Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті)
У роботі за результатами досліджень температурного режиму масиву порід та повітря штольні РГС “Берегове” та за теоретичними даними описано деякі особливості поширення метеотемпературних полів у масивах порід, оцінено їх вплив на результати деформографічних досліджень. В работе по результатам исследо...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Центр менеджменту та маркетингу в галузі наук про Землю ІГН НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97138 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) / А.В. Назаревич, А.Ю. Микита // Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики: Зб. наук. пр. — 2010. — Вип. 7. — С. 286-299. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860064058626015232 |
|---|---|
| author | Назаревич, А.В. Микита, А.Ю. |
| author_facet | Назаревич, А.В. Микита, А.Ю. |
| citation_txt | Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) / А.В. Назаревич, А.Ю. Микита // Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики: Зб. наук. пр. — 2010. — Вип. 7. — С. 286-299. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики |
| description | У роботі за результатами досліджень температурного режиму масиву порід та повітря штольні РГС “Берегове” та за теоретичними даними описано деякі особливості поширення метеотемпературних полів у масивах порід, оцінено їх вплив на результати деформографічних досліджень.
В работе по результатам исследований температурного режима массива пород и воздуха штольни РГС “Берегово” и по теоретическим данным описаны некоторые особенности распространения метеотемпературных полей в массивах пород, оценено их влияние на данные деформографических исследований.
In the paper on the result of researches of temperature condition of rocks massif and air of RGS “Beregove” grotto and also on the theoretical data some features of distribution of meteothermal fields in the rocks massif is described and their influence on extenzometric researches data is evaluated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:06:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
286
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
УДК 550.36
© А.В. Назаревич, А.Ю. Микита, 2010
Карпатське відділення Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна
НАНУ, м. Львів
МЕТЕОТЕМПЕРАТУРНІ ПОЛЯ
В МАСИВАХ ПОРІД
(ЯК ФАКТОР ВПЛИВУ НА РЕЗУЛЬТАТИ
ДЕФОРМОГРАФІЧНИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ
НА РГС “БЕРЕГОВЕ” У ЗАКАРПАТТІ)
У роботі за результатами досліджень температурного режиму масиву порід та
повітря штольні РГС “Берегове” та за теоретичними даними описано деякі особ-
ливості поширення метеотемпературних полів у масивах порід, оцінено їх вплив
на результати деформографічних досліджень.
Ключові слова: метеотемпературні поля, масиви порід, теплопровідність, темпе-
ратурний вплив, деформографічні спостереження.
Вступ. Під час проведення геодинамічного моніторингу та сейсмо-
прогностичних досліджень вплив різних метеорологічних факторів, у пер-
шу чергу – температури, на результати режимних геофізичних спосте-
режень призводить до викривлення величини змін досліджуваних гео-
фізичних параметрів, спричинених геодинамічним процесом [1, 2]. Че-
рез це при прогнозуванні подальшого розвитку контрольованих природ-
них чи техногенних геодинамічних процесів і визначенні ймовірності та
небезпеки геодинамічних катастроф можливі помилки – так звані “про-
пуск цілі” (невиявлення чи неправильна оцінка провісникових аномалій
внаслідок спотворення чи маскування їх впливом метеофакторів), або
“хибної тривоги” (коли аномалії, спричинені метеовпливом, хибно інтер-
претуються, як провісникові) [2–4]. Саме температурний вплив на поро-
ди і апаратуру може призвести як до появи хибних аномалій, що не ма-
ють ніякого зв’язку з тріщинуватими розущільненими зонами, підвище-
ними підземними флюїдопотоками та іншими об’єктами пошукових дос-
ліджень, так і до спотворення та маскування справжніх геофізичних ано-
малій і фактичного блокування отримання необхідних результатів таких
досліджень [5–9]. Розв’язання цих проблем вимагає детального вивчен-
ня впливу температурних полів метеорологічного походження на резуль-
тати режимних та польових геофізичних спостережень, особливо на ба-
зових геофізичних станціях і обсерваторіях, де реалізують найбільш інфор-
мативні методики і встановлено найчутливішу апаратуру [10]. Саме така
287
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
задача є актуальною (зважаючи також на низку додаткових зазначених
нижче обставин) для геофізичних досліджень на розташованій у Закар-
патті, у північно-західній частині Берегівського горбогір’я, режимній гео-
фізичній станції (РГС) “Берегове” Карпатського відділення Інституту
геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України.
Метеотемпературні варіації як фактор впливу на результати
геофізичних спостережень. Вивчення амплітудних, часово-просторо-
вих, спектральних, та інших параметрів і характеристик метеотемпера-
турних полів у повітрі і масивах порід (на різній глибині), як в загальному на
досліджуваних територіях, так і в кожному пункті спостережень зокрема,
та впливу цих полів на результати деформографічних, параметричних
сейсмогеоакустичних, акустоемісійних, нахиломірних та інших геофізич-
них спостережень є актуальним завданням. Відомо, що метеотемпера-
турні фактори можуть впливати на отримувані результати різним чином.
