книги2 / 329

ЗАДАЧИ И ВОЗМОЖНОСТИ МЕЖДУНАРОДНОГО ТРАНСФЕРА ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

для полного выделения аргона. Температурный контроль проводится с помощью вольфрам - рениевой термопары, а также оптического пирометра.

Всоответствии с общими принципами метода изотопного разбавления во время плавления образцов и выделения из них аргона в систему напускается порция трасера с фиксированным количеством газа известного изотопного состава. В качестве трасера используется «моноизотоп» 38Ar с чистотой 99,99 %.

Выделившийся из образца аргон после смешения с трасером проходит через систему очистки, включающую две ступени поглотителей с титановыми

ициркониевыми геттерами нагретыми до 800оС. При этом происходит поглощение практически всех активных газов. Сорбция водорода происходит на геттерах при их остывании до 400 - 600оС.

Очищенный от примесей аргон напускается в анализатор масс - спектрометра путем «перетягивания» всего газа из системы экстракции на активированный уголь в линии напуска масс - спектрометра. Контроль расхода трасера и постоянства его изотопного состава проводится с помощью периодических измерений стандартных образцов различного состава и возраста, а также отдельных порций трасера. В качестве стандартных образцов при изотопных анализах аргона использовались международные (амфибол MMhb - 1, мусковит Bern - 4М) и отечественные (риолит «Азия», базальт 1 / 76) эталонные пробы. Определение масс - дискриминации масс - спектрометра и коррекция этого эффекта проводится по результатам систематических измерений изотопного состава воздушного аргона.

Расчет величины K - Ar изотопного возраста молодых геологических образцов производится следующим образом.

Врабочем опыте, а также «обрамляющих» его холостых опытах проводится исправление измеренных изотопных отношений аргона с учетом рассчитанных коэффициентов дискриминации. Затем вычисляется общее количество 40Ar и 36Ar в холостых опытах:

40Arх.о.=Q38 (40Ar / 38Ar) х.о., 36Arх.о.=Q38 (36Ar / 38Ar) х.о.,

где 40Arх.о. и 36Arх.о. представляют суммы трасерной и фоновой компонент соответственно изотопов 40Ar и 36Ar, а Q38 – количество 38Ar в аликвоте трасера. Аналогично рассчитываются общее количество 40Ar и 36Ar в рабочем опыте: 40Arр.о.=Q38 (40Ar / 38Ar) р.о., 36Arр.о.=Q38 (36Ar / 38Ar) р.о.,

где 40Arр.о. и 36Arр.о. представляют смесь аргона образца, а также трасерной и фоновой компонент. С учетом очень незначительного количества 38Ar в фоновом аргоне масс - спектрометра и в образце в расчетах принимается,

что 38Arобр=0 и 38Arфон=0.

По двум обрамляющим холостым опытам рассчитываются средние значения 40Arх.о. и 36Arх.о. При этом с учетом равномерного расхода трасера величины 40Arт и 36Arт для рабочего опыта эквивалентны этим величинам в

11

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

уравнениях для среднего холостого: 40Arх.о. = 40Arфон + 40Arт и 36Arх.о = 36Arфон + 36Arт.

Следовательно, концентрации изотопов аргона в образце могут быть

определены следующим образом: 40Arобр = 40Arр.о. - 40Arх.о., 36Arобр = 36Arр.о. -

36Arх.о.

Считая, что 36Arобр =36Arвозд можно рассчитать содержание воздушного и радиогенного 40Ar:

40Arвозд = 36Arвозд 295,5 кд, где кд - коэффициент дискриминации, и

40Arрад = 40Arобр - 40Arвозд.

Затем рассчитывается концентрация 40Arрад в образце с учетом его навески (нг / г). Используя определенные содержания калия и радиогенного аргона, а также значения констант распада калия вычисляется возраст образца:

	1	40 Arрад
T		log
			40
				К

			, где	40	K - содержание изотопа калия	40	K, - суммарная
	э.э.	1

константа распада калия и э.з. - константа распада электронного захвата калия.

Основным фактором, определяющим величину погрешности для радиогенного аргона (40Arрад), является соотношение радиогенного аргона с общим количеством аргона в опыте. Погрешность прогрессивно возрастает при уменьшении этого соотношения, приближаясь к 100 %, когда 40Arрад /

40Arобщ близко к нулю.

