сейсморазведочное профилирование (ССП)  с шагом измерения 10 м.  Метод спектральной сейсморазведки основан на использовании зависимости между спектральным составом собственного колебательного процесса, возникающего при ударном воздействии на дневную поверхность и строением породного массива [2].

Идеология спектральной сейсморазведки в отличие от традиционных (лучевых) сейсмометодов  предполагает, что при ударном воздействии на земную толщу происходит не распространение зондирующего импульса, а его преобразование в собственные колебания, которые распространяются в горизонтальных направлениях (http://newgeophys.spb.ru).

Собственные упругие  колебания, наблюдаемые при ударном воздействии на земную поверхность, возникают из-за наличия в массиве колебательных систем, в качестве которых работают горизонтально - слоистые геологические структуры. Сигналы, обусловленные наличием нескольких колебательных систем, представляют собой совокупность гармонических (синусоидальных) затухающих колебаний. Собственные упругие  колебания возникают на поперечных (сдвиговых) колебаниях, и частота каждой составляющей f связана с соответствующим размером h геологического объекта следующим соотношением:

 h=Vсдв /f,     (1)

где Vсдв – скорость поперечного (сдвигового) упругого процесса.

На основании акустических исследований установлено, что величина Vсдв в горных породах не более чем на  10 %  отличается от  2500 м / с. Первичный сейсмосигнал с помощью преобразования Фурье может быть изображен на оси частот или, иначе говоря, в спектральном виде. На спектральном изображении обычно видны гармонические составляющие с частотами в единицы и десятки Гц. Пересчет с помощью формулы (1) позволяет провести ось абсцисс - ось глубин, и тогда спектрограмма приобретает смысл разреза. Основными объектами, выявляемыми методами ССП, являются сомкнутые трещины и их совокупности, т.е. зоны трещиноватости. На изображении ССП - разреза воронкообразные объекты фиксируют положение зон трещиноватости горных пород.

Большой раздув на вертикальной оси означает большую величину добротности конкретной гармонической составляющей в данной точке и большую мощность тектонического нарушения. Согласно известным представлениям, границы, выявляемые с помощью традиционных акустических методов, представляют поверхности, на которых происходит скачок удельной акустической жесткости, которая определяется произведением плотности на скорость распространения упругих колебаний.

Границы, выявляемые с помощью спектрально-акустических (спектрально-сейсморазведочных) методов, представляют собой поверхности, по которым возможно взаимное скольжение соседних сред, т.е. участки нарушения сплошности.

 Спектрально – сейсморазведочное профилирование (ССП) проведено в 2000 г. вдоль профиля, проходящего по оси  продольного сечения трубки «Пионерской». Установлено, что на ССП - разрезах над трубками наблюдаются дугообразные ореолы, фиксирующие локальные изменения физико-механических свойств. Таким образом, эти дугообразные структуры на ССП – разрезах являются признаком, указывающим на присутствие в геологическом разрезе структуры магматического происхождения, а в данном случае кимберлитовой трубки.

   На рисунке  ясно читается внутренняя структура трубки в виде куполообразных границ (зон повышенной трещиноватости) на глубине 70 и 110 м, подчеркнутых цветной пунктирной линией.  В левой части рисунка в районе  пикетов 60-180 м наблюдается разрывное нарушение мощностью порядка 120 м в интервале глубин 50-200 м.

 Совместное использование  материалов двухчастотной радиолокационной съемки и спектрально – сейсморазведочного профилирования решало задачи детализации строения трубки «Пионерской» и горных пород вмещающей рамы. При комплексировании данных удалось получить дополнительную информацию о глубинном строении трубки «Пионерской». Выявлена сложная система конформных куполообразных границ внутри трубки на глубинах 70 и 110 м. Осталось неясным, чему соответствуют эти границы на материалах радиолокационной съемки. Установлено, что зона дугообразных линеаментов, осложняющих юго-западную  границу структуры на материалах радиолокационной съемки, соответствует разрывному нарушению в районе  пикетов 60-180 м ССП мощностью порядка 120 м в интервале глубин 50-200 м.

