CC BY
42
УДК 551.24
ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕЩЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ БОРТОВ КАРЬЕРА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПОВТОРНЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
Инна Евгеньевна Дорогова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)343-29-11, e-mail: inna_dorogova@mail.ru
Выполнен анализ горизонтальных движений и деформаций земной коры вокруг карьера «Юбилейный» с учетом основных законов теории упругости и использованием метода конечных элементов. Получено графическое представление векторов смещений, тензоров деформации и полей смещений и деформаций бортов карьера.
Ключевые слова: геодинамический полигон, движения земной коры, повторные геодезические измерения, деформации земной коры
RESEARCH OF PIT WALLS DISPLACEMENT AND DEFORMATION BY RESULTS OF REPEATED GEODETIC MEASUREMENTS
Inna E. Dorogova
Sibirian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Senior lecturer, Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (383)343-29-11, e-mail: inna_dorogova@mail.ru
Finite element analysis of the Earth's crust horizontal movements and deformations around «Yubileyny» pit has been conducted taking into account basic laws of the theory of elasticity. Graphical representation of displacement vectors, deformation tensors as well as displacement fields and pit walls deformation has been obtained.
Key words: geodynamic testing area, crust movements, repeated geodetic measurements, crust deformations.
Карьеры, образовавшиеся в результате добычи полезных ископаемых, требуют постоянного наблюдения для своевременного обнаружения нежелательных деформаций земной коры и оползневых процессов [1-4]. Карьеры алмазных месторождений Якутии являются одними из наиболее глубоких рудных карьеров, к их числу относится коренное месторождение алмазов трубки «Юбилейная».
Для наблюдения за деформациями бортов карьера «Юбилейный», расположенного в 15 км к северо-западу от поселка Айхал Республики Саха (Якутия), вокруг карьера были заложены 38 геодезических пунктов. Наиболее широкое распространение при наблюдении за горизонтальными движениями земной коры в последние годы получили спутниковые измерения [5-7]. Схема расположения определяемых пунктов и выполнения спутниковых измерений приведена на рис. 1.
523500 529750 530000 530250 530500 530750 531000 531250 531500 531750
Рис. 1. Схема ГНСС-измерений на пунктах карьера «Юбилейный»
Для контроля спутниковых измерений, выполненных в 2011 г. были проведены контрольные линейные измерения между некоторыми пунктами при помощи электронного тахеометра. Контроль GPS-измерений выполнялся путем сравнения горизонтальных проложений, измеренных электронным тахеометром и вычисленных по декартовым координатам пунктов из спутниковых измерений [8, 9].
Таблица
Результаты контрольных линейных измерений_
Название линии Горизонтальное проложение, м Разности между горизонтальными проложениями Sизм-Sвыч, м
Вычисленное по декартовым координатам Измеренное электронным тахеометром
4-1а - 4-4 49,851 49,850 -0,001
4-4 - 4-5 49,048 49,050 0,002
4-5 - 4-6 49,817 49,816 -0,001
4-6 - 4-7 44,431 44,433 0,002
5-2 - 5-3 40,094 40,093 -0,001
5-2 - 5-3 40,094 40,093 -0,001
5-3 - 5-4 38,472 38,470 -0,002
5-4 - 5-5 55,725 55,726 0,001
Результаты повторных геодезических измерений дают возможность определения величин смещений и значений деформационных характеристик для не-
которого конечного числа точек исследуемой области земной коры. Для получения информации о деформациях, происходящих на всей территории геодинамического полигона, применяются различные интерполяционные и численные методы, например, метод конечных элементов [10]. Полученные результаты удобно представлять визуально в виде полей векторов и полей распределения деформационных характеристик [11].
В качестве характеристик, описывающих горизонтальные деформации земной коры, использовались относительные деформации ехх, £уу; деформация сдвига £ху и, составленный по их значениям, тензор деформации Г£.Значения данных характеристик вычислялись для пунктов, горизонтальные смещения которых известны, затем распространялись на заданную территорию, которая в данном случае представляла собой кольцо вокруг карьера (рис. 2).
Рис. 2. Границы исследуемого участка земной поверхности
В результате определения горизонтальных смещений и деформаций земной коры между циклами 2007 и 2011 гг. в вершинах конечных элементов, представленных на рис. 3, а, были получены распределения векторов смещений и тензоров деформации, поля деформаций земной коры.