Расчет погрешности количества радиогенного аргона, измеренного в опыте, ведется по следующей формуле (Baksi et al., 1967):

( Arрад), в опыте=	40 Ar	)	2		2	(	Arèçì )	2	(	38	40 Ar	)2	2	(	36	Arèçì ) ,
	(1 40 Arðàä										Arèçì ) ( 40 Arðàä
40	âîçä						40				âîçä

где (40Arизм), (38Arизм), (36Arизм) – погрешности измеренных в рабочем опыте количеств 40Ar, 38Ar, 36Ar, соответственно.

Относительная погрешность K - Ar возраста рассчитывается по уравнению: (Т)= (40 Arрад )2 + (K)2 , где (K) и (40Arрад) являются относительными

погрешностями содержания калия и радиогенного аргона, соответственно. Обычно для значения возраста погрешность приводится на 95 % вероятностном уровне (2 При параллельных измерениях значение возраста вычисляется как средневзвешенное, а погрешность возраста - как погрешность средневзвешенного.

Список литературы

1. Новые калий - аргоновые датировки гранитоидов Сихотэ - Алиня (Дальний Восток, Россия) по биотиту и амфиболу: критерии достоверности и интерпретация / В. Г. Гоневчук, А. И. Ханчук, Г. А. Гоневчук, В. А. Лебедев // Тихоокеанская геология. – 2015. – Т. 34, № 6. – С. 16 - 33.

12

ЗАДАЧИ И ВОЗМОЖНОСТИ МЕЖДУНАРОДНОГО ТРАНСФЕРА ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

2. О калий - аргоновом методе датирования URL: https: // antropogenez.ru / interview / 557 / ?ysclid=lqjcuvc18w986105347 (Дата обращения: 22.12.2023).

© Павлидис С.Б., 2023

Урманов Д.И.

Аспирант НИТУ «МИСиС» Москва, Россия

МОНИТОРИНГ ДВИЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ НА ЛОКАЛЬНЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛИГОНАХ

Аннотация

С увеличением внимания к безопасности становится важным мониторинг движений и деформаций на геодинамических полигонах. Исследование направлено на изучение методов мониторинга и их применение для прогнозирования геодинамических изменений. Используемые технологии включают спутниковые системы, лазерные сканеры, GPS и нивелиры для точного получения данных. Исследование выявило, что регулярный мониторинг и современные технологии обработки данных помогают в прогнозировании опасностей, связанных с геодинамическими процессами. Необходимость постоянного мониторинга на геодинамических полигонах подчеркивает важность оперативного и точного анализа для обеспечения безопасности.

Ключевые слова

ГНСС, геодинамический мониторинг, полигоны, методы измерений.

В современном мире все больше внимания уделяется вопросам обеспечения безопасности и устойчивости жизнедеятельности человека. Одним из ключевых аспектов в этой области является мониторинг движений и деформаций на локальных геодинамических полигонах. Геодинамические процессы, такие как сейсмическая активность, оседание и другие деформации земной коры, могут представлять серьезную угрозу для жизни и деятельности человека. В связи с этим, исследование и разработка методов мониторинга движений и деформаций становится актуальной задачей для научного сообщества и специалистов в области геодинамики.

При проектировании, строительстве и эксплуатации опасных производственных объектов (ОПО) и объектов гражданского строительства, находящихся в сложных горно - геологических условиях, особое внимание уделяется их промышленной и экологической безопасности. Обязательными

13

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

являются исследования современных деформаций и движений земной коры на промышленных и строительных площадках объектов атомной энергетики, гидротехнических сооружений, горных работ, оползнеопасных и сейсмических районах. Современные движения земной коры (СДЗК) во многом определяют геодинамическую обстановку исследуемого района и позволяют определить инженерные критерии безопасности эксплуатации предприятия.

