ИЗУЧЕНИЕ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ

ИЗУЧЕНИЕ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ
 С оползневыми процессами приходится сталкиваться повсеместно как на равнинах
по берегам рек, озер, водохранилищ и морей, так и в горной местности.
Развиваясь на территориях интенсивного хозяйственного освоения, оползни
представляют угрозу всем без исключения инженерным сооружениям. При
разработке полезных ископаемых открытым способом оползни возникают по
бортам карьеров и разрезов и препятствуют нормальной эксплуатации
месторождений. Борьба с оползнями требует огромных затрат человеческого труда,
материалов и денежных средств. Однако эта борьба далеко не всегда оказывается
успешной.
 Изучение оползневых явлений - один из самых ответственных и сложных
видов инженерно-геологических исследований. Поэтому отнюдь не случаен
возросший в последние годы интерес к широкому привлечению для этой цели
геофизических методов.
Под оползнями понимается внезапный или постепенный отрыв горных пород и
движение их по склону под влиянием силы тяжести. Оползнем называют также
участок смещенных горных пород склона, включая зоны отрыва, передвижения
(транзита) и накопления. Оползневой процесс возникает вследствие несоответствия
крутизны склона составу и состоянию слагающих его пород, когда касательные
напряжения становятся больше сопротивления сдвигу, свойственному данным
породам. В результате часть массива склона отделяется и по поверхности
скольжения смещается вниз. Ее конфигурация определяется условиями
напластования литологически различных пород, степенью их выветрелости и
увлажненности, наличием тектонических нарушений и рядом других факторов.

Кроме того, определение физико-механических и водно-физических
свойств грунтов выполняется не по единичным образцам ограниченного объема, а по
измерениям, охватывающим значительные объемы пород, непосредственно
вовлеченных в жизнедеятельность склона. Таким образом, замеряемые
параметры автоматически учитывают те геологические и гидрогеологические
особенности, которые подчас невозможно идентифицировать по отдельности.
Наконец, неизмеримо возрастают возможности режимных наблюдений, так как
геофизические измерения могут повторяться любое число раз без нарушения
природных условий.
         Изучение геолого-гидрогеологической обстановки, способствующей
возникновению оползней, проводится на площади значительно большей
отдельного участка оползнепроявления. Ее размеры зависят от типа и характера
оползней и тех конкретных задач, которые поставлены перед их исследователями.
Большое значение при этом имеет метод аналогий, когда определение площади,
подлежащей обследованию, устанавливается с учетом опыта, полученного на
других оползнях, находившихся примерно в той же природной обстановке.
         Геологическая обстановка, влияющая на возникновение оползней,
определяется условиями залегания, свойствами и состоянием коренных и
перекрывающих их более молодых пород. В первую очередь обращают внимание
на выделение в пределах склонов геологических тел, представляющих по своим
геотехническим показателям наибольшую оползневую опасность. Это главным
образом глинистые породы с высокими коэффициентами пластичности, которые
характеризуются электрическими сопротивлениями, не превышающими первых
десятков омметров.

Под прогнозом оползневых, как и других экзогенных геологических
процессов, понимается предсказание динамики их развития и характера
проявлений в пространстве и во времени. Прогнозы принято подразделять на
сверхдолгосрочные (до 100 лет), долгосрочные (10-15 лет), среднесрочные (от 1
года до 10 лет) и краткосрочные (от нескольких часов и дней до 1 года). Для их
надежного обоснования необходимо использовать представительное число
режимных наблюдений. В силу своей пространственной и временной плотности
геофизическая информация представляет при этом наибольшую ценность. Она
может быть отнесена к любым объемам оползневых массивов, что создает основу
для получения сведений о формировании скрытых явлений и процессов,
протекающих в их глубине. В результате прослеживаются причинно-следственные
связи между изменением геофизических параметров и этими процессами.
         Эффективность результатов режимных наблюдений в большой степени
зависит от правильного выбора сети наблюдений и последовательности их
проведения. Наблюдения должны быть приурочены к наиболее характерным
участкам оползня или всего склона. В то же время эти участки следует выбирать
по возможности за пределами воздействия источников нежелательных помех
(например, линий электропередач, электрифицированных железных дорог и
других транспортных артерий и т. д.). Когда в результате склоновых процессов
пункты наблюдений смещаются, необходимо систематически контролировать
величину этого смещения, для чего проводятся специально геодезические
измерения. Наиболее совершенными среди них являются лазерные методы
регистрации подвижек склонов или откосов.

