Журнал записи результатов топографической съемки карстовых полостей (образец)
| Номер пикета | Азимут ф° | Рас- стояние L, м | Угол наклона а° | Проло- жение l=L·cos a, м | Превы- шение ΔH=L·sin a, м | Относи- тельная высота Н, м | Высота хода h, м | Ширина хода левая b, м | Ширина хода правая b м | Приме- чания |
| 0 | - | - | - | - | - | 100,00 | 3,2 | 2,6 | 2,5 | |
| 1 | 30 | 5 | 0 | 5,00 | 0,00 | 100,0 | 2,8 | 1,0 | 0,5 | |
| 2 | 20 | 5 | -8 | 4,94 | -0,70 | 99,30 | 7,0 | 0,8 | 0,5 | |
| 3/0 | 45 | 3,5 | +24 | 3,20 | +1,42 | 100,72 | 4,2 | 2,2 | 1,2 | |
| 4 | - | - | -90 | 0,00 | -10,50 | 90,22 | - | 0,0 | 1,8 | |
| 3/61 | 160 | 5 | 0 | 5,00 | 0,00 | 100,72 | 0,8 | 0,3 | 0,3 | |
| ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | |
| 50 | 130 | 5 | 0 | 5,00 | 0,00 | 100,72 | 1,3 | 0,5 | 0,7 | Марка 5, +0,8 м над точкой 50 |
Съемку следует начинать с поверхности, от точки нулевого пикета, который закрепляется на любом естественном объекте расположенном около входа в пещеру (дерево, скала) постоянной маркой. В пещере нужно применять сплошную нумерацию точек. В пещере точки на развилках являются исходными (начальными) для всех боковых ходов. Каждая съемочная точка обозначается картонным квадратиком с номером, который остается в точке стояния реечника. Каждая десятая точка закрепляется на стене или на своде постоянной маркой, а в журнале записывается положение марки над съемочной точкой (например, "марка 5, +0,8 м над точкой 50").
Точка стояния реечника выбирается примерно по оси хода.
В спелеотуристской практике оправдал себя прием, когда реечник выходит вперед на расстояние, равное длине мерного шнура (5 м). Этим исключается необходимость отсчета расстояния в каждой точке. Если невозможно выбрать точку пикета, удаленную от съемщика на 5 м, реечник самостоятельно отмеряет меньшее (большее) расстояние и сообщает его съемщику. При прохождении узких извилистых щелей (подземных врезанных меандров) приходится непрерывно менять величину мерного хода. Иначе теряются отдельные изгибы, и значительно упрощается плановая конфигурация полости (примером может служить топосъемка Нудного хода пещеры Географической).
Угол наклона (+/-а°) определяется эклиметром или угломером. Равенство относительных высот инструмента и точки визирования достигается установкой прибора и визирного фонаря на раскладную рейку либо фиксацией их веревочной петлей, наброшенной на носок ботинка. При этом высоту приборов легко менять. В несложных полостях при одинаковом росте спелеотуристов, ведущих съемку, можно использовать антропометрический принцип равенства различных частей тела. В этом случае достаточно сохранять неизменной избранную точку визирования (например, визировать на глаза реечника), следя за тем, чтобы позы съемщиков совпадали (положения стоя, сидя, на коленях, лежа и т. д.). При съемке с гидронивелиром надо следить, чтобы в верхней точке съемки всегда находился спелеотурист с напорной емкостью гидронивелира, а в нижней - с манометром. Поэтому при съемке сложных пещер в зависимости от рельефа участка вперед выходит то один, то другой съемщик. Это требует хорошей сработанности группы.
Следующие две колонки таблицы заполняются после несложных расчетов (поэтому в черновом, журнале для подземной съемки их можно не делать). Поправка па угол наклона (проложение i = L·соs а) - вводится при углах наклона более 10° (при меньших углах наклона она не превышает ошибки съемки и поэтому ею можно пренебречь). Для учета накапливающейся ошибки через каждые 5 точек вводится суммарная поправка.
Величина превышения (±L·sin a) вычисляется для каждой точки с точностью до 1 см. При обходе глыб, спуске в колодец или подъеме на уступ в графе "Превышение" записывается непосредственный замер по вертикали ΔН (a= ±90°), а в графах "Азимут" и "Расстояние" ставится прочерк. Для расчета превышений и проложений удобно пользоваться тахеометрическими таблицами и логарифмической линейкой. Все основные расчеты для "стандартных" расстояний можно произвести предварительно путем определения произведения расстояний 2, 3, 4, 5 и 10 м на синусы углов от 1 до 30° .