Можливий прямий вплив змін температури повітря чи вологості ґрунтів на
геофізичну апаратуру, зокрема, на датчики та вимірювальні електронні схе-
ми (див., наприклад, [11–15]). Навіть у разі розташування датчиків і апа-
ратури в підземних виробках з метою зменшення впливу добових і сезон-
них варіацій температури на результати досліджень такий вплив все ж є
відчутним через пряме проникнення повітря ззовні, а також через проник-
нення температурних варіацій крізь верхні шари масиву порід (шляхом кон-
дуктивної передачі тепла за рахунок теплопровідності порід, переносу теп-
ла ґрунтовими водами тощо [16–18]). Ці процеси ускладнені тим, що крім
впливу зміни температури повітря шляхом контактного теплообміну наяв-
ний прямий вплив сонячної радіації, яка прогріває безпосередньо поверхню
землі і залежить від хмарності, орієнтації денної поверхні (кута нахилу і
азимуту відносно півдня), коефіцієнта відбиття/поглинання у різних ділян-
ках спектру сонячного світла та багатьох інших чинників [5–7].
Все це стосується і температурного впливу на досліджувані масиви
гірських порід, до чого додається ще вплив термопружних деформацій.
Це деформації, породжені термопружними процесами у приповерхневих
шарах порід [2], де температурна хвиля, що проникає згори, на певній
глибині за рахунок термопружних процесів трансформується у хвилю
деформацій. При цьому кожен з названих шляхів впливу на кожну з ланок
названого ланцюга (апаратуру, датчики, породи) має свої особливості,
специфічні амплітудні і часові характеристики, і потребує детального
вивчення як у контексті загальних закономірностей, так і локальних особ-
ливостей на кожному пункті спостережень.
288
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
Нами проведено порівняльний аналіз отриманих за експерименталь-
ними та теоретичними даними щодо Карпатського регіону України, зок-
рема РГС “Берегове”, характерних особливостей поширення в породах
найбільш виражених – сезонних та добових – температурних хвиль. На
основі отриманих результатів зроблено висновки щодо характеристик
очікуваних та фактичних величин метеотемпературного впливу на різній
глибині, способів мінімізації, врахування та редукції такого впливу для
режимних геофізичних, передовсім деформографічних, даних.
Методико-апаратурні особливості геотермічних досліджень
на РГС “Берегове”. Як зазначено вище, РГС “Берегове” розташована
у північно-західній частині Берегівського горбогір’я, на північно-західно-
му схилі гори Ардово, в межах присілка Чопівка – північної окраїни м. Бе-
регове. Примітною особливістю даної РГС є наявність великої підземної
камери-штольні (пройденої ручним способом у схилі гори близько 100
років тому і використовуваної раніше як винний погріб) розміром при-
близно 37×7×5,5 м (рис. 1), де зараз ми проводимо режимні деформог-
рафічні, геоакустичні, геотермічні, геомагнітні та інші геофізичні спосте-
реження.
Проблема вивчення впливу метеофакторів на результати геофізич-
них досліджень, зокрема деформографічних, на РГС “Берегове” особли-
во актуальна тому, що за своїми параметрами штольня не відповідає
вимогам до підземних камер для деформографічних досліджень [2]. Так,
для якісного проведення таких досліджень добові зміни температури
повітря в штольні та масиві порід не повинні перевищувати 0,01–0,02 °С,
а сезонні – 0,2–0,5 °С [2]. Такі високі вимоги до температурної стабіль-
ності пов’язані з необхідністю контролювати припливні деформації в земній
корі та деформаційні провісники місцевих землетрусів, величина яких
становить 10–8 та 1÷8×10–7 відповідно [2, 20]. Отже термопружні дефор-
мації деформографа, основу якого складає штанга з кварцового скла дов-
жиною від кількох до перших десятків метрів, мають бути хоча б у 3–5
разів меншими. Власне звідси (враховуючи температурний коефіцієнт
лінійного розширення для кварцу (0,256×10–6) [21]) і виникають вимоги
до якнайвищої температурної стабільності штольні. Виходячи з даних
польових досліджень та теоретичних розрахунків поширення метеотем-
пературних хвиль в масивах порід [2, 6] (див. також рис. 4, б), штольня
має бути заглиблена не менш як на 10–15 м (краще на 20–25 м, врахову-
ючи додаткове проникнення температурних впливів через шлюзи) від
денної поверхні [2]. Штольня РГС “Берегове” (рис. 1) заглиблена у
289
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
ближній до входу частині лише на 5–7, у дальній – на 10–13 м (відстань
від денної поверхні до склепіння), вхідні шлюзи конструктивно невідповідні,
також значний додатковий вплив має вентиляційна шахта (знову ж з не-
відповідно сконструйованими шлюзами). В результаті сезонні варіації тем-
ператури повітря у штольні досягали 5,5 °С (від +6 наприкінці зими до
+11,5 °С наприкінці літа), що свідчило про значний прямий метеотемпе-
ратурний вплив через шлюзи і шахту. Проведене у попередні роки част-
кове дооблаштування шлюзів зменшило рівень сезонних варіацій при-
наймні до 2,5–3,5 °С.
