Применение геофизических приборов и методов в спелестологии

10:44 am Спелеология

Можно утверждать, что основной задачей и проблемой спелестологии является поиск искусственных подземных полостей и сооружений. Типичной является ситуация, когда отсутствуют как входы в них, так и достоверная информация об этих объектах.

В случаях, когда требуется определить, находится ли подземная полость под конкретным участком земной поверхности, большую помощь могут оказать геофизические методы и приборы, однако нужно хорошо представлять их реальные возможности, чтобы соотнести затраты на их применение (не только денежные, но и трудовые) и возможный эффект.

При написании данной статьи использован в основном опыт применения соответствующих приборов в Ленобласти с 1983 по 1988 годы, поэтому этот обзор не претендует на полноту и, наверное, не отражает последних достижений.

Но данные об новейших отечественных разработках все равно засекречены, а рекламные проспекты зарубежных фирм не являются надежным источником, поэтому пусть не самый последний, но личный опыт я счел достойным вашего внимания.

Не существует универсального физического принципа, который мог бы быть использован, чтобы обнаруживать подземные полости во всех возможных ситуациях - поэтому существует многообразные приборы и методы, позволяющие решить эту задачу в ряде конкретных случаев.

Специально для спелестологов аппаратуру промышленность не делает, поэтому приходится использовать методы и приборы, применяемые геофизиками к задачам археологии и инженерной геологии, адаптируя при необходимости их для своих нужд.

Чисто физически многие этих методов (магниторазведка, гравиметрия, электроразведка) не очень хорошо определяют пустоту, так как лучше подходят для поиска “избытка” проводимости, массы, магнитной проницаемости, в то время как оба вида локации - геолокация и сейсмическая локация определяют пустоту напрямую.

Но любые приборы не всесильны, и ограничения довольно велики.

В условиях сильно пересеченной местности, в городах, местах проведения земляных работ и т. д., применение любых методов может оказаться практически невозможным. Наилучшим случаем является обширная ровная площадка и однородное геологическое строение местности, но этот идеальный вариант очень редко соответствует местам расположения искусственных полостей.

Трудоемкость любых съемок также очень высока, - на один объект можно потратить месяцы.

Именно по этой причине нужно максимально точно локализовать объект, используя методы визуального и информационного поиска, и лишь потом браться за приборы.

Еще имеет значение экономическая сторона дела.

Существуют как частные лица, так и организации, которые за определенную плату согласны провести съемку на интересующих заказчика территориях и объектах, однако платить им обычная, работающая чаще всего на общественных началах, группа спелестологов не в состоянии.

Поэтому если проблема геофизической съемки возникает систематически, желательно обзавестись собственной аппаратурой, что тоже может представлять проблему, и не только экономическую.

Данные, полученные в результате съемки, необходимо интерпретировать. Даже если ваша методика включает в себя программы фильтрации, синтеза изображения, и т. д., то все равно окажется, что в большом числе случаев она выдаст неопределенный результат “вроде что-то там есть”.

И решение надо принимать все равно вам.

Доверяете ли вы методу настолько, чтобы начать работы по вскрытию?

Если программа вам нарисует в чистом поле под слоем песчаника в 20 метров подземную галерею, вы что будете делать?

Долбить, бурить?

Методы и алгоритмы созданы людьми, и являются представлениями их авторов о поведении реальных объектов, а объекты не обязаны вести себя именно так…

Теперь перейдем к самим методам.

Магниторазведка

Метод основан на том, что кирпич и металл имеют магнитную проницаемость отличную от вмещающей породы (в большую сторону).

Область применения: кирпичные и металлические, неглубоко расположенные коллекторы, дренажи и хода.

То есть метод ищет не пустоту, а наоборот “рубашку” хода или коллектора.

Теоретически им нельзя найти, например, каменоломни в известняке, хотя на практике это не проверялось.

К несомненным достоинствам метода следует отнести его бесконтактность, высокую степень автоматизации измерений, что делает магниторазведку относительно малотрудоемкой, а также слабое влияние поверхностных неоднородностей (вспашка и т. д.) на результаты.

Правда, участок следует предварительно очистить от металлических предметов, даже гвоздей (иначе приборы просто зашкалит), для чего используют обычные металлоискатели.

Применяется серийное оборудование - протонные или квантовые магнитометры, желательно два.

(Не имеем данных о доступности этих приборов, но, по крайней мере, они существуют, и мы видели их в работе.)

Методически работа с этими приборами, имеющими цифровой выход и встроенное печатающее устройство проста - один магнитометр пишет фон (на него влияют даже электрички в трех км от места работ), с другим ходят по профилям. Отсчеты обоих приборов синхронизированы. Соответствующие показания потом вычитают. Обработка результатов может вестись на любой ЭВМ.

Электроразведка

Существует много разновидностей электроразведки.

Простейший метод, дающий хоть какие-то результаты - 4-хточечная установка на постоянном токе, - не требует сложной аппаратуры, но очень трудоемок. Конкретный пример:

На местности требуется разбить профиля, и с шагом 1 метр делать измерения. Для каждого отсчета надо забить в землю 4 или 6 электродов, тянуть провода, снимать показания…

Если профиль длиной 100 м, а время одного измерения 30 секунд - уже 50 минут, а профилей надо штук 20, - и вы провозитесь несколько дней только на съемке.