Выполнение режимных наблюдений должно согласовываться с
сезонными изменениями атмосферных условий. Частоту наблюдений следует
повышать в период выпадения дождей, когда, как правило, значительно
увеличивается оползневая активность. В засушливые периоды можно ограничиться
более редкими измерениями геофизических параметров, которые служат для
выявления временного тренда развития изучаемых явлений и процессов. Ряды
наблюдений при краткосрочных прогнозах не должны быть короче одного года,
увеличиваясь в случае долгосрочных до десяти и более лет. Наибольшую
ценность представляют стационарные наблюдения, входящие как составная часть в
комплекс исследований проводимых режимными инженерно-геологическими
службами.

При прогнозе оползневых явлений неизменно возникает вопрос об
особенностях движения склоновых отложений. На разных участках оползня и
на разных глубинах склоновые отложения могут двигаться с неодинаковой
скоростью. В известной мере меняется также и направление смещения. Поэтому
геодезические методы наблюдений за процессами            смещения     земной
поверхности создают неполную картину кинематики подвижной части склона,
что затрудняет расчеты его устойчивости. Надежные сведения о малых смещениях
грунтов дают наблюдения за искривлением обсаженных специальными трубами
скважин и за взаимным перемещением тюбингов в смотровых колодцах. Однако
все эти приемы технически сложны, дороги и позволяют вести оценку только
малых смещений. Во многих же случаях, особенно при исследованиях, проводимых
на оползнях-потоках, приходится иметь дело со сравнительно высокими
скоростями движения оползневых толщ и, следовательно, со значительными
смещениями. В подобных условиях рекомендуется использование глубинных
реперов, дающих непрерывную информацию о своем местоположении.
        Кроме наблюдений за искусственными реперами, в некоторых случаях
используют данные     о   смещении   характерных    природных   объектов,
находящихся    в   теле оползня, вызывающих    отчетливые   аномалии    в
геофизических полях. Ими могут быть скопления крупнообломочного
материала, создающие положительные аномалии на картах сопротивлений, или
линзы глин, над которыми значения этого параметра минимальны, участки
горных пород, характеризующиеся повышенной магнитной восприимчивостью и т.
д.

При изучении эффективности противооползневых мероприятий режимные
геофизические наблюдения используют для оценки технического состояния и
качества работы дренажных устройств и подпорных стенок, а также для
выяснения результатов мероприятий по искусственному закреплению грунтов.
         В последнее время на оползнях стали практиковать искусственное
закрепление грунтов, приводящее к увеличению их прочности. Эффект упрочнения
достигается или за счет введения химических реагентов или в результате
приложения физических полей. При закреплении оползневых склонов нашли
применение электрохимическое упрочнение, прогрев и обжиг грунтов. После
подобного рода обработки электрические сопротивления грунтов и скорости
распространения упругих колебаний в них существенно возрастают.
         Обжиг глинистых грунтов приводит к резкому повышению их магнитных
характеристик. Таким образом, электрометрические и в отдельных случаях
магнитометрические наблюдения позволяют определять границы закрепленных
грунтов и дают возможность выделить внутри этой области участки, где обработка
оползневых масс произведена не в должной степени. Все эти наблюдения
должны вестись в течение отрезка времени, достаточного для получения
отчетливого представления о ходе всего технологического процесса, связанного с
закреплением грунтов.

ИЗУЧЕНИЕ КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ
         Термин «карст» происходит от названия плато Карст в Словении
(Югославия), где это физико-геологическое явление широко развито.
         Практическое значение карстовых процессов обусловлено прежде
всего их широким распространением по всей земной поверхности. С карстом
приходится сталкиваться по существу всюду, где карбонатные или иные
растворимые породы выходят на поверхность земли или залегают на небольшой
глубине. Согласно подсчетам Г. А. Максимовича, обнаженные и погребенные
карбонатные породы составляют до 40 % площади СССР, а в пределах всех
земных континентов занимаемая ими площадь равна примерно 40 млн. км 2.
Гипсы и ангидриты (обнаженные и погребенные) занимают в пределах
неледниковой суши около 7 млн. км 2, а галолиты - до 4 млн. км 2. Таким образом,
не будет преувеличением сказать, что свыше 1/3 земной поверхности сложены
породами, в      той    или     иной     мере     подверженными       процессам
карстообразования. Эти растворимые горные породы развиты в пределах всех
геоструктурных элементов, начиная от древних платформ и кончая молодыми
геосинклинальными областями.
         Образование карста, т. е. системы полостей в растворимых породах
приводит к резкому изменению поверхностных форм рельефа и, что самое
главное, к нарушению внутреннего строения всего объема подвергшихся
коррозии пород. Массив закарстованных пород приобретает совершенно иные
геотехнические и гидрогеологические свойства в сравнении с массивом тех же
пород, не затронутым растворяющим воздействием движущихся подземных вод.