Можливі шляхи покращення умов деформографічних досліджень
РГС “Берегове” – радикальне (тривале і надзвичайно дороге) її пере-
облаштування, або тотальний прецизійний (на рівні 0,001–0,005 °С) тем-
пературний контроль масиву порід і повітря у шлюзах та штольні, виз-
начення на його основі та редукція з деформографічних даних метео-
термопружних деформацій. Нами вибрано оптимальний з точки зору
витрат та ефективності проміжний варіант, який полягає у максималь-
но можливому дооблаштуванні штольні за мінімальних матеріальних
витрат, і створенні відповідної оптимальної системи гео- та метеотем-
пературного контролю. Критерієм тут є мінімізація та збалансованість
витрат на облаштування штольні та створення системи температурно-
го контролю за умови забезпечення необхідної якості деформографіч-
них даних.
Ðèñ. 1. Ðîçòàøóâàííÿ äåôîðìîãðàô³â ó øòîëüí³ ÐÃÑ “Áåðåãîâå” (Ê – êîðîòêîãî, 65 ì,
Ä – äîâãîãî, 24 ì). 1 – âèì³ðþâàëüí³ ñèñòåìè äåôîðìàòîðà, 2 – êàë³áðóâàëüíà ñèñòå-
ìà
290
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
Геотермічна апаратура. Короткий аналіз результатів першого ета-
пу створення системи температурного контролю в штольні РГС “Бере-
гове” подано нижче. Для забезпечення необхідної (на рівні 0,001–0,005 °С)
чутливості температурного контролю нами використано систему з квар-
цовими термодатчиками, які розташовано у центрі штольні в заглибле-
ному у її підлогу на 0,6 м шурфі. Апаратура являє собою варіант моди-
фікованої геотермічної станції типу ГС-1 [10] (рис. 2), принцип роботи як
ґрунтується на вимірюванні температури порід і ґрунтів у шпурах за до-
помогою кварцових термочастотних датчиків. Результати вимірювань
отримуються у значеннях частоти, температуру визначають за форму-
лою:
Тх = А×fx – В, (1)
де Тх – шукані значення температури; fx – значення частоти кварцового
термочастотного датчика; А і В – температурно-частотні коефіцієнти
датчика.
Ðèñ. 2. Àïàðàòóðà ãåîòåðì³÷íîãî ìîí³òîðèíãó íà ÐÃÑ “Áåðåãîâå” ç êâàðöîâèì ãåîòåì-
ïåðàòóðíèì äàò÷èêîì – ìîäèô³êîâàíà ãåîòåðì³÷íà ñòàíö³ÿ ÃÑ-1
291
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
Комплект станції складають: температурно-частотний вимірюваль-
но-перетворювальний канал (геотермічний шурфовий щуп з кварцовим
датчиком температури та схемою автогенератора); цифровий вимірю-
вальний канал (прецизійний частотомір-хронометр Ф5041), блок живлен-
ня. Основні технічні характеристики станції: діапазон вимірювань тем-
ператури – –50 ÷ +80 °С; чутливість каналу – ≤ 0,001 °С; похибка вимі-
рювань температури – ≤ 0,01 °С.
Конструкція шпурового зонда забезпечує розташування кварцового
термочастотного датчика на глибині 0,6 м, з метою мінімізації теплопе-
редачі деякі конструкції штанги зонда виготовлено з фторопласту. Дат-
чиками слугують температурночутливі кварцові резонатори [11, 12] з
робочою частотою 5 МГц, включені через елемент задання частоти до
схеми електронного автогенератора [12–15]. Значення частоти опера-
тор вимірює двічі на добу за допомогою наземної вимірювальної систе-
ми – прецизійного частотоміра-хронометра Ф5041, який забезпечує ви-
мірювання частоти з точністю 10–7 і з розділенням по частоті 0,1 Гц.
Враховуючи, що температурний коефіцієнт частоти А (ТКЧ) використа-
них кварцових датчиків становить приблизно 185 Гц/°С, приведена апа-
ратурна точність вимірювань температури (по частоті) становить
0,0027 °С, а роздільна здатність ~ 0,0005 °С.
