CC BY
0УДК 550.8.04
«ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ИСКЛЮЧЕНИЮ ВОДОПРИТОКА НА МЕСТОРОЖДЕНИИ»
Нигматова С.А.,
д.г.-м.н., ТОО «АманЖол 2050», Республика Казахстан, Алматы Халимолда Б., ТОО «RG Gold», Республика Казахстан, Астана Дауталин К.А., ТОО «RG Gold», Республика Казахстан, Астана Мадиярова И. Т., ТОО «Аман Жол 2050», Республика Казахстан, Алматы
"GEORADAR PROFILING IN THE DEVELOPMENT OF MEASURES TO EXCLUDE WATER
INFLOW AT THE FIELD"
Nigmatova S.A.,
Doctor of Geology and Mineralogy, Aman Zhol 2050 LLP, Republic of Kazakhstan, Almaty Khalimolda B., RG Gold LLP, Republic of Kazakhstan, Astana Dautalin K.A., RG Gold LLP, Republic of Kazakhstan, Astana Madiyarova I. T., Aman Zhol 2050 LLP, Republic of Kazakhstan, Almaty
АННОТАЦИЯ
В данной статье представлены результаты исследования, посвященного применению георадиолокационного профилирования в контексте разработки мероприятий по исключению водопритока на месторождении Райгородок. Георадиолокационное профилирование является инновационной технологией, которая позволяет анализировать подземные структуры и геологическое строение месторождений. В статье рассматриваются основные принципы работы этой технологии и её преимущества в контексте исключения водопритока на конкретном месторождении. Авторы представляют результаты проведенных исследований на месторождении Райгородок, включая анализ данных, выявление потенциальных зон водопритока и разработку рекомендаций по управлению этими рисками.
ANNOTATION
The article reviews the results of a study on the use of georadar profiling in the context of developing measures to exclude water inflow at the Raigorodok field. GPR profiling is an innovative technology that allows to analyze underground structures and the geological structure of deposits. The article discusses the basic principles of operation of this technology and its advantages in the context of eliminating water inflow at a specific field. The authors present the results of studies conducted at the Raigorodok field, including data analysis, identification of potential water inflow zones and the development of recommendations for managing these risks.
Ключевые слова: георадиолокационное профилирование, месторождение, георадар, радарограмма, штокверк, водоприток, грунтовые воды.
Key words: georadar profiling, field, georadar, radargram, stockwork, water inflow, groundwater.
Контроль состояния водоносных горизонтов играет ключевую роль в устойчивом управлении извлечением природных ресурсов. В связи с увеличением интенсивности горнодобывающих работ поддержание баланса водопритока является приоритетной задачей инженерно-геологических исследований. В данном контексте проведение глубинной импульсной электроразведки методом
георадиолокационного профилирования
(зондирования) участков месторождения представляет собой актуальную задачу, направленную на определение структурных особенностей водоносных слоев и выявление путей возможного водопритока.
В данной статье кратко описывается обследование участков месторождения
Райгородок, расположенного на севере Казахстана, проведенное в конце 2023 года с использованием глубинной импульсной электроразведки методом георадиолокационного профилирования
(зондирования).
Технология георадиолокации состоит в сборе, обработке, и последующей интерпретация откликов электромагнитных сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различие по диэлектрической проницаемости [1]. Возможность «просвечивания» одних горных пород (каменная соль, гипс, сухой песок) с помощью радиоволн и ограничения, возникающие для других (например, для глины), установлены еще в 1910 — 1911 гг. немецкими учеными Г. Лови и Г. Леймбахом. Ими же в 1912 г. предложен интерференционный метод для поиска руд и воды [2]. За последние же годы произошло быстрое развитие теории метода. Георадары стали использоваться для изучения не только льдов, но и других грунтов. Кроме того, георадар стал применяться для решения археологических задач, задач в строительстве и множества других.
Георадиолокационное обследование может производиться по двум основным технологиям: георадарному профилированию и георадарному зондированию. При георадарном профилировании намечается профиль, по которому затем проходит оператор с георадаром, у которого антенны приемника и излучателя находятся на заданном расстоянии друг от друга. При георадарном зондировании расстояние между антеннами постепенно увеличивается. При этом оставаться неизменным может либо положение оси георадара при одновременном разносе обоих антенн в разные стороны, либо положение передающей антенны [3].
