Георадиолокационные исследования оттайки мерзлых горных пород в лабораторных условиях

Для эффективной разработки месторождений в криолитозоне необходимо учитывать не только исходную геокриологическую обстановку, но и возможные ее изменения. Эти изменения могут быть вызваны развитием различных криогенных процессов, связанных с оттайкой мерзлых пород под влиянием природных и техногенных факторов. Рассмотрены возможности применения метода георадиолокации для мониторинга криогенного состояния горных пород. На основе результатов лабораторных георадиолокационных исследований массива мерзлого песка с включением пластового льда установлены закономерности изменения кинематических и спектральных характеристик сигналов в период оттайки. Сравнительный анализ радарограмм, полученных при зондировании пород в различном криогенном состоянии, показал, что замедление скорости распространения сигналов при переходе пород от мерзлого к талому состоянию позволяет зафиксировать начало процесса оттайки мерзлого песка с влажностью выше 3%. Установлено, что особенности огибающей спектра сигналов, отраженных от границ слоя подземного льда, связаны с уменьшением толщины льда в процессе оттайки. Сделан вывод о значительном потенциале метода георадиолокации для применения при мониторинге и прогнозировании изменения геокриологических условий на осваиваемых территориях.

Ключевые слова: мерзлые горные породы, лед, оттайка, криогенные процессы, георадиолокация, скорость распространения георадиолокационных сигналов, спектр сигналов.
Как процитировать:

Федорова Л. Л., Федоров М. П., Куляндин Г. А., Саввин Д. В. Георадиолокационные исследования оттайки мерзлых горных пород в лабораторных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 5. – С. 99–111. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_5_0_99.

Благодарности:

Работа выполнена в рамках плана НИР и при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 18-45-140061 р_а.

Номер: 5
Год: 2021
Номера страниц: 99-111
ISBN: 0236-1493
UDK: 551.345: 622.02: 621.396.96: 550.8
DOI: 10.25018/0236_1493_2021_5_0_99
Дата поступления: 08.06.2020
Дата получения рецензии: 22.06.2020
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.04.2021
Информация об авторах:

Федорова Лариса Лукинична1 — канд. техн. наук, доцент, ведущий научный сотрудник, e-mail: lar-fed-90@rambler.ru,
Федоров Максим Петрович1 — научный сотрудник, e-mail: mpfedoroff@gmail.com,
Куляндин Гаврил Александрович1 — научный сотрудник, e-mail: kgavrilu@yandex.ru,
Саввин Денис Валерьевич1 — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: savvin.denis@inbox.ru,
1 Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН.

 

Контактное лицо:

Федорова Л.Л., e-mail: lar-fed-90@rambler.ru.

Список литературы:

1. Николаев С. П., Заровняев Б. Н., Федорова Л. Л., Куляндин Г. А. Оценка состояния массива георадиолокационным зондированием для совершенствования буровзрывных работ в условиях криолитозоны // Горный журнал. — 2018. — № 12. — С. 9—13. DOI: 10.17580/gzh.2018.12.02.

2. Галкин А. Ф., Курта И. В. Влияние температуры на глубину оттаивания мерзлых пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 82—91. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-82-91.

3. Ткач С. М., Курилко А. С., Романова Е. К. Роль теплофизических исследований в обеспечении эффективности и безопасности эксплуатации глубоких карьеров криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № S56. — С. 80—85.

4. Гончаров Ю. М. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. — Якутск: ИМЗ СО РАН, 2016. — 578 с.

5. Панишев С. В., Каймонов М. В. Методический подход к прогнозу производительности драглайна при разработке взорванной горной массы в карьерах криолитозоны // ФТПРПИ. — 2017. — № 4. — С. 98—104.

6. Изаксон В. Ю., Петров Е. Е., Ковлеков И. И. Прогноз термомеханического состояния многолетнемерзлого массива. — Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1989. — 108 с.

7. Курилко А. С., Ермаков С. А., Хохолов Ю. А., Каймонов М. В., Бураков А. М. Моделирование тепловых процессов в горном массиве при открытой разработке россыпей криолитозоны. — Новосибирск: Гео, 2011. — 139 с.

8. Fedorova L. L., Kulyandin G. A., Savvin D. V. Geocryological analysis of rocks to predict adverse freeze-and-thaw effects // Journal of Mining Science. 2019, vol. 55, no. 6, pp. 1023— 1031.

9. Туренко С. К., Дружинина К. В. О системном подходе к повышению эффективности исследований объектов криолитозоны геофизическими методами // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. — 2018. — № 2. — С. 27—31.