Паралельно з даною системою проводили вимірювання температу-
ри повітря в штольні РГС за допомогою ртутного термометра з ділен-
ням шкали 0,5 °С, встановленого поблизу входу, та за допомогою метео-
рологічної апаратури – вимірювача температури і вологості повітря
типу ІТВ-1М з комплектом датчиків, встановленого у дальньому від входу
кінці штольні. Основні метрологічні характеристики приладу ІТВ-1М:
похибка вимірювань температури ±0,6 °С, вологості – ±4 %, роздільна
здатність – 1 °С і 1 % відповідно.
Методики обробки польових даних. Оскільки теоретичні і по-
льові геотермічні дані мають вигляд часових рядів, їх слід обробляти
для отримання необхідної інформації. Обробку та візуалізацію наведених
у роботі даних проводили за допомогою розробленого С.Т. і Ю.Т. Вер-
бицькими пакету програм для обробки часових рядів. Методика оброб-
ки польових даних складена з таких етапів:
- набір, коректування, регуляризація (переведення у рівномірно дискре-
тизований за часом ряд, необхідний для подальшої обробки деякими
з програм використаного пакету) та візуалізація даних (програми
ARR_SPLN.EXE, ARR_VIEW.EXE і ARR_OIEW.EXE);
292
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
- перерахунок вхідних даних (значень частоти, отримуваних з термо-
чутливого кварцового частотного датчика) у значення температури з
врахуванням “нульової” частоти (частоти за t = 0 °С) і температурно-
го коефіцієнта частоти (програма ARR_PROC.EXE). Значення тем-
ператури обчислювали за модифікованою формулою (1):
Тх = А×(fx – 5×106 + В') (2)
- розділення трендової та варіаційної складових (програма
ARR_DETR.EXE, тренд апроксимували сплайн-функцією – поліно-
мом відповідного степеня);
- розрахунок та аналіз спектрів метеотемпературних геотермічних ва-
ріацій та поведінки в часі окремих спектральних складових (програми
ARR_SPCT.EXE, ARR_FFLT.EXE, ARR_FFTF.EXE).
Варіації температури масиву порід штольні РГС “Берегове”.
Контроль за температурою масиву порід РГС “Берегове” за допомогою
описаної вище системи з кварцовим термочастотним датчиком розпо-
чато ще кілька років тому. За цей час було встановлено, що температура
масиву порід у зоні встановлення датчика і деформографів протягом року
змінюється приблизно на 5 °С, причому часова затримка відносно мак-
симумів і мінімумів метеотемпературної хвилі на поверхні є невеликою –
менше місяця. Це значно перевищувало допустимі межі [2], свідчило
про наявність прямого метеотемпературного впливу (див. нижче) і при-
зводило до великих термопружних деформацій як масиву порід, так і квар-
цової штанги деформографа – сезонних величиною в сотні мікрон і добо-
вих величиною в десятки мікрон. На цьому фоні неможливо виділяти та
вивчати ані провісникові деформаційні аномалії (з амплітудою перші де-
сятки мікрон і тривалістю від тижнів до місяців), ані припливні варіації
(добові та півдобові амплітудою в десяті долі мікрон). Тому у 2007–
2008 рр. проведено роботи з дооблаштування вхідних шлюзів та термо-
ізоляції вентиляційної шахти штольні РГС “Берегове”, що дозволило в
кілька разів зменшити величину сезонних і добових варіацій температу-
ри масиву порід та повітря у штольні РГС. Ілюстрацією цього є наведені
на рис. 3 зміни температури масиву порід штольні РГС “Берегове” за
даними системи з кварцовим температурним датчиком за період 10.06 –
12.12.2008 р., які подано у відносних значеннях частоти.
Як видно з рис. 3 (враховуючи, що температурний коефіцієнт кварцо-
вого датчика становить ~185 Гц/°С), за півроку температура порід зміни-
лась приблизно на 0,67 °С (120 Гц), добова складова має амплітуду 0,02–
293
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
0,05 °С. Враховуючи, що на глибині 0,6 м добові варіації температури
значно (в 10 і більше разів) загасають, добові зміни температури повітря
у штольні становлять до 0,2 °С, що (враховуючи температурний коефіцієнт
лінійного розширення для кварцу (0,256×10–6) [21]) обмежує досліджен-
ня тонких деформаційних ефектів – припливних деформацій та ін. Водно-
час за цих умов, враховуючи, що величина сезонної хвилі термопружної
деформації для кварцової штанги деформографа за даних варіацій тем-
ператури становить близько 4 мікрон, можна сподіватись на виділення
деформаційних провісників відчутних місцевих землетрусів, амплітуди
яких, за результатами проведеного нами раніше аналізу деформографіч-
них даних станції “Мужієво” [20], становлять близько 10–30 мікрон.
