The influence of salinity on acoustic and electrical properties of frozen soils
https://doi.org/10.33623/0579-9406-2019-6-99-106
Abstract
The results of determining acoustic and electrical properties of frozen saline soils (sand and silt) of massive cryogenic texture at different water content (3 values for each type of soil), salinity (7 values for silt and 5 for sand) and temperatures (–2, –4, –6 ᵒC) are given in the article. As a result, data on the high correlation between specific electrical resistivity and concentration of the pore solution and between ratio of a concentration of the pore solution to temperature and the velocity of longitudinal waves were obtained. Electrical resistivity can decrease by 2–22 times during the transition from a low-saline to a highly saline state and for longitudinal wave velocities only two times. Therefore, it is the electrical properties that are most suitable for the ranking of soils by the degree of salinity.
About the Authors
A. V. Koshurnikov
Lomonosov Moscow State University
Russian Federation
119991, GSP-1, Leninskiye Gory, 1
Russian Federation
119991, GSP-1, Leninskiye Gory, 1
P. I. Kotov
Lomonosov Moscow State University
Russian Federation
119991, GSP-1, Leninskiye Gory, 1
Russian Federation
119991, GSP-1, Leninskiye Gory, 1
I. A. Agapkin
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry RAS
Russian Federation
119334, Moscow, Kosygin st., 19
Russian Federation
119334, Moscow, Kosygin st., 19
References
1. Аксенов В.И. Засоленные мерзлые грунты Арктического побережья как основание сооружений. М.: Все в мире строительства, 2008. 361 с.
2. Брушков А.В. Засоленные мерзлые породы Арктического побережья, их происхождения и свойства. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 330 с.
3. Воронков О.К. Инженерная сейсмика в криолитозоне // Изучение строения и свойств мерзлых и талых горных пород и массивов. СПб.: Изд-во ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2009. 401 с.
4. ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация. М.: Стандартинформ, 2013. 42 с.
5. Грунтоведение / Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Наука, 2005. 1023 с.
6. Зыков Ю.Д., Червинская О.П. Акустические свойства льдистых грунтов и льда. М.: Наука, 1989. 129 с.
7. Зыков Ю.Д. Геофизические методы исследования криолитозоны. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2007. 272 с.
8. Зыков Ю.Д. Рекомендации по определению физико-механических свойств мерзлых дисперсных грунтов геофизическими методами. М.: Стройиздат, 1989. 36 c.
9. Зыков Ю.Д. Определение физико-механических свойств мерзлых песчано- глинистых грунтов комплексом геофизических методов: Автореф. докт. дисс. М., 1992.
10. Ошкин А.Н. Многоволновая сейсморазведка. Ультрозвуковые исследования в лаборатории. М., 2008. 33 c.
11. Рекомендации по определению физико-механических свойств мерзлых дисперсных грунтов геофизическими методами. М.: Стройиздат, 1989. 32 с.
12. Скворцов А.Г., Садуртдинов М.Р., Царев А.М. Сейсмические критерии идентификации мерзлого состояния горных пород // Криосфера Земли. 2014. Т. 18, № 2. С. 83–90.
13. СП 25 13330. 2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.: ФЦС, 2012. 52 с.
14. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино, 2005. 607 с.
15. Carcione J.M., Seriani G. Seismic and ultrasonic velocities in permafrost // Geophys. Prosp. 1998. Vol. 46. P. 441–454.
16. Dou S., Nakagawa S., Dreger D., Ajo-Franklin J.B. An effective-medium model for P-wave velocities of saturated, unconsolidated saline permafrost // Geophysics. 2017. Vol. 82, N 3. P. EN33–EN50.
17. Fortier R., Allard M., Seguin M.K. Effect of physical properties of frozen ground on electrical resistivity logging // Cold Reg. Sci. Technol. 1994. Vol. 22, N 4. P. 361–384.
18. Hauck C., Böttcher M., Maurer H. A new model for estimating subsurface ice content based on combined electrical and seismic data sets // Cryosphere. 2011. Vol. 5. P. 453–468.
19. Hivon E.G., Sego D.C. Distribution of saline permafrost in the Northwest Territories, Canada // Canad. Geotechn. J. 1993. Vol. 30. P. 506–514.
20. Hivon E.G., Sego D.C. Strength of frozen saline soils // Canad. Geotechn. J. 1995. Vol. 32, N 2. Р. 336–354.
21. Ingeman-Nielsen T., Foged N.N., Jørgensen A.S. Geophysical investigation of saline permafrost at Ilulissat, Greenland // Proceed. of the 9th Intern. Conf. on Permafrost, Institute of Northern Engineering, University of Alaska Fairbanks, 2008. P. 773–778.
22. Kneisel C., Hauck C., Fortier R., Moorman B. Advances in geophysical methods for permafrost investigations // Permafrost and Periglacial Processes. 2008. Vol. 19. P. 157–178.
23. Shakhova N., Semiletov I., Gustafsson O. et al. Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf // Nat. Commun. 2017. Vol. 8.
24. Shan W., Liu Y., Hu Z.G., Xiao J.T. A model for the electrical resistivity of frozen soils and an experimental verification of the model // Cold Reg. Sci. Technol. 2015. Vol. 119. P. 75–83.
25. Wu Y., Nakagawa S., Kneafsey T.J. et al. Electrical and seismic response of saline permafrost soil during freeze–thaw transition // Appl. Geophys. 2017. Vol. 146. P. 16–26.
Review
For citations:
Koshurnikov A.V., Kotov P.I., Agapkin I.A. The influence of salinity on acoustic and electrical properties of frozen soils. Moscow University Bulletin. Series 4. Geology. 2019;(6):99-106. (In Russ.) https://doi.org/10.33623/0579-9406-2019-6-99-106
Views:
337
Email this article 
