История геофизического полигона в д. Александровка
Геофизическая база в д. Александровка Калужской области была основана в 1960 году сотрудниками лаборатории электроразведки ВНИИГеофизики. Выбор места был обусловлен отсутствием промышленных помех, удалением от электрифицированных железных дорог и близостью к г. Нара-Фоминску, где располагался филиал ВНИИгеофизики. С точки зрения особенностей геоэлектрического разреза необходимым условием для создания базы было наличие в разрезе высокоомного экрана в верхней части осадочного чехла (C1,D3) для отработки методики электромагнитных зондирований на переменном токе. Первооткрывателями Александровской базы были молодые сотрудники электроразведочной лаборатории: Безрук И.А., Ключкин В. , Куликов А.В. и др. Первоначально, для жилья и складирования аппаратуры был арендован чердак одного из домов в д. М. Устье, позднее база переехала в д. Александровка. В 70е годы электроразведочная партия ВНИИгеофизики занимала два дома — деревенский клуб и бывший дом правления колхоза. На Александровском полигоне отрабатывались методики и тестировалась электроразведочная аппаратура, перед запуском ее в серийное производство. Здесь получили путевску в жизнь электроразведочные станции ЦЭС-1 и ЦЭС-2, ИНФАЗ-ВП, ВП-Ф, ЭВА, генераторные группы ЭРС-67, УГЭ-50 и др.
В 80х годах прошлого столетия основные работы электроразведочной партии ВНИИГеофизики были сосредоточены на двух других базах: под г. Астрахань и в п. Ванавара Красноярского края. База в д. Александровка была практически не задействована. По мере сокращеня государственного финансирования ВНИИгеофизики две дальние базы Астраханская и Ванаварская были ликвидированы, а основной экспериментальной площадкой вновь стала Александровка.
В 1988 году была проведена последняя геофизическая практика студентов-геофизиков 3 курса Геологического ф-та МГУ в Крыму. Остро стоял вопрос об исключении из учебного плана второй геофизической практики. С 1989 года стараниями зав. кафедрой В.К. Хмелевского практики по сейсморазведке и структурной электроразведке для студентов 3 курса стали проводиться в г. Нара-Фоминске при активном участии ВНИИГеофизики. В 1991 году начальником практики от МГУ был назначен доцент кафедры геофизики А.Г. Яковлев, и тогда же стало ясно, что хорошего результата по электроразведке (прежде всего по МТЗ) в районе г. Нара-Фоминска добиться не удастся в виду высокого уровня промышленных помех. Преподавателями кафедры и сотрудниками электроразведочной лаборатории ВНИИГеофизики было принято решение перенести студенческую практику по электроразведке на Александровскую базу Калужской области.
Географическое положение района
Учебно-научный полигон кафедры геофизики геологического факультета МГУ расположен в д. Александровка Юхновского района Калужской области, на территории национального природного парка «Угра». Районный центр — г. Юхнов находится на 208 км автодороги Москва — Рославль. Деревня Александровка расположена в месте впадения реки Воря в реку Угра, в 25 км к северо-западу от г. Юхнов.
Местность в районе полигона слабозаселенная, промышленность развита слабо, основной вид деятельности — сельское хозяйство. Наиболее крупными населенными пунктами являются районные центры — г. Юхнов, г. Мосальск, г. Киров и п. Барятино. Основными источниками промышленных помех являются электрифицированные железные дороги, на севере: ж/д Москва — Смоленск — Минск, на юго-востоке: ж/д Москва — Калуга — Брянск. Железные дороги Вязьма — Калуга и Вязьма — Киров не электрифицированы.
Рельеф, речная сеть
Территория полигона находится в центре Смоленско-Московской возвышенности. Рельеф в данном районе слабохолмистый, местами расчлененный долинами рек и ручьев. Перепад абсолютных отметок составляет от +140 м в долинах рек до +240 м на водоразделах. Речную сеть на севере рассматриваемой территории образуют р. Угра (бассейн р. Волга) и ее притоки: р. Воря, р. Собжа, р. Ресса, а на юге речная сеть представлена р. Десна (бассейн р. Днепр) и ее притоками: р. Болва и р. Снопот.
Глубинное геологическое строение района
Район полигона расположен на юго-западной окраине Московской синеклизы, недалеко от ее границы с расположенной южнее Воронежской антеклизой. Эти структуры входят в состав Русской плиты, которая в свою очередь, вместе с Балтийским и Украинским щитами, образует Восточно-Европейскую древнюю платформу. Северный склон антеклизы переходит в южное крыло синеклизы постепенно, и эти две структуры не имеют четко фиксированной границы. Мощность осадочного чехла в пределах района практик меняется от 700 до 1 300 м, плавно возрастая с юго-запада на северо-восток.