Если попытаться конкретизировать области практической геологии, в
которых приходится сталкиваться с изучением карстовых явлений, то в первую
очередь сюда нужно отнести инженерную геологию, шахтную геологию, а также
разведку подземных вод и многих твердых, жидких и газообразных полезных
ископаемых.
        В области инженерной геологии исследователя интересует целый
комплекс вопросов, связанных с поведением рельефа растворимых пород,
нарушением их сплошности и как следствие - прочностных и деформационных
свойств массива, условий циркуляции, химизма и температуры подземных вод, а
также потенциальным развитием карстовых процессов под влиянием техногенного
воздействия. Особенно важное значение имеет          изучение    карста при
гидротехническом      строительстве,   поскольку      разнообразные пустоты,
образовавшиеся в глубине породного массива, являются возможными путями
повышенной фильтрации из водохранилищ, каналов и тоннелей. Столь же
велика роль изучения карста при строительстве атомных электростанций, когда
проницаемость среды приобретает решающее значение для обоснования
возможности эксплуатации экологически опасного инженерного сооружения.
        При строительстве и эксплуатации шахт карстовые нарушения
определяют технологические особенности проходки горных выработок и
затрудняют отработку полезных ископаемых. По карстовым трещинам и
пустотам может происходить интенсивный подток подземных вод, нередко
приводящий к трудно устранимым авариям, а подчас и катастрофам.

Наконец, карстовые полости могут являться вместилищем для твердых,
жидких и газообразных полезных ископаемых (бокситы, пресные и минеральные
подземные воды, нефть, горючий газ). Колоссальная практическая роль изучения
карста привела к созданию особой геологической науки - карстоведению,
составной частью которой являются геофизические методы исследований.
        При изучении карста приходится решать две группы тесно связанных
друг с другом вопросов. К первой группе относится характеристика геолого-
гидрогеологической обстановки,     благоприятствующей   развитию     процессов
растворения горных пород, ко второй - непосредственное выявление карстовых
полостей и закарстованных зон, выяснение условий движения в них подземных
вод, прогноз дальнейшего развития коррозионных и суффозионных явлений и ряд
других.

        При растворении и выщелачивании поверхностными и подземными
водами известняков, доломитов, мела, мергелей, гипсов, ангидритов, каменной и
калийной солей, на поверхности земли образуются воронки, провалы, а в толще
горных пород - разнообразные пустоты, каналы, пещеры. Все образовавшиеся
таким путем поверхностные и подземные формы называются карстом. Для
возникновения карста необходимо: а) наличие растворимых пород; б) их
проницаемость, являющаяся следствием главным образом тектонической
трещиноватости; в) активное движение подземных вод, растворяющих горные
породы и выносящих продукты растворения.

Приведенная общая формулировка условий возникновения карста
позволяет наметить следующие основные группы задач, решение которых
непосредственно связано с его изучением как экзогенного физико-геологического
явления: выделение и литологическая характеристика массивов, сложенных
растворимыми горными породами, включая оценку содержания нерастворимого
осадка и наличия водоупорных пропластков; выявление экранирующей роли
водоупорных образований, перекрывающих растворимые породы; определение
положения местных и региональных водоупоров; картирование древних
погребенных эрозионных врезов, являющихся местными или региональными
базисами карстования; изучение тектонических структур, благоприятствующих
развитию карста (в первую очередь разрывных нарушений и сопутствующей им
трещиноватости).
        На всех стадиях решения этих вопросов геофизические методы играют
первостепенную роль и широко используются на практике.

        Картирование карстующихся пород может вестись широким комплексом
геофизических методов, состав которого определяется размерами изучаемых
массивов и слагающих их геологических тел, мощностью перекрывающих
отложений, характером поверхностного рельефа и другими природными, а также
технологическими факторами, регулирующими подход к решению поставленных
задач.

Круто падающие границы карстующихся пород выделяются чаще всего
при помощи электрического профилирования в сочетании с зондированиями. При
небольшой мощности четвертичных отложений хорошие результаты дает
изучение радиоволнового поля широковещательных станций, по изменению
компонент которого можно определять положение контактов. В районах, где
карстующиеся породы залегают среди изверженных и метаморфических, широко
применяется магнитная съемка.
         Практически доказана возможность картирования покровных глинистых
отложений в карстовых районах при помощи высокоточной магнитной съемки.
Такого рода наблюдения позволили, в частности, ограничить площади, в
пределах которых растворимые карбонатные породы предохранены глинистым
экраном от проникновения в них агрессивных инфильтрационных поверхностных
вод.
         Определение положения местных и региональных водоупоров является
одним из основных этапов формирования динамической модели подземного
потока, воздействующего на растворимые горные породы. Водоупоры, которыми в
большинстве случаев     являются    толщи   глинистых     пород,   по своим
петрофизическим характеристикам существенно отличаются от карстующихся
пород. При их выделении в вертикальном разрезе в основном используются
электрические зондирования, так как сейсмометрия преломленными волнами
лишь в редких случаях позволяет определять положение нижней границы
растворимых пород (в силу очевидной инверсии скоростного разреза).

