В статье описана методика применения георадарного комплекса ОКО-3 (НПЦ ГЕОТЕХ) на открытой воде. Приведены результаты испытаний применения АБДЛ-Тритон в плавающем кожухе. Выделены преимущества и недостатки метода. Описана расшифровка радарограмм озера Воробьиного (Гончаровское сельское поселение, Выборгский район, Ленинградская область). Выполнено описание озерной котловины и донных отложений.

Ключевые слова: Антенный блок Тритон, георадар ОКО-3, георадарный метод, озерные отложения, радарограмма, Карельский перешеек, озеро Воробьиное

Введение. В данном исследовании рассматривается метод проведения георадарных исследований на открытой воде оз. Воробьиное на Карельском перешейке. В ходе исследования озера была собрана и обработана информация, полученная с помощью георадарного комплекса ОКО-3. Исследуемое оз. Воробьиное находится на Северо-Западе Ленинградской области в Выборгском районе, на территтории Карельского перешейка. Озеро имеет вытяную с севера на юг форму протяженностью более 1 км, шириной до 250 м, с большим наличием островов. Средние глубины озера 7-10 метров с наличием впадин до 15 м.

Цели: апробация метода работы с антенной АБДЛ-Тритон в составе георадара ОКО-3 на воде, изучение батиметрии озера, выявление стратиграфии донных отложений.

Задачи: разработать способ удержания антенны на водной поверхности, сравнение результатов работы георадара применяемым методом с данными полученными утвержденными производителем методами; герадарные исследования на озере Воробьином, камеральная обработка результатов исследования на оз. Воробьином.

Методы исследования. Георадарный метод основан на явлении отражения электромагнитных волн от поверхностей, на которых меняются диэлектрические свойства среды.

В состав георадара входят излучающая (источник) и приемная (приемник) антенны. Электромагнитная волна отражается от границ слоев, имеющих отличные диэлектрические свойства. Отраженные импульсы принимаются антенной, усиливаются и преобразуются в цифровой вид – радарограмму.

Глубина и разрешающая способность зондирования зависят от рабочей частоты антенного блока. Чем ниже частота, тем больше глубина зондирования и меньше разрешающая способность и наоборот. Рабочие частоты георадара ОКО-3 варьируют от 50 МГц (глубина зондирования 18 м, разрешающая способность 100 см) до 2500 МГц (глубина зондирования 0,4 м, разрешающая способность 1,5 см).

Антенный блок АБДЛ-Тритон (рис. 1) предназначен для работ в труднопроходимых условиях (естественные поверхности, леса, болота и пр.). Он выполнен в виде герметичного полугибкого шланга с защитным кожухом из пожарного рукава. Внутри шланга размещаются передающий и приемный блоки. Блок имеет рабочую частоту 50 МГц, глубину зондирования до 18 м, разрешающую способность 1 м, длину 4,7 м и массу 8 кг.

Антенный блок выполнен герметичным, но, как указывает завод-изготовитель [Методические рекомендации..., 2007], он не плавает и не предназначен для работы под водой. В наших предыдущих исследованиях мы успешно применяли АБДЛ-Тритон при работе на льду и даже на льду покрытым 10-сантиметровым слоем воды.

Для решения задачи использовать георадарный комплекс с антенным блоком АБДЛ-Тритон на открытой воде, понадобилось разработать способ удержания гибкой пятиметровой антенны на водной поверхности (рис. 2). Для этого антенный блок был помещен в полипропиленовую трубу диаметром 110 мм, длиной отрезков 5 м (из двух отрезков по 2 м и одного в 1 м). Провод связи и трос-поводок были выведены через заглушку наружу, все соединения и отверстия были загерметизированы намоткой полиэтиленовой стрейч-пленки. В такой защите блок был помещен на воду, где показал отличную плавучесть (рис. 2Б): защитный кожух не погружался в воду более чем на 2-3 см, тем самым обеспечивая идеальное положение антенны относительно водной поверхности. По водной поверхности антенный блок перемещался легко, имел слабую инерцию и быстро терял скорость за счет тупого торца; трос-поводок легко удерживался пальцами и имел слабое натяжение. Всю конструкцию антенны можно было легко развернуть на 180⁰, поворачивая её рукой за передний край.

