Поиск воды — древнейшая задача, с которой в разные времена люди справлялись по-разному. Расскажем о некоторых наземных геофизических методах, которые могут использоваться на частных участках, чтобы найти воду и определить ее глубину залегания.
Коротко о геофизике
Геофизика — это самостоятельное направление в геологии, которое изучает земную кору через физические поля. Методов более 100, но все их можно распределить на группы по тем или иным физическим принципам. Выделают электроразведку, сейсморазведку, сейсмоакустику, гравиразведку, магниторазведку, радиоактивные методы…
Каждая группа методов определяет численные величины того или иного параметра, их изменения по глубине и по площади. В результате получают карты, разрезы или даже трехмерные картинки, корректно интерпретировать которые можно, имея опорные скважины.
Одна из основных задач геофизики в инженерной геологии — изучить геологическое строение между скважинами, понять, как залегают слои, как меняется их мощность и состояние.
Глобально все методы в геофизике можно поделить на наземные и скважинные, которые принято называть каротажом. На двух наземных, которые годятся для поисков воды, остановимся подробнее.
Вертикальное электрическое зондирование
Вертикальное электрическое зондирование (коротко его называют ВЭЗ) — один из самых ранних, простых и дешевых геофизических методов. Из названия уже понятно, что он относится к электроразведке. Параметр, который он определяет — кажущееся сопротивление, измеряется в Ом*м. Кажущееся, потому что измерено не напрямую, все-таки грунт — не провода.
Принцип работы ВЭЗ
Метод ВЭЗ использует постоянный ток или переменный низкой частоты. В грунт втыкаются два питающих электрода на некотором расстоянии (обычно это 100 м и более), между ними располагают два электрода, на которых производится измерение напряжения. Амперметр измеряет силу тока, подающуюся на установку, а вольтметр фиксирует напряжение.
Глубина исследований равна половине питающей линии. Есть разные модификации ВЭЗ, позволяющие исследовать грунты до глубин 300 м и более.
Результаты ВЭЗ
Все знают, что вода прекрасно проводит электрический ток. Соответственно, чем влажнее грунт, тем меньше будет сопротивление. С ростом минерализации сопротивление будет еще сильнее падать.
Этот метод хорошо отбивает уровень грунтовых вод и другие водоносные горизонты. Он не покажет напор (водоупор имеет высокое сопротивление), но зато покажет мощность горизонта.
Если есть опорная скважина, то результат геофизики можно интерпретировать очень детально. Если же нет никаких данных о грунтах, то воду метод покажет, но вот с составом грунтов могут быть осечки. Например, пылеватый водонасыщенный песок будет очень трудно отличить от водонасыщенного песка средней крупности, если не с чем сравнить. Вода будет в обоих случаях, вот только скважиной ее можно получить лишь из песка средней крупности.
Резонансно-акустическое профилирование
Метод сокращенно называется РАП, относится к сейсмоакустике. Он был разработан лет 20 назад, может чуть больше, успешно применяется для решения самых разных геологических задач.
Метод основан на регистрации собственных колебаний грунтов в акустическом спектре. Источников возбуждения сигнала обычно является молоток.
Согласно спектрально–акустическим представлениям, при ударном воздействии на слоистый объект, реакцией на воздействие будет совокупность (спектр) гармонических затухающих колебательных процессов. Каждой составляющей спектра соответствует породный слой (или сумма слоев) определенной мощности, т.е. возбуждаемый объект является колебательной системой, характеризующейся собственной частотой колебаний. Частота каждой из составляющих спектра находится в обратной зависимости от мощности соответствующего слоя.
Возникающие при ударном воздействии упругие колебания, в виде затухающих гармонических процессов, формируются поперечными волнами, при этом четкость проявления границ между слоями–резонаторами определяется возможностью взаимного «проскальзывания» соседних слоев при наличии в исследуемом массиве сдвигового упругого процесса, т.е. степенью «ослабленности» контакта между слоями.
Метод РАП заточен под прикладные инженерные задачи (поиск тектонических нарушений, рудных тел, подземных коммуникаций, карстовых полостей), но и подземные воды показывает достаточно уверенно.
Недостатки геофизических методов
Все геофизические методы являются косвенными, к прямым методам в геологии относятся бурение и опытные работы, выполняемые непосредственно в массиве грунта или с его образцами. Геофизика никогда не покажет химический состав и количество воды, которое можно получить из скважины, величину напора подземных вод. Эти параметры важны, но могут быть определены только после бурения скважины и выполнения опытной откачки.
Источник: Блог «Полевой дневник геолога»