В 2019 году в Красноярском крае начато строительство первого и единственного на территории стран СНГ пункта глубинного захоронения РАО в породах Нижне - Канского гранитогнейсового массива. К 2025 году планируется завершение строительства подземной исследовательской лаборатории (ПИЛ) и начало программы десятилетних исследований выбранного участка для обоснование его долговременной безопасности. Данный объект является уникальным по уровню своей ответственности и сопровождающей его программе изыскательных и исследовательских работ. Эксплуатация пунктов подземной изоляции высокоактивных радиоактивных отходов (РАО) невозможна без всесторонних и продолжительных исследований геологического массива. Одним из ключевых аспектов долговременной безопасности изоляции РАО в геологических формациях является низкая опасность развития разрушительных геодинамических явлений и процессов, в первую очередь таких как землетрясения, разломообразование и современные движений земной коры.

Для получения точных данных о деформациях и перемещениях земной поверхности используются различные технологии и методы, включая спутниковые системы позиционирования, лазерные сканеры, GPS - приемники, цифровые нивелиры и другие устройства. Одним из основных методов геодезического мониторинга является спутниковый мониторинг, который позволяет определять координаты точек на земной поверхности с высокой точностью. Спутниковые системы, такие как GPS и ГЛОНАСС, позволяют получать данные о перемещениях объектов в трехмерном пространстве с точностью до нескольких миллиметров. Также широко используются лазерные сканеры и тахеометры, которые позволяют получить трехмерную модель местности и определить изменения в рельефе. Лазерные сканеры могут работать на больших расстояниях и обеспечивают высокую точность измерений. Кроме того, для мониторинга деформаций используются цифровые нивелиры, которые позволяют определять изменения высот точек на земной поверхности. Нивелиры могут быть автоматическими или ручными, и они обеспечивают точность измерений до нескольких миллиметров на километр. Еще одним методом мониторинга является использование GPS - приемников, которые устанавливаются на определенных точках и регистрируют их перемещения во времени.

14

ЗАДАЧИ И ВОЗМОЖНОСТИ МЕЖДУНАРОДНОГО ТРАНСФЕРА ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Рисунок 1 – Пример постоянно - действующей станции ГНСС

В ходе исследования были изучены различные аспекты мониторинга, включая выбор оптимальных методов и технологий для получения данных о движениях и деформациях, анализ полученных данных, а также прогнозирование возможных изменений в геодинамической обстановке.

Результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что мониторинг движений и деформаций является ключевым инструментом для оценки состояния геодинамических систем и прогнозирования возможных опасностей, связанных с сейсмической активностью, оседаниями и другими геодинамическими процессами. Необходимо регулярно проведить мониторинг на локальных геодинамических полигонах и внедрять современные технологии методов обработки данных для повышения точности и оперативности получения информации о состоянии геодинамической обстановки.

Списокиспользованнойлитературы:

1.Федеральный закон от 21.07.1997 № 116 - ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

2.Федеральный закон от 21.07.1997 № 117 - ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений».

3.Приказ Ростехнадзора от 24.01.2013 №25 «Об утверждении Рекомендаций по проверке критериев безопасности гидротехнических сооружений объектов энергетики».

4.Приказ МПР РФ от 21.05.2001 № 433 «Об утверждении Положения о порядке осуществления государственного мониторинга состояния недр Российской Федерации».

15

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

5.Постановление Госгортехнадзора РФ от 30.05.2003 №45 «Об утверждении «Правил безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом».

6.Постановление Госгортехнадзора России от 16.03.1998 №13 «Об утверждении Правил охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях».

7.Приказ Ростехнадзора от 06.11.2013 №520 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Правила безопасности для опасных производственных объектов магистральных трубопроводов».

8.Постановление Госатомнадзора РФ от 31.12.2003 №11 НП - 050 - 03 «Размещение ядерных установок ядерного топливного цикла. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности».

9.Постановление Госатомнадзора РФ от 28.12.2001 №16 «Об утверждении и введении в действие Руководства по безопасности «Оценка сейсмической опасности участков размещения ядерно и радиационно опасных объектов на основании геодинамических данных».

10.СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах».

11.СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов».

12.Бондарик Г.К. Инженерно - геологические изыскания: учебник / Бондарик Г.К., Ярг Л.А. 2 - е изд. - Бондарик Г.К., Ярг Л.А. 2 - е изд. М.: КДУ, 2008.

13.Кафтан В.И., Гвишиани А.Д., Морозов В.Н., Татаринов В.Н. Методика и результаты определения движений и деформаций земной коры по данным ГНСС на Нижне - Канском геодинамическом полигоне в районе захоронения радиоактивных отходов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 1. С. 83–94. DOI: 10.21046 / 2070 - 7401 - 2019 - 16 - 1 - 83 - 94.

