Актуальность исследований заключается в следующем:

1. Для оптимизации метода георадиолокации необходимо сопоставление и анализ результатов наблюдений в различных геологических условиях.

2. Поскольку метод георадиолокации интенсивно развивается в последние годы, то теоретические исследования в области обработки данных необходимо иллюстрировать многочисленными примерами практического использования георадаров на разных объектах исследования.

Данная работа является частью исследований, направленных на решение основной цели, которая заключается в создании научно-методической основы метода георадиолокации применительно к Камчатке, включая методику обработки и интерпретации данных, с учетом практического опыта применения на различных объектах.

Одна из решаемых задач, затрагиваемая в данных исследованиях, заключается в оценке применимости и последующей адаптации метода георадиолокации для изучения вулканических областей.

Район исследования находится в юго-восточной части полуострова Камчатка. Здесь расположены вулканы Мутновский, Горелый, Вилючинский. Исследуемый участок – территория Северо-Мутновской вулкано-тектонической зоны. Общая протяженность георадарных исследований составила 420 м, что связано со сложным рельефом и небольшой равнинной территорией, где можно было провести измерения с помощью георадара (рис. 1).

Северо-Мутновский район раньше рассматривался как перспективный, поэтому на участке Пенистый была пробурена глубокая рекогносцировочная скважина. Но она оказалась непродуктивной. Однако сейчас делается упор на детальное изучение этого района с целью наращивания ресурсов теплоносителя Мутновского месторождения парогидотерм.

Согласно исследованиям А.В. Кирюхина с соавт., на данной территории температура на глубине составляет до 125°С. При бурении здесь не обнаружены продуктивные зоны, поэтому имеющиеся ранее скважины ликвидированы [1].

Рис. 1. Территория исследований: а – карта района работ (Камчатка), участок исследования отмечен прямоугольником; б – участок работ, 420 м – общая протяженность георадарных исследований

В позднеплейстоцен-голоценовое время во всех районах происходит формирование новейшей сети разломов северо-северо-восточного (ССВ 20–30°) и менее выраженного субширотного (ЗСЗ 280–300°) простираний [2]. Так же как среднеплейстоценовые разломы северо-восточного простирания, эти разломы формируют раздвиги, выраженные на поверхности грабенообразными структурами [2]. Их необходимо рассматривать как поверхностное проявление Восточно-Камчатского глубинного разлома, выделенного многими авторами. В позднем плейстоцене-голоцене вдоль этого разлома произошла активизация, выразившаяся в образовании новейшей зоны растяжения [2].

В формировании геотермального резервуара главную роль сыграла образованная субмеридиональными сбросами грабенообразная депрессия, осевая часть которой проходит через кратеры Мутновского вулкана и далее на север, названная Северо-Мутновской вулкано-тектонической зоной [3]. Грабенообразная депрессия Северо-Мутновской вулкано–тектонической зоны – часть субмеридионального глубинного разлома [3]. По данным исследований ряда авторов здесь выделяются предполагаемые тектонические нарушения [4].

На данный момент важны детальные исследования условий геолого-структурной локализации гидротермальных систем и близлежащей территории для определения проведения детальных разведочных работ на геотермальных месторождениях Камчатки. Метод георадиолокации как раз помогает в выявлении геолого-структурных особенностей исследуемых территорий и в последнее время стал применяться для этих целей на Камчатке.

Материалы и методы исследования

Работы с помощью метода георадиолокации проведены впервые на этой территории. Использован имеющийся в наличии георадар «ОКО-250» (рис. 2, 3). Метод георадиолокации применяется для детального изучения отложений в их естественном залегании, а также в картировании и выявлении контуров деформационных геологических структур [5]. Глубина зондирования – до 10 м. Обработка результатов измерений – в программе GeoScan32.

Метод георадиолокации (англ. Ground-penetrating radar, GPR) – это метод геофизического исследования, который основан на излучении широкополосного сигнала радиочастотного диапазона в толщу среды, далее происходит регистрация отклика (сигнал, который является суперпозицией амплитуд прямых, преломленных и отраженных волн, достигающих приемной антенны) [6].