Принцип действия аппаратуры
подповерхностного георадарного (в общепринятой терминологии - георадара) основан на излучении сверхширокополосных (наносекундных)
импульсов, как правило метрового и дециметрового диапазона электромагнитных волн, и приеме сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства [4].
Георадиолокационные наблюдения на месторождении Райгородок выполнялись без физического нарушения грунта глубинным георадаром «ГРОТ 12И» с помощью импульсного электромагнитного сигнала высокой мощности осуществлено зондирование подповерхностных структур грунтов до глубины 100 м. Использованное программное обеспечение «ГРОТ» позволяет визуализировать результаты исследований в виде геоэлектрических разрезов (радарограмм), что дает максимально наглядное представление о структуре подстилающего разреза по обследованным профилям [5].
На получаемых с помощью георадаров «Грот-И» радарограммах, практически отсутствуют паразитные колебания - «звон» аппаратуры, характерный для георадаров других конструкций. По этой причине при обследовании месторождения
Райгородок не были использованы стандартными программами обработки георадарных сигналов, основная задача которых - уменьшить величину «звона» и выделить на его фоне сигнал с помощью разного рода фильтраций. Основная задача фильтрации — это выделить более слабые сигналы на фоне сильных. Применение разных фильтров и разных диапазонов в параметрах самих фильтров позволяют на начальном этапе не пропустить детали структуры грунта подстилающего разреза. После того, как эти детали были установлены, были рассчитаны параметры фильтра, при котором стабильно проявляется масштаб установленных структур грунта.
Основной упор в обработке результатов зондирования в георадарах переносится в область выделения слоев и границ слоев и приведение радарограммы к истинному масштабу глубин с учетом скорости сигнала в каждом из геологических слоев. При использовании палитрового представления сигнала, которое кодирует амплитуду цветом, обычно используются 32 или 56 градаций. Возможности георадара модификации ГРОТ 12-И позволяют проанализировать 1024 градации на одном ослаблении [6]. Чтобы проанализировать все эти 1024 градации, было использовано последовательное добавление уровней в диапазонах, которые создают отраженный сигнал. Программа предоставляет возможность просматривать волновую форму в палитровом представлении, что позволяет проследить отражения, которые не фигурируют в текущей палитре. В этом случае для их визуализации необходимо добавлять дополнительные уровни.
С учетом особенностей формирования поля возмущения от подповерхностных объектов на фоне распространяющегося поля излучения на поверхности были подобраны алгоритмы, позволяющие их учесть и отсечь, например, волну прямого прохождения, которая на верхних временных задержках маскирует отраженную волну от неоднородностей или слоев грунта, расположенных вблизи к поверхности. Применение разных фильтров и разных диапазонов в параметрах самих фильтров позволяют на начальном этапе не пропустить детали структуры грунта подстилающего разреза [7]. После того, как эти детали были установлены, были рассчитаны параметры фильтра, при котором стабильно проявляется масштаб установленных структур грунта.
Учитывая геологическую структуру горных пород, интенсивно рассеченных
разноориентированными системами коротких трещин, по которым развивается рудная минерализация, а также горизонты грунтовых вод, приуроченных к разломам и зонам дробления -подобран алгоритм проведения
георадиолокационных наблюдений и последующей интерпретации установленных данных:
1. этап 1 - для установления структуры горных пород подстилающего разреза на профиле
ГРП наблюдений в верхней части разреза (ВЧР) до глубин 35-50 м использовались антенны (диполи) длинной 2м. Разрешающая способность по глубине
- 0.2-0.7м. Несущая частота - 150 МГц, центральная частота - 75 МГц;
2. этап 2 - для установления структуры горных пород на глубину 100 м., использовались диполи длинной 6-10м. Разрешающая способность по глубине -0.5-1.5м. Несущая частота - 50МГц и соответственно 30МГц. Центральная частота -25МГц и 13 МГц. Это связано с тем, что, применяя только «глубинные» антенны (диполи) невозможно установить структуру верхней части подстилающего разреза в виду меньшей разрешающей способности 6м и 10м антенн;
3. этап 3 - сшивка радарограмм верхней части разреза (ВЧР) и «глубинной» по ослаблениям. Измерения, снятые в одной точке с разными ослаблениями, объединяются в одно. В тех местах, где происходит «зашкал», данные дополняются на основе формы ослабленного сигнала. Сегмент-источник для этого фильтра не задаётся -используются исходные нефильтрованные измерения.