Зауважимо також, що на рис. 3 помітний невеликий прямий метео-
температурний вплив з другої половини вересня до початку грудня, який
ніби зрізав пік сезонної хвилі, що пройшла з відповідним часовим запіз-
ненням (див. нижче) через породи.
Ðèñ. 3. Çì³íè òåìïåðàòóðè ìàñèâó ïîð³ä øòîëüí³ ÐÃÑ “Áåðåãîâå” çà äàíèìè ñèñòåìè
ç êâàðöîâèì òåìïåðàòóðíèì äàò÷èêîì çà ïåð³îä 10.06–12.12.2008 ð. (ó â³äíîñíèõ
çíà÷åííÿõ ÷àñòîòè, ìîëîäøèé ðîçðÿä â³äïîâ³äຠ0,1 Ãö).
294
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
Одним з важливих результатів даних досліджень стала зафіксована
різниця температур між входом і дальнім кінцем штольні, яка у різні пе-
ріоди сягала до 2 °С. Це свідчить, що основним шляхом проникнення
метеотемпературних впливів у штольню РГС “Берегове” є вхідні шлюзи
та вентиляційна шахта, і таке проникнення відбувається не тільки за ра-
хунок теплообміну, а і за рахунок конвективної циркуляції повітря у самій
штольні та за рахунок конвективного зв’язку через вхідні шлюзи і венти-
ляційну шахту з навколишнім середовищем.
Характеристики сезонних температурних хвиль за теоретич-
ними даними. Враховуючи складні метеотемпературні умови геофізич-
них спостережень у штольні РГС “Берегове”, різні шляхи та механізми
проникнення сюди метеотемпературних впливів, ми провели аналіз особ-
ливостей таких впливів за теоретичними даними. Це дозволило ясніше
уявити собі їх особливості, величину та інші характеристики, зокрема
часове запізнення, надійніше оцінити їх можливий і фактичний вплив на
результати, спрогнозувати результативність різних підходів та заходів з
мінімізації та редукції такого впливу.
Теоретичний аналіз варіацій температури приповерхневих шарів порід
та ґрунтів проводили різні дослідники з метою розв’язання задач гео-
термії, метеорології, геодезії, сільського господарства та ін. Один з
найбільш придатних для наших задач варіантів такого аналізу наведено
в роботах Е.Б. Чекалюка з колегами [4, 5].
Побудовані за цими даними теоретичні сезонні варіаційні криві для
різних значень глибини в діапазоні від 0 до 2,5 м наведено на рис. 4, а
(для порід з коефіцієнтом температуропровідності α = 0,002 м2/год), а
основні характеристики поширення таких сезонних метеотемпературних
хвиль в породах – загасання їх амплітуд (при сезонному перепаді темпе-
ратур 20 °С для h = 0 м) та часове запізнення, як функцію глибини – на
рис. 4, б і 4, в. Наведені на рис. 4 теоретичні криві є пронормованими
(для подальшого порівняння з експериментальними даними) на типові
для Карпатського регіону характеристики сезонної температурної хвилі
(в даному випадку – на сезонну температурну хвилю 1986–87 рр.) –
середня багаторічна температура +8 °С, середній сезонний перепад тем-
ператур – 20 °С (від –2 до +18 °С), часове запізнення відносно 1 січня –
15 днів.
Аналізуючи отримані результати зазначимо, що визначений за тео-
ретичними даними амплітудний коефіцієнт температуропередачі кth ≈
≈ 1/2h/1,67 ≈ 0,66 од./м, а коефіцієнт часового запізнення τth ~ 30 днів/м. За
295
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
Ðèñ. 4. Òåîðåòè÷í³ ñåçîíí³ çì³íè òåìïåðàòóðè ïîð³ä íà ãëèáèí³ äî 2,5 ì: à – ç âðàõó-
âàííÿì òåîðåòè÷íèõ çàêîíîì³ðíîñòåé ïîøèðåííÿ ñåçîííèõ òåìïåðàòóðíèõ õâèëü çà
äàíèìè [5, 6] ³ òèïîâèõ äëÿ Ïåðåäêàðïàòòÿ ïàðàìåòð³â ñåçîííèõ çì³í òåìïåðàòóðè
çåìíî¿ ïîâåðõí³, ¿õ õàðàêòåðèñòèêè çàëåæíî â³ä ãëèáèíè: á – çàãàñàííÿ àìïë³òóä, â –
÷àñîâå çàï³çíåííÿ
à
á â
296
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
результатами аналізу можна записати формулу для розрахунку величини
сезонної температурної хвилі в масиві порід для різної глибини до глиби-
ни термостабільного шару (15–20 м) при квазістаціонарності сезонної
температурної хвилі (незмінності в першому наближенні її амплітуд та
характеру протягом двох-трьох років):
T = T0 + Т1 + кth×Т 'sin(((t – 15 – τth)/365 – ¼)π), (3)
де T – температура порід (°С) на глибині h (м); T0 – середня багаторічна
температура верхнього шару порід для даної місцевості (°С); T1 – корот-
коперіодна (добові – кількадобові – кількатижневі варіації) метеотемпе-
ратурна поправка, суттєва до глибини 3 м); Т ' – амплітуда сезонної тем-
пературної хвилі (°С) на поверхні ґрунту (половина річного перепаду тем-
ператури); t – час у днях (від початку року); 15 – коефіцієнт часового
запізнення у днях мінімуму сезонної хвилі відносно початку року; ¼ –
коефіцієнт регулярного фазово зміщення сезонної температурної хвилі у
частках періоду цієї хвилі (початку року відповідає мінімальне значення
температури).
