Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід

Приведены результаты предварительной интерпретации данных мониторинга гидрогеодинамических параметров подземных вод в Днепропетровской области с целью прогноза тектонических изменений в массивах горных пород. The preliminary interpretation results of monitoring data of hydrodynamic parameters of gro...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2009
Main Authors: Пигулевский, П.И., Свистун, В.К., Толкунов, А.П.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2009
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18082
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід / П.И. Пигулевский, В.К. Свистун, А.П. Толкунов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 2. — С. 122-131. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860250389576679424
author Пигулевский, П.И.
Свистун, В.К.
Толкунов, А.П.
author_facet Пигулевский, П.И.
Свистун, В.К.
Толкунов, А.П.
citation_txt Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід / П.И. Пигулевский, В.К. Свистун, А.П. Толкунов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 2. — С. 122-131. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
collection DSpace DC
description Приведены результаты предварительной интерпретации данных мониторинга гидрогеодинамических параметров подземных вод в Днепропетровской области с целью прогноза тектонических изменений в массивах горных пород. The preliminary interpretation results of monitoring data of hydrodynamic parameters of groundwater in Dnepropetrovsk region for the purpose of tectonic changes forecast in the mountain range are given.
first_indexed 2025-12-07T18:42:55Z
format Article
fulltext Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 122 УДК 556.3.06 ВИКОРИСТАННЯ ДАНИХ МОНІТОРИНГУ ГІДРОДЕФОРМАЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПІДЗЕМНИХ ВОД ДЛЯ ПРОГНОЗУВАННЯ ТЕКТОНІЧНИХ ПРОЦЕСІВ В МАСИВАХ ГІРСЬКИХ ПОРІД Пигулевский П. И., Свистун В. К. (Днепропетровская геофизическая экспедиция «Днепрогеофизика», Украина) Толкунов А. П. (ГГП «Укргеофизика», Украина) Приведены результаты предварительной интерпретации данных мониторинга гидрогеодинамических параметров подзем- ных вод в Днепропетровской области с целью прогноза тектони- ческих изменений в массивах горных пород. The preliminary interpretation results of monitoring data of hy- drodynamic parameters of groundwater in Dnepropetrovsk region for the purpose of tectonic changes forecast in the mountain range are given. Вступ. Роботи по вивченню режиму підземних вод з метою пошуків інформаційних передвісників землетрусів в межах пів- дня України були розпочаті в 1979 році фахівцями Кримського відділення (КВ) УкрДГРІ (Український державний геологорозві- дувальний інститут). На протязі десятків років був виконаний значний обсяг робіт для пошуків гідрогеологічних передвісників землетрусів, результати яких підтвердили перспективність гідро- динамічних методів з метою прогнозу землетрусів і дозволили визначити шляхи їх удосконалення. При цьому було встановлено, що найбільш інформаційними серед гідрогеологічних індикаторів є параметри, які характеризують динаміку підземних вод і газів. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 123 Важливим результатом цих робіт стали дані, які свідчать про те, що аномальні ефекти (передвісники) потужних землетру- сів, виявляються на значних відстанях від епіцентру землетрусу і на площах, значно перевищуючих область його дії. Це однознач- но вказує на те, що процеси, які приводять до землетрусу мають більш регіональний характер. Встановлений при гідрогеологічних дослідженнях на крим- ському півострові регіональний характер процесів, що приводять до зміни напруженого стану гірських порід, підкреслив необхід- ність створення спеціалізованої регіональної гідрогеологічної спостережної мережі, яка повинна стати експериментальною ба- зою розробки практичних параметрів прогнозу потужних земле- трусів на півдні України. Крім того, отримані дані вказують на потрібність уніфікації методики гідрогеологічних спостережень на спеціалізованих регіональних мережах, а також вибору опти- мальній кількості параметрів спостережень. При цьому регіональне вивчення режиму підземних вод