Интерпретация наблюдений за движениями земной коры на техногенном полигоне

УДК 551.24 И.Е. Дорогова СГГА, Новосибирск

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ДВИЖЕНИЯМИ ЗЕМНОЙ КОРЫ НА ТЕХНОГЕННОМ ПОЛИГОНЕ

На техногенном геодинамическом полигоне по геодезическим данным выполнен анализ движений и деформаций земной коры, получены графики изменений координат и скоростей пунктов во времени. Графическое представление векторов смещений, тензоров деформации и полей смещений и деформации получено с помощью метода конечных элементов.

I.Ye. Dorogova SSGA, Novosibirsk

INTERPRETATION OF THE EARTH’ S CRUST MOVEMENTS OBSERVATION ON THE TECHNOGENIC TEST AREA

Analysis of crustal movements and deformations has been conducted on the basis of the geodetic data on technogenic geodynamic test area. The graphs of the points velocities and coordinates changes in time have been constructed. Graphical representation of displacement vectors, deformation tensors as well as displacement and deformation fields have been made by means of the finite element method.

Наблюдение за движениями и деформациями земной коры на техногенных полигонах является важной задачей для обеспечения безопасной добычи полезных ископаемых. Повторные геодезические наблюдения позволяют регулярно контролировать состояние объекта геодинамики и получать временные ряды данных, которые нуждаются в последующей обработке и интерпретации. Интерпретация данных геодезических наблюдений выполняется для выявления накоплений напряжений и деформаций земной коры, их представления в виде удобном для дальнейшего анализа, а также для выявления изменений состояния объекта и прогнозирования.

В период с 14.06.2005г. по 19.09.2008г. на пунктах геодинамического полигона Таштагольского железорудного месторождения проводились GPS-наблюдения и высокоточное нивелирование. Наблюдения выполнены сотрудниками лаборатории сдвижения горных пород Восточного научноисследовательского горнорудного института (г. Новокузнецк) и лаборатории горной информатики Института горного дела СО РАН (г. Новосибирск) и содержат 10 циклов GPS-измерений и нивелирования на пунктах, расположенных вблизи промышленной площадки месторождения [1].

По результатам данных наблюдений были получены графики изменения координат пунктов во времени, а также вычислены скорости изменения координат пунктов, графическое представление изменения скоростей пунктов во времени изображены на рис. 1.

О 10 20 30 40

Т

30

О 10 30 30 40

т

Рис. 1. Изменения горизонтальных и вертикальных скоростей движения

пунктов

Отслеживая изменение скоростей движений пунктов во времени, мы можем судить об ускорении или замедлении геодинамических процессов. Скорости горизонтальных движений пунктов резко возрастают с начала наблюдений и достигают максимальных значений примерно через 3 месяца, затем быстро снижаются и к 14 месяцу наблюдений приобретают значения близкие к нулю.

Скорости вертикальных движений пунктов достигают максимальных значений через месяц после начала наблюдений, после чего движения пунктов начинают существенно замедляться и к 3 месяцу наблюдений скорости значительно снижаются, но значения скоростей пунктов становятся близкими к нулю только к 15 месяцу наблюдений. Существенные изменения скоростей связаны с добывающими процессами в пределах площадки месторождения.

Для дальнейшего анализа геодезических наблюдений за движениями земной коры Таштагольского геодинамического полигона был применен метод конечных элементов с последующей визуализацией векторов и полей основных геомеханических характеристик. Этот метод позволяет получить представление о накоплении и распределении напряжений и деформаций земной коры в пределах промышленной площадки.

В результате вычисления смещений и деформаций в вершинах элементов, представленных на рис. 2 были получены распределения векторов смещений и тензоров деформации, поля деформаций и напряжений земной коры.

Рис. 2. Выделение конечных элементов для Таштагольского ГДП

На рис. 3а) представлены векторы, отображающие движение пунктов в первом цикле наблюдений. Векторы направлены к центру рассматриваемой области. Такая же направленность наблюдается и на изображениях векторов для последующих циклов. Рис. 3б) иллюстрирует накопление смещений векторов за десять циклов измерений. Векторы сохраняют свою направленность, величины смещений пунктов постепенно накапливаются. При этом пункты, обладающие

существенной динамикой в первом цикле, и после десяти циклов наблюдений имеют наибольшие величины смещений.

а)

б)

Рис. 3. Накопление смещений пунктов за первый цикл и за весь период

наблюдений

Рис. 4а) иллюстрирует форму геодинамического полигона, полученную по положениям пунктов на начальный момент наблюдений. На рис. 4б) представлена деформированная граница и изменение формы тела полигона на момент окончания десяти циклов наблюдений. Полученные таким образом изображения также указывают на общее направление движений земной поверхности к центру полигона. Происходит сжатие границ, их смещение в сторону центральной области месторождения.

Рис. 4. Изменение формы тела и деформирование границ полигона

Также по результатам наблюдений были получены поля, отражающие деформации для каждого цикла наблюдений и накопление деформаций вдоль

а)

б)

осей х, у и общей деформации и аналогичные поля для напряжений и величин смещений пунктов и их накоплений [2], [3].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лобанова, Т.В. Разработка научно-методических основ

геомеханического обеспечения подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе: автореф. дис. д-ра техн. наук / Т.В. Лобанова. - Новосибирск, 2009. - 37 с.

2. Дербенев, К.В. Представление движений земной поверхности с использованием йаБИ-анимации / К.В. Дербенев, И.Е. Дорогова, Е.А. Ибатуллина// Интеллектуальный потенциал Сибири: материалы межвуз. науч. студ. конф. (МНСК-2010). - Новосибирск: НОУ ВПО НГИ, 2010. - С. 93-94.

3. Анимационное представление движений и деформаций на техногенном геодинамическом полигоне / Т.В. Лобанова, Б.Т. Мазуров, Е.А. Ибатуллина, И.Е. Дорогова, К.В. Дербенев// Сб. материалов VI Междунар. науч. конгр. «ГЕО-СИБИРЬ-2010». - Новосибирск: СГГА, 2010.

© И.Е. Дорогова, 2011