ОГЛАВЛЕНИЕ

Поисково-исследовательская работа

 

Перед каждым начинающим путешественником, стремящимся к активному познанию природы, к выполнению посильных общественно полезных и научных заданий, невольно возникает ряд вопросов: какой минимум общей и специальной подготовки необходим для этого? Что целесообразнее наблюдать и исследовать? Каковы примерное содержание, характер и объем работ? Как показал опыт, все исследования распадаются на две группы: 1) исследования, проводимые спелеотуристами самостоятельно, по заданиям и под методическим руководством научных работников; 2) исследования, осуществляемые в составе научных и производственных отрядов и партий. Поскольку объем и содержание настоящей брошюры не позволяют дать полного изложения всех методик работ под землей, мы будем при необходимости отсылать читателя к более полным специальным изданиям.

 

Самостоятельные исследования спелеотуристов

 

В любом из карстовых районов страны спелеотуристу обычно приходится решать одну или несколько спортивно-исследовательских задач. В их числе - поиск карстовых полостей, топографическая съемка их, геологические, гидрогеологические и метеорологические наблюдения, подробное описание и фотографирование. Рассмотрим каждую из этих задач отдельно.

 

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[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

Образец журнала записи результатов топосъемки горизонтальных карстовых полостей

 

В обводненных и труднодоступных полостях для лучшей сохранности записей следует начинать их в 3-4 см от левого края тетради и не доводить ближе чем на 2 см до полей. Запись ведется только на правой стороне листа простым мягким карандашом.

Съемка начинается с поверхности, от нулевого пикета, который закрепляется на любом естественном объекте (дерево, скала) постоянной маркой. В пещере применяется сплошная нумерация точек, а точки на развилках являются нулевыми для всех боковых ходов (4-я строка, табл. 9). Каждая съемочная точка обозначается картонным квадратиком с номером, который остается в точке стояния реечника. К этим точкам впоследствии «привязываются» все специальные наблюдения. Каждая десятая точка съемочного хода закрепляется на стене или на своде пещеры постоянной маркой.

Точка стояния реечника выбирается примерно по оси хода. Расстояние между съемочными точками можно принять фиксированным, равным 5 м. Этот прием исключает необходимость отсчета расстояния в каждой точке, облегчает обработку материалов съемки. Если невозможно выбрать точку стояния, отстоящую от съемщика на 5 м, реечник самостоятельно отмеряет меньшее (реже большее) расстояние и сообщает его съемщику.

Угол наклона (± α) определяется эклиметром или угломером. Соблюдение основного условия тригонометрического нивелирования - равенства высот инструмента и точки визирования - достигается установкой эклиметра и визирного фонаря на одну из имеющихся у съемщика и реечника реек высотой 0,25 и 0,6, 1 и 1,6 м (их можно заменить одной складной рейкой). В несложных пещерах при близком росте спелеотуристов, ведущих съемку, можно использовать антропометрический принцип равенства различных частей тела людей одного роста. В этом случае достаточно сохранять неизменной выбранную точку визирования (например, визировать на глаза реечника), следя за тем, чтобы позы съемщиков совпадали (положения стоя, сидя, на коленях, лежа и т. д.).

Поправка на угол наклона (проложение, l · cos а) вводится при углах наклона более 15º[2]. Для учета накапливающейся ошибки через каждые 5 точек вводится суммарная поправка на угол наклона.

Величина превышения (± l · sin α) вычисляется для каждой точки с точностью до 1 см. При обходе обвальных глыб, спуске с уступа и в других подобных случаях в графе «Превышение» записывается непосредственный замер по вертикали с соответствующим знаком, а в остальных графах ставится прочерк (см. табл. 9).

При топосъемке крупных пещер или полостей, имеющих этажи, для удобства вычисляются относительные отметки каждой точки. Отметка входа обычно принимается равной 100, 200 или 500 м. Отметка последующей точки равна алгебраической сумме отметки предыдущей точки и превышения.

Высота, левая и правая ширина хода определяются от точки стояния реечника. Ширина определяется на высоте ног (по полу).

В графу «Примечания» заносятся все дополнительные сведения, полученные в ходе съемки (высотное положение марок, замечания о морфологии, геологии, археологии полости, данные о глубине воды в точке стояния реечника и пр.). При съемке обводненных полостей высотную отметку озер и сифонов передают по уровню воды, принимая его горизонтальным. При каскадном расположении озер дополнительно учитывается высота всех каскадов.

