CC BY
531
УДК 551.2/.3
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛИГОНОВ НА ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТАХ
Анастасия Алексеевна Силаева
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (383)343-29-55, e-mail: silaeva_91@mail.ru
В настоящее время, в связи с развитием исследований в области промышленной безопасности, большое внимание уделяется вопросам мониторинга геодинамических процессов на техногенных объектах. В целях мониторинга деформационных процессов, обусловленных геодинамическими изменениями, создаются геодинамические полигоны. При проектировании таких полигонов необходимо учитывать математические модели движений земной коры изучаемой территории.
Ключевые слова: геодинамический полигон, оптимальное проектирование, математические модели.
DESIGN PECULIARITY'S OF GEODYNAMIC POLYGON'S ON THE OF TECHNOGENIC OBJECT'S
Anastasia A. Silaeva
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., a post-graduate student, Engineering Geodesy and Surveying Department, tel. (383)343-29-55, e-mail: silaeva_91@mail.ru
At the present time, in connection with the development of research in the field of industrial safety, much attention is paid to the monitoring of geodynamic processes on man-made objects. In order to monitor the deformation processes caused by geodynamic changes are geodynamic polygons. In the design of such acts must be considered mathematical models of crustal movements study area.
Key words: geodynamic range, optimal design, mathematical models.
Известно, что в местах длительного освоения залежей углеводородов, наблюдаются аномальные деформации, к примеру, обширные просадки земной поверхности, которые достигают весьма значительных величин (более метра) [1]. На ГЭС, вследствие постоянного изменения работы гидроагрегатов, возникает переменное давление на низовую грань сооружений, что также влияет на геодинамические процессы в приповерхностных геологических структурах [2]. Также к деформациям и разрушению горных пород приводит процесс эксплуатации природных хранилищ газа [3]. Эти причины вызывают необходимость принятия соответствующих мер по организации надежного оперативного контроля за состоянием приповерхностных геологических структур и размещенных на них сооружений. Контроль должен базироваться на комплексном подходе, включающем геодезические, геофизические, гидрогеологические и другие методы исследований.
Нормативными документами, в целях отслеживания деформационных процессов, обусловленных геодинамическими изменениями, предусматривается создание геодинамических полигонов (ГДП) - целесообразно выбранных территорий, в пределах которых ведется комплекс регулярных астрономо-геодезических и гравиметрических наблюдений, нацеленный на определение количественных характеристик деформаций земной коры, а также на изучение развития этих явлений во времени [4]. На таких полигонах создается система геодезических построений, которая должна быть запроектирована так, чтобы по возможности фиксировать всю интересующую исследователя информацию. ГДП используются для наблюдений и последующего изучения тектонических, техногенных, физико-химических и других процессов, обуславливающих изменение свойств и состояния пород [2].
При проектировании геодезических построений на ГДП необходимо максимально возможно учитывать имеющиеся данные о модели движений земной коры в данном районе, о его основных тектонических нарушениях и геологическом строении. Требуется, чтобы каждый ГДП являлся совокупностью взаимосвязанных профилей, которые должны пересекать существующие или предполагаемые разломы. Схемы контролирующих геодезических построений должны постоянно уточняться. К способам уточнения этих схем относятся:
- создание в отдельных, наиболее ослабленных тектоническими нарушениями районах локальных построений типа деформационных станций;
- расширение состава измерений гравиметрическими, спутниковыми и другими определениями;
- увеличение частоты измерений [5].
Проектирование геодинамической сети - задача довольно трудная, в связи с тем, что многие параметры не могут быть измерены непосредственно. Такие экспериментальные задачи выполняют с помощью математических моделей. Параметры, которые учитываются при построении модели любого геодинамического объекта, зависят как от времени, так и от пространственных координат пунктов наблюдений. В соответствии с этим результаты наблюдений рассматриваются как многомерные пространственно-временные ряды [6]. Для создания адекватной пространственно-временной математической модели геодинамического объекта система наблюдений за ним должна состоять из комплекса разнородных наблюдений, как наземных, так и спутниковых.
