Разработка комплекса геофизических методов для решения прикладных задач почвенного картирования

Первый раздел.

Первый раздел посвящен оценке перспектив применения геофизических методов для решения прикладных задач почвенного картирования. Рассмотрены теоретические и практические аспекты существующих методик измерения магнитных и электрофизических свойств горных пород и почв. Проведен анализ состояния изученности решаемой проблемы.

Первая часть раздела посвящена описанию основных лабораторных методов исследования электрофизических и магнитных свойств горных пород и почв.

Приводится аналитический обзор использования баллистического, магнитометрического, электродинамического, пондемоторного, индукционного и других методов лабораторных исследований магнитных характеристик: магнитной восприимчивости, остаточной намагниченности насыщения, коэрцитивной силы и др. Особое внимание уделено анализу методов измерения магнитной восприимчивости (χ).

Рассмотрены основные электрофизические характеристики почв и дано краткое описание лабораторных методов измерения удельного электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости горных пород и почв.

Обобщение материала этого раздела приводит к выводу, что результаты лабораторных исследований физических характеристик почв создают предпосылки для их использования при изучении неоднородности различных типов почв.

Во второй части раздела проведен анализ предшествующих работ по изучению физических свойств почв и возможностям использования магниторазведки, электроразведки методом сопротивлений и георадиолокации при решении различных задач почвоведения.

Анализ результатов магнитных исследований различных типов почв показал, что все почвы в большей или меньшей степени обладают магнитными свойствами. Это связано в первую очередь с тем, что основные элементы минерального состава почв характеризуются явно выраженными парамагнитными особенностями, а так же наличием в них соединений железа, обладающих ферромагнитными свойствами. Минеральный состав почв включает в определенных количествах магнетит (магнитный железняк Fe₂O₃^.FeO), пирротин (магнитный колчедан Fe_1-xS), ильменит (титанистый железняк FeO^.TiO₂), лимонит (бурый железняк Fe₂O₃^.nH₂O), гематит (окись железа Fe₂O₃) и др.

Проведенные в течение последних лет исследования магнитных свойств почв показали, что магнитные характеристики могут закономерно изменяться с глубиной в пределах почвенного разреза. Они различны для разных почвенных типов, подтипов и более низких таксонов, что обнаруживает тесную связь магнитных характеристик с процессами почвообразования. По величине магнитной восприимчивости хорошо диагностируются некоторые типы почв, а так же элементарные почвенные процессы типа оглеения, засолонения, оглинения. Вадюниной А.Ф., Смирновым Ю.А., Водяницким Ю.Н., Бабаниным В. Ф., Трухиным В. И., Карпачевским Л. О., Ивановым А. В., Морозовым В. В. и другими учеными обозначена широкая перспектива использования магнитных измерений при изучении почв и отмечена необходимость разработки новых экспресс-методик для проведения массовых измерений магнитной восприимчивости для типизации почв и почвенных процессов.

Основные результаты применения полевой электрофизики почв. Вопросам изучения электрических свойств почв и применения электрических методов для почвенного картирования посвящено большое количество публикаций, но все они носят разрозненный характер и посвящены применению электрофизики при решении только частных задач. Наиболее значимой работой в этой области является монография Позднякова А. И. <Полевая электрофизика почв> (2001г.) В этой монографии не только собран и проанализирован весь имеющийся опубликованный по данной тематике материал, но и всесторонне освещаются возможности применения полевой электроразведки и ее технологий в почвоведении, мелиорации и экологическом мониторинге. Поздняковым А. И. дано научное обоснование применения методов полевой электроразведки: естественного электрического поля, вертикальных электрических зондирований, электропрофилирования, и других в практике почвенных исследований. В своей диссертационной работе автор использует некоторые научные выводы этих исследований по применению электроразведки в области почвоведения.

Возможности георадиолокации для изучения почвенных разрезов. В опубликованной литературе практически не встречаются работы по результатам непосредственных полевых наблюдений с использованием георадара для изучения почвенных объектов. При этом исследования с помощью переменных электромагнитных полей диэлектрических свойств почв, связанных с физическими процессами, протекающими в сложных многофазных гетерогенных системах - почвах, были начаты еще в начале 80-х годов. Результаты лабораторных исследований диэлектрических свойств почв разных типов показали, что эти характеристики зависят от влажности и гранулометрического состава почв. Используя зависимость диэлектрической проницаемости от формы и содержания влаги в почве одного гранулометрического класса (суглинки, глины), можно отличить дерново-подзолистые почвы от чернозёма. Тем самым показаны физические предпосылки для использования георадиолокационного метода для изучения почвенных неоднородностей.