10. Ефремов В. Н., Дроздов А. В. Изменения геокриологического состояния насыпных ГТС в Западной Якутии и оптимизация их мониторинга комплексом электроразведочных методов геофизики // Наука и образование. — 2016. — № 3(83). — С. 36—42.

11. Великин С. А. Марченко Ю. Л., Бажин К. И. Геофизические исследования при изучении инженерно-геокриологического состояния вмещающих горных пород восточного борта карьера «Нюрбинский» (Западная Якутия) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. — 2015. — № 3. — Вып. 27. — С. 35—46.

12. Briggs M. A., Seth C., Jay N., Walvoord M. A., Ntarlagiannis D., Day-Lewis F., Lane J. W. Surface geophysical methods for characterising frozen // Ground in transitional permafrost landscapes. 2017, vol. 28, no. 1, pp. 52—65.

13. Xinglin Lu, Ao Song, Rongyi Qian, Lanbo Liu Characterization of subsurface structure in different landforms based on GPR profiles along the Qinghai-Tibet Highway on permafrost region / GPR 2018: 17th International Conference on Ground Penetrating Radar. Rapperswil, Switzerland, 2018, pp. 335—339.

14. Harry M. J. Ground penetrating radar: theory and applications, Elsevier, 2009. 524 p.

15. Андрианов С. В. Мониторинг состояния заобделочного пространства горных выработок методом георадиолокации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 5. — С. 124—132. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-124-132.

16. Hinkel K. M., Doolittle J. A., Bockheim J. G., Nelson F. E., Paetzold R., Kimble J. M., Travis R. Detection of subsurface permafrost features with ground-penetrating radar, Barrow, Alaska // Permafrost and Periglacial Processes. 2001, no. 12, pp. 179—190.

17. Noskevich V. V., Kuzbozhev A. S. GPR investigations of soils in the permafrost zone of the gas pipeline Вovanenkovo—Ukhta // Geophysical research. 2017, vol. 18, no. 3, pp. 17—26.

18. Funk C. W., van den Berghe M. Mapping complex geology with GPR in a Canadian Potash Mine // GPR 2018: 17th International Conference on Ground Penetrating Radar. Rapperswil, Switzerland, 2018, pp. 417—421.

19. Омельяненко А. В., Федорова Л. Л. Георадиолокационные исследования многолетнемерзлых пород. — Якутск: ЯНЦ СО РАН, 2006. — 136 с.

20. Ермаков А. П., Старовойтов А. В. Применение метода георадиолокации при инженерно-геологических исследованиях для оценки геокриологической обстановки // Вестник московского университета. Серия 4. Геология. — 2010. — № 6. — С. 91—96.

21. Wollschläger U., Gerhards H., Yu Q., Roth K. Multi-channel ground-penetrating radar to explore spatial variations in thaw depth and moisture content in the active layer of a permafrost site // The Cryosphere. 2010, no. 4, pp. 269—283.

22. Судакова М. С., Садуртдинов М. Р., Малкова Г. В., Скворцов А. Г., Царев А. М. Применение георадиолокации при комплексных геокриологических исследованиях // Криосфера Земли. — 2017. — т. XXI. — № 3. — С. 69—82.

23. Бричева С. С., Крылов С. С. Георадиолокация приповерхностных многолетнемерзлых пород // Инженерные изыскания. — 2014. — № 9–10. — С. 38—44.

24. Cao B., Gruber S., Zhang T., Li L., Peng X., Wang K., Zheng L., Shao W., Guo H. Spatial variability of active layer thickness detected by ground-penetrating radar in the Qilian Mountains, Western China // Journal of Geophysical Research Earth Surface. 2017, vol. 122, no. 3, pp. 574—591.

25. Gusmeroli A., Lin L., Schaefer K., Zhang T., Schaefer T., Grosse G. Active layer stratigraphy and organic layer thickness at a thermokarst site in Arctic Alaska identified using ground penetrating radar // Arctic, Antarctic and Alpine Research. 2015, vol. 47, no. 2, pp. 195—202.

26. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. — М.: Стандартинформ, 2016. — 30 с.

27. Федорова Л. Л., Саввин Д. В., Соколов К. О., Куляндин Г. А. Исследование изменения параметров георадиолокационных сигналов в процессе оттайки мерзлых дисперсных горных пород различной влажности // Наука и образование. — 2016. — № 3(83). — С. 42—46.

28. Финкельштейн М. И., Кутев В. А., Золотарев В. П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. — М.: Недра, 1986. — 128 с.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.