Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Оценка перспектив применения геофизических методов для решения прикладных задач почвенного картирования 8
1.1. Представления об основных лабораторных методах исследования электромагнитных свойств вещества 8
1.1.1. Методы измерения магнитной восприимчивости почв 8
1.1.2. Методы измерения электрофизических свойств горных пород и почв 15
2.1. Эволюция представлений о возможностях геофизических методов изучения неоднородности почвенного покрова 26
1.2.1. Анализ результатов магнитных исследований различных типов почв 27
1.2.2. Основные результаты применения полевой электрофизики почв 34
1.2.3. Оценка возможностей георадиолокационных исследований при изучении почвенных разрезов 36
РАЗДЕЛ 2. Результаты измерений магнитной восприимчивости на лабораторных образцах почвенных монолитов 39
2.1. Аппаратура и методика измерений магнитной восприимчивости почв полевым каппаметром КТ-5 39
2.2. Статистический анализ магнитных характеристик основных типов почв 44
2.3. Основные закономерности изменения магнитной восприимчивости почв с глубиной 48
РАЗДЕЛ 3. Построение магнитных и георадиолокационных моделей основных типов почв 52
3.1 Расчет и анализ магнитных моделей почвенных разрезов 52
3.1.1. Отражение контактных границ разнотипных почв в характеристиках аномальных магнитных полей 52
3.1.2. Изучение влияния вертикальной неоднородности почв и рельефа поверхности наблюдений на характер магнитного поля 55
3.1.3. Магнитное моделирование реальных почвенных разрезов 58
3.2. Георадиолокационные модели разнотипных почвенных разрезов 60
РАЗДЕЛ 4. Комплексные геофизические исследования на почвенном полигоне владимирского ополья 68
4.1. Характеристика объекта исследования 68
4.1.1. Физико-географический очерк 68
4.1.2. Структура почвенного покрова 70
4.1.3. Структура почвенного разреза 72
4.1.4. Агрофизические характеристики почв 75
4.2. Комплексные геофизические исследования на почвенных траншеях 80
4.2.1. Изучение вертикальной и латеральной неоднородности магнитных свойств разнотипных почвенных горизонтов 81
4.2.2. Анализ результатов электроразведочных исследований на постоянном токе вдоль траншеи 85
4.2.3. Основные результаты георадиолокационных исследований в диапазоне частот от 250 МГц до 1200 МГц 90
4.2.4. Анализ результатов комплексных полевых почвенно-геосризических исследований на траншеях 98
4.3. Результаты площадных съемок на почвенном полигоне Владимирского Ополья 104
4.3.1. Обоснование выбора аппаратурной базы и сети наблюдений для производства высокоточных магнитных съемок 104
4.3.2. Результаты площадных георадиолокационных исследований 115
РАЗДЕЛ 5. Возможности комплекса геофизических методов при решении задач почвенного картирования 118
5.1. Построение экспресс - карт неоднородности
почвенного покрова по площадным магнитным данным 118
5.2. Использование режимных магнитных наблюдений для мониторинга состояний отдельных генетических почвенных горизонтов 121
Заключение 125
Список литературы
- Методы измерения магнитной восприимчивости почв
- Статистический анализ магнитных характеристик основных типов почв
- Отражение контактных границ разнотипных почв в характеристиках аномальных магнитных полей
- Комплексные геофизические исследования на почвенных траншеях
Введение к работе
Актуальность проблемы
Земная кора представляет собой сложную слоистую структуру. Её верхний слой мощностью от 30 до 200 см называют почвой. Один сантиметр почвенного слоя образуется в течение 100 лет, и основными факторами, влияющими на строение, состав и свойства почв являются: горная порода, на которой формируются почвы, климат, растительный и животный мир и условия рельефа, что определяет большое разнообразие типов почв. Таким образом, почва является одним из интереснейших объектов исследования двух научных дисциплин: почвоведения и геологии.
Роль почвы в хозяйстве человека огромна. Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон в городском хозяйстве, экологического мониторинга и пр.
Актуальность диссертационной работы также связана с тем, что почвы в настоящий момент стали объектом пристального внимания в рамках решения задач оценки земель и их эксплуатации на территории Российской Федерации.