Осадочный чехол
Осадочный чехол в районе проведения практик представлен (сверху вниз): сильно изменчивыми по латерали преимущественно моренными и аллювиальными четвертичными и неогеновыми отложениями; фрагментарно встречающимися прослоями меловых песков и юрских глин; породами нижнего отдела каменноугольной системы; мощными (составляющими до 70 — 80 % толщины осадочного чехла) отложениями девонской системы, а также породами верхнего протерозоя (венда). Верхнедевонские и более молодые отложения подробно описаны в разрезах неглубоких (около 500 м) скважин на р Воре у д. Ивановское и на р. Сигоска у д. Чернь. Строение вендско-среднедевонской части осадочного чехла района практики может быть охарактеризовано лишь на основе интерполяции разрезов, вскрытых глубокими скважинами в районе Вязьмы, Барятино и Калуги. Вяземская скважина расположена в 55 км северо-западнее, Барятинская — в 72 км юго-западнее, а группа калужских скважин — в 70 — 80 км юго-восточнее и восточнее д. Александровка.
Отложения каменноугольной системы представлены в данном районе только нижним отделом. Эти отложения слагают сложно построенную толщу с чередованием морских карбонатных и, реже, континентальных терригенных пачек. Суммарная мощность этой толщи составляет порядка 100 м, а в наиболее полных разрезах на северо-востоке района может достигать 200 метров. В районе Александровского полигона карбон представлен стешевским (C1st), тарусским (C1tr), веневским (C1vn), михайловским (C1mh), алексинским (C1al), тульским (C1tl), бобриковским (C1bb), упинским (C1up) и малевским (C1ml) горизонтами. Каменноугольные от-ложения часто прорезаны палеодолинами, заполненными древним аллювием и представляющими собой врезы в полого залегающие слои глубиной до нескольких десятков метров и шириной до первых километров.
Девонские отложения представлены всеми тремя отделами, и слагают основную часть осадочного чехла [Родионова и др., 1995]. Их суммарная мощность слабо меняется по площади и составляет 600 — 800 метров. Девонские отложения по литологическому составу можно разделить на две толщи. Верхняя толща, представленная породами фаменского и большей части франского (до саргаевского горизонта включительно) ярусов верхнего девона, имеет преимущественно карбонатный состав и включает известняки, доломиты, мергели. В верхней части фаменского яруса также развита пачка чистых гипсов мощностью 30 — 35 метров, а плавский и озерский горизонты фаменского яруса содержат прослои глин. Нижняя толща включает породы огаревской свиты верхнего девона и отложения нижнего и среднего отделов девона. Она представлена в основном терригенными породами и содержит небольшие прослои карбонатов. Ее мощность меняется от примерно 400 м в Вяземской скважине до 300 м в Барятинской. На западе территории в разрезе нижней толщи увеличивается доля карбонатных пород, а в Вяземской скважине в разрезе эйфельских отложений встречены пласты каменной соли.
Вендские отложения представлены пачкой песчаников и аргиллитов. Их мощность слабо уменьшается от Вязьмы (206 метров) к Калуге (до 176 метров). В юго-западном направлении вендские отложения очень быстро выклинивается, и в разрезе Барятинской скважины они отсутствуют.
Таким образом, в первом приближении в осадочном чехле юго-запада Московской синеклизы можно выделить три основных комплекса: приповерхностный терригенный (четвертичные, местами — неогеновые, меловые и юрские породы, а также верхняя часть нижнекаменноугольных отложений); преимущественно карбонатный, но включающий также прослои галогенов и глин (саргаевские и более молодые породы верхнего девона, а также нижнего карбона); и нижний терригенный (породы огаревской свиты и более древние девонские и вендские отложения).
Гидрогеология
В каменноугольных, девонских и вендских отложениях выделяется большое количество водоносных горизонтов. Взаимосвязь вод этих комплексов и их режим на данной территории изучены недостаточно. Выявлены лишь самые общие закономерности: чем более погружен водоносный горизонт под более молодые отложения, тем больше минерализация вод. Наиболее древним водоносным горизонтом на рассматриваемой территории является вендский [Гидрогеология СССР, 1966]. Воды, насыщающие песчаники этого горизонта, по данным Вяземской скважины, обладают очень высокой минерализацией — до 270 — 280 г/л, при средних значениях пористости 15%. Воды терригенного комплекса девона (ряжского горизонта нижнего девона, старооскольского горизонта среднего девона, огаревской свиты верхнего девона) также сильно минерализованы — около 200 г/л на северо-востоке рассматриваемой территории и около 50 — 100 г/л на юго-западе. Минерализация вод других во-доносных горизонтов не превышает 3 г/л.