Переводя сигнал из временного представления в частотно-временное (преобразование Фурье), получается общий спектральный анализ ВЧР (верхней части разреза) профиля ГРП. При осреднении по диапазону сглаживается малоамплитудные отражения от локальных неоднородностей, которые могут маскировать отражения на более поздних временных задержках вследствие ослабления сигнала.
В результате измерений полученные данные в каждой точке складываются в волновую картину (радарограмму), представляющую собой набор записей сигналов, пришедших к приемной антенне в интервал времени от 0 - момента посылки зондирующего импульса, до конца интервала записи. Горизонтальная ось радарограммы - ось профиля в метрах. Вертикальная ось радарограммы
- ось времени с началом t=0 - моментом посылки зондирующего импульса и концом t=tmax, соответствующим концу интервала записи [8]. Амплитуды сигналов на радарограмме кодируются цветом, соответствующим выбранной палитре.
Анализ георадарных данных можно условно разделить на три части:
1. определение и визуализация слоев во временном разрезе - анализ данных георадара для выявления различных слоев в грунте или под поверхностью земли в разные моменты времени. Визуализация этих слоев на временной оси помогает отслеживать изменения со временем и выявлять динамику процессов, происходящих под поверхностью;
2. определение истинной глубины слоев (построение глубинного разреза) - этот этап включает в себя определение истинной глубины слоев в грунте или других средах на основе данных, полученных с помощью георадара, что позволяет строить глубинные разрезы и получать
информацию о структуре и составе подземных слоев;
3. определение геометрии подповерхностных аномалий на плане исследуемого участка по системе полученных профилей - анализ данных георадара для определения геометрии и характеристик подповерхностных аномалий, таких как объекты, трубопроводы, руины и другие объекты или структуры, обнаруженные под землей. Анализ профилей георадара помогает выявить форму, размеры и глубину этих аномалий и создать план участка с их расположением и характеристиками.
Окончательным этапом обработки полученных радарограмм является интерпретация, на котором непосредственно решается поставленная инженерная задача. Интерпретация проводится в две стадии: на первой анализируются основные особенности волновой картины, на второй — её локальные особенности. Обработка радарограмм осуществляется в специальных разработанных программных комплексах, таких как, например GeoScan32, Easy3D, Prism и т.д.
Исследование месторождения Райгородка показало, что геологическая структура подстилающего разреза на участке проведения георадиолокационных наблюдений определяется как зональный штокверк, перекрытый чехлом осадочной толщи, состоящей из глин различного гранулометрического состава и кор выветривания. Было установлено наличие на участке проведения георадиолокационного профилирования двух подтипов грунтовых вод:
1. грунтовые воды речных долин и озерных дельт, а также конусов выноса с водораздела, располагающегося севернее участка проведения ГРП;
2. грунтовые воды, связанные с участками интенсивной трещиноватости. Здесь проницаемыми устанавливаются участки преимущественно крутопадающих тектонических трещин.
Первый подтип грунтовых вод на участке георадиолокационных наблюдений
устанавливается с горизонта (-3 м) и до границ осадочной толщи с коренными породами на горизонтах (от -35м. до -65м.) с различными геометрическими параметрами [9]. В верхней части подстилающего разреза георадиолокационного профилирования устанавливаются изменённые (нарушенные) структуры с вертикальной и тангенциальной морфологией, которые выступают в роли коллекторов для проницания воды с верхних горизонтов до контактной границы осадочной толщи с коренными породами.
В результате проведенных исследований представлены следующие рекомендации:
1. необходимо на участке проведения георадиолокационных наблюдений проводить мониторинг (3 (три) измерения, с периодичностью 1-о измерение в 2-3 месяца), для получения динамики воздействия грунтовых вод на структуру грунта подстилающего разреза;
2. для получения точных характеристик и последующих прогнозов целесообразно проведение дополнительных георадиолокационных исследований до глубины 300 метров по всему периметру карьерной выемки вплоть до границы водораздела, к которому приурочены грунтовые воды;
3. разработка и проведение геотехнических мероприятий по глубинной консолидации грунтов с формированием отводящих противофильтрационных барьеров.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Владов М.Л., Старовойтов А.В. . Введение в георадиолокацию. Учебное пособие / Издательство МГУ. - Москва, 2004. - 153 с. - 25 с.