Развитие карста не может быть понято без анализа процессов
изменения базиса эрозии в различные геологические эпохи, о чем с наибольшей
определенностью судят, сопоставляя мощности аллювиальных отложений в
долинах близлежащих рек. Нахождение древних эрозионных врезов важно для
определения как положения базиса коррозии, так и зон возможного интенсивного
развития карстовых явлений (они особенно часто приурочены к бортам погребенных
долин). Поиски этих долин, их прослеживание в плане и определение мощности
аллювиальных отложений - одна из тривиальных задач, выдвигаемых перед
геофизиками. В данном случае широко используются методы гравиметрии,
электрометрии и сейсмометрии. Благоприятные условия создаются при
определении мощности аллювия в долинах, врезанных в карбонатные коренные
породы, так как последние по своим плотностным, электрическим и
сейсмическим свойствам характеризуются повышенными показателями по
сравнению с заполняющими их отложениями.

Изучение тектонических структур, благоприятствующих развитию карста.
         Раздробленность пород вдоль разрывных дислокаций обеспечивает
возможность более интенсивной циркуляции подземных вод в этих зонах, что
обусловливает большую скорость развития карстовых процессов. Во многих
случаях доказано, что подземные карстовые потоки, пересекающие ядра
водораздельных массивов, расположенных между двумя долинами, приурочены
именно к зонам разрывных дислокаций. Выявление подобных дислокаций -
задача геофизических исследований.
         Задачи изучения областей распространения карста, исходя из
тектонических предпосылок его развития, с успехом решаются дистанционными
методами. Выявление систем линейных элементов ландшафта (линеаментов)
способствует изучению направленности и динамики проявления современных
геологических процессов и их влияния на окружающую среду. На основании
подобного анализа возможно прогнозирование зон активного карстопроявления.

Поверхностные карстовые полости (воронки, слепые овраги, полья и
др.) заполняются обычно различными генетическими типами континентальных
образований. За счет выветривания, смыва и деятельности речных потоков, они
аккумулируют материал, литология и гранулометрический состав которого, а
следовательно, и физические свойства могут меняться в очень широких
пределах. Границы между заполнителем и коренными породами носят часто
градиентный характер. Недоучет этого обстоятельства при определении размеров
поверхностных карстовых форм и, в частности, их глубины может привести к
значительным ошибкам. Велика роль выпадающих атмосферных осадков и
таяния снега, понижающих УЭС и, напротив, повышающих скорости продольных
сейсмических волн (особенно в случае песчанистого и гравийного заполнителя).
         Заполнителем подземных карстовых полостей могут быть: воздух, вода,
лед, материал коры выветривания, стенок полостей и различного рода
переотложенные субтеральные отложения, свойства которых определяются,
главным образом, литологическим составом первичного материала, степенью и
характером его переработки и условиями обводнения. Возможные значения УЭС,
скоростей продольных волн и плотностей для различных видов заполнителя
карстовых полостей рассмотрены в табл. 16.

Среди разнообразных наземных методов изучения карстовых явлений
основная роль принадлежит электрометрическим. Электрические зондирования
используются для изучения карстового рельефа кровли растворимых пород, их
расчленения по литологическим признакам, выделения в разрезе тектонических,
трещиноватых и закарстованных зон, изучение карстовой зональности,
определения глубины залегания подземных вод и базиса коррозии, а также для
решения многих других задач, связанных с вертикальным расчленением
разреза.
         Для изучения систем вытянутых карстовых нарушений и зон
трещиноватости применяются       круговое      зондирование  и     круговое
профилирование.     Вытянутость получаемых полярных диаграмм указывает
направление простирания карстовых пустот и трещин.
        До недавнего времени при изучении карста методы сейсмометрии
применялись в ограниченном масштабе. Однако последние достижения в этой
области создали благоприятные перспективы для их широкого использования.
При проведении наблюдений методом преломленных волн на закарстованных
участках отмечается интенсивное их затухание, поглощение и рассеивание, что
приводит к ухудшению записи. Указанные особенности являются индикаторами и
дают возможность характеризовать нарушенность массива. Эта нарушенность
находит отражение и в связанных с ними явлениях: понижении значений
граничных скоростей продольных и поперечных волн, уменьшении средних
скоростей' распространения волн в толще пород над карстовыми нарушениями,
форме годографов и ряде других признаков.

