Топографическая съемка карстовых полостей

Топографическая съемка пещер и шахт - первый этап их специализированного изучения. Наиболее употребителен в Советском Союзе метод магнитной съемки. Для измерения магнитных азимутов используются горный компас или буссоль, снабженные подсветкой. Эти инструменты обеспечивают сравнительно большую точность отсчета (0º30'-1º00') по сравнению с туристским компасом и компасом системы Адрианова (3º00') и благодаря оцифровке лимба против часовой стрелки более просты в употреблении. Направив длинное ребро горного компаса в направлении, азимут которого надо определить, по положению на лимбе северного конца магнитной стрелки получаем его азимут. При этом северный конец компаса должен быть обращен в сторону определяемого направления (рис. 29).

Рис. 29. Горный компас (А) и порядок работы с ним (Б):

1 - коробка компаса с лимбом; 2 - магнитная стрелка; 3 - клинометр (отвес); 4 - тормозное устройство; 5 - линии простирания пластов и плоскостей тектонических трещин; 6 - линии падения пластов и плоскостей тектонических трещин; 7 - углы падения пластов и трещин; а, б, в, г, д - последовательность определения азимутов, элементов залегания горных пород и тектонических трещин

Для измерения вертикальных углов используется эклиметр Брандиса (цена деления шкалы 1º00', рис. 30, Б). Удобен в работе также маркшейдерский угломер, подвешивающийся к мерной ленте. Его легко изготовить самостоятельно. При работе в горизонтальных полостях часто употребляются гидравлические высотомеры, состоящие из двух стеклянных трубок с сантиметровыми шкалами, соединенных резиновой трубкой любой длины (рис. 30, В).

Рис. 30. Приборы для определения вертикальных углов и относительных превышений:

А - простейший эклиметр: 1 - лимб; 2 - указательная стрелка; 3 - мерная лента;
Б - эклиметр Брандиса (боковая стенка снята): 1 - визирная трубка с визирной нитью 2, глазной щелью 3 и лупой 4; 5 - вращающийся барабан с отвесом 6, градусной шкалой 7 и тормозным устройством 8;
В - гидравлический высотомер: 1 - опорные кронштейны с закрепленными стеклянными трубками и шкалами; 2 - резиновая трубка с водой

Иногда при подземной съемке для определения относительных превышений используется барометр-высотомер или авиационный альтиметр. Однако под землей, при довольно низкой температуре, 100-процентной относительной влажности и резких изменениях атмосферного давления, обусловленных микроклиматическим режимом полости и ее морфологией, ошибка барометрического нивелирования может достигать ±15-20 м. Разработка общей теории и методики барометрической съемки под землей остается одной из увлекательных научных проблем, стоящих перед спелеологами. Пока можно рекомендовать использование барометров-высотомеров только для контрольного определения суммарного превышения удаленных друг от друга точек в крупных пещерах и шахтах, где резко возрастает ошибка тригонометрического нивелирования. Для учета хода атмосферного давления на поверхности и под землей следует установить у входа в пещеру и в ее глубине самописцы-барографы.

Для замеров расстояний можно применять любую мерную ленту. Наиболее удобна парусиновая лента, пропитанная шеллеком. Украинские спелеологи широко используют также 5-метровый мерный шнур из телефонного кабеля, с узелками, завязанными через каждый метр.

Для измерения глубины шахт обычно употребляются подручные средства - лестницы (на 1 м приходится 3 или 4 ступени), страховочная или вспомогательная веревка. При большой глубине шахты возникают значительные ошибки (±6-8%). связанные с трудностью учета степени растяжения капроновой веревки и длины соединений тросовых лестниц. Поэтому следует иметь мерный лот длиной до 100 м. Определение глубины полости по звуку удара брошенного камня дает неточные результаты, даже после введения поправок на сопротивление воздуха, скорость звука и размер камня, предложенных французскими (Ф. Тромб) и венгерскими (Л. Якуч) спелеологами. Пользоваться этим методом можно только для приближенного определения глубины неизвестной полости.

Для измерения недоступных расстояний можно применять дальномер фотоаппарата (при расстоянии до 10 м этот способ обеспечивает точность ±10%) либо более сложные тригонометрические методы, основанные на решении прямоугольного или косоугольного треугольника, совмещая их с геологическим контролем, сводящимся к учету элементов залегания пород в своде полости (рис. 31). Описанные в литературе методы измерения высоты пещеры при помощи шарика с водородом или рогатки[19][1] в практической работе себя не оправдывают. Непригодны также для спелеотуриста точные, но сложные методы угломерной и фототеодолитной съемки, описанные в ряде зарубежных работ по спелеологии.

Рис. 31. Определение высоты пещеры по элементам залегания пород и тригонометрическим методом.

Свод полости заложен: А - по падению, Б - по простиранию

Топографическая съемка карстовых полостей в СССР производится в масштабе 1:200 для полостей менее 50 м длиной (глубиной). При больших размерах применяется масштаб 1:500. Следует предостеречь от использования масштабов 1:300, 1:400, 1:800, не удобных в работе и усложняющих все дальнейшие расчеты. При обработке материалов топосъемки крупных полостей, длиной свыше 5 км, можно производить генерализацию имеющихся данных до масштаба 1:1000 или 1:2000.

При подготовке плана пещеры к уменьшению (оно осуществляется обычно фотографическим методом) во избежание недоразумений необходимо своевременно заменить на всех чертежах числовой масштаб линейным.

Для получения представления о форме и размерах карстовой полости обычно достаточно изобразить ее в виде проекций на три взаимно перпендикулярные плоскости. Условимся понимать под планом проекцию полости на горизонтальную плоскость, под разрезом - проекцию полости на вертикальную плоскость, ориентированную вдоль ее длинной оси, под сечениями - проекции на вертикальные плоскости, ориентированные вдоль короткой оси полости в любой ее точке. Для вертикальных полостей, кроме сводного плана, строятся еще планы-срезы на разной глубине.

Рассмотрим отдельно основные приемы топосъемки горизонтальных и вертикальных полостей.

Горизонтальные полости. При топосъемке горизонтальных полостей, не имеющих большого количества боковых (кольцевых) ходов, все материалы удобно записывать в специальный журнал, подготовленный еще на поверхности (табл. 9).

Таблица 9