Для удобства построения разрезов в следующей колонке производится расчет относительной высоты каждой точки от входа. Отметка входа в зависимости от глубины полости принимается равной 100, 200, 500 или 1000 м. В дальнейшем от этой относительной отметки легко перейти к абсолютной. Отметка каждой последующей точки равна алгебраической сумме отметки предыдущей точки и величины превышения.
Высота, левая и правая ширина хода определяются в точке стояния реечника от уровня его ног. Если съемка ведется по воде (в гидрокостюме), то эти величины замеряются от уровня воды, а в таблицу вводится еще одна колонка - "Глубина воды"(рис. 4).
В графу "Примечания" заносятся все дополнительные сведения, полученные в ходе съемки (высотное положение марок, маршрутные замечания по морфологии, геологии, археологии полости и т. п.). При съемке обводненных полостей с сифонами высотную отметку за сифон передают по уровню воды, считая его горизонтальным.
Топосъемку и записи в журнале производит группа из двух-трех человек. Остальные члены съемочной бригады, наиболее хорошо знакомые с геологией района и особенностями ее проявления в пещерах, должны производить зарисовку абрисов плана, продольного и поперечного профилей пещеры. Удобнее всего вести ее в отдельной тетради в клетку с заранее подготовленными в удобном масштабе (2 клеточки - 1 м) опорными линиями (рис. 5). На верхней линии рисуется развертка плана (углы поворота между отдельными участка-ми хода не учитываются), на средней - развертка продольного профиля, на нижней - поперечные сечения. На абрисе делаются все необходимые дополнительные замеры (см. рис. 4) записи и зарисовки, не вошедшие в журнал съемки.
Некоторые опытные спелеотуристы при съемке разветвленных пещер предпочитают делать абрис плана так, как если бы они рассматривали пещеру сверху. От будущего плана их зарисовка отличается лишь меньшей точностью. Такой способ абриса позволяет исправлять ошибки, возникающие при записи в журнале топосъемки, но зато требует более высокой квалификации зарисовщика.
При зарисовках нужно отразить особенности контуров полости, связанные с изменениями литологического состава пород (на рис.5, В видно, что у т. 2 пещера врезалась в прослой глин; при этом резко изменилась морфология галереи), с проявлениями тектонической трещиноватости (купола в своде и повороты хода используют трещины с простиранием 120°), деятельностью напорных вод, процессами карстовой аккумуляции.
Кроме поперечных сечений, в местах стояния съемщиков часто приходится делать дополнительные разрезы, зарисовки в более крупном плане. Поэтому группа, ведущая абрис, должна иметь второй комплект инструментов для съемки и складной метр для замера отдельных частей пещеры. Кроме различных масштабных обозначений, принятых в общей топографии, используется набор специальных спелеологических масштабных и внемасштабных условных знаков. К сожалению, ни в СССР, ни за рубежом единая система условных знаков до сих пор не разработана. На рис. 6 приведен набор условных знаков, составленный на основании разработки Г. А. Максимовича с учетом предложений Международной комиссии по спелеодокументации и Болгарского туристического Союза. По возможности следует пользоваться этим набором знаков, что не исключает, однако, введения отдельных новых обозначений. В любом случае необходимо в легенде к чертежам давать пояснения принятой (при оформлении) системе условных знаков.
К концу рабочего дня (при выходе на поверхность или в подземном лагере) все материалы тоносъемки необходимо переписать начисто и обработать. При сверке журнала топосъемки, журнала абрисов и данных геологической съемки выявляются и устраняются грубые ошибки и описки. Опыт показывает, что чаще всего они равняются 180° (взят отсчет по южному концу стрелки или неверно ориентирован компас) и 100° (описка, вместо 280° записывается 180° или вместо 80 - 180°). Иногда ошибка возникает из-за того, что при расшифровке записи значок градуса (8°) принят за ноль (80). Поэтому рекомендуется вести записи, не ставя значка градуса.
Если съемка "висячая" (т. е. ход не замкнут), то единственным надежным средством контроля является повторная съемка. Часто это можно сделать только в следующий полевой сезон или даже через несколько лет. Так, в литературу проникают неточные, обычно завышенные данные. Классическим примером является съемка шахты Киевской (КиЛСИ).
Измерения нескольких спелеотуристских групп последовательно дали цифры 1030 м, 1080 м и, наконец, 950 м.
Различные группы спелеотуристов оценили глубину шахты Снежная на Кавказе в 770 м (первооткрыватели), 700, 720, 690 и 720 м. Очевидно, истинная глубина полости 700-720 м.