В качестве исходных параметров следует использовать полученное от заказчика описание процесса. В случае если информация отсутствует или если она недостаточна, то следует провести теоретические расчеты возможных деформаций земной поверхности по приближенным формулам.
В качестве исходной расчетной схемы для проектирования используется модель деформируемого пласта. При этом вариации пластового давления являются базовыми входными параметрами модели [3]. Также обязательно учитываются геометрические размеры моделируемого объекта, такие как толщина, ширина и длина пласта, сжимаемость порового пространства горных пород.
Математическая модель, построенная в результате обработки многомерных пространственно-временных рядов геодезических наблюдений, служит для решения таких важных задач, как прогнозирование поведение объекта и возможное управление им [5].
Математическое моделирование геодинамических объектов опирается, прежде всего, на данные о строении, составе и физических свойствах недр земли. Также, при моделировании следует учитывать, что земля, совместно с геосферами, ее геофизическими полями и внешними возмущающими воздействиями, представляет собой единую сложную природную систему [6].
Теоретически можно неограниченно повышать точность моделирования объекта и всех его проявлений, учитывая все новые группы его признаков - от существенных до малозначительных [7]. В интересах практики часто достаточно знать самые существенные признаки изучаемого объекта. Поэтому строят физический аналог объекта и по нему изучают его существенные признаки и проявления, или из всего множества параметров объекта измеряют только те, по которым можно изучить интересующие свойства и проявления объекта [7].
Поиск адекватной динамической модели движений земной коры может быть выполнен с различной степенью точности в зависимости от качеств системы наблюдений (схема сети, точность, частота измерений), а решение задач оптимизации наблюдений непосредственно зависит от результатов структурной идентификации [5], т.е. разбиении всей геодинамической системы на блоки.
Процесс определения структуры адекватной математической модели движения носит итерационный характер. Этот процесс включает в себя планирование измерений, наиболее информативных в отношения момента времени и координат точек, на которых следует проводить наблюдения.
Изучение сложных геодинамических объектов необходимо вести с позиций системного подхода и системного анализа, рассматривая моделирование геодинамических систем и оптимизацию системы наблюдений в их взаимосвязи, выполняя идентификацию для достаточно широкого класса различных по структуре моделей-претендентов, а оптимизацию системы геодезических наблюдений) выполнять с учетом структурных математических моделей этих объектов [5].
После этапа построения математической модели интересующего исследователя геодинамического объекта следует процесс проектирования сети. Одним из важных критериев построения геодинамических сетей на ГДП является оптимальное количество пунктов в сети. Чтобы определить нужное количество пунктов, необходимо учитывать особенности геолого-тектонического строения участка (наличие геологических нарушений), стадию разработки месторождения (планируется ли строительство новых объектов нефтедобычи), степень его техногенной нагрузки (концентрация объектов обустройства), площадь участка и горного отвода, количество выделенных геоблоков; положение зон геодинамического риска относительно существующих и проектируемых сооружений [2].
Пункты ГДП подразделяют на мобильные и стабильные, при этом минимальное количество стабильных пунктов должно быть не менее трех. Они закрепляются в условно-стабильном блоке земной коры [8]. Чтобы геодезические наблюдения давали наглядное представление о развитии процесса оседания для прогнозирования возможных последствий и проектирования мер инженерной защиты необходимо, по возможности, точно выбирать места максимальных оседаний [9].
Структурно ориентированные построения ГДП находятся в прямой зависимости от формы и иерархии блочного массива территории, отличаются разной высотой расположения с закреплением в вершине и узлах пересечения разломов. Общим и актуальным для всех построений является требование располагать пункты с учетом предполагаемых линий разломов, разрывов и границ блоков [5].