Фундамент
Строение верхней части кристаллического фундамента на рассматриваемой территории может быть априорно охарактеризовано по результатам гравиразведки, магниторазведки и сейсморазведки, а также на основе интерполяции данных, полученных при изучении разрезов, вскрытых глубокими скважинами в районе Вязьмы (абсолютная отметка кровли фундамента -1009 м), Барятино (-553 м) и Калуги (-916 м).
Фундамент платформы погружается к северу и северо-востоку плавно или ступенчатообразно. Он сложен преимущественно кристаллическими сланцами и гнейсами протерозойского архейского возраста. На исследуемой территории, на фоне общего падения кровли фундамента на северо-восток, выделяется ряд разломов. Наиболее крупным является Сухинический разлом северо-западного простирания, разбитый серией правосторонних сдвигов северо-восточного про-стирания. На юго-западе территории, в районе п. Барятино, расположены интенсивные магнитные аномалии, являющиеся продолжением Курской магнитной аномалии (КМА). Наиболее интенсивны Барятинская, Мосальская, Сухиническая и Киров-ская, где аномальные значения напряженности магнитного поля (DТ) достигают 30 000 нТл или 0.3 Э (рис. 1.) Столь высокие значения связаны с повышенной намагниченностью хлоритовых сланцев и железистых кварцитов протерозойского возраста, вскрытых Барятинской структурной скважиной на глубине 764 м (рис. 2.) Намагниченность сложенных ими тел может меняться от 20 до 80 А/м. В нашем случае преобладающее значение — 75 А/м. Соответственно, значение магнитной проницаемости железистых кварцитов (mотн) составляет 2.85, при разбросах возможных значений от 1 до 3.
Геоэлектрический разрез
На рисунке представлен сводный геолого-геофизических разрез исследуемого района и сопредельных территорий. Породы трех основных комплексов, слагающих осадочный чехол юго-западной части Московской синеклизы, существенно различаются по удельному электрическому сопротивлению.
Верхний, относительно проводящий слой, представлен преимущественно терригенными каменноугольными и четвертичными отложениями. Высокую проводимость этой толщи обеспечивают моренные суглинки четвертичной системы и песчано-глинистая толща тульско-бобриковкого горизонта нижнего карбона. Средние значения сопротивлений моренных суглинков составляет 20 — 40 Ом·м, известняков нижнего карбона — 100 — 200 Ом·м.
Среднюю, высокоомную часть осадочного чехла, слагают доломиты и известняки верхнего девона и упинского горизонта нижнего карбона. Характеристикой этого высокоомного слоя служит его суммарное поперечное сопротивление T, по данным электроразведки составляющее в изучаемом районе 2 — 3 млн. Ом·м2. Значительный вклад в суммарное поперечное сопротивление второго слоя вносят небольшие по мощности, но очень высокоомные (удельное сопротивление до ста тысяч Ом·м) прослои ангидритов и гипсов, присутствующие в фаменском ярусе верхнего девона. Второй слой является экраном для методов постоянного тока [Неволин и др., 1971].
Нижняя проводящая толща — это терригенные породы огаревского горизонта верхнего девона, среднего девона и венда. Этот слой обеспечивает 90 % суммарной продольной проводимости S осадочного чехла. Наиболее проводящими породами являются песчаники и глины венда, так как их выклинивание, происходящее при переходе от Московской синеклизы к Воронежской антеклизе, приводит к уменьшению S в десять раз (от 200 до 20 См), при уменьшении мощности нижнего комплекса всего на 20 %. Низкие значения сопротивления (2 — 5 Ом·м) пород вендско-девонской толщи обусловлены наличием в ней сильно минерализованных вод (200 — 250 г/л).
Граниты и гнейсы, слагающие кристаллический фундамент архейского-раннепротерозойского возраста, обладают высокими сопротивлениями — сотни, тысячи Ом·м.
В районе Барятинской магнитной аномалии существует также аномалия электромагнитного поля. Причем оценки показывают, что она не может быть объяснена изменением магнитных свойств, и скорее всего связана с наличием про-водящих объектов на глубинах порядка первых километров. Локальный характер этих аномалий, а также оценки электропроводности и глубины залегания аномалий, свидетельствуют в пользу ее электронопроводящей природы.