А підставивши у формулу (3) визначені коефіцієнти кth і τth, отримає-
мо:
T = T0 + Т' × 1/2h/1,5sin(((t – 15 – 30 × h)/365 – ¼)π) (4)
За цими даними, заглибленні у масив порід на 2,5 м сезонна темпе-
ратурна хвиля загасає за амплітудою (розмахом) майже у 3 рази, а на
глибині 6 м – у 12 разів. Отже, якщо на денній поверхні сезонний пере-
пад температур (дещо вищий від середнього для заходу України (такі
перепади тут трапляються в середньому 2–3 рази на 10 років)) стано-
витиме 30 °С (від –5 °С взимку до +25 °С влітку), то на глибині 2,5 м він
буде не більше 10,5 °С, на глибині 6 м – 2,5 °С, на глибині 10 м – 0,5 °С на
глибині 15 м – 0,06 °С. При поширенні вглиб масиву порід така сезонна
температурна хвиля має часове запізнення на півроку на глибині 6 м, на
рік – на глибині 12 м і на 1,5 року – на глибині 18 м. До сказаного
додамо, що наведені тут дані є майже максимальними оцінками для
гірських порід, оскільки коефіцієнт температуропровідності
α = 0,002 м2/год для непорушених порід в умовах природного заляган-
ня перевищується дуже рідко, переважно цей коефіцієнт становить 0,001–
0,0015 м2/год, а часом ще менше. Але також відзначимо, що в умовах
обводненості ґрунтів та порід, їх порушеності та підвищеної інтенсив-
ності геогідродинамічних процесів чи проникання поверхневих та цир-
297
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
куляції ґрунтових вод реальна інтенсивність теплопереносу може бути
значно вищою саме за їх рахунок.
Висновки. Температурний режим підземних виробок (штолень) є
одним з важливих факторів, які визначають якість результатів проведе-
них там геофізичних, у першу чергу, деформографічних досліджень. Ре-
зультати наших досліджень на РГС “Берегове” вказують на необхідність
забезпечення добових змін температури повітря в штольні та у вмісно-
му масиві порід не вище 0,01–0,02 °С, а сезонних – 0,2–0,5 °С (враховую-
чи, що провісникові деформаційні аномалії мають амплітуди в перші де-
сятки мікрон і тривалість від тижнів до місяців, а припливні варіації (до-
бові та півдобові) мають амплітуди в десяті долі мікрон, а також врахо-
вуючи температурний коефіцієнт лінійного розширення для кварцу
(0,256×10–6)) і повністю кореспондуються з висновками, отриманими
Л.О. Латиніною з колегами.[2].
Для дослідження та редукції термопружних деформацій порід і квар-
цового деформографа необхідно контролювати варіації температури ма-
сиву порід і повітря у штольні з розділенням не менше 0,01 °С.
Вказану чутливість до змін температури порід чи повітря повністю
забезпечує застосована нами геотермічна апаратурна система з квар-
цовими термодатчиками (яка має чутливість вимірювального каналу
≤ 0,001 °С), що підтверджують наведені в роботі результати режимних
польових спостережень.
Результати проведених досліджень у сукупності з аналізом теоре-
тичних даних дозволили виявити основні шляхи проникнення метеотем-
пературних впливів у штольню РГС “Берегове”, зокрема, через вхідні
шлюзи та вентиляційну шахту, в тому числі за рахунок конвекції, про що
свідчить зафіксована різниця температур між входом і дальнім кінцем
штольні, яка у різні періоди сягала 2 °С. За результатами проведених
досліджень розроблено та реалізовано ряд ефективних і маловитратних
заходів для мінімізації такого впливу, підтвердженням чого є зниження
майже на порядок (з 5,5 до 0,67 °С) величини сезонних температурних
варіацій у штольні РГС.