Крайние пункты закрепляются на местности фундаментальными реперами и выносятся не только за пределы границ горного отвода, но и за пределы контура ошибок наблюдений. Это позволяет с наибольшей эффективностью оценивать деформационные процессы.
В качестве типов построения рекомендуется использовать следующие типы фрагментов геодезической сети [4]:
1. Профильная линия.
2. Замкнутые концентрические полигоны.
3. Наблюдательные станции.
4. Деформационные сети.
Чтобы оптимально запроектировать сеть необязательно на каждом объекте создавать фрагменты всех названных выше типов сетей. В каждом случае необходимо исходить из принципа минимальной достаточности.
Из всего вышесказанного следует, что процесс строительства сложных инженерных объектов вне зависимости от своего назначения обязательно должен сопровождаться системой эколого-геодинамического мониторинга, а проекты строительства должны включать сведения о напряженно-деформированном состоянии массива горных пород, активности современных тектонических движений, как вертикальных, так и горизонтальных [10].
Система мониторинга должна обеспечивать экологическую и геодинамическую безопасность объекта и относящейся к нему территории. Необходимо, чтобы программа мониторинга разрабатывалась отдельно для каждого проекта и содержала оптимальные методы наблюдений за деформационной ситуацией каждого конкретного объекта, оптимальный состав методов, а также аппаратурное методическое обеспечение и режим наблюдений, адекватные задачам мониторинга.
Также при проектировании геодинамических полигонов необходимо уделить внимание выбору модели движений земной коры территории, применение которой должно быть детально обосновано. Сама модель должна достаточно точно и полно показывать закономерности геодинамики объекта исследования.
При этом необходимо, чтобы применяемая модель не противоречила алгоритму обработки первичной информации и последующей оценке геодинамического состояния объекта.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кузьмин Ю. О. Обоснование необходимости создания геодинамических полигонов // Центр инженерных геотехнологий, режим доступа: http://www.cegeot.ru/staty2.html.
2. Генике А. А., Черненко В. Н. Комплексные исследования на локальных геодинамических полигонах // Геопрофи. - 2003. - № 2. - С. 11-16.
3. Обоснование и проектирование геодинамического полигона на Шатровском ПХГ / Г. А. Ярыгин, О. В. Лукьянов, А. Р. Гизатуллин, Ю. О. Кузьмин, А. И. Никонов, А. Л. Тюрин // Спецвыпуск журнала «Газовая промышленность». - Подземное хранение газа. - 2012.
4. Применение геодезических методов в геодинамике. Учеб.пособие // Г.А. Шароглазо-ва. - Новополоцк: ПГУ, 2002. - 192 с.
5. Мазуров Б. Т. Моделирование структурированных геодинамических объектов и оптимизация системы наблюдений / диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Новосибирск. - 1996. - 24 с.
6. Панкрушин В. К. Математическое моделирование и идентификация геодинамических систем. - Новосибирск: СГГА, 2002. - 424 с.
7. Машимов М. М. Геодезия. Теоретическая геодезия: Справочное пособие // под ред. В. П. Савиных и В. Р. Ященко. - М.: Недра, 1991. - 268 с.: ил.
8. Соловицкий А. Н. Геодинамический полигон - информационная основа исследования медленных деформационных процессов блочного массива горных пород месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Горная книга. - 2011. -№ 2. - С. 338-341.
9. Гайрабеков И. Г. Особенности построения геодезических сетей для наблюдения за оседанием земной поверхности в районе добычи нефти и газа // Электронный научный журнал «Инженерный Вестник Дона». - 2011. - № 1.
10. Ярыгин Г. А., Лукьянов О. В., Гусельцев А. С. Геодинамические полигоны в системе обеспечения экологической безопасности объектов добычи и транспорта нефти и газа // Издательский дом «Гелион», режим доступа: http://helion-ltd.ru/geodynamic-ranges-in-system-
© А. А. Силаева, 2015