2. Финкельштейн М.И., Кутев В.А., Золотарев В.П. Применение радиолокационного оборудования подповерхностного зондирования в инженерной геологии. Под редакцией М.И. Финкельштейна. / Издательство "Недра". - Москва, 1986. - 128 с. - 4 с.
3. Сухобок Ю.А. Совершенствование методики георадарного исследования грунтовых объектов транспортной инфраструктуры. -Хабаровск, 2014. - 12 с. [Электронный ресурс]. URL: https://pnu.edu.ru/media/disser/dissertation-sukhobok.pdf (дата обращения: 24.02.2024).
4. Дьяков А.Ю., Калашник А.И.. Методические основы георадарных исследований
УДК 51(06)
горнотехнических объектов. / ФИЦ КНЦ РАН. -Апатиты, 2021. - 110 с.: ил. - 10 с.
5. Георадары серии ГРОТ-12. Паспорт. Руководство по эксплуатации/ ООО «Таймер». -Москва : [б. и.], 2019. - 16 с.
6. Георадары серии ГРОТ 12. Методические рекомендации по настройке георадара и подготовке его к проведению измерений / ООО «Таймер». -Москва :[б. и.], 2020. - 9 с.
7. Пат. RU 2244322 С1, МПК G01V 3/12. Способ радиолокационного зондирования подстилающей поверхности и устройство для его осуществления / Резников А. Е. (Яи), О Е. Д. (Яи); заявитель и патентообладатель Закрытое акционерное общество «Таймер» (ЯЩ - № 2003109226/28 ; заявл. 2003.04.02 ; опубл. 2005.01.10, Бюл. № 1. - 12 с. : 6 ил.
8. Дьяков А. Ю. Методические основы георадарных исследований горнотехнических объектов / А. Ю. Дьяков, А. И. Калашник. -Апатиты : Издательство ФИЦ КНЦ РАН, 2021. -110 с.
9. Пупатенко В. В. Определение границ раздела сред методом георадиолокации. Методические указания по выполнению практической работы / В. В. Пупатенко, Г. М. Стоянович, Ю. А. Сухобок, Кафедра «Железнодорожный путь, основания и фундаменты», Дальневосточный государственный университет путей сообщения. - Хабаровск : Издательство ДВГУПС. - 2014. - 88 с.
ХАОС К;¥БЫЛЫСЫН ЦОЛДАНЫП АЦПАРАТТЫ ШИФРЛАУ
Альчинбаева Ойчагуль Зайниловна1, Архабаев Асет Бахтиярович 2, Баймусаева Айкен Батырханова3
1 техника гылымдарыныц кандидаты, доцент, М.Эуезов атындагы ОцтYстiкКазацстан
мемлекеттк университетi, Шымкент, Казахстан, 2 докторант, «Автоматтандыру, телекоммуникация жэне басцару» кафедрасы, М.Эуезов атындагы ОцтYстiк Казацстан мемлекеттiк университетi, Шымкент, Казацстан, 3магистр, ага оцытушы, «Есептеу техникасы жэне багдарламалыццамтамасыз ету» кафедрасы, М.Эуезов атындагы ОцтYстiк Казацстан мемлекетткуниверситетi, Шымкент, Казацстан,
ENCRYPTION OF INFORMATION USING CHAOS PHENOMENON
Alchinbayeva Oychagul Zainilovna1, Arkhabayev Asset Bakhtiyarovych2, Baimussayeva Aiken Batyrkhanovna3
Candidate of technical sciences, associate professor, South Kazakhstan State University named after M.
Auezov, Shymkent, Kazakhstan,
2doctoral student, "Automation, telecommunication and control" department, South Kazakhstan University
named after M. Auezov, Shymkent, Kazakhstan, 3master, senior lecturer, "Computing technology and software" department, South Kazakhstan University
named after M. Auezov, Shymkent, DOI: 10.31618/NAS.2413-5291.2024.1.100.884
TYfflHI
Б^л ж^мыста аналогтьщ сигналдарды динамикальщ хаос генераторыньщ кемепмен тYрлендiру мумкшдтне катысты мэселелер карастырылады. Динамикалык хаос кезшщ мысалы ретшде Лоренц жуйеа карастырылады. Кебшесе акпараттык жYЙелерде 6i3 акпараттык тасымалдаушы репнде цифрлык сигналдармен айналысамыз, олар Yшiн казiрдщ езвде криптографиялык алгоритмдерге непзделген тиiмдi коргау эдiстерi бар.