Гравиметрия. Анализ проявленности карстовых нарушений в поле силы
тяжести, приведенный в предыдущем разделе, свидетельствует о том, что при
современной точности      наблюдений    методы     гравиметрии   достаточно
перспективны при изучении карстовой пустотности. Этому способствует также
часто наблюдающаяся приуроченность основных полос развития карста к зонам
тектонической трещиноватости, отличающихся пониженной плотностью. Особое
внимание при гравиметрической съемке на закарстованных территориях
уделяется созданию густой сети наблюдений и высокой точности измерений.
         При наземных исследованиях карстовых явлений в отдельных случаях
используется также магнитометрия, термометрия, гаммаметрия и некоторые
другие геофизические методы. Высокоэффективно своевременное использование
дистанционных методов.
         При    детальных     инженерно-геологических     исследованиях    на
закарстованных территориях часто возникает необходимость не только
планового определения местоположения карстовых нарушений, но и получения
сведений о том, как они ведут себя в глубине массива, чем заполнены и каковы
геотехнические свойства заполнителя и окружающих пород. Особенно важна такая
информация при подземном строительстве и эксплуатации полезных ископаемых.
Эти задачи решаются путем различного рода наблюдений во внутренних точках
геологической среды. Сюда относятся геофизические исследования в скважинах, в
околоскважинном и межскважинном пространстве, обследование горных
выработок, просвечивание межвыработочных и межпещерных целиков и
некоторые другие приемы наблюдений.

Геофизические исследования в скважинах дают возможность: определять
структурную     приуроченность    карстовых     проявлений;   выделять     и
идентифицировать закарстованные и трещиноватые интервалы и уточнять в
разрезе положение отдельных полостей; оценивать относительную и абсолютную
пустотность пород; характеризовать состав, свойства и состояние заполнителя
полостей; находить глубину залегания базиса коррозии; изучать зональность
трещинно-карстовых    подземных    вод,    определять   их минерализацию и
динамические характеристики; выяснять структуру физических полей, присущих
данному массиву.
         Как видно из изложенного, при изучении карстовых явлений
используются разнообразные геофизические методы.

          Данные аэрокосмических наблюдений наряду с общегеологическими
материалами являются     основой  для    выбора    методики   геофизических
исследований и определения оптимальной сети региональных наблюдений. В
дальнейшем эти вопросы уточняются по результатам опытных работ на отдельных
участках.

ИЗУЧЕНИЕ КРИОГЕННЫХ (МЕРЗЛОТНЫХ) ПРОЦЕССОВ
         Почти половина территории Советского Союза охвачена многолетней
мерзлотой, а на всем земном шаре она занимает 24 % площади суши. Она
распространена на большей части Сибири, значительной части Севера
Европейской России, севере Скандинавии, Канады и Аляски. Широко
представлена мерзлота и в высокогорных районах. Во всех этих областях
температура горных пород ниже нуля градусов и они в своих порах и пустотах
содержат лед. В разных районах мощность многолетней мерзлоты колеблется от
нескольких метров до многих сотен метров. Она закономерно увеличивается с
продвижением с юга на север и с повышением отметок в горах. Южнее
сплошного распространения многолетней мерзлоты она приобретает островной
характер. Ее мощность здесь не превышает первых десятков метров, а
температура выше, чем в области зоны сплошной мерзлоты и редко
оказывается ниже -(1-2)°С («высокотемпературная мерзлота»). Нижний предел
температур «низкотемпературной» мерзлоты, в природных условиях можно
принять равным - (12-14)°С (зарегистрировано в районе Тикси).

При промерзании горных пород существенно меняются их прочность,
деформируемость,     водопроницаемость     и   другие   свойства,    играющие
немаловажную роль при инженерном строительстве. Непрерывно возникают
естественные и вызванные вмешательством человека своеобразные мерзлотные
процессы и явления. Сооружения, построенные без учета этих особенностей,
испытывают "неравномерные осадки и другие нарушения в зоне их сочленения с
геологической средой, приводящие нередко к деформации и разрушению даже
прочных конструкций. По существу, строительство в районах распространения
многолетней мерзлоты всегда является строительством в условиях повышенного
риска и требует дорогих и сложных дополнительных инженерных мероприятий. В то
же время именно в этих до сих пор мало освоенных районах северного полушария
бурно развивается многообразная деятельность человека. Отсюда большой и все
возрастающий интерес к мерзлотоведению (геокриологии) - сравнительно
молодой синтетической науке, основанной в значительной своей части на
использовании геофизических методов исследований.
         Геокриологическое картирование - один из важнейших этапов
инженерно-геологической      оценки    возможных    вариантов     строительства
сооружений, а также предвидения их воздействия на геологическую среду.
Особенно велика роль этого вида картирования при линейном строительстве
нефте - газопроводов, при прокладке железных и шоссейных дорог, проходящих
иногда на протяжении тысяч километров по территориям с резко меняющимися
мерзлотными условиями. Сжатые сроки, отводимые обычно на обследование
трасс, делают совершенно необходимым широкое привлечение наиболее
мобильных дистанционных и наземных геофизических методов.