С каждым годом расширяется круг задач, решаемых геофизическими методами. За последнее десятилетие геофизика достигла значительных успехов для решения широкого спектра археологических задач, фактически сформировав новое научное направление - археологическую геофизику. По мере развития этого направления, а так же при решении некоторых инженерных задач многие исследователи, в том числе и автор, начали сталкиваться с проблемой выделения полей от целевых объектов и почвенного слоя. В рамках задач археологической и инженерной геофизики было показано, что пренебрежение влиянием почвенного слоя на измеряемые параметры физических полей приводит к серьезным ошибкам на этапе интерпретации геофизических аномалий. Анализ исследований, проведенных автором диссертации, показал, что почвы заслуживают серьезного изучения как самостоятельный объект исследования.
К сожалению, в почвоведении, почвенно-мелиоративной земледельческой практике и смежных областях геофизические методы пока еще не нашли широкого применения в силу слабого научного обоснования для их практиче-
ского применения и недостаточного освещения в научной литературе. В настоящее время наиболее значимыми работами по этой проблематике являются монографии «Магнетизм почв» (1995) и «Полевая электрофизика почв» (2001), написанные учеными, работающими в области применения физических методологий в почвоведении. Рассмотрение перспективы развития этих направлений обозначило необходимость разработки дистанционных геофизических методов, позволяющих быстро и без особых затрат проводить исследования на почвенных объектах.
Эффективность применения геофизических методов в геологии, гидрогеологии, грунтоведении и других дисциплинах не вызывает сомнения. Современная высокоточная геофизическая аппаратура и новые методики исследований создают перспективу для успешного применения магнитометрии, электроразведки и георадиолокации для решения задач изучения неоднородности почвенных разрезов и проведения площадного картирования почв.
Автором впервые показана высокая результативность данного комплекса геофизических исследований для решения задач почвенного картирования.
Цели и задачи исследования
Целью исследований является разработка рационального комплекса геофизических методов для решения задач почвенного картирования.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Проведение экспериментальных лабораторных и полевых наблюдений магнитной восприимчивости (%) на почвенных образцах (монолитах) и реальных почвенных разрезах - траншеях для различных типов почв. Изучение характера изменения магнитной восприимчивости с глубиной и построение магнитных профилей почвенных разрезов.
Магнитное моделирование контактных границ разных типов почв и анализ аномальных характеристик магнитных полей над ними.
Расчеты синтетических радарограмм для типичных моделей почвенных разрезов на различных частотах.
Проведение профильных и площадных комплексных геофизических исследований методами магниторазведки, электроразведки на постоянном токе и георадиолокации на почвенных полигонах.
Применение современных программных комплексов спектрально-корреляционного анализа данных для интерпретации результатов площадных магнитных съемок.
Научная новизна. Создана методика изучения магнитных свойств неоднородных почвенных разрезов в их естественном залегании. По результатам физико-математического моделирования почвенных разрезов дано научное обоснование для практического применения магнитных и георадиолокационных съемок при решении задач почвенного картирования. Впервые на примере комплекса серых лесных почв Владимирского Ополья (ВНИИСХ) получены карты аномального магнитного поля и его градиентов, отражающие пространственную неоднородность почвенного покрова. Показаны возможности и ограничения георадиолокационного метода при изучении почвенного покрова. Предложен рациональный алгоритм спектрально-корреляционного анализа площадных магнитных наблюдений, позволяющий составлять формализованные прогнозные экспресс-карты, отражающие неоднородность почвенного покрова. Проведен уникальный комплекс геофизических работ на почвенных траншеях. Показана возможность применения мониторинга магнитных наблюдений для оценки деградации земель, связанных с разрушением гумусовых горизонтов почв.
Практическая ценность. Геофизиками накоплен большой опыт использования опережающих геофизических съемок для решения задач геологического картирования. Автор научно обосновал рациональный комплекс использования магниторазведки и георадиолокации, позволяющий до начала почвенных исследований осуществлять построение прогнозных экспресс-карт, отражающих сложность и неоднородность почвенного покрова. Практическая ценность выполненной научно-исследовательской работы состоит в том, что комплекс геофизических методов позволяет значительно сократить объемы трудоемких почвенных исследований без потери качества решаемых задач.
Фактический материал. В основу работы положены 2325 измерений магнитной восприимчивости 160 монолитов из коллекции почв факультета почвоведения и Музея Землеведения Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова. В работе анализируются опубликованные материалы по магнетизму почв. Используются данные измерения % реальных почвенных разрезов в объеме около 9500 точек, полученных автором в ходе полевых экспериментальных работ. Более 100000 измерений аномального маг-
нитного поля, выполненных автором на территории почвенных полигонов в комплексе с данными георадиолокации и электроразведки на постоянном токе, дают возможность предложить рациональный комплекс геофизических исследований, который можно с успехом использовать для решения широкого спектра задач в почвоведении.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 135 страниц текста, 4таблицы, 68 рисунков. Список литературы составляет 82 наименования.
Благодарности
Автор благодарен и глубоко признателен своему научному руководителю и вдохновителю кандидату геолого-минералогических наук, доценту Людмиле Алексеевне Золотой за постоянную помощь, поддержку и участие при написании данной работы.
Автор благодарен сотрудникам кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ профессору Шеину Е. В. и ассистенту Бутыл-киной М. А. за содержательные консультации в области почвоведения и предоставленную возможность совместных научных исследований.
Автор признателен сотруднику кафедры геофизики Паленову А. Ю. за помощь в проведении полевых работ.
Автор искренне признателен сотрудникам кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ доктору геолого-минералогических наук, профессору Владову М. Л. и кандидату геолого-минералогических наук Шалаевой Н. В., а также сотруднику НПЦ «ГЕОТЕХ» Еременко А. В. за ценные консультации и практические советы в области применения георадиолокации.
Автор выражает благодарность доктору физико-математических наук, профессору Петрову А. В. за помощь в освоении автором программного комплекса «КОСКАД 3Dt».
Важную роль в улучшении работы сыграли советы и критические замечания доктора геолого-минералогических наук, профессора Хмелевского В. К. и научного сотрудника Гилод Л. А.
Методы измерения магнитной восприимчивости почв
Как известно, для успешного применения любого геофизического метода необходимо понимать его теоретические основы. Взаимосвязь магнитных параметров с наиболее важными свойствами почв имеет существенное значение при решении конкретных практических задач почвоведения. Изучая проблему магнетизма почв, обратимся к основным магнитным характеристикам, свойственным любому веществу, следовательно, и почвам.
Магнитное состояние вещества определяется намагниченностью I, магнитной восприимчивостью х и его атомной магнитной структурой. Важной характеристикой магнитоупорядоченных веществ являются кривые намагничения I (Н), остаточная намагниченность lr и коэрцитивная сила Не. Большое значение имеют такие дополнительные характеристики, как точки фазовых переходов: температура Кюри (Тс), температура Нееля (Тм), Вервея (Tv), Мо-рина (Тм), которые определяются при температурных магнитных измерениях, а также критические поля, которые измеряются при изменении внешнего намагничивающего поля [2].
В разделе 2 автор приводит описание собственных результатов измерений магнитной восприимчивости на лабораторных образцах почв (монолитах). При изучении проблемы измерений магнитных характеристик почв автору не встретилось ни одной публикации с описанием результатов подобных измерений (полевым каппаметром). Собранный реферативный материал позволил обобщить результаты многочисленных исследований магнитных характеристик различными методами. Ниже приводится краткая характеристика лабораторных методов, применимых для изучения магнитных свойств почв.
Баллистический метод дает возможность определить основную кривую индукции и намагниченности, петлю гистерезиса и различные виды про-ницаемостей. Этот метод основан на измерении количества электричества, протекающего через витки обмотки, охватывающей образец. Количество электричества возникает в тот момент, когда магнитный поток резко меняется.
Магнитометрический метод также позволяет определить кривую намагничивания, петлю гистерезиса. В основе этого метода — эффект воздействия исследуемого образца на магнитную стрелку, расположенную на некотором расстоянии от него.
Электродинамическим методом можно определить основную кривую индукции и петлю гистерезиса. Данный метод основан на измерении угла поворота рамки с током, находящейся в магнитном поле намагниченного образца.
Пондеромоторный метод дает возможность измерять намагниченность, восприимчивость и другие магнитные характеристики при помощи измерения силы, действующей на образец.
Индукционный метод позволяет определять кривую индукции, намагниченности, проницаемости. Этот метод основан на измерении электродвижущей силы индукции, которая возбуждается во вторичной обмотке, или на измерении реактивного сопротивления катушки, если в нее помещен образец.
Мостовые методы используются для определения основной кривой индукции, средней проницаемости, комплексной магнитной проницаемости, начальной проницаемости, комплексного магнитного сопротивления, коэффициента потерь и полных потерь.
Баттметрические методы применяются, как правило, для измерения полных потерь на гистерезис и вихревые токи. В этом случае с помощью ваттметра определяется мощность, которая поглощается в цепи катушки, содержащей образец.
При помощи калориметрических методов определяются полные потери на гистерезис и вихревые токи. В качестве индикатора используется тепло, выделяемое образцом при перемагничивании в переменном магнитном поле.
Радиотехнические методы исследования магнитных свойств вещества дают возможность определять кривую индукции, семейство симметричных петель гистерезиса, полные потери, комплексную проницаемость при различных частотах, а также изучать ферро-, пара- и ядерный магнитные резонансы.
Нейтронографический метод исследования основан на явлении магнитного рассеивания нейтронов, возникающего в результате взаимодействия магнитного момента нейтрона с магнитным моментом вещества. Этот метод позволяет исследовать магнитную структуру ферромагнитных, парамагнитных и антиферромагнитных веществ [63].
С минералогической точки зрения характеристики ферримагнитных минералов можно разделить на три группы в зависимости от тех особенностей (факторов) вещества, с которыми они находятся в функциональной связи. Первую группу составляют характеристики, однозначно и функционально связанные с атомной и кристаллической структурой минерала и практически независимые от каких-либо других факторов. Их называют первичными- Основными характеристиками такого рода являются удельная намагниченность насыщения, обменный интеграл, температура Кюри и др.
Магнитные характеристики второй группы зависят не только от состава и кристаллической структуры минерала, но и от обширного комплекса факторов реального кристаллического состояния, причем от последних обычно более резко, чем от первых. Это вторичные магнитные характеристики. Список их велик и непрерывно расширяется. Типичными представителями этой группы являются магнитная восприимчивость, коэрцитивная сила, магнитная вязкость и многие другие.
Статистический анализ магнитных характеристик основных типов почв
Большой интерес представляет закон, по которому происходят изменения магнитной восприимчивости с глубиной - магнитный профиль почвы. Для выяснения этого закона были построены гистограммы % на различных уровнях по глубине (рис. 2.7). На основе полученных гистограмм были рассчитаны теоретические магнитные профили для различных типов почв, представленные на этом же рисунке: центральная жирная кривая отвечает наиболее вероятным значениям х. пунктирные кривые ограничивают область 30% доверительного интервала (дисперсии).
Солонцы. Как видно из рисунка, магнитная восприимчивость практически постоянна вдоль всего профиля и изменяется в пределах от 10x10"5 до 20х10"5ед. СИ. В верхней части (до 30 см) наблюдается некоторый разброс значений, и, если посмотреть на сам профиль почвы, то как раз на 30 см заканчивается переходная зона (переход к материнской породе). Это говорит о том, что сама материнская порода более однородна, чем собственно почвенный слой.
Дерново- подзолистая почва. Значения магнитной восприимчивости так же не сильно меняются с глубиной (10x10"5- 20ед.Си). Средняя часть профиля характеризуется повышенными значениями, и, как видно из гистограмм по глубинным срезам, этот участок характеризуется довольно большой дисперсией магнитной восприимчивости. При сопоставлении с самим почвен ным профилем отчетливо видно, что в этой части почва имеет более темную окраску, это, видимо, и объясняет повышение и разброс значений.
Серая почва. Для серых почв вдоль всего профиля характерна высокая дисперсия на глубинных срезах. Средние значения меняются от 10x10 5 до 20х10"5 ед.Си, причем до глубин 20 см значения несколько понижены, далее до 60 см они плавно увеличиваются, и затем опять понижаются. Повышение значений, по-видимому, также связаны с переходным слоем.
Черноземы. Характеризуются довольно выразительным магнитным профилем. До 40 см идет понижение магнитной восприимчивости от 60x10" 5- 40х10 5 до 20х10"5 ед.Си, до 60 см идет резкое уменьшение, и далее значения практически не меняется. Как видно на самом почвенном профиле, именно на 60 см идет резкая смена цвета почвы к более светлому. Для первых 60 см (это как раз гумусовый горизонт) характерна более высокая дисперсия значений, что говорит о его неоднородности.
Каштановые почвы. Магнитный профиль каштановых почв аналогичен черноземам, за исключением того, что переходная граница располагается на 30 см, и опять же на почвенном профиле мы наблюдаем смену цвета почвы. По сути дела мы еще раз видим, что цвет почвы это важный диагностический признак, так как он непосредственно связан с составом почвы, и это, в свою очередь, находит отражение в магнитных свойствах.
Из представленных результатов видно, что магнитный профиль может быть важной характеристикой типа почв. Наиболее выраженными обозначились магнитные профили черноземов и каштановых почв: намечается дифференциация х по генетическим горизонтам. Как видно из рис. 2.7, магнитная восприимчивость с поверхности до глубин 20 см меняется в пределах от 5х10"5 до 80х10"5 ед.Си, затем в диапазоне от 40 до 50 см она резко уменьшается в два раза, а далее меняется в небольших пределах от 5x10 5 до 25х10 5 ед.Си. Можно предположить, что граница резкой смены % отвечает переходному уровню (В), который отделяет соответственно почвенный слой (А) от материнской породы (С). Для других типов почв такой резкой границы не наблюдается, что возможно определяется меньшей степенью изменения материнской породы в процессе почвообразования.
Магнитный профиль солодей и серых почв характеризуется тем, что % остается почти постоянной как по величине (5x10"5 - 20х10"5 ед.Си), так и по дисперсии значений на всех глубинных срезах (рис. 2.7).
Отражение контактных границ разнотипных почв в характеристиках аномальных магнитных полей
В разделе 2 автором были выявлены закономерности изменения магнитной восприимчивости с глубиной для разных типов почв. Эти результаты легли в основу магнитного моделирования почвенных разрезов и контактов различных типов почв. Расчеты проводились по программе двумерной интерпретации потенциальных полей ТМ-2 (автор А.А. Булычев и др. МГУ, геологический факультет). Известно, что общая намагниченность почв, как и горных пород, определяется суммарным вектором индуцированной (Jj)vi остаточной (Jn )намагниченностей:
Приведенные ниже расчеты проводились в предположении только индуцированной намагниченности элементов почвенного разреза. Оценить вклад Jn достаточно сложно, но, опираясь на опубликованные данные [11], можно считать, что вклад остаточной намагниченности в суммарный вектор не существенен, так как коэффициент Кенигсбергера для этих типов почв лежит в пределах от 0,1 до 0,3. При расчетах магнитных моделей были приняты следующие параметры нормального магнитного поля: Т0=51000нТл, наклонение 1о=75, склонение D0=5E.
При выборе моделей автор опирался на почвенную карту России [48]. Было выявлено, что наиболее часто встречаются контакты следующих типов почв: а) черноземы - подзолы, б) солоди - каштановые почвы, в) подзолы -серые почвы.
Параметризация модели проводилась исходя из экспериментальных данных, полученных автором в результате непосредственного измерения магнитной восприимчивости на монолитах. Как отмечалось выше, % измерялась с шагом 6 см, что определило минимальный размер элементарной ячейки при магнитном моделировании. Модель почвенного разреза описывалась совокупностью элементарных ячеек, при этом каждой ячейке присваивалось значение % в соответствии с магнитным профилем данного типа почв, а размер ячейки по вертикали увеличивался с глубиной до 25см. Параметризация анализируемых моделей представлена на рисунке 3.2.(А, В, С).
Магнитная модель контакта черноземов и подзолистых почв представлена на рис .3.2 А. Снизу на рисунке приведены экспериментальные магнитные профили этих типов почв. В верхней части рисунка изображен результат расчета магнитного поля АТа по программе ТМ-2 для представленной ситуации. Отчетливо видно, что в зоне контакта наблюдается резкое изменение магнитного поля интенсивностью до 6 нТл с градиентом 0,5 нТл/см. Этот расчет демонстрирует возможность картирования границ между этими типами почв при условии производства магнитной съемки с высокой точностью (не ниже±1нТл).
Анализируя результаты расчетов для модели контакта солодей и каштановых почв (рис 3.2.В), можно сделать следующие выводы: а) Амплитуда магнитного поля достигает ЮнТл; б) Градиент составляет 0.5нТл/см; в) фиксируется локальный минимум небольшой амплитуды (-1нТл). Как видно из рисунка, эта модель характеризуется более контрастными магнитными свойствами. Сопоставляя результаты моделирования по этим двум разрезам необходимо отметить, что при производстве площадных магнитных наблюдений характеристики аномальных магнитных полей будут практически идентичными. Это означает, что контакт для разрезов (рис. 3.2.А и 3.2.В) зафиксировать в магнитном поле возможно, а определить тип контактирующих почв без априорных данных сложно.
На рис. З.2.С. представлена модель контактной границы подзолов и серых почв. Отличительной особенностью данной модели является небольшая амплитуда изменения магнитного поля над контактом от 2 до 4 нТл при градиенте поля 0.07 нТл/см.
Проведенное моделирование реальных границ различных типов почв показало значимые амплитуды магнитных аномалий, что создает реальные предпосылки для постановки высокоточных площадных магнитных съемок при изучении почвенных полигонов, где наблюдаются контакты разнотипных почв. Однако уверенное картирование почвенных границ по структуре аномального магнитного поля возможно в случае контакта солодей и каштановых почв, менее уверенно такую задачу можно решить для черноземов и дерново-подзолистых почв, а границу контактов между серыми почвами и подзолами, даже при точности в 0.5 нТл, откартировать практически невозможно.
Магниторазведкой накоплен богатый опыт решения картировочных задач в области геологии. Так при изучении слабомагнитных пород часто используются не только классические характеристики магнитного поля - амплитуда, интенсивность, градиент и т.д., но и статистические и корреляционные характеристики поля - дисперсия, асимметрия, эксцесс, радиус автокорреля ции, взаимокорреляционная функция и др. Обоснование использования последних возможно при расчетах стохастических моделей сред. В рамках данной работы такое моделирование не проводилось.
Автор отдает себе отчет в том, что в реальных средах магнитные профили в силу воздействия различных почвенных процессов отличаются от типичных магнитных профилей, выявленных в ходе лабораторных экспериментальных наблюдений. Чтобы предать значимость магнитному моделированию описанному выше, в разделе 3.1.3 будут обсуждаться результаты моделирования реального почвенного разреза.
Комплексные геофизические исследования на почвенных траншеях
В разделе 4.1 автором приведено подробное описание морфологии и агрофизических характеристик почвенных разрезов, на которых впервые был опробован уникальный комплекс геофизических работ. Комплексные исследования на траншеях включали следующие методы: площадная каппаметрия (на вертикальной стенке траншеи), электроразведка на постоянном токе в модификации СЭЗ, георздиолокация в диапазоне частот 250МГц - 1200МГц.
Уникальность подобного рода работ состояла в том, что автору заведомо было известно детальное морфологическое строение объекта исследования, а так же в распоряжении автора имелись данные о распределении стандартных агрофизических характеристик, определяемых в процессе почвенных исследований (плотность, влажность, влагоёмкость, сопротивление пенетра-ции и т.д.). Целью проведенных исследований являлось изучение закономер ностей распределения магнитных, электрических и диэлектрических свойств по генетическим горизонтам почв, а так же выявление неоднородности свойств в пределах выделенных горизонтов. На рис. 4.10 представлена карта фактического материала участка исследования, наложенная на почвенную карту.
Комплекс геофизических работ проводился на двух траншеях, заложенных в 2002 (далее «Западная») и 2003 годах («Восточная»).
Изучение вертикальной и латеральной неоднородности магнитных свойств разнотипных почвенных горизонтов
Каппаметрия - непосредственное измерение магнитной восприимчивости (х) в полевых условиях является неотъемлемым элементом магнитораз-ведочных исследований. Измерения подобного рода дают важнейшую априорную информацию о магнитных свойствах изучаемых объектов, что позволяет, например, решать прямую задачу (т.е. оценивать ожидаемые амплитуды магнитных аномалий от этих объектов). Как было сказано выше, распределение магнитной восприимчивости по вертикали позволяет изучить структуру почвенного покрова, выделить отдельные генетические горизонты, особенно те, которые характеризуются повышенными значениями магнитной восприимчивости. Как уже говорилось выше, чаще всего такими характеристиками обладают гумусовые горизонты.
Исследования, проведенные в разделе 2, позволили выработать методику измерения % на почвенных срезах (монолитах). По сути дела по аналогичной методике можно проводить измерения и в полевых условиях » на реальных почвенных разрезах (в закапушках, траншеях и.т.д).
Исследования неоднородности магнитной восприимчивости проводились на 2 морфологических траншеях, длиной 20 метров и глубиной 1.5 м в 2002г и 25мх1.8м в 2003г. Траншеи были заложены на защитной полосе вблизи опытного поля Владимирского НИИСХ (фото4.11)
На стенках траншей проводи Фото.4.11. Измерение магнитной восприимчи лась площадная каппаметрия, кото- вости на стенке почвенной траншеи рая, по мнению автора, дает наиболее полное представление об изменчиво сти х как по глубине (магнитный профиль), так и в пределах почвенных горизонтов. Измерения проводились с шагом 25 см вдоль траншеи, что соответствовало шагу измерений других физических характеристик почв (плотности, влажности, водопроницаемости и.т.д.), и с шагом 6 см по глубине (диаметр датчика), таким образом, размер сети наблюдений составил 25 смхб см. Для измерения магнитной восприимчивости использовался каппаметр КТ-5 (пр-во Чехословакии), принцип действия которого, и основные технические характеристики описаны в разделе 2.
Данные каппаметрии не содержат искажений, подобных, например, магнитным аномалиям, на которые оказывают существенное влияние учет вариаций. Этот факт позволяет считать, что полученные измерения -/_ пригодны для непосредственного построения по ним разрезов магнитной восприимчивости.
На рисунке 4,12 представлены разрезы магнитной восприимчивости стенок траншей. Как видно из рисунка, распределение магнитной восприимчивости для двух разрезов носит схожий характер. Интересной особенностью является четко выделяющаяся (по зоне градиента) граница, разделяющая разрез на два горизонта, различных по интенсивности и степени разброса значений %, Для верхнего горизонта характерны повышенные значения магнитной восприимчивости от 80 10"5 до 30 10"5едСИ и ее высокая дисперсия.
Второй горизонт, характеризуется тем, что значения % остаются практически постоянными и лежат в интервале от25 10"5 до 15 10"5 ед. СИ. Граница располагается на глубине 50-60см и, по-видимому, соответствует переходу от гумусового горизонта (содержащего существенно большее количество железистых минералов) к переходному слою.
Одной из наиболее наглядных форм представления результатов измерения магнитной восприимчивости почв - являются статистики % для различных глубинных срезов (рис. 4.13).
Как видно из рисунка, изменения магнитной восприимчивости с глубиной для двух траншей так же носят схожий характер. До глубин 15 см наблюдаются несколько пониженные значения ср (43х10"5-н45х10"5ед. СИ).
Максимум Хер приходится на глубины 25-30 см, где значения хср достигают 50х10"5-г55х10 5ед. СИ, далее на глубинах 50 - 60 см наблюдается резкое понижение Хер до 30x10 %20х10 ед.СИ, и в интервале глубин 60см-180см среднее значение магнитной восприимчивости практически не меняется и лежит в пределах 25x10"5 20х10 5ед. СИ.
