Коснырева Мария Владимировна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
Актуальность проблемы
Земная кора представляет собой сложную слоистую структуру. Её верхний слой, мощностью от 30 до 200 см называют почвой. Один сантиметр почвенного слоя образуется в среднем в течение 100 лет, и основными факторами, влияющими на строение, состав и свой-ства почв являются: горная порода, на которой формируются почвы, климат, растительный и животный мир и условия рельефа, что определяет большое разнообразие типов почв. Таким образом, почва является одним из интереснейших объектов исследования двух научных дисциплин: почвоведения и геологии.
Актуальность диссертационной работы связана с тем, что почвы в настоящий момент стали объектом пристального внимания в рамках решения задач оценки земель и их эксплуатации на территории Российской Федерации.
Роль почвы в хозяйстве человека огромна. Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон в городском хозяйстве, экологического мониторинга.
С каждым годом расширяется круг задач, решаемых геофизическими методами. Последнее десятилетие геофизика достигла значительных успехов для решения широкого спектра археологических задач, фактически сформировав новое научное направление - археологическую геофизику. По мере развития этого направления, а так же при решении некоторых инженерных задач многие исследователи, в том числе и сам автор, начали сталкиваться с проблемой выделения полей от целевых объектов в почвенном слое. В рамках задач археологической и инженерной геофизики было показано, что пренебрежение влиянием почвенного слоя на измеряемые параметры физических полей приводит к серьезным ошибкам на этапе интерпретации геофизических аномалий. Анализ исследований, проведенных автором диссертации, показал, что почвы заслуживают серьезного изучения как самостоятельный объект исследования.
К сожалению, в почвоведении, почвенно-мелиоративной земледельческой практике и смежных областях геофизические методы пока еще не нашли широкого применения в силу слабого научного обоснования для их практического использования и недостаточного освещения в научной литературе. Среди обобщающих работ по этой проблематике следует особо отметить монографии <Магнетизм почв> (1995) и <Полевая электрофизика почв> (2001), написанные учеными, работающими в области применения физических методологий в почвоведении. Оценка перспективы развития этих направлений обозначила необходимость разработки дистанционных геофизических методов, позволяющих быстро и без особых затрат проводить исследования на почвенных объектах.
Эффективность применения геофизических методов в геологии, гидрогеологии, грунтоведении и других дисциплинах не вызывает сомнения. Современная высокоточная геофизическая аппаратура и новые методики исследований создают перспективу для успешного применения магнитометрии, электроразведки и георадиолокации для решения задач изучения неоднородности почвенных разрезов и проведения площадного картирования почв.
Автором впервые показана высокая результативность данного комплекса геофизических исследований для решения некоторых задач почвенного картирования.
Цель и задачи исследования
Целью исследований является разработка рационального комплекса геофизических методов для решения задач почвенного картирования.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Проведение экспериментальных лабораторных и полевых наблюдений магнитной восприимчивости (χ) на почвенных образцах (монолитах) и реальных почвенных разрезах - траншеях для различных типов почв. Изучение характера изменения магнитной восприимчивости с глубиной и построение магнитных профилей почвенных разрезов.
2. Магнитное моделирование контактов различных типов почв и анализ аномальных характеристик магнитных полей над ними.
3. Расчеты синтетических радарограмм для типичных моделей почвенных разрезов на различных частотах.
4. Проведение профильных и площадных комплексных геофизических исследований методами магниторазведки, электроразведки на постоянном токе и георадиолокации на почвенных полигонах.
5. Применение современных программных комплексов спектрально-корреляционного анализа данных для интерпретации результатов площадных магнитных съемок.
Защищаемые положения
1. По результатам экспериментальных лабораторных и полевых измерений магнитной восприимчивости почв и результатам магнитного моделирования почвенных разрезов показана четкая контрастность почв по магнитным свойствам и дано обоснование применения магниторазведки для решения задач почвенного картирования.
2. По результатам физико-математического георадиолокационного моделирования дано научное обоснование для практического применения георадиолокационных съемок при решении задач почвенного картирования. Рекомендована оптимальная частота георадиолокационного зондирования -1200МГц, при мощности почвенного разреза до 1.5 м.
3. Рекомендован рациональный комплекс геофизических методов изучения почвенного покрова включающий площадные наблюдения методами магниторазведки и георадиолокации, дополненный электроразведкой на постоянном токе.
4. Предложено использование алгоритма спектрально-корреляционного анализа площадных магнитных наблюдений, позволяющего составлять формализованные прогнозные экспресс-карты, отражающие неоднородность почвенного покрова.