Подальшим напрямком розвитку вказаних досліджень і використан-
ня їх результатів для покращення якості деформографічних даних є роз-
ширення мережі точок контролю температури повітря і порід у штольні,
відповідно до її складної форми та орієнтації у просторі, більш точне вра-
хування при цьому теоретичних закономірностей поширення метеотем-
пературних хвиль у гірських породах. На цій основі буде розроблено до-
298
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
даткові заходи з дооблаштування штольні, уточнені способи редукції тер-
мопружних деформацій з деформографічних даних.
Результати даних досліджень і апаратурні напрацювання будуть нами
використані також для геотермічних досліджень на глибоких свердлови-
нах у Закарпатті під час проведення геодинамічного моніторингу та по-
шуку геотермічних провісників місцевих закарпатських землетрусів.
1. Вербицький Т.З., Назаревич А.В. Деформографічні і геоакустичні дослідження у
Закарпатті // Дослідження сучасної геодинаміки Українських Карпат / За ред. В.І. Ста-
ростенка. – К.: Наук. думка, 2005. – 254 с.
2. Латынина Л.А., Жаринов Н.А., Крамер М.В. и др. Методические рекомендации по
исследованию деформационных предвестников землетрясений. – М.: ИФЗ АН СССР,
1988. – 81 с.
3. Назаревич А., Назаревич Л. Оптоелектронний вимірювальний канал до кварцевого
деформографа // Геодинаміка. – 1999. – № 1(2). – С. 116–120.
4. Вербицький Т., Гнип А., Малицький Д. та ін. Мікросейсмічні і деформаційні дослі-
дження в Закарпатті: результати та перспективи // Геофіз. журн. – 2003. – 23, № 3. –
С. 99–112.
5. Чекалюк Э.Б. Термодинамика нефтяного пласта. – М.: Недра, 1965.
6. Чекалюк Э.Б., Федорцов И.М., Осадчий В.Г. Полевая геотермическая съемка. – К.:
Наук. думка, 1974. – 103 с.
7. Кутас Р.И., Гордиенко В.В. Тепловое поле Украины. – Киев: Наук. думка, 1971. – 112 с.
8. Кутас Р.И. Поле тепловых потоков и геотермическая модель земной коры. – Киев:
Наук. думка, 1978. – 140 с.
9. Гордиенко В.В., Гордиенко И.В, Завгородняя О.В., Усенко О.В. Тепловое поле тер-
ритории Украины. – К.: Знання України, 2002. – 170 с.
10. Аннюк Ф.М., Осадчий В.Г., Филюс Р.И., Чекалюк Э.Б. Геотермическая станция ГС-1 //
Приборы для научных исследований и системы автоматизации в АН УССР. – Киев:
Наук. думка, 1981. – С. 79–80.
11. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. – М.: Энергия, 1978. – 248 с.
12. Альтшуллер Г.Б., Елфимов Н.Н., Шакулин В.Г. Кварцевые генераторы: справочное
пособие. – М.: Радио и связь, 1984. – 232 с.
13. Горошков Б.И. Радиотехнические устройства: справочник. – М.: Радио и связь,
1984. – 400 с.
14. Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение:
справочное пособие. – М.: Радио и связь, 1989. – 240 с.
15. Кончаловский В.Ю. Цифровые измерительные устройства. – М.: Энергоатомиздат,
1985. – 304 с.
16. Лящук Д.Н., Назаревич А.В., Назаревич Л.Є. Геоелектромагнітноемісійний метод в
моніторинзі локальних геодинамічних процесів // Вісник КНУ імені Тараса Шевчен-
ка. Геологія. – 2003. – № 26–27. – С. 92–97.
17. Назаревич А.В. Експериментальне дослідження спектрально-часової структури ва-
ріацій параметрів пружних хвиль в масивах гірських порід. Автореф. дис... канди-
дата фіз.-мат. наук. – К.: ІГФ НАН України, 1997. – 24 с.
299
Зб. наук. праць “Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики”, 2010
18. Назаревич А.В., Назаревич Л.Є. Нелінійна пружність і тензочутливість гірських
порід (дослідження та застосування для геодинамічного моніторингу) // Вісник КНУ
імені Тараса Шевченка. Геологія. – 2002. – № 23–24. – С. 33–38.
19. Турчанинов И.А., Марков Г.А., Иванов В.И., Козырев А.А. Тектонические напряже-
ния в земной коре и устойчивость горных выработок. – Л.: Наука, 1978. – 256 с.
20. Назаревич А.В., Назаревич Л.Є. Деформаційні провісники закарпатських землетрусів:
методики виділення та результати аналізу // Теоретичні та прикладні аспекти гео-
інформатики. – К., 2008. – С. 311–320.
21. Гофман В.Ю. Законы, формулы, задачи физики: справочник. – Киев: Наук. думка,
1977. – 576 с.