14.Геодезические методы изучения деформаций земной коры на геодинамических полигонах. Методическое руководство. – М., ЦНИИГАиК, 1985.

15.Шароглазова Т.В. Применение геодезическиx методов в геодинамике: учебное пособие. Новополоцк: ПГУ, 2002. - 192 с. - Библиогр.: с.183 – 188.

16.Татаринов В.Н., Морозов В.Н., Кафтан В.И., Маневич А.И., Современная геодинамика южной части Енисейского кряжа по результатам спутниковых наблюдений // Геофизические исследования. 2018. Т. 19. № 4. с. 64 – 79, DOI: 10.21455 / gr2018.4 - 5.

17.Shen Z. - K., Jackson D.D., Ge B.X. Crustal deformation across and beyond the Los Angeles basin from geodetic measurements // J. Geophys. Res. 1996. V.

101.P.27957 - 27980.

©Урманов Д.И. 2023

16

ЗАДАЧИ И ВОЗМОЖНОСТИ МЕЖДУНАРОДНОГО ТРАНСФЕРА ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Шакиров А.И.

Аспирант НИТУ «МИСиС» Москва, Россия

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОДНЫХ МАССИВОВ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Аннотация

В условиях развивающейся отрасли калийных месторождений, геоинформационное моделирование на Верхнекамском месторождении становится неотъемлемым инструментом для предвидения и преодоления опасностей, таких как выбросы соли и обрушение пород. Применение геоинформационного моделирования для выявления опасностей и оценки устойчивости пород при разработке калийных месторождений. Использованы статистический анализ, геометрическое моделирование, вероятностные методы, метод конечных элементов и анализ напряженно - деформированного состояния. Анализ устойчивости пород на Верхнекамском месторождении выявил опасности. Результаты включают статистические данные, геометрические модели и вероятностные оценки. Результаты подчеркивают важность геоинформационного моделирования при разработке калийных месторождений, особенно в условиях нестабильного горного орогенеза.

Ключевые слова

Геоинформационное моделирование, Устойчивость пород, Калийные месторождения, Методы оценки

Современное геоинформационное моделирование является одним из ключевых инструментов для изучения и анализа природных опасностей, а также прогнозирования их изменений под воздействием техногенных факторов. В данной статье рассмотрено применение геоинформационного моделирования для оценки устойчивости породных массивов на примере Верхнекамского месторождения. Разработка калийных месторождений и производства калия представляет собой важную и стремительно развивающуюся отрасль национальной экономики. В России и за рубежом примерно 90 % калия и его соединений используется в качестве удобрений. Калийные месторождения играют ключевую роль в формировании внутренней и экспортной сырьевой базы Российской Федерации.

Опасные природные и техногенные факторы при отработке шахтных полей калийных рудников приводят к развитию и проявлению опасных геологических процессов, таких как: внезапные и искусственно инициированные выбросы соли, обрушение пород кровли, внезапные отжимы призабойной части пород, прорыв рассолов, располагающихся над соляными отложениями, в выработанное пространство и другие.

17

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

Международный и отечественный опыт разработки калийных месторождений показывает, что природные горно - геологические и техногенные условия оказывают существенное влияние на возможность развития опасных геологических процессов и явлений. Порядок и технология отработки шахтных полей калийных месторождений во многом зависит от исходных геологических условий и геодинамической стабильности структурно - тектонического блока, вмещающего рудное тело. Для оценки устойчивости породы в геоинформационном моделировании обычно используются следующие методы:

Статистический анализ – этот метод основан на анализе данных о прочности пород, их плотности, влажности, температуре и других параметрах. На основе этих данных строятся статистические модели, которые позволяют оценить устойчивость пород к разрушению или к нарушению водозащитной толщи.

Геометрическое моделирование – этот метод заключается в создании трехмерной модели породного массива с использованием данных геологии, геофизики и других источников информации. Затем на основе этой модели проводятся расчеты устойчивости пород к различным видам нагрузок.

Вероятностные методы – эти методы основаны на использовании теории вероятностей и математической статистики для оценки устойчивости пород. Они позволяют определить вероятность обрушения пород или возникновения других опасных явлений на основе анализа данных о свойствах пород и условиях их залегания.