Непрерывно возрастающая роль дистанционных исследований при
инженерно-геологических изысканиях отчетливо проявляется и в случае
инженерно-геокриологического     картирования.    Использование   информации,
получаемой при помощи воздушных и космических носителей, дает возможность
за короткое время обследовать большие, труднодоступные территории, столь
характерные для всех северных стран.
         Наиболее перспективно использование радиолокационной съемки.
Преимущество последней, в сравнении с аэрофотографированием местности в
видимом     диапазоне спектра,       определяется   условиями   формирования
изображения ландшафта. Характер изображения на аэрофотоснимках зависит от
поверхностных условий и в первую очередь от растительного покрова. Поэтому при
дешифрировании полученной информации вопрос о состоянии грунтов далеко не
всегда решается однозначно. Особенно большие трудности возникают            на
заболоченных и залесенных территориях с характерными для них сложными
мерзлотными условиями. При радиолокационной съемке тон и рисунок
изображения определяются тесно связанными с геокриологическими условиями
электромагнитными характеристиками грунтов. Участки с мерзлыми грунтами
выделяются черными тонами, обводненная часть болот - серыми. Различные
оттенки серого тона - следствие неодинаковой шероховатости отражающей
поверхности и соответственно рассеивания волн. По соотношению участков
светлого и темного тонов ориентировочно определяют площади распространения
мерзлых и талых грунтов.

Хорошо зарекомендовал себя совместный анализ материалов
аэрофотоснимков     и данных    радиолокационной   съемки.   Локационные
наблюдения позволяют устанавливать распределение мерзлых и талых пород.
На основании расшифровки аэрофотоснимков судят об особенностях
растительного покрова, что позволяет получить примерное представление о
температуре, характере криогенных процессов, толщине слоя сезонного
промерзания и протаивания. При этом удается обоснованно определять
объекты исследований, выбирать виды наземных геофизических исследований и
намечать расположение буровых скважин.
          Быстрое выхолаживание суши в условиях развития многолетней
мерзлоты приводит к глубокой инверсии (при ночных наблюдениях) границы
вода    -    суша,  что наряду с другими признаками позволяет оценивать
геокриологические условия местности. Подобные наблюдения проводились по
трассам Байкало-Амурской магистрали и магистрального газопровода Уренгой -
Надым.
        Из наземных методов картирования зон развития мерзлых и талых
пород шире всего используется симметричное профиливание на постоянном токе.
Профили задаются таким образом, чтобы они пересекали все основные
элементы ландшафта, взаимосвязанные с мерзлотным строением. В этом случае
при наименьшем объеме работ удается получить наиболее достоверную
информацию. На профилях и картах сопротивлений участки мерзлых пород
выделяются максимумами.

Менее четкие результаты получают при выделении многолетнемерзлых
толщ в коренных породах при незначительной и особенно переменной мощности
поверхностных образований. Двух-пятикратный перепад сопротивлений, который
наблюдается при переходе от коренных пород в талом состоянии к мерзлым, не
всегда обеспечивает полную надежность результатов интерпретации даже в
условиях низкотемпературной мерзлоты. Влияние изменения мощности талого слоя в
сочетании с вариациями мощности покровных образований вызывает в некоторых
случаях аномалии, соизмеримые по своей интенсивности с изменением
сопротивлений за счет перехода основной толщи коренных пород из одного состояния
в другое. Важное значение имеет также литология коренных пород. Например, при
частом чередовании скальных и глинистых пород определение местоположения
границы мерзлых пород является весьма сложной задачей. В этом случае
профилирование должно сопровождаться многочисленными зондированиями, в
задачу которых входит определение сопротивления соответствующих разностей
коренных пород ниже подошвы мерзлоты. Естественно, что роль контрольных
скважин и шурфов в подобных условиях также будет существенно большей.
         Основные     трудности    возникают    при    прослеживании      границ
высокотемпературной мерзлоты при островном ее характере, когда различие
сопротивлений между мерзлыми и талыми породами не превышает дифференциации
между их литологическими разностями. При решении подобной задачи в условиях
развития глинистых коренных и различных по составу четвертичных отложений
требуются детальная сеть наблюдений и специальный подход к вопросам
интерпретации, а также непрерывный контроль буровыми скважинами и горными
выработками.