Рис. 2. Оператор с прибором георадар «ОКО-250»

Рис. 3. Схема прибора георадар «ОКО-250»

Рис. 4. Принцип метода георадиолокации [7]

Метод основан на явлении отражения электромагнитной волны от границ неоднородностей в изучаемой среде, на которых скачкообразно изменяются электрические свойства: электропроводность и диэлектрическая проницаемость [6] (рис. 4). В результате метода георадиолокации получают данные в виде радарограммы [8] (рис. 5).

Результаты исследования и их обсуждение

На территории Северо-Мутновской вулкано-тектонической зоны имеются небольшие озера, характерны неровности рельефа в виде пологих склонов, а также наблюдаются трещинные зоны.

Рис. 5. Изображение радарограммы в программе GeoScan32. По горизонтали – расстояние в метрах, по вертикали – время прихода отраженного сигнала в наносекундах. Белые – отрицательные полуволны. Черные – положительные полуволны

Рис. 6. Исследуемый участок: 1 – почвенно-растительный покров; 2 – озера; 3 – обнажения горных пород; 4 – трещинные зоны

На поверхности встречаются обломки игнимбритов трещинных ареальных извержений, андезитов, дацитов, риолитов, а также слои вулканических пеплов разного состава (рис. 6).

Вулканический пепел представлен чередованием слоев желтого, светло-коричневого, темно-коричневого, черного цвета с синеватым отливом. Также имеется слой мелкой пемзы (до 5 мм). На всех радарограммах эти слои представлены протяженными горизонтальными осями синфазности, что указывает на долгий период вулканической деятельности на данной территории, что, соответственно, за длительный период времени привело к накоплению разного состава вулканических отложений (рис. 7).

Рис. 7. Профиль георадарной съемки с интерпретацией. Условные обозначения: 1 – радарограмма; 2 – переслаивание слоев вулканического пепла разного состава; 3 – образец горной породы; 4 – почвенный слой с включениями крупнозернистого песка

Рис. 8. Профиль георадарной съемки с интерпретацией. Условные обозначения: 5 – радарограмма; 6 – переслаивание слоев вулканического пепла разного состава; 7 – ручей Пенистый; 8 – озера

На радарограммах хорошо выделяется участок влагонасыщенных отложений в виде понижения, расположенного у ручья Пенистый и небольших озер. Волновая картина представлена горизонтально расположенными осями синфазности – это отложения аккумулятивных равнин, где имеются вулканические пески (рис. 8).

Рис. 9. Профиль георадарной съемки с интерпретацией. Условные обозначения: 9 – радарограмма; 10 – трещинные зоны

Рис. 10. Профиль георадарной съемки с интерпретацией. Условные обозначения: 11 – радарограмма; 12 – разрывные нарушения

На радарограммах выделяются чашеобразные мульды со смятием слоев в складки. Границы слоев согласны друг другу, но при этом выделяются угловые несогласия (рис. 9).

На радарограммах также хорошо выделяются участки с наклонным залеганием слоев и видимым нарушением их параллельности с резким смещением относительно друг друга, что указывает на наличие не предполагаемых, а явных разрывных нарушений, имеющихся на этой территории (рис. 10).

Заключение

Особенности детального геологического строения приповерхностной территории по данным метода георадиолокации: переслаивание слоев вулканического пепла разного состава с включениями крупнообломочного материала; аккумулятивные отложения; трещинные зоны; разрывные нарушения. Эти особенности указывают на длительные процессы тектономагматической активности на этой территории и на явные признаки геолого-структурной локализации геотермального района. Однако это исследования приповерхностной части, но даже эти результаты указывают на важность проведения детального глубинного исследования.

Метод георадиолокации является важным методом для детального изучения территории и картирования геологических структур вулканических областей Камчатки. Однако исследования стоит проводить в комплексе и с георадаром с большей глубиной зондирования и низкой центральной частотой. Поскольку вулканические отложения имеют сложное геологическое строение, то интересно изучать всю толщу этих отложений, а также сам вулканический рельеф.