Методические особенности полевого и лабораторного методов измерения диэлектрической проницаемости на примере песчано-глинистых отложений

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.

1. Бобров П.П., Беляева Т.А., Крошка Е.С. и др. Определение влажности образцов почв диэлектрическим методом // Почвоведение. 2019. № 7. С. 859-871.

2. Владов М.Л., Судакова М.С. Георадиолокация. От физических основ до перспективных направлений: Учебное пособие. М.: ГЕОС, 2017. 240 с.

3. Касимова А.У., Верзунов С.Н. Обзор современных методов измерения диэлектрической проницаемости горных пород // Проблемы автоматики и управления. 2022. № 1. С. 33-49.

4. 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.

5. 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.

6. Молостов И.П., Щербинин В.В. Коаксиальная измерительная ячейка для широкополосных измерений диэлектрической проницаемости // Известия Алтайского государственного университета. 2015. № 1-2. С. 56-60.

7. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. Учебник для радиотехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1988. 432 с.

8. Старовойтов А.В. Интерпретация георадиолокационных данных: Учебное пособие по курсу «Георадиолокация». 2-е изд., испр. и доп. М.: КДУ; Добросвет, 2023. 258 с.

9. Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А. и др. Грунтоведение. М.: Изд-во МГУ, 2005. 1024 с.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. Schon J.H. Physical Properties of Rocks. Amsterdam: Elsevier. 2011. Vol. 8. P. 481.

19. 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.

20. 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.

21. 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.