В последние годы для целей детального картирования зон развития
мерзлых и талых пород с успехом начинают применять сейсмометрию. При наличии
деятельного слоя кровля мерзлых пород отмечается возникновением
высокоскоростных продольных и поперечных преломленных волн. В зонах
развития талых пород характерной границей является уровень грунтовых вод.
При этом регистрируется лишь продольная преломленная волна, скорость которой в
1,5-3 раза ниже, чем скорость аналогичной волны, связанной с кровлей мерзлой
толщи. На вертикальных или крутонаклонных границах этой толщи наблюдаются
сложные явления обмена продольных и поверхностных волн.
        Геоэлектрическое и геосейсмическое картирование многолетней мерзлоты
полезно сопровождать термическими наблюдениями при помощи температурных
зондов (щупов), позволяющих с достаточной точностью определять температуру на
глубине примерно 1-2 м. Границы многолетней мерзлоты проводятся по нулевой
изотерме. Однако в условиях развитого деятельного слоя температурные
наблюдения при помощи щупов оказываются недостаточно информативными, что
приводит к необходимости использования шурфов и неглубоких буровых скважин.
При этом возможно возникновение значительных ошибок, связанных              с
растеплением пород в результате проходки шурфов и буровых скважин, а также
влиянием воздушных масс, поступающих с поверхности земли.

Кроме упомянутых методов для целей картирования мерзлоты в отдельных
случаях применяют радиоэманационную съемку. Установлено, что мерзлые породы
практически совершенно не пропускают через себя радиоактивные эманации. В
результате такого экранного эффекта области развития мерзлых пород проявляются
на картах эманационной съемки пониженными показателями. Для изучения
особенностей поведения верхней и нижней границ многолетней мерзлоты чаще
всего применяют электрические зондирования и в значительно меньших объемах -
сейсмометрию методом преломленных волн.
         Как и во всех случаях решения инженерно-геологических задач,
изучение вертикального геокриологического разреза по данным одиночных
зондирований ненадежно в связи с влиянием разнообразных искажающих
факторов. Они могут быть связаны с боковым влиянием крутонаклонных тел,
эффектами обтекания и концентрации тока над локальными объектами,
экранирующим влиянием полупроводящих пропластков и линз и т. д. Отобрать
неискаженные кривые зондирования можно с некоторой долей вероятности на
основании    сторонней   информации     о    предполагаемом    расположении
аномалиеобразующих объектов. Такая информация может быть получена в
результате дешифрирования аэрокосмоснимков, анализа материалов наземной
геологической, геоморфологической   и     ландшафтной    съемок.   Наиболее
конкретный характер она приобретает в случае площадного обследования
участка при помощи электрического профилирования, а в районах развития
магнитоактивных пород - магнитометрической съемки.

Существенным     достижением     геофизиков,   связанных   в   своей
деятельности с решением геокриологических задач, является разработка и
доведение до практического использования метода радиолокационного
зондирования, позволяющего расчленять вертикальный мерзлотный разрез. Метод
основан на определении расстояния до объекта, отражающего радиоволны [74].
Это оказывается возможным в результате измерения времени запаздывания
отраженного сигнала по отношению к моменту его излучения. Интенсивность
отраженных сигналов определяется как затуханием и рассеиванием волны в горных
породах, так и коэффициентом отражения от выделяемой границы раздела,
который тем больше, чем больше контрастность относительной и электрической
проницаемости по обе стороны от отражающего контакта. Поэтому наиболее
интенсивный сигнал возникает при отражении от пород, содержащих
значительное количество воды и соответственно отличающихся высокими
показателями диэлектрической проницаемости ε.
         Определение границ мерзлоты в разрезах буровых скважин - сложная
проблема, решаемая обычно путем использования комплекса методов ГИС. На
кривой ρ к переход от мерзлых пород к талым сопровождается некоторым
уменьшением сопротивлений. Однако определить по данным стандартного
каротажа нижнюю границу высокотемпературной мерзлоты в условиях
чередования мерзлых и талых пород во многих случаях затруднительно. Это
обстоятельство заставляет использовать более сложную методику - БКЗ. За счет
растепления стенок скважины кривые БКЗ в мерзлых породах нередко
приобретают трехслойный характер. Такой тип кривых служит дополнительным
критерием для опознания мерзлых пород.

