CC BY
81
УДК 551.2/.3
К ВОПРОСУ ОПТИМИЗАЦИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ НА ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛИГОНАХ
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: [email protected]
Вопросы мониторинга деформаций земной коры сегодня вызывают повышенный интерес, особенно на сложных геодинамических объектах, таких как нефтедобывающие предприятия, газопроводы, различного рода электростанции. Геодезические построения на таких объектах должны располагаться с учетом структурных математических моделей и постоянно уточнятся, благодаря включению в состав измерений спутниковых определений. С этой точки зрения, в статье рассмотрена геодинамическая сеть, расположенная на угольном разрезе «Коркинский».
Ключевые слова: геодезические измерения, оптимизация, геодинамические полигоны.
TO THE PROBLEM OF OPTIMIZATION GEODETIC OBSERVATIONS ON TECHNOGENIC GEODYNAMIC POLYGONS
Anastasia A. Silaeva
Sibirian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., A post-graduate student, Engineering Geodesy and Surveying Department, tel. (383)343-29-55, e-mail: [email protected]
The monitoring of crustal deformation associated with increased interest today, especially in the complex geodynamic objects, such as oil and gas companies, gas pipelines, power plants of various kinds. Geodetic build on such facilities should be located, taking into account the structural mathematical models and constantly refined, thanks to the inclusion of the definitions of satellite measurements. From this point of view, in the article the geodynamic network, located in the coal mine « Korkinsky».
Key words: geodetic measurements, optimization, geodynamic polygons.
Геодезические методы имеют большое значение при исследовании геодинамических систем, как природных [1 - 5], так и техногенного происхождения [6 - 9]. В настоящее время большое внимание уделяется вопросам мониторинга геодинамических процессов на техногенных объектах. С этой целью, на территории таких объектов создаются специальные геодинамические полигоны (ГДП), которые позволяют надежно и оперативно контролировать изменения состояния приповерхностных геологических структур и размещенных на них сооружений, а также изучать развитие этих явлений во времени. Контроль должен базироваться на комплексном подходе, включающем геодезические, геофизические, гидрогеологические и другие методы исследований.
В данной работе рассмотрен геодинамический полигон, расположенный на угольном разрезе «Коркинский», в Челябинской области. Коркинский разрез
является самым глубоким в Евразии и вторым в мире угольным разрезом. Он находится рядом с городом Коркино, в 35 км от Челябинска. Глубина разреза в настоящее время составляет более 500 метров. Мониторинг геодинамических процессов на данном объекте ведется не только с целью изучения движений земной коры, но и в связи с необходимостью повышения уровня промышленной безопасности. Известно, что в последние годы на шахте «Коркинская» произошло несколько аварий.
На Коркинском ГДП в настоящее время проводятся систематические наблюдения, в том числе и геодезические измерения координат пунктов, расположенных в пределах месторождения, в результате обработки которых определяются смещения центров реперов геодезической сети. На каждом пункте проводились измерения координат методом спутникового позиционирования, который показал высокую эффективность для решения задач геомеханики, благодаря его применению стали возможными не только дискретные измерения, но и регулярный мониторинг деформаций и напряжений, происходящих в земной коре [6].
Пункты, расположенные на рассматриваемом ГДП, образуют собой один из рекомендуемых типов построения - деформационную сеть. Пункты сети показаны на рис. 1.
Рис. 1. Схема сети Коркинского ГДП
Известно, что параметры, которые необходимо учитывать при построении модели любого геодинамического объекта, зависят как от времени, так и от пространственных координат пунктов наблюдений. В нашем случае, для построения модели ГДП использовались исходные координаты пунктов сети и смещения, полученные из обработки геодезических измерений 2014 года. Соответственно, результаты наблюдений рассматриваются как многомерные пространственно-временные ряды [10].
По геодезическим данным было выполнено структурное моделирование полученных смещений центров реперов. На рис. 2 показана интерполяционная картина горизонтальных движений территории Коркинского ГДП. Зеленым цветом изображена сеть конечных элементов, использованная для необходимых вычислений, стрелками показаны векторы полученных смещений пунктов сети. Как мы можем судить, движения земной коры на данном участке носят вращательный характер, наблюдается ярко выраженное закручивание векторов по часовой стрелке. В работах [11, 12] подчеркивается необходимость обращения более пристального внимания на этот тип движения земной коры и тщательного изучения его характерных проявлений, а также актуальность исследования роли так называемой «вихревой геодинамики» в подготовке геодинамических процессов.
