2.2 Комплекс геофизических методов исследования

При проведении обследования балки Рябинина использовалось пять геофизических методов, позволяющих получить первичные данные о состоянии окружающей среды. Профиль наблюдений располагался на левом берегу балки в 3-4 метрах от ручья.

Гамма-спектральная съёмка

Метод гамма съемки основан на измерении следующих характеристик.

1) Измерение массовой доли основных естественных радионуклидов калия, радия и тория в горных породах, рудах и почвах при геологических и других работах.

2) Измерение эффективной удельной активности естественных радионуклидов строительных материалов, добываемых на их месторождениях (щебень, гравий, песок, бутовый или пилонный камень, цементное и кирпичное производство и пр.) Также в отходах промышленного производства, используемого для изготовления строительных материалов (золы, шлаки и пр.).

Для проведения исследования использовался концентратомер (рисунок 4).

Рисунок 4 – Концентратомер (РКП-305М)

Радиометрическая съемка

Гамма-кванты обладают наибольшей проникающей способностью из всех видов радиоактивных излучений, поэтому в радиометрии применение нашли в основном методы радиометрической гамма-съемки. Эти методы предназначены для изучения интенсивности естественного гамма-излучения, а чаще и его энергетических характеристик.

Для пешеходной (наземной) гамма-съемки применялся полевой радиометр СРП-68 со стрелочным индикатором на выходе. Прибор состоит из пульта управления и питания от сухих анодных батарей, выносного зонда.

Метод постоянного естественного электрического поля (ЕП)

Этот метод основан на изучении естественных электрических полей, которые зависят от физико-химических процессов и могут иметь как природное, так и антропогенное происхождение.

Наиболее интенсивные естественные поля (до ± 40 мВ) возникают в силу окислительно-восстановительных процессов в присутствии рудных тел, угля и химического загрязнения верхних почвенных горизонтов. Метод может обнаружить как аномалии естественного и антропогенного происхождения, поэтому данный метод является первичным и требует привлечения других методик [36].

В данном методе используются специальные неполяризующиеся электроды, так как металлические электроды из-за окисления в грунте создают значительную (до 1 В) электродную разность потенциалов. Данный метод является автономным, так как не требует присутствия электроэнергии для проведения исследования, работы приборов. При осуществлении данного вида исследования необходимо строго соблюдать расстояние между точками профиля и контролировать показания приборов [30].

На рисунке 5 представлена схема профиля прохождения геофизического маршрута методом естественного поля в 2016 году. В 2017 году измерения проводились по одному профилю, который совпадает с вертикальной кривой – профиль №6.

Рисунок 5 – Схема профиля прохождения геофизического маршрута методом естественного поля в 2016 году (из отчета по практике в 2016 г.)

Электро-потенциальное томографическое зондирование (ЭПТЗ)

Данный метод был создан для поиска месторождений полезных ископаемых и определения уровня их залегания. Метод основан на использовании 4-х электродных дипольных установках в вариантах осевом и ортогонально-азимутальном. Разносы измерительной линии MN производятся от любого из питающих электродов A или B. Вариативность устройства электродов является необходимым условием при работе на пересечённой местности и ограниченных по площади объектах, что предопределяет экспрессное получение сведений не только об изменении исследуемого разреза на глубину, но и о наличии локальных неоднородностей вдоль заданных профилей. Подобными неоднородностями могут являться пустоты, залежи горных пород, зеркало грунтовых вод и т.д. [30, 31].

Принцип объёмного сканирования, сочетающего элементы зондирования и профилирования, достигается путём последовательного смещения электроразведочной установки по направлению профиля или ортогонально ему на шаг кратный измерительной линии MN, которая в свою очередь перемещается с арифметическим шагом (рисунок 6).

Рисунок 6 – Схемы установок наблюдений (а) и последовательности их смещений (б) технологии ЭПТЗ [30]

При каждом смещении питающей линии AB, в новом зондировании, линия MN проходит через те же точки, что и на предыдущем. Повторение измерений позволяет производить накапливание сигналов и тем самым однозначно идентифицировать приповерхностные неоднородности (рисунок 7).

Рисунок 7 – Пример совмещения кривых ЭПТЗ в полулогарифмичесаком масштабе (серой штриховкой показаны зоны локальных неоднородностей) [36]

В 2016-2017 гг. для проведения метода ЭПТЗ использовалась переносная электроразведочная аппаратура «АНЧ-3». Наблюдения производились на частоте 4,88 Гц. Ток составлял 10 мА, применялась осевая установка. В 2016 году показатели измеряли на 7 профилях. На профилях № 1,2,3,4 и 5 длина АВ составляла 50 м, расстояние MN было равно 4 м и шаг по профилю тоже 10 м. На профилях № 6 и 7 длина АВ составляла 20 м, расстояние MN было равно 4 м, шаг по профилю составлял 4 м. Однако морфология балки Рябинина сложена таким образом, что построить достаточно длинные профили не удалось, и поэтому зондирование и профилирование сделано только по профилю №1. В 2017 году показатели измерялись по одному профилю, который по своему местоположению соответствует профилю №6.

Определение удельного электрического сопротивления воды

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) характеризует противодействие единиц объема воды прохождению постоянного, и переменного электрического тока. УЭС обозначается греческой буквой ρ и измеряется в единицах Ом∙м. Противоположной величиной ρ является электрическая проводимость (σ = 1/ρ), которая измеряется в сименсах на метр (Сим/м).

Природные воды являются электролитами, электропроводность которых обуславливается их гидратацией. Увеличение подвижности ионов в жидкостях и, как следствие, понижению их УЭС обусловлено возрастанием температуры (t) [36]. При этом УЭС природных вод мало зависит от химического состава растворенных в них солей и при малых концентрациях последних является величиной, обратно пропорциональной концентрации (C). Пластовая вода, насыщающая породу, оказывает влияние на ρ этой породы. Для определения УЭС поверхностных и подземных вод применялся специальный прибор – резистивиметр [30].