Д.Е. Едемский1, В.Е. Тумской2, И.В. Прокопович3

1,3 Институт земного магнетизма ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (Москва, г. Троицк, Россия)
2 Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (г. Якутск, Россия)
1 deedemsky@gmail.com; 2 vtumskoy@gmail.com; 3 prokop@izmiran.ru

Постановка проблемы. Отложения с повторно-жильными льдами широко распространены на территории криолитозоны России и других стран. Лед этого типа образует пространственную решетку из пересекающихся вертикальных ледяных жил шириной 2–6 м. В вертикальном разрезе жилы суживаются книзу и имеют протяженность в десятки метров. В горизонтальном разрезе решетка имеет конфигурацию полигональной сетки, чаще всего из четырехугольников, поперечник которых изменяется от 5–25 м и более. Отложения, формирующие грунтовые столбы между вертикальными ледяными жилами, обычно имеют значительную льдистость, поэтому суммарная объемная льдистость всей толщи с ледяными жилами достигает 80–90%. Наиболее яркий тип таких отложений – едомный ледовый комплекс, формировавшийся в неоплейстоцене и имеющий мощность до 40–60 м. В настоящее время его сильнольдистые отложения перекрыты маломощным менее льдистым слоем мощностью до 1 м и сезонно-талым слоем, которые вместе образуют покровный слой, толщина которого в арктических районах обычно не более 1,5–2 м. Конфигурация полигональной сети и ширина ледяных жил, а также поперечник грунтовых столбов, под этими двумя слоями обычно не видны. Потенциальные возможности георадиолокации могут позволить определить строение ледового комплекса, что проверяется в этой работе.

Цель. Определение с помощью георадиолокационного зондирования положения субвертикальных границ между ледяными жилами и грунтовыми столбами, установление ширины ледяных жил и поперечника грунтовых столбов, выяснение конфигурации полигональной сети. Задача осложняется тем, что зондирование осуществляется через покровный слой переменной мощности и состава.

Результаты. Приведены отдельные результаты применения метода 3D-визуализации георадарных данных для изучения отложений ледового комплекса на северо-востоке Якутии. Выполнена площадная съемка с применением антенных систем 150 и 250 МГц. Построена трехмерная модель подповерхностной среды на глубину до 15 м, выявлена структура ледяных жил, которая уверено верифицируется понижениями в рельефе за пределами полигона. Кроме того, идентифицирована граница раздела слоев с разными электромагнитными свойствами на глубине 14–16 м, происхождение которой пока не выяснено.

Практическая значимость. В условиях современного изменения климата и увеличения глубины протаивания льдистых пород, на многих участках распространения ледового комплекса начинается его протаивание. Знание глубины залегания кровли высокольдистых пород и конфигурации сети ледяных жил позволяет прогнозировать темпы и результат развития термокарста на поверхности земли.

Едемский Д.Е., Тумской В.Е., Прокопович И.В. Изучение сильнольдистых отложений с повторно-жильными льдами методом георадиолокации // Электромагнитные волны и электронные системы. 2024. Т. 29. № 5. С. 22−28. DOI: https://doi.org/10.18127/ j15604128-202405-04