Топосъемку и записи в журнале производят 2 или 3 человека. 3-й (4-й) член съемочной группы, наиболее хорошо знакомый с геологией района и особенностями ее проявления в пещерах, производит зарисовку абриса плана продольного и поперечного профилей полости. При обрисовке плана и сечений делаются дополнительные замеры, не вошедшие в журнал съемки, но необходимые для дальнейших построений (рис. 32). При зарисовках нужно отразить особенности контуров полости, связанные с проявлениями тектонической трещиноватости, изменениями литологического состава пород, деятельностью напорных и ненапорных вод, процессами карстовой аккумуляции и пр. Кроме различных масштабных обозначений, принятых в общей топографии, при этом широко используется набор специальных спелеологических масштабных и внемасштабных условных знаков. К сожалению, как в СССР, так и за рубежом единая система условных знаков до сих пор не создана. На рис. 33 приведен пример составления абриса при топосъемке условной пещеры.

 

Рис. 32. Основные и дополнительные замеры ширины и высоты, производимые в пещерах различного типа:

а - точка стояния съемщика; б - основные замеры (заносятся в журнал топосъемки); в - дополнительные замеры расстояний и углов наклона (отмечаются на абрисе)

 

Рис. 33. Условные обозначения, применяемые при топографической съемке и исследованиях карстовых полостей
(по Г. Максимовичу, переработано В. Дублянским): А - план; Б - продольный разрез; В - поперечные сечения.

Морфология: 1 - граница освещенной части полости; 2 - непроходимая щель; 3 - неисследованное продолжение; 4 - органная труба (камин); 5 - колодец на поверхности; 6 - колодец под землей; 7 - пересечение галерей (пунктиром обозначается полость, расположенная дальше или ниже основной); 8 - обрыв (уступ).
Водные условия: 9 - капеж со сводов; 10 - стоячая вода (лужа, озерко); 11 - место выхода водотока (родник); 12 - периодический водоток; 13 - постоянный водоток: а - прослеженный, б - предполагаемый; 14 - водопад; 15 - место поглощения водотока (понор); 16 - сифон периодический (указывается высота воды, необходимая для образования сифона); 17 - сифон постоянный.
Отложения: 18 - галька; 19 - песок; 20 - глина; 21 - глыбы; 22 - растительные остатки; 23 - животные остатки и гуано.
Натечные образования: 24 - сталактиты; 25 - сталагмиты; 26, а - сталагнаты; 26, б - колонны; 27 - пещерное молоко (мондмильх); 28 - кристаллы; 29 - эксцентрики; 30 - натеки на стене; 31 - гуры: а - активные, б - отмершие; 32 - натеки на полу; 33 - кальцитовое обрамление озер; 34 - пещерный жемчуг.
Пещерный лед: 35 - граница оледенения; 36 - ледяные сталактиты; 37 - ледяные сталагмиты; 38 - ледяные колонны; 39 - покровный лед; 40 - ледяные кристаллы; 41 - снег.
Геология: 42 - известняк; 43 - доломит; 44 - гипс (ангидрит); 45 - каменная соль; 46 - конгломерат; 47 - брекчия; 48 - мергель; 49 - песчаник; 50 - суглинок; 51 - падение слоев; 52 - тектонические трещины; 53 - разломы и прочие нарушения; 54 - пункты различных намерений, наблюдений и находок; 55 - направление разреза (сечения)

 

К концу рабочего дня все материалы переписываются начисто и обрабатываются. При сверке журнала топосъемки, журнала абрисов и данных геологической съемки выявляются и устраняются грубые ошибки и описки. Опыт показывает, что чаще всего они равняются 180º (взят обратный азимут вместо прямого) и 100º (описка, вместо 280º записывается 180º или вместо 180º - 80º). Иногда ошибка возникает из-за того, что при расшифровке значок градуса (8º) принят за ноль (80º), поэтому рекомендуется вести записи не ставя значка градуса. После увязки полигонов и накладки всех ходов полости на бумагу в каждой точке стояния перпендикулярно линии хода откладываются левая и правая ширина (на разрезах - высота). Контуры полости наносятся по абрисам. Контроль построения на отдельных участках осуществляется по данным о простирании и падении горных пород, которые выносятся специальным знаком в левый верхний угол чертежа (см. рис. 33).

Если карстовая полость состоит из системы разновысотных этажей, то сперва производится съемка каждого этажа, а затем поэтажные планы и разрезы увязываются между собой соединительной съемкой повышенной точности. На сводном плане для разных этажей применяются разные штриховые контуры. Съемки крупных залов в зависимости от их размеров, морфологии, проходимости в различных направлениях и навыков съемщика делаются одним из трех методов: поперечных сечений, радиальным или обхода (рис. 34). Последний способ в сочетании с маршрутным пересечением дает наибольшую точность.

