8.2. Методика работ
Размещение любого показателя в пространстве недр представляется в виде поля распределения или совокупности полей.
Поля напряжений в недрах имеют весьма разнообразные, часто очень сложные и не всегда определенные пространственные формы. Они развиваются в самых различных геолого-тектонических условиях, имеют изменчивые, и не вполне четкие границы. Геометрическое выражение этих границ в заданное время с определенной точностью является основой технологий ОГП для выражения поля напряжений сжатия-растяжения.
Количество пунктов наблюдения и схема их расположения, частота и методика наблюдений определяются многими геолого-технологическими и природными факторами и должны устанавливаться индивидуально в каждом конкретном случае. В то же время могут быть сформулированы некоторые общие принципы, к основным из которых относятся:
- формирование наблюдательных сетей должно проводиться на основе геолого-тектонического и сейсмологического районирования территории;
- наблюдательная сеть должна учитывать особенности горно-геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условий, принятой системы вскрытия и разработки месторождения, системы размещения сооружений по хранению переработке и транспортировке полезных ископаемых и отходов горнодобывающего производства и т.д.
В основе методики размещения пунктов наблюдений лежит известный факт, что проявление предвестниковых эффектов имеет сложную пространственную структуру, обусловленную тем, что на некоторых участках наблюдается повышенная естественная или техногенная чувствительность геофизических и других полей к процессу подготовки развития опасных геологических процессов. Этот эффект носит дифференцированный характер и проявляется по-разному в различных полях. Например, в зонах разлома и вблизи них отмечается высокая чувствительность большинства геофизических полей к изменению напряженно-деформированного состояния геологической среды. Здесь наблюдаются контрастные изменения наклонов и деформаций, гидрогеологических характеристик, геохимических параметров и т.д. Это связано с высокой тензочувствительностью среды из-за множества дефектов структуры и текстуры и сложной иерархией неоднородностей.
Как правило, наиболее чувствительными являются зоны разломов, крутых склонов, участки интенсивного обводнения и влагоемкости, зоны слабых или ослабленных пород. Здесь наблюдаются наиболее контрастные изменения регистрируемых полей, среда наиболее тензочувствительна, поскольку обладает дефектами структуры и текстуры, раздробленностью или консолидированностью породы. Такая среда характеризуется сложной иерархией неоднородностей, поэтому особенно важно располагать пункты наблюдения там, где даже на участках с неблагоприятными стечениями обстоятельств можно было бы выявить признаки готовящихся событий.
Физическая модель такой сложной среды строится на основе перколяпии, согласно которой наибольшая чувствительность характеристик горной породы к изменяющемуся полю напряжений отмечается при определенной степени раздробленности или консолидированности массива горных пород. Размещенные пункты наблюдений должны контролировать не только аномальные, но и фоновые показатели геологической среды.
Для оптимального размещения пунктов наблюдений необходимо решать некоторые частные задачи. Это, прежде всего, определение изменчивости фиксируемых показателей, их характер, интенсивность и векторная направленность.
Характер изменчивости наилучшим способом отображается кривыми на графиках и изолиниями на плане, интенсивность выражается числом, а вектор определяется геометрическим путем (по характерным направлениям сгущения или разрежения изолиний на плане). Однако все вышесказанное дает возможность получить только исходные данные для решения задачи оптимизации.
В основу организации специализированной сети положены следующие факторы:
- региональный принцип размещения независимо от административного деления региона или страны, что позволяет исследовать особенности эволюции полей напряжения в различных геолого-тектонических условиях и на различных фазах геодинамической активности территории;
- минимально необходимая плотность сети наблюдений по установленным зависимостям от максимального радиуса проявления аномальных эффектов;
- возможность обеспечивать контроль за фоновыми показателями и их аномалиями, предваряющими развитие ОГП;
-возможность развития сети за счет максимального использования существующих скважин, пригодных для проведения специализированных наблюдений.
Дальнейшее преобразование сетей должно вестись на основе анализа полноты и качества получаемой информации. В необходимых случаях информация должна обеспечить использование её в геомеханических моделях и Технических проектах.