При замкнутом съемочном полигоне необходимо определить наличие невязки съемки и, если она не превышает допустимых пределов (5%), "увязать" полигон методами, принятыми в геодезии ("разбросать" невязку пропорционально длинам сторон полигона).
После построения оси хода и развертки (по данным журнала топосъемки) следует нанести в соответствующем масштабе данные о левой и правой ширине хода от пикета и ее высоте (рис. 7, а, б). Затем чертеж передается группе, ведущей абрис. Она заканчивает прорисовку плана и разрезов в соответствии со своими зарисовками (рис. 7, в).
Если пещера имеет несколько этажей, то съемку каждого этажа нужно производить отдельно, а затем поэтажные планы и разрезы увязать между собой соединительной съемкой повышенной точности. На сводном плане для разных этажей применяются различные штриховые знаки. Съемки крупных залов в зависимости от их размеров, морфологии, проходимости в разных направлениях и навыков съемщика делают одним из трех методов: методом поперечных сечений, радиальным или обхода (рис. 8). Последний способ в сочетании с маршрутным пересечением дает наибольшую точность.
Несколько иначе следует организовать топосъемку пещер-лабиринтов (рис. 9), состоящих из нескольких десятков, а иногда и сотен пересекающихся галерей, заложенных по параллельным системам тектонических трещин (пещеры Оптимистическая, Озерная, Кристальная в гипсах Подолии, Балаганская в Сибири, Орешная и Баджейская - в конгломератах на Саянах). Разведывательные группы, состоящие из самых опытных спелеотуристов, прокладывают две магистральные линии съемки ("антенны"), все боковые ходы которых отмаркированы картонными карточками с порядковыми номерами, а короткие тупиковые ходы полностью закартированы. Затем выделенные магистралями съемочные поля разбиваются на отдельные полигоны; съемка их осуществляется одновременно несколькими группами, состоящими из трех - пяти человек. По окончании обхода полигона они завершают съемку его внутренней части в деталях, а затем начинают обработку следующего полигона, сохраняющего индекс группы с порядковым номером А-1, А-2 и т. д.
При проведении съемки несколькими группами на протяжении нескольких сезонов (пещера Оптимистическая изучается львовскими спелеотуристами более 12 лет, в нее проведено около 40 экспедиций) особую роль приобретает строгий контроль за исправностью и погрешностями используемых приборов.
При съемке лабиринтов "подольского" типа, заложенных в пластах гипса малой мощности (от 10 до 30 м), высотная съемка практически не ведется, так как в результате накопления ошибок пещера "выходит" за границы толщи карстующихся пород.
Для определения положения отдельных районов и этажей пещер в геологическом разрезе следует, кроме съемки плана, производить высотную гидронивелирную съемку по кратчайшим (или наиболее легким для прохождения) галереям. Лабиринты "саянского" типа, развитые во всех трех плоскостях, следует снимать по обычным правилам.
При обработке материалов топосъемки крупных пещер может накопиться общая ошибка построения (5-10%). В этом случае рекомендуется производить пересчет всех данных в систему прямоугольных координат и положение каждой точки магистральных ходов полости определять аналитически, как алгебраическую сумму приращений координат по осям х и у. Методика пересчета приводится в учебниках геодезии. Так, был построен сводный план Красной пещеры в Крыму, пещеры Снежной на Кавказе.
В зависимости от ориентировки плана пещеры по отношению к странам света рабочие чертежи горизонтальных пещер следует компоновать по-разному (рис. 10). В левой (или верхней) части чертежа располагается ориентированный план с указанием элементов залегания пород. Под ним (или в правой части чертежа) располагается продольный разрез, а ниже его одинаково ориентированные по отношению к длинной оси пещеры поперечные сечения. Линейный масштаб располагается у правого края продольного разреза.
Способ построения продольных разрезов горизонтальных и наклонных пещер зависит от их морфогенетического типа. По одной из морфогенетических классификаций [7] карстовые пещеры можно отнести к речному или озерному типу. Галереи пещер первого типа представляют собой четко выраженные, меандрирующие русла подземных рек с явным направлением стока. В основную галерею обычно вливаются менее крупные дочерние притоки, которые также меандрируют. Построение для такой пещеры строгой проекции на одну вертикальную плоскость весьма трудоемко и мало информативно. Поэтому продольные профили полости по основному ходу и по боковым притокам строят в виде разрезов-разверток, направление стока на чертеже ориентируют всегда единообразно, независимо от ориентации данной галереи на плане полости.