 

Рис. 34. Методы топографической съемки крупных залов:

А - поперечных сечений; Б - радиальный; В - обхода с пересечением

 

Несколько иначе организуется топосъемка пещер-лабиринтов, состоящих из нескольких десятков, а иногда и сотен пересекающихся галерей, заложенных по параллельным системам тектонических трещин (пещеры Озерная, Кристальная, Млынки в гипсах Подолии, Балаганская в Сибири и др.). Одна из главных трудностей исследований и экскурсионного посещения таких пещер - сложность ориентирования. Имеющиеся в туристской литературе рекомендации не всегда надежны и не способствуют сохранению пещеры в естественном состоянии. Недопустимо делать маркировку мелом или краской на стенах и сводах. После прохождения 3-4 групп, каждая из которых применит свою систему маркировки, знаков на стенах будет достаточно для дезориентации самой сильной группы, а краса пещеры будет испорчена на десятки лет. Совершенно неприемлем для целенаправленного движения под землей способ обхода лабиринта методом одной руки. Значительно чаще применяются раскладка маркирующих знаков, хотя бы в виде стрелок, острием направленных на выход, и метод разматывания шнура. Только не следует забывать при возвращении собирать оставленные стрелки и сматывать бечеву. Иначе на них уже через две-три недели разовьется обильный плесневой грибок.

Методика топосъемки пещер-лабиринтов разработана спелеологами Тернопольской областной секции под руководством В. А. Радзиевского[3]. Разведывательная группа, состоящая из самых опытных спелеологов, определяет доминирующее направление заложения ходов пещеры и провешивает две магистральные линии съемки, все боковые ходы на которых отмаркированы картонными карточками с порядковыми номерами, а тупиковые ходы полностью закартированы. Затем съемочные поля пещеры разбиваются на отдельные полигоны; съемка их осуществляется небольшими группами из 3-5 человек, начинающими работу одновременно. По окончании обхода полигона, длина которого по периметру обычно не превышает 400-500 м, эти же съемочные группы завершают съемку его внутренней части в деталях, после чего начинают обработку следующего полигона, сохраняющего индекс группы с порядковым номером (А-1, А-2, А-8 и т. д.; рис. 35).

 

Рис. 35. Схема производства топосъемки пещеры лабиринтового типа методом полигонов
(по В. А. Радзиевскому);

I и II - последовательность работы: а - выход в пещеру. Линии съемки: б - магистральные, в - групповые, г - полностью отснятая часть пещеры; СВ, ЮВ, СЗ, ЮЗ - съемочные поля пещеры; А - Д - индексы съемочных полигонов различных групп

 

При обработке материалов топосъемки крупный пещер часто приходится исключать ошибку построения, которая может достигать 4-5%. В этом случае производится пересчет всех данных в систему прямоугольных координат, и положение каждой точки пещеры определяется как алгебраическая сумма приращений координат по оси x и y. Методика пересчета приводится в учебниках геодезии, и излагать ее мы не будем.

Вертикальные полости. Съемка вертикальной полости начинается со съемки плана-среза на поверхности. Контуры полости приходится, как и при съемке горизонтальных полостей, зарисовывать на глаз. Колодцы и шахты обычно заложены по двум или нескольким системам тектонических трещин. В связи с этим планы-срезы имеют асимметричные, вытянутые вдоль одной из таких систем очертания. Вертикальные разрезы ориентируются обычно вдоль длинной и короткой осей плана-среза, часто совпадающих с направлениями падения и простирания пород (рис. 36, 1 - 1¹, 2 - 2¹). Разрезы, ориентированные в направлениях север-юг и восток-запад (рис. 36, а - а¹, в - в¹), дают искаженное представление о размерах полости. В то же время они могут быть выведены чисто геометрически из основных разрезов и серии планов-срезов.

 

Рис. 36. А - выбор направлений вертикальных сечений при съемке колодцев и шахт; Б - контуры полости:

а - на поверхности; б - на глубине 15 м, в - на глубине 30 м

 

При спуске в шахту главное внимание обращается на ориентировку длинных и коротких осей полости и ее изменения. Одновременно на все площадки и уступы, которые могут служить промежуточной базой для съемки, передается высотная отметка от начальной марки у входа в шахту.