Рисунок 3б иллюстрирует изменение границ и формы тела полигона. Тело полигона на момент первого цикла измерений было разбито на квадраты, на рис. 3, б приведено искажение формы и границ полигона между первым и вторым циклами наблюдений. Искажения представлены в укрупненном масштабе, наблюдается схождение северо-западного и юго-восточного бортов карьера.
а) б)
Рис. 3. Изменение формы тела и границ геодинамического полигона
Схождение северо-западного и юго-восточного бортов карьера наблюдается также на поле векторов смещений, представленном на рис. 4, а, и поле тензоров деформации, приведенном на рис. 4, б.
а) б)
Рис. 4. Распределения векторов смещений и тензоров деформации
Также по результатам наблюдений были получены поля распределения компонент деформаций и главных деформаций земной коры, которые позволяют говорить о том, что границы карьера подвержены равномерным однородным горизонтальным деформациям, за исключением локальной зоны сжатия и зоны растяжения на противоположных бортах карьера - юго-восточном и северо-западном, соответственно.
Кроме спутниковых измерений на геодезических пунктах выполнялось повторное нивелирование, по результатам которого определялись вертикальные смещения земной коры [12-14]. Значительные вертикальные смещения испы-
тывает северо-западный борт карьера (несколько пунктов опустились на 70 мм, один пункт - на 129 мм), для предотвращения оползневых процессов стоит рассмотреть возможность искусственного укрепления бортов карьера на наиболее деформируемых участках.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дорогова И.Е. Изучение движений и деформаций земной коры на геодинамическом полигоне Таштагольского железорудного месторождения // Вестник СГГА. - 2011. -Вып. 2(13). - С. 9-12.
2. Кобелева Н.Н., Дорогова И.Е. Анализ повторных GPS-наблюдений на Таштаголь-ском железорудном месторождении // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : сб. молодых ученых СГГА (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. - С. 77-83.
3. Дорогова И.Е. Изучение деформаций земной коры по результатам геодезических данных с использованием метода конечных элементов // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 1.-С. 190-193.
4. Хорошилов В.С., Павловская О.Г., Носков М.Ф. Анализ и оценка по геодезическим данным динамики оползней в условиях проведения взрывных работ и разгрузки склонов// Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. - 2013. - № 4. - С.19-24.
5. Мазуров Б.Т. Совместная математическая обработка и интерпретация нивелирных и гравиметрических наблюдений за вертикальными движениями земной поверхности и изменениями гравитационного поля в районе действующего вулкана. // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2007. - № 4. - С. 11-21.
6. Басманов А. В. Геодезический мониторинг Байкальского геодинамического полигона Росреестра // Вестник СГУГиТ. - 2015. - Вып. 2 (30). - С. 48-54.
7. Мазуров Б.Т., Зарзура Ф.Х., Ахмед С.Х. Алгоритм определения прогнозной модели динамики вантовых мостов по данным ГНСС-мониторинга // 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. 174-178.
8. Проблемы обеспечения точности координатно-временных определений на основе применения ГЛОНАСС технологий / Толстиков А.С., Ащеулов В.А., Антонович К.М., Сур-нин Ю.В. // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 2 (18). - С. 3-11.
9. Антонович К.М. Сравнение результатов линейных измерений, выполненных спутниковыми и традиционными методами геодезии // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск : СГГА, 2010. Т. 1, ч. 3. - С. 38-42.
10. Дорогова И.Е. Интерпретация наблюдений за движениями земной коры на техногенном полигоне // ГЕ0-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск : СГГА, 2011. Т. 1, ч. 1. - С. 191-195.
11. 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.
12. Колмогоров В. Г. К вопросу о возможности изучения деформационного состояния земной поверхности по результатам повторного высокоточного нивелирования // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 1 (17). - С. 9-14.
13. Колмогоров В.Г., Дударев В.И. Состояние проблемы комплексного изучения современной геодинамики Сибири в конце двадцатого столетия// Вестник СГГА. - 2014. -Вып. 4 (28). - С. 3-12.
14. Кобелева Н.Н., Дорогова И.Е. Изучение горизонтальных и вертикальных движений земной коры по результатам GPS-наблюдений и нивелирования I класса // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). -Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 1. - С. 186-189.
© И. Е. Дорогова, 2016