Метод конечных элементов – это метод, который позволяет моделировать поведение пород под действием различных нагрузок. Он основан на разбиении модели пород на множество малых элементов, которые затем анализируются с использованием уравнений механики твердого тела.

Анализ напряженно - деформированного состояния – этот метод используется для определения напряжений и деформаций в породах под действием различных нагрузок.

Рисунок 1. Комбинация нескольких функций анализа в ГИС - анализе

В ходе исследования были рассмотрены вопросы геоинформационного моделирования устойчивости породных массивов на примере Верхнекамского

18

ЗАДАЧИ И ВОЗМОЖНОСТИ МЕЖДУНАРОДНОГО ТРАНСФЕРА ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

месторождения калийно - магниевых солей. Были проанализированы различные методы оценки устойчивости пород, такие как статистический анализ, геометрическое моделирование, методы конечных элементов и другие.

Известно, что Верхнекамское месторождение относится к зоне активного орогенеза, т. е. процесс его формирования как горного сооружения еще не закончен. Поэтому, «подходящие» условия, существующие на момент начала разработки калийных месторождений и переработки калия, не могут гарантировать устойчивость породного массива на весь проектный срок эксплуатации месторождения. При этом наибольшую угрозу представляет гидрогеологические процессы и явления, проявляющиеся в результате тектонической и техногенной деструкции структурно - тектонических блоков, находящихся в поле нелинейно изменяющихся во времени тектонических сил. Таким образом геоиформационное моделирование является важным инструментом.

Список использованной литературы:

1.Барях А.А., Смирнов Э. В., Квиткин С.Ю., Тенисон Л.О. Калийная промышленность России: проблемы рационального и безопасного недропользования // Горная промышленность. 2022. № 1. С. 41–50.

2.Барях А.А., Тенисон Л.О. Обоснование инженерных критериев безопасной подработки водозащитной толщи на верхнекамском месторождении солей // Горный журнал. 2021. Т. 2021. № 4. С. 57–63.

3.Приказ МПР РФ от 21.05.2001 № 433 «Об утверждении Положения о порядке осуществления государственного мониторинга состояния недр Российской Федерации».

4.Федеральный закон от 21.07.1997 № 116 - ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».

5.Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение солей. Рос. акад. наук. Ур. отд - ние. Гор. ин - т. - Пермь: Соликам. тип., 2001. 429 с.

6.Барях А.А., Бельтюков Н. Л., Самоделкина Н.А., Токсаров В.Н. Обоснование возможности повторной отработки запасов калийных руд // Физико - технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2020. № 3. С. 85–97.

7.Барях А.А., Смирнов Э. В., Квиткин С.Ю., Тенисон Л.О. Калийная промышленность России: проблемы рационального и безопасного недропользования // Горная промышленность. 2022. № 1. С. 41–50.

8.Барях А.А., Тенисон Л.О. Обоснование инженерных критериев безопасной подработки водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении солей // Горный журнал. 2021. Т. 2021. № 4. С. 57 - 63. DOI: 10.17580 / gzh.2021.04.08.

9.Барях А.А., Тенисон Л.О., Самоделкина Н.А. К определению горизонтальных деформаций подработанных территорий // Горный информационно - аналитический бюллетень (научно - технический журнал). 2021. № 11. С. 5 - 18. DOI: 10.25018 / 0236 _ 1493 _ 2021 _ 11 _ 0 _ 5.

19

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

10.Барях А. А., Девятков С. Ю. Геомеханическая оценка условий образования провалов на земной поверхности на участке прорыва пресных вод в калийный рудник // Горный журнал. — 2018. — № 6. — С. 17—21. DOI: 10.17580 / gzh.2018.06.03.

11.Бабаянц И.П., Барях А.А., Волкова М.С., Михайлов В.О., Тимошкина Е.П., Хайретдинов С.А. Мониторинг оседаний на территории г. Березники (пермский край) методами спутниковой радарной интерферометрии. I. Дифференциальная интерферометрия // Геофизические исследования. 2021. Т. 22. № 4. С. 73 - 89. DOI: 10.21455 / gr2021.4 - 5

12.Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей. Пермь - Березники, 2018. 130 с.

©Шакиров А.И. 2023

20