Оценка использования геофизического метода VLF для определения мощности торфяного месторождения

Торфяные месторождения аккумулируют большие запасы углерода и играют важную роль в формировании глобального климата, биосферы и гидрологии. Высокая степень изученности торфяных за пасов является одной из предпосылок научно обоснованного и экономически целесообразного управления водно-болотными угодьями. Для экономически эффективной хозяйственной деятельности предприятие, разрабатывающее торфяную залежь должно быть уверено в наличии достаточного и качественного объема промышленных запасов торфа. Поэтому тематика исследования мощности торфяных месторождений является достаточно актуальной. В статье анализируется опыт использования геофизического метода, называемого VLF («очень низкая частота»), для исследования мощности торфяных месторождений. Метод заключался в использовании приемника VLF для измерения свойств VLF, излучаемых торфяным месторождением и подстилающим минеральным грунтом. Исследование было проведено на месторождении торфа
«Озеро Белое» Тукаевского района Татарстана на трех разных по глубине участках торфа: глубокозалежного (свыше 3 м), среднезалежого (1,5–3 м) и мелкозалежного (до 1,5 м). Глубина была подтверждена прямым измерением по скважинам. Низкочастотное измерение VLF проводилось вдоль геофизических трасс на каждом участке торфяной залежи. Данные были обработаны с использованием метода NAMEMD (эмпирическая декомпозиция шумовых сигналов) и преобразованы в значение и глубину удельного сопротивления с использованием специализированного программного обеспечения. Исследование показало, что удельное сопротивление значительно отличается по участкам глубокозалежного и мелкозалежного торфа. Удельное сопротивление изменяется в зависимости от толщины торфа и мощности горизонтов погребенной древесины. В горизонтах глубокозалежного торфа на величину удельного сопротивления оказывают сильное влияние степень разложения торфа, его естественная плотность и влажность. Наличие пиков и их высота на графиках интерпретации данных характеризуют количество и толщину горизонтов погребенной древесины в торфяном месторождении. С ростом глубины торфа сопротивление значительно растет. Однако на мелкозалежных участках оно не проявляет различий, как в области глубокозалежного торфа. Это доказывает, что метод VLF правильно работает в слоях торфа и способен указывать толщину торфа, количество и мощность горизонтов погребенной древесины.

1. Mikhailov A., Zhigulskaya A., Yakonovskaya T. Strip mining of peat deposit. In: Proceeding of the 26th International Symposium. Ed. by Behzad Ghodrati, Uday Kumar, Håkan Schunnesson. 2017. P. 497-501.

2. Яконовская Т. Б., Жигульская А. И., Яконовский П. А., Оганесян А. С. Новый геофизический привод для скважинных приборов. Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности. Тр. XVIII междунар. науч.-техн. конф. «Чтения памяти В. Р. Кубачека». Екатеринбург; 2020. С. 213-215.

3. Яконовский П. А., Яконовская Т. Б., Жигульская А. И., Оганесян С. А. и др. Привод скважинных приборов. Патент на полезную модель RU 146847 U1, 20.10.2014. Заявка № 2014121877/03 от 29.05.2014.

4. Boothroyd Richard J., Warburton Jeff. Spatial organisation and physical characteristics of large peat blocks in an upland fluvial peatland ecosystem. Geomorphology. 2020;370:107-397. DOI: 10.1016/j.geomorph.2020.107397

5. Bin Haji Suhip M. A. A., Gӧdeke S. H., Cobb A. R., Sukri R. S. Seismic refraction study, single well test and physical core analysis of anthropogenic degraded Peat at the Badas Peat Dome, Brunei Darussalam. Engineering Geology. 2020;243:452-472. DOI: 10.1016/j.enggeo.2020.105689

6. Boaga J., Viezzoli A., Cassiani G., Deidda G. P., Silvestri S. Resolving the thickness of peat deposits with contact-less electromagnetic methods: A case study in the Venice coastland. Science of The Total Environment. 2020;747:139-361. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139361