в асейсмічних регіонах України з метою подальшого дослідження особливостей еволюції гідрогеодеформаційного (ГД) поля і по- шуку аномалій, які є передвісниками землетрусів не виконували- ся. Організація гідрогеодинамічних спостережень в Дніпро- петровської області. Роботи з організації моніторингу за гідро- геодинамічними параметрами підземних вод були розпочаті Дніпропетровською геофізичною експедицією «Дніпрогеофізи- ка» в 2007 році. На першому етапі в містах Дніпропетровськ та Кривий Ріг для вивчення режиму підземних вод були вибрані 2 свердловини, які були обладнані спеціальними автономними ре- єструючими «інтелектуальними» датчиками (ІД). Вони встанов- лені безпосередньо в свердловинах № 14431 (м. Кривий Ріг) гли- биною 815 метрів (рівень води від денної поверхні 106 м) и № 1-ІГЦ (м. Дніпропетровськ) глибиною 85 метрів (рівень води – 17 м). ІД в м. Кривий Ріг розташовані в зоні впливу Криворіжсько- Кременчуцького глибинного розлому, а в м. Дніпропетровську на лівому березі р. Дніпро – в межах монолітного масиву гранітої- дів Середньопридніпровського мегаблока – в умовах високої сей- смостійкості території розвитку докембрійського фундаменту. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 124 Встановлені в м. Кривий Ріг датчики дозволили контролювати залежність рівня води та температури в свердловині № 14431 від часу. Ця інформація особливо корисна при спостереженні режи- мів зміни рівня води в свердловині від геодинамічних процесів в верхній частині земної кори і при визначені періоду відновлення рівня підземних вод в залежності від масової відкачки мешкан- цями міста води з свердловин і кількістю опадів. Також, зістав- лення одержаних параметрів в свердловинах № 14431 і №1-ІГЦ дозволили встановити їх регіональній зв’язок з геодинамічними процесами, що відбуваються в земній корі. Приклад коливань статичного та геодинамічного рівнів підземних вод в м. Кривий Ріг та в м. Дніпропетровськ, представлений на рис. 1. Частота знімання даних спостережень запрограмована на ін- тервал в 20 хвилин (вона обмежується тільки ємністю пам’яті да- тчика та джерелом живлення (до 5 років)). Періодично результати вимірів через інтерфейсній блок зчитується комп’ютером. Наявні програми обробки одержаних даних дозволяють отримати геоди- намічній параметр стану підземних вод і забезпечують її статис- тичну обробку, візуалізацію інформації в графічному та числово- му вигляді (рис. 1). Завдяки одержаним з датчиків вимірів, отримано залежність коливань рівня води в свердловинах на протязі 20 місяців з жовт- ня 2007 по липень 2009 рік від зміни напружено-деформаційного стану земної кори і кількості опадів та атмосферного тиску. Гео- динамічній стан впливає на фільтраційні властивості порід геоло- гічного розрізу (шаруватість і тріщинуватість), котрі визначають ступень живлення підземних вод в мм. Дніпропетровськ та Кри- вий Ріг. На їх рівень в м. Кривий Ріг крім інфільтрації атмосфер- них опадів, конденсації водяних парів, стискання та розванта- ження тріщин водовміщуючих порід верхньої частини земної ко- ри впливають і води шламонакопичувачів. Результати. Спостереженя в режимі гідродеформаційного моніторингу добре фіксують не тільки загальні (круглорічні) та регіональні зміни коливань рівня підземних вод в залежності від деформаційних процесів (тектонічних рухів), викликаних земле- трусами, але і локальні (місцеві) особливості неотектонічних по- дій (рис. 1). Загальний аналіз масиву даних зміни рівня підземних вод і атмосферного тиску з подальшою математичною обробкою Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 125 спеціальними програмами дозволили виділити тимчасові зміщен- ня між значеннями рівня і атмосферного тиску і отримати компо- ненту підземних вод, яка вказує на те, що на рівень підземних вод впливають і геодинамічні параметри стану земної кори. Рис. 1. Результати спостереження варіацій гідрогеодефор- маційного поля в свердловинах Дніпропетровської області з грудня 2007 по червень 2008 року Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 126 Інформативність гідрогеологічних показників оцінюється по реакції гідрогеодинамічних параметрів режиму підземних вод на збурення викликані в верхніх прошарках Землі деформаціями стискання і розтягування та