Разработка комплекса геофизических методов для решения прикладных задач почвенного картирования

Третий раздел.

В третьем разделе анализируются результаты расчетов магнитных и георадиолокационных моделей для типовых почвенных разрезов.

Первая часть раздела посвящена магнитному моделированию. Процесс моделирования проходил в три этапа. В начале, по программе двумерного моделирования ТМ-2 (Булычев А. А. и др.) были проведены расчеты для реально существующих в природе контактных границ различных типов почв: а) черноземы - дерново-подзолистые почвы, б) каштановые - солоди; в) серые лесные - дерново-подзолистые почвы. Почвенный разрез аппроксимировался совокупностью элементарных ячеек прямоугольной формы, при этом минимальный размер ячейки составлял 0.06м^.0.06м, максимальный - 0.2м^.0.5метров. Каждой элементарной ячейке задавалось значение индуцированной намагниченности ( ), в соответствии с полученными в ходе экспериментальных исследований магнитными профилями, свойственными данному типу почв. Значения индуцированной намагниченности в моделях варьировали от 0.005 А/м до 0.02 А/м. Моделирование проводилось при следующих параметрах: нормальное магнитное поле То=51000нТл, наклонение Iо = 75^o, склонение Do=5^oЕ.

По результатам проведенного магнитного моделирования автором показано, что наибольшая интенсивность магнитной аномалии (12нТл - 15нТл) соответствует контакту солодей и каштановых почв. Наименьшая интенсивность магнитной аномалии возникает при контакте серых лесных и дерново-подзолистых почв. Отметим, что современная магниторазведочная аппаратура позволяет надежно фиксировать подобные амплитуды магнитных аномалий, в случае методического обеспечения прецизионных магнитных съемок.

На втором этапе, были проведены расчеты от более сложных магнитных моделей, содержащих микроформы рельефа. Анализ полученных данных показал, что при наличии, например отрицательных форм рельефа, модельная кривая сильно осложняется. Этот результат очень важен при поиске целевых магнитных объектов, погребенных в почвенном слое, так как дает возможность правильно истолковывать наблюдаемые магнитные аномалии.

Для подтверждения проведенных теоретических расчетов над магнитными моделями почвенных разрезов, на третьем этапе, автор провел следующий полевой эксперимент. На вертикальной стенке почвенной траншеи, размером 8м^.4м, была проведена детальная площадная каппаметрия по сети: 20см по горизонтали и 6см по вертикали. Вдоль этой траншеи так же были выполнены высокоточные профильные магнитные наблюдения магнитометром ММП-203 с шагом 40 см. На рис. 3А представлен разрез магнитной восприимчивости исследуемой траншеи и график аномального магнитного поля вдоль нее. На рис.3Б представлена магнитная модель почвенного разреза, где каждой элементарной ячейке присвоено реально измеренное значение магнитной восприимчивости. Расчеты проводились по программе трехмерного моделирования DIPOLI (автор Ермохин К.М). Анализ проведенного моделирования показал, что расхождение измеренных значений аномально магнитного поля и модельной кривой в целом не превышает 3%, при этом аномальные поля совпадают как по форме, так и по амплитуде. По мнению автора, причиной наблюдаемого расхождения аномальных магнитных полей, может быть, недоучет остаточной намагниченности отдельных частей почвенного разреза.

Результаты расчетов, проведенных в этом разделе, свидетельствуют о правомерности предложенных автором подходов к магнитному моделированию и дают богатый материал для выбора рациональной методики магнитной съемки при проектировании работ на разнотипных почвенных объектах.

Георадиолокационные модели разнотипных почвенных горизонтов. Целью данной работы является обоснование применения комплекса геофизических методов, обеспечивающих изучение как горизонтальной, так и вертикальной неоднородности почвенного покрова. По результатам экспериментальных измерений магнитной восприимчивости и магнитного моделирования, автор показал возможности магниторазведки при изучении почв. Что бы оценить возможности использования георадиолокационного метода, автор, следуя общей логике научно-исследовательской работы, впервые осуществил попытку построения синтетических радарограмм типичных почвенных разрезов. Параметризация модели проводилась на основании опубликованных данных по диэлектрическим свойствам исследуемых типов почв.

Георадиолокационное моделирование было проведено в программе расчета синтезированных радарограмм, разработанной на кафедре сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ Н. В. Шалаевой. Построение моделей проводилось при двух допущениях: 1 - при моделировании использовались только скоростные характеристики среды (не учитывается сложная зависимость затухания электромагнитных волн от частоты зондирования); 2 - в качестве зондирующего импульса использовался один период синусоиды. Автором был проведен массовый расчет моделей, в которых варьировались следующие параметры: частота зондирующих импульсов, мощности слоев, скорости распространения электромагнитных волн, формы границ разделов сред с различными диэлектрическими свойствами. На рис. 4. приведены синтезированные радарограммы на трех частотах зондирования для трехслойных разрезов серых лесных, каштановых и черноземных почв. На рисунке отчетливо видно, что намеченные в моделях границы для всех типов почв уверенно фиксируются по осям синфазности в синтезированных волновых полях на выбранных частотах (250МГц, 500МГц, 1250МГц).

Однако, при уменьшении в моделях мощностей промежуточного слоя (А2В) до 10-20см и усложнении формы зондирующего импульса (рис. 5) задача расчленения почвенного разреза резко усложняется. Отчетливо видно, что на частотах 250МГц и 500МГц верхние границы раздела начинают интерферировать с прямой волной, при этом уверенное выделение отражающих границ происходит на частоте 1250МГц.

Таким образом, полученные результаты магнитного и георадиолокационного моделирования почвенных разрезов, показали возможности и условия применения этих методов при решении прикладных задач почвенных исследований и создали предпосылки для их практического использования.