Зверев Е.О., Клепикова С.М., Монахов В.В.

Разведка и добыча торфа одна из старейших отраслей в горнодобывающей промышленности, как в России, так и в мире. Рождение торфяной промышленности России приурочено к концу 18 века и связано с началом разработки месторождения в Санкт-Петербурге вблизи Невского монастыря. При этом, если в 19 веке торф имел огромное значение в качестве горючего ископаемого, то в настоящее время для нужд аграрной промышленности, фармакологии и косметологии в большей степени используется верховой «живой» торф, богатый минеральными и органическими элементами. Таким образом, возрастает необходимость именно в его разведке. Внедрение современных технологий и методик инженерной геофизики в разведку торфяных месторождений является перспективным с экономической точки зрения. В Московском регионе наиболее продуктивной для разведки и добычи является его восточная часть (Егорьевский, Шатурский и т.д. районы).

В связи с тем, что обследуемая область заболочена, работы проводились в зимнее время – в период промерзания верхнего слоя (после промерзания верхнего слоя). Съемка проводилась с использованием самоходной техники – снегохода, что значительно увеличило скорость проведения полевых работ.

Работы проводились георадаром «ОКО-2» (ООО «Логис», НИИП им. Тихомирова, г. Жуковский) в комплекте с антенным блоком АБ-250. Измерения выполнялись на постоянной базе в режиме профилирования. На участках с контрастными отражениями в местах скважин были выполнены измерения на переменной базе с разносом до 20 метров с целью определения значения скорости по годографу отраженной волны.

Зимний период является наиболее благоприятным для георадиолокационной съемки в связи с тем, что верхний промерзший слой характеризуется минимальным поглощением электромагнитных волн, что создает оптимальные условия для изучения торфяных отложений. А выдержанность свойств верхнего слоя по латерали исключает влияние приповерхностных условий при георадиолокационном профилировании.

Привязка профилей производилась при помощи GPS-приемника GARMIN-MAP-76, методом записи трека, параллельно съемке георадарного профиля. Дальнейшая интеграция трека с профилем осуществлена в программе RADEXPLORER.

Обработка и интерпретация полученной информации производились в программных пакетах Geoscan32 (ООО «Логис», г. Жуковский) и RadExplorer (ООО «Деко-Геофизика», г. Москва). 

Задача картирования торфяных месторождений является фактически классической задачей георадиолокации: большой контраст между диэлектрическими проницаемостями торфа (50-80) и вмещающей породы (6 – 30), обеспечивает четкую корреляцию осей синфазности отраженных волн даже в условиях сильного затухания электромагнитной волны.

При проведении этих работ были использованы 3 подхода к определению скорости электромагнитной волны:

• определение скорости по годографу отраженной волны а точках зондирований,
• корреляция отражающих границ с данными бурения,
• определение скорости по годографу дифрагированной волны.

Хорошо коррелируемый годограф был получен на скважине 22, скорость, полученная по годографу, для торфа составила порядка 5.0 см/нс (рис.2). В этой же точке была рассчитана скорость по результатам бурения, значение которой получилось равное 4,95 см/нс (рис.3). В относительной близости от этого участка по годографу дифрагированной волны были оценены скорости распространения электромагнитной волны в среде. Они лежат в диапазоне от 4 до 5 см/нс, что соответствует диэлектрической проницаемости от 35 до 55. 

Подстилающие породы представлены песками и суглинками. Кажущиеся скорости для подстилающих пород были определены по гиперболам дифракции и пересчитаны в истинные по формуле Дикса [2].

На участке в районе скважины 22 по формуле [1]:

А_н = А_о*К_зат*К_расх*К_отр ,

где К_отр= (√ε₁-√ε₂)/(√ε₁+√ε₂),

К_расх=1/2h при известных значениях А_н, А_о,

ε₁=36, ε₂=10, h=0,9 м

Был оценен коэффициент затухания электромагнитной волны в торфе, он составил 0,56, что в соответствует 5 дБ/м. Аналогичные расчеты были произведены еще на нескольких тестовых участках, диапазон по затуханию составил от 4,5 до 5,5 дБ/м.

Важным петрофизическим параметром при исследовании торфа является его удельное электрическое сопротивление (УЭС). Стоит заметить, что УЭС торфа меняется в широком диапазоне значений: так значение УЭС абсолютно сухого торфа составляет 109 Ом.м, в то время как в естественном залегании это значении может составлять от 20 до 1000 Ом.м. Значение УЭС торфа в большей степени определяется его влажностью.

По номограммам зависимости коэффициента затухания от УЭС и частоты [3] была произведена качественная оценка значения УЭС (рис.4). Для верхового торфа значение УЭС составляет порядка 50 Ом.м.

1. При сравнительно высоких коэффициентах затухания и низких значения УЭС, отражающая граница, соответствующая подошве торфяной залежи хорошо коррелируемая за счет высокого значения Котр.
2. Частотная характеристика отражающей границы имеет центральную частоту в 2-3 раза меньшую, нежели центральная частота всей записи. При исследовании с антенным блоком АБ-250 (теоретическая частота антенного блока 250 МГц), центральная частота записи составила 160 – 180 МГц, спектр отраженной волны от подошвы торфа имел центральную частоту 50 – 80 МГц. Столь сильная дисперсия по частоте характерна для водосодержащих сред.
3. По характеру записи подошва торфяных отложений характеризуется наличием большого количества точек дифракции, что характерно для речных и озерных отложений (рис.5).
4. По геометрии подошва торфа имеет сильно изрезанную форму, что связано с особенностью гидрогеологической обстановки в области генерации обследуемого месторождения. Залежи торфа приурочены к долине реки Поля - торфяные отложения заполняют палеодолины озер и ручьев, стариц (болота).

 

Согласно определенным картировочным признакам была выполнена интерпретация по профилям. Построены глубинные разрезы. Из совокупности пикировок подошвы торфа (по результатам интерпретации) построена карта распространения торфяных залежей мощностью более 1 метра (рис.6). Залежь крайне неоднородна, мощность торфа изменяется от 0 до 6.5 метров.  

В настоящее время в районе продолжается процесс торфообразования, что подтверждено результатами опробования, выполненного на существующих болотинах. Рельеф дна, которых крайне не ровный, встречаются переуглубления до 8 метров.