Использование приборов для переменного тока (например, ИКС…) даст лучшие результаты, нежели постоянного, и экономит время, но практически подходит даже самая архаическая аппаратура, которую уже должны давно были списать. На худой конец, можно вообще обойтись простейшими средствами.

Примерно такими: батарея на 30 - 70 вольт, милливольтметр с входным сопротивлением больше 1 мом, (диапазон 0,1 мв - 1 в), 2 потенциометра, катушки с проводами, 4 медных электрода, кувалда. А также много-много времени.

Методика измерений, схемы подключения и формулы есть в любой книжке по геофизике.

Принципиальным недостатком метода является то, что поверхностные аномалии (вспашка, траншеи, ямы, пни) сказываются очень сильно.

По результатам работ ЛСП, электроразведку можно считать применимой при невозможности использовать другие методы в следующих случаях:

- над объектом поиска обширная ровная площадка;

- над объектом породы средней электропроводности - совершенно сухой песок, промерзший грунт, или наоборот - болото, верховодка, экранирующие слои - не дающие возможности работать;

- глубина обнаружения не более 10-15 метров (теоретически - 3-хкратная высота полости, но практически может быть несколько больше, если свод имеет трещиноватость).

Сейсмические методы

В сейсморазведке используется свойство отражения упругих волн от границы раздела порода-пустота.

Мы консультировались со специалистами, работавшими в области археогеофизики. Они утверждают, что сейсмические методы для поиска подземных полостей могут быть достаточно эффективны, но для этой цели не очень подходит серийная аппаратура, а должно быть сделано специальное оборудование.

При современном уровне развития электронной техники, оно может состоять всего лишь из (на каждый канал) сейсмодатчика, усилителя на малошумящих ОУ, АЦП и ПЭВМ или специализированного микропроцессорного контроллера. Почти весь алгоритм реализуется программным способом.

Для возбуждения волны используется металлическая плита, на которую сбрасывают груз, 1-й канал регистрирует момент удара, 2-й - отраженную волну.

Имеются не вполне проработанные методические и технические проблемы, из-за которых метод не обрел широкого распространения. В принципе, при реалистичных параметрах аппаратуры и подходящем строении местности, диапазон обнаружения может быть от 2 до 20 метров.

Помимо сейсмической локации, в ряде случаев, например, внутри каменных зданий для поиска тайников могут быть применены методы ультразвуковой или акустической локации и дефектоскопии.

Гравиметрия

Метод основан на том, что над подземной полостью будет несколько меньшая величина силы тяжести.

Есть свидетельства спелеологов об успешном использовании гравиметров для поиска пещер, лично примеров не наблюдал.

Геолокация

Применение радиолокации для поиска подземных пустот, в этом случае ее называют геолокацией, есть факт, не только известный по литературе, но и неоднократно наблюдаемый ЛСП.

В парках г. Пушкина в разные годы успешно применялись геолокаторы различных разработчиков для поиска подземных коллекторов, ходов и спрятанных предметов.

Будучи бесконтактным, метод обеспечивает высокую быстроту съемки, предварительные результаты которой часто можно оценить прямо на месте.

Обычно прибор возится оператором по профилю на тележке.

Пока нет точных данных о максимальных реально возможных глубинах обнаружения, заявленные же известными мне разработчиками глубины - до 6 метров.

Геолокацию следует признать самым перспективным методом поиска искусственных подземных сооружений, особенно неглубоко расположенных.

Аппаратура для геолокации представляется довольно сложной и дорогостоящей.

Поиск металлических предметов

Несмотря на то, что эта тема не относится непосредственно к спелестологии, на практике ей занимаются достаточно часто.

Основным средством в таких случаях являются металлоискатели разных конструкций.

Простейшие самодельные схемы на биениях имеют достаточно низкие характеристики и применение их ограничено поиском неглубоко зарытых крупных площадных металлических предметов.

Глубина обнаружения - порядка диаметра рамочной антенны.

Тем не менее, в целях безопасности, полезно иметь хотя бы такой прибор.

О зарубежных аппаратах

Судя по рекламным проспектам, имеются зарубежные аппараты для поиска всего, чего угодно, начиная от прибора, различающего железо, золото и прочий цветмет (мечта сумасшедшего кладоискателя), кончая микроавтобусом с сейсмостанцией, тут же рисующей на экране трехмерный разрез всего, что есть под землей.

Цены даже на простейшие образцы зарубежного оборудования - запредельны, и в нынешних экономических условиях их покупка мало реальна. Тем более что соотношение цены и параметров таково, что именно простейшие модели брать не стоит никогда.

Из рассказов кладоискателей, использовавших относительно дешевые зарубежные металлоискатели, можно сделать вывод, что их реальные характеристики заметно хуже заявленных, и даже находятся на уровне самодельных устройств. Научиться видеть сквозь землю - это навязчивая идея многих, и, похоже, что некоторые фирмы на этом спекулируют.

Мирошниченко П. О. (Санкт-Петербург, ЛСП)

Leave a Comment

Your comment

You can use these tags: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Please note: Comment moderation is enabled and may delay your comment. There is no need to resubmit your comment.