В пещерах озерного типа, напротив, трудно однозначно выделить направление стока, и они чаще всего имеют лабиринтный характер. Преимущественные направления в такой пещере следует задавать ориентировкой сетки тектонических трещин в массиве, поскольку галереи не имеют выделенных гидрологических направлений, и, как правило, прямолинейны в плане. Продольные профили галерей таких пещер можно давать в виде отдельных строгих проекций на вертикальные плоскости, совпадающие с направлениями трещин. Высотную увязку всех галерей можно делать, показывая в масштабе уровень их дна относительно линии входа в пещеру.
Съемку вертикальных полостей следует начинать со съемки плана-среза на поверхности. Определяется ориентировка большого и малого диаметров полости, мерной лентой измеряется их длина (рис. 11, а). Спуск в карстовую полость не обязательно происходит в плоскости большого или малого диаметра. Оборудование для спуска навешивается там, где это более удобно и безопасно. Поэтому съемщик, спускаясь по тросовой лестнице или по веревке, обычно находится в плоскости случайного вертикального сечения (рис. 11, А, а-а', в-в'). Во время спуска он может быть лишен возможности сделать точные замеры, и контуры полости ему удается зарисовать лишь на глаз. Поэтому каждую площадку, где их возможно произвести, следует использовать для передачи высотной отметки с поверхности и получения более точных планов-срезов. Если полость заложена по двум взаимоперпендикулярным системам тектонических трещин, то ее сечения на значительную глубину могут сохранять свою ориентировку, и картирование такой шахты не представляет большого труда. Значительно чаще шахты используют несколько направлений тектонических трещин и образуют сложную пространственную спираль. В этом случае планы-срезы на разной глубине имеют различную ориентировку длинной оси (рис. 11, б) и вертикальный разрез полости по избранному направлению приходится строить геометрическим путем.
Таким образом, при съемке стволовых вертикальных полостей получают два разреза, обычно располагающихся один по отношению к другому под углом, отличающимся от прямого, и серию перпендикулярных к ним планов-срезов. Их компоновка на рабочем чертеже иллюстрируется (рис. 12).
Более сложный случай - съемка каскадной шахты (рис. 13). В левой части чертежа здесь также необходимо расположить планы-срезы, ориентированные по странам света и смещенные один относительно другого на расстояние, соответствующее их положению на сводном плане. Справа от них располагаются вертикальные сечения. Если они находятся в разных, но параллельных плоскостях, то часть из них показывается пунктиром. Иногда удобно рядом поместить развертку этой же полости. На ней хорошо видны взаимные связи всех горизонтальных и вертикальных элементов шахты, но, вследствие искажений в их ориентировке, затруднены геологические построения.
В горных районах нашей страны часто встречаются сложные спиральные шахты, состоящие из вертикальных шахт, соединенных горизонтальными или наклонными ходами различной протяженности. При их картировании следует применять комбинацию этих методов, т. е. развертки и вертикальных сечений. После анализа плана выбирается такая плоскость проекции, на которую можно с минимальными искажениями спроектировать все ходы полости, сохранив при этом без изменений положение опорных точек (входы, пересечения галерей, сифоны и пр.). Наибольшие искажения получаются на тех участках, которые ориентированы под углом, большим 45° к плоскости проекции (рис. 14).
Разрез-проекцию, дающую хорошее представление о геологических условиях заложения полости, можно сочетать с разверткой на которой видны все естественные препятствия, а условными знаками можно показать способы их преодоления (рис 15). Такой чертеж несет наибольшую информацию для спелеотуриста. Если включить в него данные о специфических для полости опасностях (камнепадных участках, зонах затопления, сифонах и пр.), то они могут стать своеобразным техническим паспортом пещеры или шахты.
После завершения топосъемки карстовой пещеры или группы пещер и шахт обязательно следует произвести топосъемку поверхности над ними. Обычно достаточно "вынести" пещеру на поверхность, то есть проложить ход, следующий основным ее изгибам. При этом устанавливается наличие связи карстовой полости с элементами поверхностного карстового (котловины, воронки, рвы отседания, поноры) и некарстового (долины, уступы, террасы) происхождения, а также картируются все крупные тектонические нарушения. После этого строятся продольные и поперечные профили через горный массив. При расположении пещер в разных плоскостях применяется более сложный метод блокдиаграмм (его описание имеется в специальной литературе (рис. 16).
Тщательно выполненные и правильно обработанные материалы топографической съемки дают все необходимые сведения для определения морфометрических характеристик карстовой полости.