Рис. 2. Горизонтальные движения земной коры
На рис. 3 изображено изменение границы и формы полигона, а на рисунке 4 - тензоры деформации. Как известно, тензоры характеризуют сжатие (растяжение) и изменение формы в каждой точке тела при деформации. На рис.4 сжатие обозначено синими стрелками внутрь, растяжение - красными стрелками наружу.
Рис. 3 Изменение формы Рис. 4. Тензоры деформации
Также была выполнена визуализация полей смещений и их составляющих, а также характеристик полей деформаций. Визуализация смещений точек земной поверхности дает возможность выделить активные геологические структуры, блоки, тектонические разломы [13 - 15]. Анализ результатов визуализации позволяет спрогнозировать места возможных сейсмических событий и, соответственно, принять меры профилактики для обеспечения безопасности населения и самих объектов.
Итак, на Коркинском ГДП можно выделить один участок (кластер), на котором отчетливо выделяются движения вращательного характера. Пункты внутри полигона расположены с учетом предполагаемой границы этого участка и приблизительно схожи между собой по своим характеристикам. Контролирующие геодезические построения постоянно уточняются благодаря спутниковым измерениям. В целом, стоит отметить, что мониторинг на Коркинском ГДП ведется в соответствии с требованиями, предъявляемыми к данному виду работ.
Здесь рассмотрен пример сложного геодинамического объекта - ГДП, расположенного на угольном разрезе Коркинский. Его изучение ведется с позиции системного подхода и системного анализа. Моделирование этой геодинамической системы рассматривается во взаимосвязи с оптимизацией системы наблюдений (по составу, в пространстве, во времени), которая в свою очередь должна выполняться с учетом структурных математических моделей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мазуров Б.Т. Геодинамические системы (теоретические основы качественного исследования горизонтальных движений) // Вестник СГУГиТ. - 2016. - Вып. 1 (33).
2. Мазуров Б.Т. Совместная математическая обработка и интерпретация нивелирных и гравиметрических наблюдений за вертикальными движениями земной поверхности и изме-
нениями гравитационного поля в районе действующего вулкана // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2007. - № 4. - С. 11-21.
3. Мазуров, Б.Т. Модель вертикальных движений земной поверхности и изменений гравитационного поля в районе действующего вулкана // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2007. - № 2. - С. 97-106.
4. Мазуров Б.Т. Моделирование и идентификация геодинамического объекта в вулканической области по комплексным нивелирным и гравиметрическим наблюдениям // Вестник СГГА. - 2006. - Вып. 11. - С. 84-94.
5. Мазуров Б.Т. Модель системы наблюдений за вертикальными движениями земной поверхности и изменениями гравитационного поля в районе действующего вулкана //Изв. вузов. Горный журнал. - 2007. - № 3. - С. 93-102.
6. Панжин А.А. Наблюдение за сдвижением земной поверхности на горных предприятиях с использованием GPS // Известия УГГГА. Сер. Горное дело. - 2000. - № 11. - С. 196203.
7. Силаева А.А. Особенности проектирования геодинамических полигонов на техногенных объектах // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 1. - С. 183-187.
8. Мазуров Б.Т., Панжин А.А., Силаева А.А. Организация системы наблюдений за сдвижениями на Коркинском техногенном полигоне // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2015. - № 5/C. - С. 29-33.
9. Дорогова И. Е. Изучение движений и деформаций земной коры на геодинамическом полигоне Таштагольского железорудного месторождения // Вестник СГГА. - 2010. -Вып. 2 (13). - С. 9-13.
10. Мазуров Б.Т., Панкрушин В.К., Середович В.А. Математическое моделирование и идентификация напряженно-деформированного состояния геодинамических систем в аспекте прогноза природных и техногенных катастроф // Вестник СГГА. - 2004. - Вып. 9. - С. 3035.
11. Мазуров Б.Т. Некоторые примеры определения вращательного характера движений земных блоков по геодезическим данным // Геодезия и картография. - 2010. - № 10. - С. 58-61.
12. Мазуров Б.Т., Дорогова И.Е., Дербенев К.В. Горизонтальные движения земной коры вращательного характера, наблюдаемые на геодинамических полигонах // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. Т. 1. - С. 232-236.
13. Панжин А.А., Мазуров Б.Т., Силаева А.А. Визуализация характеристик деформационных полей по данным геодезических наблюдений // Проблемы недропользования. - 2015. - № 3 (6). - С. 13-18.
14. Мазуров Б.Т. Компьютерная визуализация полей смещений и деформаций // Геодезия и картография. - 2007. - № 4. - С. 51-55.
15. Мазуров Б.Т., Панжин А.А., Силаева А.А. Структурное моделирование полученных по геодезическим данным сдвижений путем визуализации // Геодезия и картография. -2016. - № 3.
© А. А. Силаева, 2016