Георадарная съемка на озере Воробьином (рис. 3) выполнялась 8 ноября 2023 г. с 11.37 до 14.30 (мск.). Погодные условия: облачно, без прояснений, временами моросящие дожди, температура воздуха +5…+7⁰С, температура воды +4⁰С, полный штиль.

Георадарный комплекс состоит из георадара ОКО-3 (НПЦ ГЕОТЕХ) с антенным блоком АБДЛ-Тритон, помещенный в плавающий кожух.

Передвижение георадарного комплекса осуществлялось на надувной лодке с буксировкой антенного блока позади судна. Движение выполнялось на веслах, курсом на естественные ориентиры.

Обработка радарограмм производилась с помощью программы Geoscan32.

Результаты и обсуждения. Первое, на что следует обратить внимание, это высокое качество изображения по сравнению с радарограммами полученными при съёмке с ледовой поверхности (рис. 4).

В результате георадарной съемки, были отмечены [Старовойтов, 2008] присутствие озерно-ледниковых отложений (рис. 5 и 6), которые хорошо идентифицируются по сильному затуханию радиоволны и присутствию в нем твердых объектов (валунов).

Современные (голоценовые), биогенные отложения озера на радарограмме не выделяются, вероятно по причине их сильной разуплотненности и маломощности (разрешение АБДЛ-Тритон составляет 100 см).

На радарограмме хорошо различимы скальные породы, представленные в данном районе преимущественно гранитами. В их толще отчетливо выделяются разрывные нарушения и тектонические дислокации. В центре озёрной котловины выделяются грабены и сбросы, что косвенно может указывать на тектоническое происхождение [Кузнецов и др., 2020].

Поверхность скальных пород дна имеет сглаженный характер, сформированный, вероятнее всего в результате ледниковой денудации. На что указывают крупные скопления валунов.

Выводы. Георадарные исследования на озере Воробьином показали:

1.                      Современные озерные отложения не выделяются на радарограмме полученные от антенного блока АБДЛ-Тритон, однако хорошо идентифицируются суглинистые озерно-ледниковые.

2.                      В скальных породах видны разрывные нарушения и тектонические дислокации.

3.                      Скопления валунов дают сильные помехи на границы нижележащих слоев, что мешает их выделению.

4.                      Котловина озера, вероятно, имеет тектоническое происхождение, подвергавшейся ледниковой эрозии.

5.                      К преимуществу метода использования АБДЛ-Тритон на открытой воде можно отнести: 1) простота конструкции, 2) доступность конструкционных деталей, 3) легкость управления, 4) возможность работать в теплый период года, 5) радарограмма получается более подробной и отчетливой, чем при работе через ледовый покров, который дает обширные помехи.

6.                      К недостаткам метода необходимо отнести: 1) вероятность парусности конструкции, которую пока не удалось выявить, так как работы проводились при полном штиле и 2) вероятность сноса антенны при работе в зоне течений.

ЛИТЕРАТУРА

Кузнецов Д.Д., Субетто Д.А., Лудикова А.В. и др. Новые сведения об отложениях Гейниокского пролива (Карельский перешеек) // Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-запада России. 2020. № 7. С. 318-321. doi: 10.24411/2687-1092-2020-10751

Методические рекомендации по обследованию водоемов и болот с использованием георадара «Око-2» / ООО «Логические системы». 2007.

Старовойтов А.В. Интерпретация георадиолокационных данных: учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности 011200 "Геофизика" / А. В. Старовойтов; Московский гос. ун-т им. М. В. Ломоносова, Геологический фак., Каф. сейсмометрии и геоакустики. Москва: Изд-во Московского ун-та, 2008. - 187 с.

GROUND PENETRATING RADAR STUDIES ON THE SURFACE OF WATER LAKE VOROBINOYE  

Herzen Russian State Pedagogical University, St. Petersburg, Russia 

The article describes the method of using the OKO-3 georadar complex (CG GEOTECH) in open water. The results of testing the use of ABDL-Triton on water are presented. The advantages and disadvantages of the method are written. The radargrams of Lake Vorobinoye (Vyborg district, Leningrad region) have been deciphered. A description of the lake basin and bottom sediments has been written.

Keywords: Antenna Triton, ground penetrating radar OKO-3, GPR-method, lake sediments, radargramm, Karelian Isthmus, Lake Vorobinoye

Ссылка на статью: