geolmsuВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 4. ГЕОЛОГИЯMoscow University Bulletin. Series 4. Geology0579-9406Издательский Дом МГУ10.33623/MSU0579-9406-4-2025-64-5-158-168geolmsu-849Research ArticleСтатьиМетодические особенности полевого и лабораторного методов измерения диэлектрической проницаемости на примере песчано-глинистых отложенийMethodical features of field and laboratory dielectric permittivity measuring techniques for sand-clay groundТарасоваМ. А.TarasovaM. A.

Тарасова Мария Александровна.

Москва

Mariya A. Tarasova.

Moscow

tarasovama@my.msu.ruБричёваС. С.BrichevaS. S.

Бричёва Светлана Сергеевна.

Москва

Svetlana S. Bricheva.

Moscow

svebrich@gmail.comВладовМ. Л.VladovM. L.

Владов Михаил Львович.

Москва

Mikhail L. Vladov.

Moscow

vladov_ml@mail.ruМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт Географии РАНРоссияLomonosov Moscow State University; Institute of Geography of the RASRussian Federation202509112025645158168Copyright © Тарасова М.А., Бричёва С.С., Владов М.Л., 20252025Тарасова М.А., Бричёва С.С., Владов М.Л.Tarasova M.A., Bricheva S.S., Vladov M.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.geol.msu.ru/jour/article/view/849

Сведения о диэлектрической проницаемости отложений могут быть полезны при интерпретации георадарных данных, в частности, в условиях песчано-глинистого разреза. Среди методов измерения электромагнитных параметров большее предпочтение отдается методу временной рефлектометрии в связи с возможностью измерений in situ при сохранении естественной плотности и влажности отложений. Однако, для его применения необходим открытый грунт, например, шурф или стенка карьера, которые на месте проведения геолого-геофизических работ редко встречаются. Намного чаще различными специалистами бурятся скважины и отбираются образцы. В таких случаях для измерения диэлектрической проницаемости применяется лабораторный метод с использованием коаксиальной ячейки. Замена одного метода на другой приводит к расхождениям в измеренных значениях, в первую очередь за счет изменения состояния образца по сравнению с естественным состоянием грунта. Поэтому в данной работе на примере искусственных и природных песчано-глинистых отложений анализируются величины этих расхождений в зависимости от гранулометрического состава и влажности.

Information about the dielectric permittivity of deposits can be useful in the interpretation of GPR data, particularly in the context of sandy-clay ground. Among the methods for measuring electromagnetic parameters, greater preference is given to the Time Domain Reflectometry (TDR) method due to its ability to perform in situ measurements while preserving the natural density and moisture content of the deposits. However, its application requires open ground, such as a trench or a quarry wall, which are rarely found at the sites of geological and geophysical work. Much more frequently, various specialists drill wells and collect samples. In such cases, instead of the TDR method for measuring dielectric permittivity, a laboratory method using a coaxial cell is employed. The substitution of one method for another leads to discrepancies in the measured values, primarily due to changes in the sample's condition compared to the natural state of the soil. Therefore, this study analyzes the magnitude of these discrepancies in artificial and natural sandy-clay deposits depending on the grain size distribution and moisture content.

метод временной рефлектометрииTDRкоаксиальная ячейкаэлектромагнитные свойстваобъемнаявесовая влажностьфизический экспериментгеорадарTime Domain ReflectometryTDRcoaxial cellelectromagnetic propertiesvolumetric moisture contentgravimetric moisture contentphysical experimentGPRДанное исследование требовало привлечения компетенций, которыми не обладают авторы статьи, в частности, знаний об отложениях и ландшафтах, методик отбора образцов и умения анализировать их свойства. За помощь в этой работе авторы признательны к.г.н. Шилову П.М. (Почвенный институт им. В.В. Докучаева), а также коллегам-географам Матасову В.М., Лобачевой Д.М., Шашериной Л.В., Роганову С.Б., Мироненко И.В. и Федину А.В. Мы также благодарим к.г.-м.н. Рязанцева П.А. (Институт геологии КарНЦ РАН) за содействие в проведении измерений методом TDR и плодотворные обсуждения результатов. Лабораторные измерения проводились на оборудовании геофизической группы Института географии РАН. Работа выполнена в рамках тем Государственного задания Института географии РАН № FMWS-2024-0005 и геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.ReferencesБобров П.П., Беляева Т.А., Крошка Е.С. и др. Определение влажности образцов почв диэлектрическим методом // Почвоведение. 2019. № 7. С. 859-871.Бобров П.П., Беляева Т.А., Крошка Е.С. и др. Определение влажности образцов почв диэлектрическим методом // Почвоведение. 2019. № 7. С. 859-871.Владов М.Л., Судакова М.С. Георадиолокация. От физических основ до перспективных направлений: Учебное пособие. М.: ГЕОС, 2017. 240 с.Владов М.Л., Судакова М.С. Георадиолокация. От физических основ до перспективных направлений: Учебное пособие. М.: ГЕОС, 2017. 240 с.Касимова А.У., Верзунов С.Н. Обзор современных методов измерения диэлектрической проницаемости горных пород // Проблемы автоматики и управления. 2022. № 1. С. 33-49.Касимова А.У., Верзунов С.Н. Обзор современных методов измерения диэлектрической проницаемости горных пород // Проблемы автоматики и управления. 2022. № 1. С. 33-49.Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. Акад. наук СССР. Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1958. 192 с.Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. Акад. наук СССР. Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1958. 192 с.Крылов С.С., Бобров Н.Ю., Пряхина Г.В. и др. Особенности распространения и трансформации речных вод в приливном эстуарии р. Кереть // Метеорология и гидрология. 2014. № 10. С. 54-64.Крылов С.С., Бобров Н.Ю., Пряхина Г.В. и др. Особенности распространения и трансформации речных вод в приливном эстуарии р. Кереть // Метеорология и гидрология. 2014. № 10. С. 54-64.Молостов И.П., Щербинин В.В. Коаксиальная измерительная ячейка для широкополосных измерений диэлектрической проницаемости // Известия Алтайского государственного университета. 2015. № 1-2. С. 56-60.Молостов И.П., Щербинин В.В. Коаксиальная измерительная ячейка для широкополосных измерений диэлектрической проницаемости // Известия Алтайского государственного университета. 2015. № 1-2. С. 56-60.Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. Учебник для радиотехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1988. 432 с.Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. Учебник для радиотехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1988. 432 с.Старовойтов А.В. Интерпретация георадиолокационных данных: Учебное пособие по курсу «Георадиолокация». 2-е изд., испр. и доп. М.: КДУ; Добросвет, 2023. 258 с.Старовойтов А.В. Интерпретация георадиолокационных данных: Учебное пособие по курсу «Георадиолокация». 2-е изд., испр. и доп. М.: КДУ; Добросвет, 2023. 258 с.Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А. и др. Грунтоведение. М.: Изд-во МГУ, 2005. 1024 с.Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А. и др. Грунтоведение. М.: Изд-во МГУ, 2005. 1024 с.Botha G., Bristow C., Porat N., et al. Evidence for dune reactivation from GPR profiles on the Maputaland coastal plain, South Africa // Geological Society London Special Publications. 2003. Vol. 211. No. 1. P. 29-46.Botha G., Bristow C., Porat N., et al. Evidence for dune reactivation from GPR profiles on the Maputaland coastal plain, South Africa // Geological Society London Special Publications. 2003. Vol. 211. No. 1. P. 29-46.Curtis J.O. A Durable Laboratory Apparatus for the Measurement of Soil Dielectric Properties // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2001. Vol. 50. No. 5. P. 1364-1369.Curtis J.O. A Durable Laboratory Apparatus for the Measurement of Soil Dielectric Properties // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2001. Vol. 50. No. 5. P. 1364-1369.Davis J.L., Chudobiak W.J. In-situ meter for measuring relative permittivity of soil // Geological Survey of Canada. 1975. No. 1A. P. 75-79.Davis J.L., Chudobiak W.J. In-situ meter for measuring relative permittivity of soil // Geological Survey of Canada. 1975. No. 1A. P. 75-79.Heimovaara T.J. Frequency domain analysis of time domain reflectometry waveforms: 1. Measurement of the complex dielectric permittivity of soils // Water Resources Research. 1994. Vol. 30. No. 2. P. 189-199.Heimovaara T.J. Frequency domain analysis of time domain reflectometry waveforms: 1. Measurement of the complex dielectric permittivity of soils // Water Resources Research. 1994. Vol. 30. No. 2. P. 189-199.Kelleners T.J., Robinson D.A., Shouse P.J., et al. Frequency dependence of the complex permittivity and its impact on dielectric sensor calibration in soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 2005. Vol. 69. No. 1. P. 67-76.Kelleners T.J., Robinson D.A., Shouse P.J., et al. Frequency dependence of the complex permittivity and its impact on dielectric sensor calibration in soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 2005. Vol. 69. No. 1. P. 67-76.Knoll M.D. A petrophysical basis for ground penetrating radar and very early time electromagnetics: Electrical properties of sand-clay mix-tures: Ph.D. thesis, University of British Columbia. 1996. P. 316.Knoll M.D. A petrophysical basis for ground penetrating radar and very early time electromagnetics: Electrical properties of sand-clay mix-tures: Ph.D. thesis, University of British Columbia. 1996. P. 316.Owenier F., Hornung J., Hinderer M. Substrate-sensitive relationships of dielectric permittivity and water content: implications for moisture sounding // Near Surface Geophysics. 2016. Vol. 16. No. 2. P. 128-152.Owenier F., Hornung J., Hinderer M. Substrate-sensitive relationships of dielectric permittivity and water content: implications for moisture sounding // Near Surface Geophysics. 2016. Vol. 16. No. 2. P. 128-152.Rust A.C., Russell J.K., Knight R.J. Dielectric Constant as a Predictor of Porosity in Dry Volcanic Rocks // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1999. Vol. 91, No. 1. P. 79-96.Rust A.C., Russell J.K., Knight R.J. Dielectric Constant as a Predictor of Porosity in Dry Volcanic Rocks // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1999. Vol. 91, No. 1. P. 79-96.Schon J.H. Physical Properties of Rocks. Amsterdam: Elsevier. 2011. Vol. 8. P. 481.Schon J.H. Physical Properties of Rocks. Amsterdam: Elsevier. 2011. Vol. 8. P. 481.Shenhui J., Ding D., Quanxing J. Measurement of Electromagnetic Properties of Materials Using Transmission/ Reflection Method in Coaxial Line // Asia-Pacific Conference on Environmental Electromagnetics. 2003. CEEM 2003. Proceedings. P. 590-595.Shenhui J., Ding D., Quanxing J. Measurement of Electromagnetic Properties of Materials Using Transmission/ Reflection Method in Coaxial Line // Asia-Pacific Conference on Environmental Electromagnetics. 2003. CEEM 2003. Proceedings. P. 590-595.Topp G.C., Davis J.L., Annan A.P. Electromagnetic determination of soil water content: measurements in coaxial transmission line // Water Resources Research. 1980. Vol. 16, No. 3. P. 574-582.Topp G.C., Davis J.L., Annan A.P. Electromagnetic determination of soil water content: measurements in coaxial transmission line // Water Resources Research. 1980. Vol. 16, No. 3. P. 574-582.Van Dam R.L., Schlager W., et al. Iron oxides as a cause of GPR reflections // Geophysics. 2002. Vol. 67. No. 2. P. 536-545.Van Dam R.L., Schlager W., et al. Iron oxides as a cause of GPR reflections // Geophysics. 2002. Vol. 67. No. 2. P. 536-545.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.