5. Показана возможность применения мониторинга магнитных наблюдений для оценки деградации земель, связанной с разрушением гумусового горизонта.
Научная новизна
Создана методика изучения магнитных свойств неоднородных почвенных разрезов в их естественном залегании. По результатам физико-математического моделирования почвенных разрезов дано научное обоснование для практического применения магнитных и георадиолокационных съемок при решении задач почвенного картирования. Впервые на примере комплекса серых лесных почв Владимирского Ополья (ВНИИСХ) получены карты аномального магнитного поля и его градиентов, отражающие пространственную неоднородность почвенного покрова. Показаны возможности и ограничения георадиолокационного метода при изучении почвенного покрова. Предложен рациональный алгоритм спектрально-корреляционного анализа площадных магнитных наблюдений, позволяющий составлять формализованные прогнозные экспресс-карты, отражающие неоднородность почвенного покрова. Проведен уникальный комплекс геофизических работ на почвенных траншеях. Показана возможность применения мониторинга магнитных наблюдений для оценки деградации земель, связанных с разрушением гумусовых горизонтов почв.
Практическая ценность
Геофизиками накоплен большой опыт использования опережающих геофизических съемок для решения задач геологического картирования. Автор научно обосновал рациональный комплекс использования магниторазведки и георадиолокации, позволяющий до начала почвенных исследований осуществлять построение прогнозных экспресс-карт, отражающих сложность и неоднородность почвенного покрова. Практическая ценность выполненной научно-исследовательской работы состоит в том, что комплекс геофизических методов позволяет значительно сократить объемы трудоемких почвенных исследований без потери качества решаемых задач.
Фактический материал
В основу работы положены 2325 измерений магнитной восприимчивости 160 монолитов из коллекции почв факультета почвоведения и Музея Землеведения Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова. В работе анализируются опубликованные материалы по магнетизму почв. Используются данные измерения χ реальных почвенных разрезов в объеме около 9500 точек, полученных автором в ходе полевых экспериментальных работ. Более 100000 измерений аномального магнитного поля, выполненных автором на территории почвенных полигонов в комплексе с данными георадиолокации и электроразведки на постоянном токе, дают возможность предложить рациональный комплекс геофизических исследований, который можно с успехом использовать для решения широкого спектра задач в почвоведении.
Апробация работы
Результаты исследований, а также основные положения диссертации докладывались и обсуждались на VI Meeting of the Environmental and Engineering Geophysical Society (European Section), Германия, Бохум, 2000; на Всероссийском съезде геологов, посвященном 300-летию основания горно-геологической службы России, <Геологоразведка -2000>, г. Санкт-Петербург; на 30-ой сессии Международного семинара им. Д. Г. Успенского, Москва, РГГУ, 2003; на научной конференции <Ломоносовские чтения> Москва, МГУ, 2002 и 2005; научно-практической конференции <Инженерная геофизика - 2005>, г. Геленджик; научно-практической конференции <Инженерная и рудная геофизика - 2007>, г. Геленджик.
Публикации
Основные положения диссертации и некоторые выводы изложены в 12 работах, в том числе в 4 статьях и 8 тезисах докладов.
Структура и объем работы:
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 135 страниц текста, 4 таблицы, 68 рисунков. Список литературы составляет 82 наименования.
Благодарности:
Автор благодарен и глубоко признателен своему научному руководителю и вдохновителю кандидату геолого-минералогических наук, доценту Людмиле Алексеевне Золотой за постоянную помощь, поддержку и участие при написании данной работы.
Автор благодарен сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ профессору Шеину Е. В. и ассистенту Бутылкиной М. А. за содержательные консультации в области почвоведения и предоставленную возможность совместных научных исследований.
Автор признателен сотруднику кафедры геофизики Паленову А. Ю. за помощь в проведении полевых работ.
Автор искренне признателен сотрудникам кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ доктору геолого-минералогических наук, профессору Владову М. Л. и кандидату геолого-минералогических наук Шалаевой Н. В., а также сотруднику НПЦ <ГЕОТЕХ> Еременко А. В. за ценные консультации и практические советы в области применения георадиолокации.
Автор выражает благодарность доктору физико-математических наук, профессору Петрову А. В. за помощь при освоении автором программного комплекса <КОСКАД 3Dt>.
Важную роль в улучшении работы сыграли советы и критические замечания доктора геолого-минералогических наук, профессора Хмелевского В. К. и научного сотрудника Гилод Л. А.
| 