Метеотемпературные поля в массивах пород (как фактор влияния на ре-
зультаты деформографических наблюдений на РГС “Берегово” в Закарпа-
тье А.В. Назаревич, А.Ю. Мыкыта
РЕЗЮМЕ. В работе по результатам исследований температурного режима масси-
ва пород и воздуха штольни РГС “Берегово” и по теоретическим данным описаны
некоторые особенности распространения метеотемпературных полей в массивах
пород, оценено их влияние на данные деформографических исследований.
Ключевые слова: метеотемпературные поля, массивы пород, теплопроводимость,
температурное влияние, деформографические наблюдения.
Meteothermal field in the rocks massifs (as a factor of influence on the results
of extenzometric observations in RGS “Beregove” in Transcarpathians)
A.V. Nazarevych, A.Yu. Mykyta
SUMMАRY. In the paper on the result of researches of temperature condition of rocks
massif and air of RGS “Beregove” grotto and also on the theoretical data some features
of distribution of meteothermal fields in the rocks massif is described and their influence
on extenzometric researches data is evaluated.
Keywords: meteothermal fields, rocks massifs, thermal conducting, temperature
influencing, extensometric observations.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-97138 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2409-9430 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:06:04Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Центр менеджменту та маркетингу в галузі наук про Землю ІГН НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Назаревич, А.В. Микита, А.Ю. 2016-03-25T16:28:21Z 2016-03-25T16:28:21Z 2010 Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) / А.В. Назаревич, А.Ю. Микита // Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики: Зб. наук. пр. — 2010. — Вип. 7. — С. 286-299. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. 2409-9430 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97138 550.36 У роботі за результатами досліджень температурного режиму масиву порід та повітря штольні РГС “Берегове” та за теоретичними даними описано деякі особливості поширення метеотемпературних полів у масивах порід, оцінено їх вплив на результати деформографічних досліджень. В работе по результатам исследований температурного режима массива пород и воздуха штольни РГС “Берегово” и по теоретическим данным описаны некоторые особенности распространения метеотемпературных полей в массивах пород, оценено их влияние на данные деформографических исследований. In the paper on the result of researches of temperature condition of rocks massif and air of RGS “Beregove” grotto and also on the theoretical data some features of distribution of meteothermal fields in the rocks massif is described and their influence on extenzometric researches data is evaluated. uk Центр менеджменту та маркетингу в галузі наук про Землю ІГН НАН України Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики Геодинамічний моніторинг та небезпечні геологічні процеси Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) Метеотемпературные поля в массивах пород (как фактор влияния на результаты деформографических наблюдений на РГС “Берегово” в Закарпатье) Meteothermal field in the rocks massifs (as a factor of influence on the results of extenzometric observations in RGS “Beregove” in Transcarpathians) Article published earlier |
| spellingShingle | Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) Назаревич, А.В. Микита, А.Ю. Геодинамічний моніторинг та небезпечні геологічні процеси |
| title | Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) |
| title_alt | Метеотемпературные поля в массивах пород (как фактор влияния на результаты деформографических наблюдений на РГС “Берегово” в Закарпатье) Meteothermal field in the rocks massifs (as a factor of influence on the results of extenzometric observations in RGS “Beregove” in Transcarpathians) |
| title_full | Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) |
| title_fullStr | Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) |
| title_full_unstemmed | Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) |
| title_short | Метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на РГС “Берегове” у Закарпатті) |
| title_sort | метеотемпературні поля в масивах порід (як фактор впливу на результати деформографічних спостережень на ргс “берегове” у закарпатті) |
| topic | Геодинамічний моніторинг та небезпечні геологічні процеси |
| topic_facet | Геодинамічний моніторинг та небезпечні геологічні процеси |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97138 |
| work_keys_str_mv | AT nazarevičav meteotemperaturnípolâvmasivahporídâkfaktorvplivunarezulʹtatideformografíčnihspostereženʹnargsberegoveuzakarpattí AT mikitaaû meteotemperaturnípolâvmasivahporídâkfaktorvplivunarezulʹtatideformografíčnihspostereženʹnargsberegoveuzakarpattí AT nazarevičav meteotemperaturnyepolâvmassivahporodkakfaktorvliâniânarezulʹtatydeformografičeskihnablûdeniinargsberegovovzakarpatʹe AT mikitaaû meteotemperaturnyepolâvmassivahporodkakfaktorvliâniânarezulʹtatydeformografičeskihnablûdeniinargsberegovovzakarpatʹe AT nazarevičav meteothermalfieldintherocksmassifsasafactorofinfluenceontheresultsofextenzometricobservationsinrgsberegoveintranscarpathians AT mikitaaû meteothermalfieldintherocksmassifsasafactorofinfluenceontheresultsofextenzometricobservationsinrgsberegoveintranscarpathians |