7. Özcan N. T., Ulusay R., Işık N. S. Geo-engineering characterization and an approach to estimate the in-situ long-term settlement of a peat deposit at an industrial district. Engineering Geology. 2020;246. DOI: 10.1016/j.enggeo.2019.105329

8. Comas X., Comas L., Slater A. Reeve. Geophysical evidence for peat basin morphology and stratigraphic controls on vegetation observed in a Northern Peatland. Journal of Hydrology. 2004;295:173-184. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2004.03.008

9. Walter J., Hamann G., Lück E., Klingenfuss C., Zeitz J. Stratigraphy and soil properties of fens: Geophysical case studies from northeastern Germany. CATENA. 2016;142:112-125. DOI: 10.1016/j.catena.2016.02.028.

10. Ponziani M., Slob E. C., Ngan-Tillard D. J. M. Experimental validation of a model relating water content to the electrical conductivity of peat. Engineering Geology. 2012;129-130:48-55. DOI: 10.1016/j.enggeo.2012.01.011

11. Электрические свойства древесины. Электропроводность древесины. Режим доступа: http://www.drevesinas.ru/woodstructura/electrical/1.html [Дата обращения 25.07.2020 г.]

12. Руководство по электроконтактному динамическому зондированию грунтов. М.; 1983. Режим доступа: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294815/4294815088 [Дата обращения 25.07.2020 г.]

13. McLachlan P. J., Chambers J. E., Uhlemann S. S., Binley A. Geophysical characterisation of the groundwater-surface water interface. Advances in Water Resources. 2017;109:302-319. DOI: 10.1016/j.advwatres.2017.09.016

14. Altdorff D., Bechtold M., Van der Kruk J., Vereecken H., Huisman J.A. Mapping peat layer properties with multi-coil offset electromagnetic induction and laser scanning elevation data. Geoderma. 2016;261:178-189. DOI: 10.1016/j.geoderma.2015.07.015

15. Jiang Z., Schrank C., Mariethoz G., Cox M. Permeability estimation conditioned to geophysical downhole log data in sandstones of the northern Galilee Basin, Queensland: Methods and application. Journal of Applied Geophysics. 2013;93:43-51. Режим доступа: 10.1016/j.jappgeo.2013.03.008

16. Ekwue E. I., Bartholomew J. Electrical conductivity of some soils in Trinidad as affected by density, water and peat content. Biosystems Engineering. 2011;108:95-103. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2010.11.002

17. Zajícová K., Chuman T. Application of ground penetrating radar methods in soil studies: A review. Geoderma. 2019;343:116–129. DOI: 10.1016/j.geoderma.2019.02.024

18. Remke L. Van Dam. Landform characterization using geophysics  Recent advances, applications, and emerging tools. Geomorphology. 2012;137(1):57-73. DOI: 10.1016/j.geomorph.2010.09.005

19. Poggio L., Gimona A., Aalders I., Morrice J., Hough R. Legacy data for 3D modelling of peat properties with uncertainty estimation in Dava bog – Scotland. Geoderma Regional. 2020;22. DOI: 10.1016/j.geodrs.2020.e00288

20. Prinds C., Petersen R.J., Greve M.H., Iversen B.V. Three-dimensional voxel geological model of a riparian lowland and surrounding catchment using a multi-geophysical approach. Journal of Applied Geophysics. 2020;174:54-65. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2020.103965

21. Keaney A., McKinley J., Graham C., Robinson M., Ruffell A. Spatial statistics to estimate peat thickness using airborne radiometric data. Spatial Statistics. 2013;5:3-24. DOI: 10.1016/j.spasta.2013.05.003

22. Зимин Ю. В. Радиолокационный метод исследований отложений торфа и сапропеля: Автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук. М.: Изд-во Моск. ун-та; 1987. 18 с.

23. Бричева С. С., Матасов В. М., Шилов П. М. Георадар в геоэкологических исследованиях при искусственном обводнении торфяников. Геоэкология. Инженерная геология. Гидроэкология. Геокриология. 2017;(2):84-92.