Литологическое расчленение мерзлых четвертичных пород - задача,
неизменно возникающая при инженерно-геологических изысканиях в пределах
криолитозоны. Эта задача значительно сложнее, чем расчленение пород в их
талом состоянии. Фактор льдистости и связанные с этим изменения
петрофизических     параметров      среды     вносит дополнительный элемент
неопределенности при интерпретации получаемых результатов. Отсюда
необходимость проведения очень детальных наблюдений (более детальных, чем
при расчленении талых пород), комплексирования геофизических методов и их
модификаций, а также оперативного систематического сопоставления
получаемых материалов с данными буровых скважин и инженерно-
геологического опробования отдельных литологических разностей.
ИЗУЧЕНИЕ ТАЛИКОВ
Наличие таликов, т. е. талых пород среди мерзлых, - одна из характерных
особенностей криолитозоны. Они могут пронизывать всю мерзлую толщу или
ее часть, или же, разветвляясь по латерали, обусловливать образование слоистой
мерзлоты. Талики нередко возникают под руслами рек и под акваториями озер
или же оказываются приуроченными к тектоническим нарушениям, по которым
идет подток подмерзлотных вод. Точное определение их местоположения и
размеров необходимо для оптимального в данных условиях размещения
сооружений, проектирования их конструктивных особенностей и прогнозирования
развития мерзлотно-геологических процессов. Талики, связанные с крупными
водотоками, отчетливо отражаются на региональных геоэлектрических разрезах,
которые строятся либо с целью общего изучения мерзлотных толщ в пределах
значительных площадей, либо в связи со структурными исследованиями.

Одним из элементов инженерно-геокриологических исследований
является изучение различного рода скоплений погребенного льда, чаще всего
носящих характер жил. Специфика залегания льдистых образований связана с их
генезисом, который, в свою очередь, определяется совокупностью факторов,
формирующих мерзлотные условия территории. Поскольку лед - образование с
очень высоким сопротивлением, он может быть выявлен даже в мерзлотной
толще. Основным видом исследований при изучении жильных скоплений льда
является профилирование с очень густой сетью наблюдений.
         Предпочтение необходимо отдать использованию несимметричных
установок (трехэлектродных и дипольных). При отсутствии данных об
ориентировании     жил     из середины обследуемого участка выполняется
профилирование под различными азимутами. Разносы определяются конкретными
условиями, но обычно они принимаются равными десятикратной глубине
залегания верхней поверхности льда.
         Многолетняя мерзлота - явление, в котором фактор времени имеет
решающее значение.      В    естественных    природных     условиях  границы
распространения мерзлоты, а также ее температурный режим непрерывно
меняются. Наиболее быстрые изменения происходят на верхней поверхности
сливающейся мерзлоты, где глубина ее залегания в теплое время года ежедневно
заметно меняется. В плане контуры распространения мерзлоты также могут
существенно перемещаться за относительно короткие отрезки времени. Однако
особенно интенсивно меняется мерзлотная обстановка благодаря деятельности
человека, при строительстве и эксплуатации различного рода наземных и
подземных сооружений, водохранилищ, каналов, дорог и т. п.

Изменение контуров мерзлоты в плане можно проследить,
сопоставляя разновременно замеренные графики профилей сопротивлений или же
поведение изолиний того же параметра. Подобная методика особенно
эффективна     при   анализе    процессов растепления     вблизи   крупных
промышленных сооружений или жилых комплексов. Желательно при этом иметь
данные о фоновых геокриологических условиях, что может быть достигнуто в
результате наблюдений, осуществленных до начала строительства. Они должны
повторяться ежегодно, в определенные сезоны с тем, чтобы иметь возможность
учесть природный тренд изменения мерзлотных условий и его отражение в
геофизических параметрах. Таким образом, удается создать представление о
том, как в процессе эксплуатации промышленных сооружений и жилых
зданий, а также при освоении примыкающих к ним территорий изменяется
глубина залегания верхней поверхности мерзлой толщи, исчезают или наоборот
нарастают переледки.
         Наиболее надежный способ наблюдений за динамикой мерзлоты -
измерения при помощи датчиков, постоянно находящихся в определенных точках
геологической среды. Такими датчиками могут быть термопары или иные
устройства, позволяющие с точностью до десятых и даже сотых долей градуса
фиксировать температуры. Ими могут быть также установки для измерения
электрических сопротивлений, диэлектрической проницаемости или скоростей
распространения упругих колебаний. Чаще всего подобные датчики помещаются в
буровые скважины, которые в дальнейшем замерзают.