1. Романовский Н.Н. Основы криогенеза литосферы. М.: Изд-во МГУ. 1993. 336 с.
2. Strauss J., Laboor S., Schirrmeister L., Fedorov A.N., Fortier D., Froese D., Fuchs M., Günther F., Grigoriev M., Harden J., Hugelius G., Jongejans L.L., Kanevskiy M., Kholodov A., Kunitsky V., Kraev G., Lozhkin A., Rivkina E., Shur Y., Siegert C., Spektor V., Streletskaya I., Ulrich M., Vartanyan S., Veremeeva A., Anthony K.W., Wetterich S., Zimov N., Grosse G. Circum-Arctic Map of the Yedoma Permafrost Domain // Frontiers in Earth Science. 2021. V. 9. P. 758360. DOI: 10.3389/feart.2021.758360.
3. Grasmueck M., Weger R., Horstmeyer H. Three-dimensional ground-penetrating radar imaging of sedimentary structures, fractures, and archaeological features at submeter resolution // Geology. 2004. V. 32. No. 11. P. 933– 936. DOI: 10.1130/G20776.1.
4. Leucci G., De Giorgi L., Di Giacomo G., Ditaranto I., Miccoli I., Scardozzi G. 3D GPR survey for the archaeological characterization of the ancient Messapian necropolis in Lecce, South Italy // Journal of Archaeological Science: Reports. 2016 V. 7. P. 290–302. DOI: 10.1016/j.jasrep.2016.05.027.
5. Edemsky D., Popov A., Prokopovich I. Geophysical survey of Tunnug mound periphery, Tuva, Russia // Journal of Applied Geophysics. 2021. V. 189. P. 104326. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2021.104326.
6. Corbeanu R., McMechan G.A., Szerbiak R.B., Soegaard K. Prediction of 3-D fluid permeability and mudstone distributions from ground-penetrating radar (GPR) attributes: Example from the Cretaceous Ferron Sandstone Member, east-central Utah // Geophysics. 2002. V. 67. No. 5. P. 1495–1504. DOI:10.1190/1.1512794.
7. Kruse S., Grasmueck M., Weiss M., Viggiano D. Sinkhole structure imaging in covered Karst terrain // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. P. L16405. DOI: 10.1029/2006GL026975.
8. Green A., Gross R., Holliger K., Horstmeyer H., Baldwin J. Results of 3-D georadar surveying and trenching the San Andreas Fault near its northern landward limit // Tectonophysics. 2003. V. 368. P. 7–23. DOI: 10.1016/S0040-1951(03)00147-1.
9. Munroe J.S., Doolittle J.A., Kanevskiy M.Z., Hinkel K.M., Nelson F.E., Jones B.M., Shur Y., Kimble J.M. Application of ground penetrating radar imagery for three-dimensional visualisation of near-surface structures in ice-rich permafrost, Barrow, Alaska // Permafrost and Periglacial Processes. 2007. V. 18. P. 309–321. DOI: 10.1002/ppp.594.
10. Doolittle J., Nelson F. Characterising relict cryogenic macrostructures in mid-latitude areas of the USA with three-dimensional ground-penetrating radar // Permafrost and Periglacial Processes. 2009. V. 20. P. 257–268. DOI:10.1002/ppp.644.
11. Schennen S., Tronicke J., Wetterich S., Allroggen N., Schwamborn G., Schirrmeister L. 3D Ground-Penetrating Radar Imaging of Ice Complex Deposits in Northern East Siberia // Geophysics. 2016. V. 81. No. 1. P. WA195–WA202. DOI:10.1190/geo2015-0129.1.
12. Попов А.В., Прокопович И.В., Едемский Д.Е., Морозов П.А., Беркут А.И. Глубинный георадар: принципы и применение // Электромагнитные волны и электронные системы. 2018. Т. 23. № 4. С. 28–36.
13. Арманд Н.А., Лукин Д.С., Чубинский Н.П. Современные проблемы подповерхностной радиолокации / Конспект лекций «Сверхширокополосные системы в радиолокации и связи». Муром: Изд.-пол. центр МИ ВлГУ. 2003. С. 92–107.
14. Едемский Д.Е., Тумской В.Е., Овсюченко А.Н. Георадиолокационное зондирование отложений в пределах деградирующего полигонального микрорельефа в Арктике // Криосфера Земли. 2021. Т. 25. № 5. С. 55–69. DOI: 10.15372/KZ20210506.
15. Едемский Д.Е., Тумской В.Е., Прокопович И.В. Георадарное обследование арктических полигонально-жильных структур // Геология и геофизика. 2024. Т. 65. № 6. С. 886–898. DOI: 10.15372/GIG2023186.