 2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ  КОСМИЧЕСКОЙ ФОТОСЪЕМКИ И НАЗЕМНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗОН ТРЕЩИНОВАТОСТИ, ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ ВОДНЫХ ПОТОКОВ (ПЛЫВУНОВ).

 ПЛОЩАДЬ МУЖЕСТВА.

 Охватывает участок разрушение тоннелей метро вблизи станции “Площадь Мужества” и восточную часть прилегающей территории. Для исследования данной площади применены космическая съемка в оптическом диапазоне, высоточная гравиметрическая съемка.

 В 1996 г. проведены гравиметрические работы на проектировавшейся  трассе обхода участка размыва между станциями метро «Лесная» и «Площадь Мужества [3]. Выявлены обширные отрицательные локальные аномалии с амплитудой более 200 мкгал. На западе площади работ аномалия  с амплитудой -269 мкгал отмечает известный аварийный участок плывуна на ул. Политехнической, сложенный интенсивно обводненными наравномерно-зернистыми песками и валунно-гравийными отложениями, залегающими на глубине 40-50 м.

На северо-востоке площади аномалии отмечают зону пониженных значений гравитационного поля с апмлитудой – 365 мкгал, вызванной вновь выявленным объектом. Заметные различия в градиентах на западных и восточных крыльях аномалий указывают на изменение параметра этого объекта, обусловленную тектоническим нарушением северо-восточного простирания. По всей видимости, с проявлением тектоники связанна и особая изрезанность графиков ∆g западных крыльях этой аномалии. Это предположение косвенно подтверждается подмеченными в процессе работ вспучиваниями, погружениями и растрескиванием бетонных плиток и асфальта у подножья зданий по пр. Непокоренных между пикетами 40 – 70. На рисунке это участок между западной границей палеодолины и восточной границей плывуна.

По материалам гравиразведки  уверенно выделилась зона плывунов северо-восточного простирания, залегающая в осевой части палеодолины. На улице Хлопина был выявлен плывун, аналогичный плывуну на Политехнической улице, и возможно, генетически связанный с ним.

   Расположение отрицательных локальных аномалий ∆g лок и результаты интерпретации. Масштаб 1:10 000.

1- изолинии ∆g лок (мкГал), 2- предполагаемые границы палеодолины, 3- предполагаемое ектоническое нарушение, 4,5 – участки плывунов; 4- сильно обводненные, 5 - обводненные, 6а – линеаменты, 6б –линеаментная зона.

Сопоставление данных высокоточной гравиразведки  с материалами дешифрирования позволило установить приуроченность плывунов и палеодолины к линеаментной зоне, которая является продолжением на восток аналогичной зоны, выявленной ранее [4]. Линеаментная зона, проходящая в районе пл. Мужества, длиной более 10 км,имеет ширину 120- 200 м, а в среднем 160 м. Линейно вытянутые обводненные зоны по площади, конфигурации и направлению совпадают с линейными зонами сгущения линеаментов. Сильно обводненные  зоны и  участки плывунов фиксируют зоны деформаций в тектонически ослабленных и разуплотненных участках геологической среды в местах разрывных нарушений.

 ЛИТЕРАТУРА.

 1.Старостин В.А., Неволин С.Н.  и др. Отчет о результатах многочастотной радиолокационной аэросъемки Зимнебережного района Архангельской области, проведенной в 1992 г. Л. ВНИИКАМ,1992.

2.Гликман А.Г. О геофизических принципах сейсморазведки. Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений.1998.№7. с.17-23.

3.Долинский Ю.Д., Кубланов М.М., Леончиков В.М., Петров В.Е. Гравиметрические работы на проектировавшейся трассе обхода участка размыва между станциями метро Лесная - Площадь Мужества. Геологи - 300 летию СПБ. СПБ,2003,с.125 - 135

4. Неволин С.Н.  Линеаментный анализ как метод прогнозирования участков аварийности инженерных объектов (на примере Санкт- Петербурга). Исследование Земли из космоса, 2006, №1,с.35-40.