Все наблюдательные пункты должны быть защищены от несанкционированного доступа, иметь инструментальную привязку в плановом и высотном отношении, Марки, от которых проводятся замеры уровней воды, должны иметь инструментальную высотную привязку, отметка которой должна периодически проверяться.
Документация наблюдений должна включать журналы наблюдений за измеряемыми показателями. Основным требованием к формам журналов наблюдений является их машиноориентированный характер.
В тех случаях, когда на площади горного отвода проводятся наблюдения за другими компонентами окружающей среды (поверхностными и подземными водами, метеоусловиями, сдвижениями, обрушениями и т.д.) к ним должен быть доступ для комплексного анализа.
Обязательным элементом обработки и выдачи информации является база данных, содержащая данные как по постоянным (условно-постоянным), так и по переменным (наблюдаемым) показателям. База данных может вестись как в автоматизированном, так и в ручном режиме в зависимости от количества наблюдаемых пунктов и количества получаемой информации. Она используется для информационного обслуживания недропользователей и органов управления государственным фондом недр.
В связи с тем, что сеть геодинамического мониторинга будет ориентирована на автоматизированный режим работы и ведение автоматизированной базы данных, выходной документ должен представлять собой бюллетень, или таблицы фиксируемых показателей с пояснительной запиской, выдаваемые по утвержденному регламенту.
Обработка данных заключается в подготовке материалов для анализа наблюдений за изучаемыми показателями состояния недр и других компонентов окружающей природной среды. Она заключается в построении необходимых карт и разрезов, графиков и таблиц, статистической обработке данных наблюдений, включая использование статистических методов анализа временных рядов, а также корреляционный анализ.
Динамику изменения состояния геологической среды можно подразделить на три вида: текущая, оперативная и долгосрочная оценки. Текущая проводится на весьма короткий период (до нескольких месяцев). Оперативная оценка проводится систематически по результатам ежегодной эксплуатации на кратковременный (1-3 года) период. Долгосрочная оценка осуществляется при выявленных неблагоприятных тенденциях изменения состояния геологической среды в связи с долгосрочными планами развития горных работ.
В зависимости от выявленной динамики развития горно-геологических и гидрогеологических условий, а также принятой системы ведения горных работ состав наблюдаемых показателей, содержание и структура мониторинга могут существенно изменяться.
В таких случаях состав мониторинга обосновывается программами, которые целесообразно разрабатывать, предваряя размещение и оборудование сетей наблюдений.
8.3. Приборно-аналитическая база
Основными принципами аппаратурного оснащения являются их адаптивность и способность реагировать на изменение геодинамической обстановки, а также обеспечение оперативности передачи информации. При этом вся приборно-техническая база должна быть метрологически обеспеченной.
Отечественный и мировой опыт определяет уровень аппаратурного обеспечения, который достигается созданием стационарных и мобильных систем различной степени автоматизации.
На сегодняшний день к числу современных измерительных средств, адаптированных к технологиям мониторинга подземных вод, эндогенных и экзогенных процессов, относятся Logger LPС, «Кедр» и «Земля», в том числе ряд нетрадиционных приборов, таких как вибрационное просвечивание геологической среды, измерительные средства контроля содержания газов радиоактивного ряда (радон, торон, гелий и т.д.).
Аппаратура для измерений геодинамических процессов обеспечивает регистрацию сейсмических, геотермических, электромагнитных показателей, деформаций и наклонов поверхности Земли, силы тяжести, электрических полей, гидрогеологических, геохимических, показателей, сейсмоакустических эмиссий и др. Аппаратурные средства разделены на аналоговые, автоматизированные цифровые (стационарные) и мобильные (наземного, аэро- и космического наблюдений).
В процессе развития очагов опасных геологических процессов при недропользовании меняется состояние геологической среды (упругие параметры, плотность, флюидонасыщение и т.д.). Эти изменения приводят к постепенному разрушению среды, дислокациям, образованию трещин, изменению напряжения на поверхности, которые в конечном итоге ограничивают область использования унифицированных средств измерений.