відмічаються при підготовці земле- трусів. Важливим результатом наших робіт стали дані, які свідчать про те, що аномальні ефекти (передвісники) потужних землетру- сів, виявляються на значних відстанях від епіцентру землетрусу і на площах, значно більших території його дії, виявляються навіть в асейсмічних регіонах (рис. 1). Це однозначно вказує на те, що процеси, які приводять до землетрусу мають більш регіональний характер впливу. Також слід відмітити, що зміни рівня підземних вод реєструють заздалегідь (від хвилин до 2-15 діб і більше) ці зміни і можуть використовуватися як один з передвісників земле- трусів. Порівняльний аналіз форм передвісникового сигналу рівня підземних вод вказує, що переважною формою є напівперіод ква- зисинусоїди з екстремумом у від’ємну опісля в позитивну області (для часових і добових передвісників землетрусів), котрі розта- шовані в градієнтній частині крупних аномалій. При цьому, най- частіше, можливе ускладнення кривої більш високочастотною складовою (рис. 2). Рис. 2. Результати спостереження гідродинамічного режиму підземних вод в свердловині м. Кривий Ріг з 24 по 27 грудня 2007 року Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 127 Частота дискретності гідрогеологічних спостережень визна- чається природою передвісника і, відповідно, його довгостроко- вістю. Наведені приклади показують наявність прямої залежності довгостроковості прогностичної ознаки від сили землетрусу. Природньо припустити, що подібна залежність повинна спостері- гатися і у відношенні глибини осередку. Підсумовуючи вищеска- зане, можна сказати, що частота вимірювань гідрогеологічних параметрів повинна визначатися індивідуально для кожного пун- кту вимірів і для кожного передвісника. Згідно існуючих розрахунків максимальна бальність земле- трусу може досягати 4 балів при амплітуді в епіцентрі (г. Вранча, Чорне море) 7-8 балів. Подія, що сталася 25 грудня 2007 року в північно-східній частині м. Кривий Ріг, показує на можливість виникнення землетрусів потужністю до 4 балів і в межах Україн- ського щита. Проблемою області є її величезна техногенна наван- таженість. Основні споруди області та м. Дніпропетровськ і Кри- вий Ріг в більшості були побудовані в 60-80-ті роки, без враху- вання зростаючій сейсмічності регіону. За останні десятиліття сейсмологи України і закордоном відмічають зростання сейсміч- ної активності в раніше асейсмічних регіонах (наприклад, в ме- жах Східноєвропейської платформи). З іншого боку ці споруди зазнали певного впливу часу і кліматичних умов, що знизило їх сейсмостійкість, і в цілому, можуть обумовити небажані катаст- рофічні наслідки. Узагальнення результатів. Порушення гідродинамічного режиму підземних вод, забруднення поверхневих вод, атмосфер- ного повітря, ґрунтів, створення техногенного ландшафту, разом з особливостями геологічної будови Криворізького регіону до- зволяє без перебільшення відносити Кривбас до потенційної зони екологічного ризику. Особливо в цьому відношенні викликає за- непокоєння саме місто Кривий Ріг, яке розташоване на поверхні Криворізької залізорудної структури, що приурочена до потужної зони Криворізько-Кременчуцького глибинного розлому переваж- но західного падіння. Епіцентр землетрусу, який відбувся 25.12.2008 р. о 4 год 09 хв. з магнітудою 3,7 бала [1], розташова- ний на глибині близько 34 км, за нашими даними [2], приурочено до зони впливу цього розлому. А це означає, що природні текто- нічні процеси можуть зумовити суттєві порушення в монолітнос- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 128 ті масивів докембрійських порід, утворити густу мережу розло- мів, зон підвищеної тріщинуватості, подрібнення порід тощо. Як наслідок, суттєво знижується ступінь сейсмостійкості території та виникають потенційні передумови вертикальних і горизонта- льних переміщень окремих блоків. Причиною останнього явища може бути надмірне техногенне навантаження на блоки та зони тріщинуватості, зумовлене спорудженням відвалів, шламосховищ і ставків-накопичувачів. Також слід в першу чергу відмітити не- гативний вплив геодинамічних явищ на технічний стан великих гідротехнічних споруд і, як наслідок їх порушення загрозу при- скореного підтоплення жилих масивів м. Кривий Ріг та прилеглих населених