Карл Э. Батлер, доктор философии, профессор геологоразведки, инженер.
Отдел наук о Земле
Университет Нью-Брансуика
Весной 2021 года факультеты наук о Земле во всем мире задались вопросом, как предложить полевые школы во время пандемии Covid-19. В Университете Нью-Брансуика во Фредериктоне, штат Нью-Брансуик, Канада, нам в конечном итоге разрешили продолжить работу лично с соблюдением особых мер. Для нашей геоэкологической полевой школы это включало изменение участка с закрытой угольной шахты в 70 км на водоносный горизонт в речной долине всего в нескольких шагах от кампуса, что избавило от необходимости перевозить студентов на транспортных средствах. В то время как проблемы со здоровьем были на первом месте, изменение также удобно предложило гораздо лучшую геологию для обучения студентов тому, как использовать георадар (GPR).
При поддержке специалистов по водоснабжению в городе Фредериктон мы с моим коллегой-геохимиком поручили студентам исследовать влияние городского стока на подземные воды в пределах одного из городских колодцев. Полевые работы включали три компонента: (i) измерение уровня воды в колодцах для определения направления потока грунтовых вод, (ii) гидрогеохимический отбор проб из колодцев для поиска доказательств городских стоков, включая дорожную соль и нитраты, и (iii) гидрогеофизические исследования для более точного определения «окна» через прерывистый глинисто-илистый водоносный горизонт, через который поверхностный сток может достигать нижележащего песчано-гравийного водоносного горизонта. Хотя исследование не выявило каких-либо опасений, связанных со стоком, упражнение было успешным, поскольку дало студентам возможность освоить навыки работы в полевых условиях. В этой статье освещаются некоторые гидрогеофизические мероприятия.
Гидрогеологическая обстановка
Водоносный горизонт Фредериктона представляет собой извилистое эскерообразное отложение песка и гравия, погребенное в ледниковых и послеледниковых отложениях толщиной до 60 м, которые частично заполняют современную долину реки Сент-Джон. Водоносный горизонт полузамкнут, перекрыт глинисто-илистым водоносным горизонтом, который был размыт прошлыми изгибами реки Сент-Джон, обнажая высокие точки вдоль погребенного эскеровского хребта, образуя так называемые «окна». Там, где эти окна находятся под рекой, они приносят пользу, позволяя пополнять запасы воды, выкачиваемой муниципальными колодцами. С другой стороны, окна в водоносный горизонт, лежащий в основе города, уязвимы с точки зрения возможного загрязнения.
Гидрогеофизические исследования
На выбор методов геофизической съемки повлияло то, что ранее хорошо работало для оконтуривания окон под рекой. В этом случае картирование кажущейся проводимости воды было дополнено картированием электрического удельного сопротивления (ERI) вдоль берега и акустическим профилированием поддона на воде. В этой полевой школе, работающей на суше, георадарное профилирование (Рисунок 1) был заменен акустическим поддонным профилированием, что позволило получить аналогичную стратиграфическую информацию с высоким разрешением, которую нельзя было получить с помощью двух других методов, основанных на проводимости/сопротивлении. Здесь я сосредоточусь на демонстрации взаимодополняемости кажущейся проводимости и георадарных съемок.
Рисунок 2 показывает карту кажущейся электропроводности, полученную для лучшего определения границ окна, которое, как известно, находится под парком и полем для регби в непосредственной близости от одного из городских колодцев. Данные были получены с помощью измерителя проводимости EM31, имеющего эффективную глубину исследования около 6 м, что делает его полезным для поиска наличия или отсутствия электропроводящей (~ 35–50 Ом·м) глинисто-алевритовой толщи, которая обычно (где настоящее время) погребен ниже 4-5 м гораздо более устойчивых речных песков. Резкое изменение кажущейся электропроводности у северной оконечности поля для регби интерпретируется как северный край глинисто-илистого окна в этой области, о чем свидетельствуют близлежащие скважины.
Студентов попросили проверить эту интерпретацию путем получения серии георадарных и ERI геодезических линий по всей длине поля для регби. Данные георадара были получены с помощью наших датчиков и программного обеспечения pulseEKKO® систему с недавно выпущенным ресивером Ultra (Рисунок 1).
Рисунок 3 показаны образцы георадарных профилей, полученных с помощью антенн 100 МГц (вверху) и 50 МГц (внизу) вдоль линии RF5. На левом (северном) конце линии на глубине ~ 3 м находится заметный отражатель, соответствующий эрозионно-очерченной вершине глинисто-илистого водоупора или, что более вероятно, вершине поднятого уровня грунтовых вод в речной реке. песков выше этой единицы. Также слева находится второй рефлектор, который поднимается с глубины ~ 7 м в южном направлении, пока не обрывается на вершине глинисто-алевритовой породы. Мы интерпретируем это как слой внутри ила, демонстрирующий драпировку на прилегающем нижележащем эскере – что-то, что также видно на акустических профилях поддона под рекой Сент-Джон. На южной (правой) стороне линии, на глубине более 50 м, глинисто-алевритовый слой отсутствует, что свидетельствует о заметном плоском отражении уровня грунтовых вод на глубине 7 м в пределах песчано-гравийного озового водоносного горизонта.
Дальше на запад в городском парке картирование кажущейся электропроводности дало приблизительное представление о положении южного края окна водоупора, но изменение электропроводности было гораздо более постепенным (Рисунок 2). В этой области информация о глубине и геометрия подповерхностных отражателей очевидна по данным георадара (Рисунок 4) были особенно полезны для определения положения края окна. Георадарные съемки в этом месте включали профили, собранные с использованием экранированных бистатических антенн с центральной частотой 250 МГц в дополнение к неэкранированным антеннам с центральной частотой 100 МГц. В то время как более высокая центральная частота, 250 МГц, экранированные антенны были удобны при работе вблизи металлических заборов и трибун по краям бейсбольного поля, наиболее интересные отражатели более когерентны на более низкой центральной частоте, глубже проникая в 100 МГц. данные.
Учащиеся быстро научились работать с системой георадара и с удовольствием смотрели, как эти четкие профили прокручиваются на дисплее. Интерпретируя свои собственные данные, учащиеся осознали важность передовой полевой практики. Они также узнали, как один метод может быть очень полезен для устранения двусмысленности в интерпретации другого метода. В целом, практический опыт придаст им больше уверенности в применении геофизических методов для решения геологических вопросов в их профессиональной карьере.
См. также:
Батлер, К.Е., Надо, Дж.-К., Парротт, Р., и Дайгл, А., 2004 г., Очерчивание подпитки водоносного горизонта речной долины методами речной сейсморазведки и ЭМ. J. Экологическая и инженерная геофизика, 9, 95-109.
Sensors & Software любит делиться историями наших клиентов о георадарах! Истории клиентов, подобные этой, всегда популярны, но обратите внимание, что детали и описания принадлежат авторам, а Sensors & Software не редактировались, за исключением типографских ошибок.
Если у вас есть интересная тема для георадара, свяжитесь с нами и отправьте свои предложения.