Со дна шахты по правилам, изложенным выше, производится съемка всех ее горизонтальных продолжений. Зарисовку разрезов и планов-срезов делают при подъеме, сочетая с отдыхом на уступах. При их отсутствии приходится вести съемку с лестницы, закрепляясь на ней карабинами или применяя «беседку». Все измерения и наблюдения записываются в произвольной форме так как вести журнал на лестнице затруднительно.

Таким образом, при съемке вертикальных полостей мы получаем два разреза, обычно располагающихся один по отношению к другому под углом, отличающимся от прямого, и серию перпендикулярных к ним планов-срезов. При съемке простых (стволовых) шахт этих данных достаточно для полного представления о топографии полости (рис. 37).

Рис. 37. Топографическая съемка стволовой вертикальной полости:

А - планы-срезы; Б - вертикальные сечения

 

При топосъемке сложных шахт, состоящих из серии внутренних колодцев, применяется метод совмещенных сечений, при котором истинные сечения, находящиеся в параллельных плоскостях, совмещаются в плоскости чертежа. При этом они показываются различными условными знаками, а кроме планов-срезов на фиксированной глубине полости составляется сводный план, на который выносятся все вертикальные сечения (рис. 38).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 38. Топографическая съемка сложной вертикальной полости (метод совмещенных сечений):

А - планы-срезы; Б - сводный план; В - вертикальные сечения; 1-1¹ - 6-6¹ - направления истинных сечений

 

Для наглядности значительно удобнее применять метод развёртки, при котором ломаная линия, проходящая через все залы и внутренние колодцы шахты разворачивается в прямую. Планы-срезы при этом способе изображения полости можно не строить. Геологические построения на развертке затруднительны (рис. 39).]

 

 

 

Рис. 39. Топографическая съемка сложной вертикальной полости (метод развертки):

А - сводный план; Б - сводный разрез-развертка по линии 1-5; В - вертикальные сечения

 

Иногда встречаются очень сложные шахты состоящие из многочисленных горизонтальных или наклонных ходов, соединенных на разных уровнях вертикальными колодцами (шахты Провал и Аверкиева в Крыму, Назаровская и Величественная на Кавказе, Кубинская и Баджейская в Саянах). При их картировании приходится применять комбинацию этих методов После анализа плана выбирается такая плоскость проекции, на которую можно с минимальными угловыми искажениями спроектировать все ходы полости, сохранив без изменений взаимное расположение опорных точек. Наибольшие искажения получаются на тех участках полости, которые ориентированы под углом, большим 45º к плоскости проекции (рис. 40).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 40. Топографическая съемка сложной вертикальной полости (комбинированный метод):

А - сводный план; Б - сводный проективный разрез по линии 1-1¹; 0-145 - глубина полости в опорных точках

 

Если эрозионные шахты или их отдельные элементы имеют вид крутых спиралей, дать их разрез на вертикальную плоскость без крупных искажений не удается. Можно рекомендовать построить по данным топосъемки объемную модель, использовав как каркас проволоку, а как заполнитель - пластилин. Этот прием оправдывает себя также и при изготовлении макетов сложных многоэтажных пещер (рис. 41).

 

 

 

Рис. 41. Макет ближней части Красной пещеры

 

Заключительный этап топосъемки любой карстовой полости - увязка ее с поверхностью. Без съемочных работ на поверхности, цель которых - определение контура водосбора, питающего данную полость, наличия в его пределах карстовых воронок, тальвегов, постоянных и временных водотоков, поглощающих воду поноров, в значительной мере обесценивается самая качественная подземная съемка. Об этом надо помнить начинающим спелеологам, часто не резервирующим в плане работ времени на топосъемочные работы на поверхности.

Основной методический прием топосъемки поверхности - составление серии вертикальных разрезов, проходящих вдоль и поперек карстовой полости. После нанесения на разрезы поверхностных и подземных карстопроявлений и данных геологической съемки часто удается решить вопрос о происхождении пещеры или шахты и ее возможных связях с поверхностью. Точность топосъемки горизонтальных и вертикальных карстовых полостей составляет в среднем 4-6%.

далее>>>

---

[1] Ломаев А.А. Простой способ определения недоступных расстояний. Сб. «Пещеры». Вып. 3. Пермь, 1963.

 

[2] При масштабе съемки крупнее 1 : 500 либо при расстояниях между точками большими чем 5 м величина предельного угла для введения поправки уменьшается.

 

[3] Радзиевский В.А. Методика инструментальной съемки пещер-лабиринтов. Сборник материалов по спелеотуризму. ЦС по туризму. М., 1964.