пунктів. Аналіз відносних швидкостей вертикальних рухів реперів, обчислених за багатократними повторними спостереженнями на полігонах Криворізького басейну, опорних майданчиках з вико- ристанням геолого-геофізичних і геоморфологічних матеріалів дозволив встановити різні за спрямованістю і інтенсивністю види рухів земної поверхні. При цьому виділяються структури фунда- менту, в динаміці рухів яких чітко підкреслюється його блоковий характер: максимальні градієнти швидкостей співпадають з акти- вними тектонічними розломами. Отримані нами результати спостережень в режимі гідрогео- деформаційного моніторингу в м. Кривий Ріг і м. Дніпропет- ровськ показують, що рухи блоків земної кори можуть проявля- тися, як з одним знаком, так і різного – в просторі і часі, визива- ючи сутеві деформаційні процеси в промислових і цивільних спорудах в зонах впливу сучасних активних тектонічних розло- мів. Слід зазначити, що при оцінці геодинамічної небезпеки будь- яких об'єктів надрокористування, найбільш негативну дію на них спрямовують саме ділянки змін геодинамічних процесів анома- льно високими деформаціями, які можуть досягати порогу руйну- вання, за порівняно короткий час (в зіставлені з періодом експлу- атації об'єктів). Таким чином, врахування геодинамічного чинника в Криво- різькому регіоні на базі гідрогеодеформаційних спостережень по- винно стати обов'язковим для інженерних споруд як на стадії ви- шукувань, так і на стадії будівництва і експлуатації. А це означає, що такі данні про геодинамічний вплив будуть направлені на діа- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 129 гностику небезпечних розломів і розробку пропозицій для про- гнозу можливого соціально-економічного і екологічного збитку, рівня промислової безпеки будь-яких об'єктів, розташованих в зоні небезпечного розлому, як зон еколого-геологічного ризику. Попередній аналіз наших спостережень у режимі гідрогео- деформаційного моніторингу в м. Кривій Ріг та м. Дніпропетров- ську показує, що рухи мегаблоків (блоків) земної кори проявля- ються, як одного так і різного напрямку. Наприклад, за три тижня до Січуаньського землетрусу (Китай) потужністю близько 8 ба- лів, північна частина Середньопридніпровського мегаблоку поча- ла відчувати потужне стискання, при цьому західна його частина в зоні впливу Криворізько-Кременчуцького глибинного розлому розпочала рухи різних напрямків (рис. 1). Через 2 тижня після Січуаньських подій вони знову повер- нулись в режим однонаправлених геодинамічних процесів. Мате- ріали моніторингу показують, що зареєстровані зміни рівня води мають широкий частотний і амплітудний спектр коливань на фо- ні абсолютних змін до початку, під час і після завершення геоди- намічних процесів, пов’язаних з землетрусами (рис. 1). Попередній аналіз і синтез спостережень також показує, що при оцінці геодинамічної небезпеки будь-яких об'єктів надроко- ристування й народногосподарського плану, найбільш негативну дію на них будуть справляти саме високоінтенсивні короткопері- одні геодинамічні процеси, оскільки останні досягають аномаль- но високих деформацій у зонах впливу великих розламів, які мо- жуть бути порівнянні з порогом руйнування, за порівняно корот- кий час в зіставленні з періодом експлуатації об'єктів. Зіставлення в часі таких інтенсивних короткоперіодних від- хилень із проявами викидів вугілля, породи та газу на шахтах «Щегловська глубока» та «ім. А.А. Скочинського» [4], вказує на їх прямий зв'язок з геодинамічними процесами (рис. 3). Отримана нова інформація може бути дуже корисною при організації моніторингу з метою попередження викидів піщани- ків, вугілля та проникнення метану в виробітки шахт і надзви- чайних ситуацій у Донбасі. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 130 Рис. 3. Результати спостереження гідрогеодинамічного ре- жиму підземних вод в свердловині м. Дніпропетровськ та їх зіставлення з викидами ву- гілля, породи та газу на шахтах Донбасу Висновки. Отримані перші результати моніторингу при ре- гіональному вивченню режиму підземних вод в асейсмічних регі- онах України потребує подальшого дослідження особливостей ГД-поля з метою пошуків аномалій, які є не тільки передвісника- ми землетрусів, але і високоамплитудних короткоперіодних гео- динамічних процесів, які є небезпечними для об'єктів надрокори- стування й народногосподарського плану. Найбільш негативну дію на останні будуть справляти саме високоінтенсивні коротко- періодні геодинамічні процеси, оскільки воні досягають анома- льно високих деформацій у зонах впливу великих розломів та зміни полів напруги. З метою вивчення та оцінки сейсмо-гідро-екогеологічних умов геологічного середовища на південному сході України, а також в агломераціях пропонуються наступні види робіт: – роз- виток мережі моніторингових спостережень за фізико-хімічними Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009 131 властивостями підземних вод шляхом використання існуючих та додаткових розвідувально-експлуатаційних свердловин; – оцінка за допомогою моніторингових спостережень напружено- деформованого стану верхньої частини земної кори з метою ви- вчення процесів розвитку та руйнування існуючого ландшафту, підтоплень, зсувів, викидів в шахтах і інш. для оперативного прийняття рішень, для їх запобігання та при проектуванні попе- реджувальних заходів, при подальшому розвитку інфраструктури міських агломерацій. ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 1. Кутас В. В., Омельченко В. Д., Дрогицкая Г. М., Калито- ва И. А. Криворожское землетрясение 25 декабря 2007 г. // Геофиз. Журн. – 2009. – 31, № 1. – С. 42-52. 2. Пигулевский П. И., Берзенин Б. З., Кичурчак В. М. Результа- ты составления геолого-структурной карты докембрийских образований юго-восточной части Украинского щита. – К.: Геоінформ. 1999. – 198 с. 3. Пігулевський П. Г. Побудова моделі глибинної будови земної кори і верхньої мантії південно-східної частини Українського щита в М 1:500000. – К.: Геоінформ. 2003. – 253 с. 4. Выборсы угля, породы в шахтах Донбасса в 1906-2007 гг. (Справочник) // Волошин Н. Е., Вайнштейн Л. А., Брюха- нов А. М., Кущ О. А. Бойко Я. Н., Рубинский А. А., Ризни- ченко А. И. – Донецк: СПД Дмитренко. 2008. – 920 с.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18082
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1996-885X
language Ukrainian
last_indexed 2025-12-07T18:42:55Z
publishDate 2009
publisher Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
record_format dspace
spelling Пигулевский, П.И.
Свистун, В.К.
Толкунов, А.П.
2011-03-16T23:26:52Z
2011-03-16T23:26:52Z
2009
Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід / П.И. Пигулевский, В.К. Свистун, А.П. Толкунов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 2. — С. 122-131. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
1996-885X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18082
556.3.06
Приведены результаты предварительной интерпретации данных мониторинга гидрогеодинамических параметров подземных вод в Днепропетровской области с целью прогноза тектонических изменений в массивах горных пород.
The preliminary interpretation results of monitoring data of hydrodynamic parameters of groundwater in Dnepropetrovsk region for the purpose of tectonic changes forecast in the mountain range are given.
uk
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід
Article
published earlier
spellingShingle Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід
Пигулевский, П.И.
Свистун, В.К.
Толкунов, А.П.
title Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід
title_full Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід
title_fullStr Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід
title_full_unstemmed Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід
title_short Використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід
title_sort використання даних моніторингу гідродеформаційних характеристик підземних вод для прогнозування тектонічних процесів в масивах гірських порід
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18082
work_keys_str_mv AT pigulevskiipi vikoristannâdanihmonítoringugídrodeformacíinihharakteristikpídzemnihvoddlâprognozuvannâtektoníčnihprocesívvmasivahgírsʹkihporíd
AT svistunvk vikoristannâdanihmonítoringugídrodeformacíinihharakteristikpídzemnihvoddlâprognozuvannâtektoníčnihprocesívvmasivahgírsʹkihporíd
AT tolkunovap vikoristannâdanihmonítoringugídrodeformacíinihharakteristikpídzemnihvoddlâprognozuvannâtektoníčnihprocesívvmasivahgírsʹkihporíd