Жакыпбек Ы., Айдарқызы А.
ТЕМІРТАУ КЕН ӨҢДЕУ АЙМАҒЫНДАҒЫ ЖЕР ҚЫРТЫСЫНЫҢ ДЕФОРМАЦИЯСЫН VV-ПОЛЯРИЗАЦИЯЛЫ РАДАР ДЕРЕКТЕРІ НЕГІЗІНДЕ БОЛЖАУ ЖӘНЕ КАРТАҒА ТҮСІРУ *
Аннотация:
бұл зерттеуде Теміртау қаласындағы өнеркәсіптік аймақта орналасқан металлургия комбинаты маңындағы карьерлік аумақта жер қыртысының вертикалды деформациясы Sentinel-1 спутнигінің VV-поляризациялы SAR деректері негізінде SBAS-InSAR әдісі арқылы талданды. 2019–2022 жылдар аралығындағы медианалық суреттердің айырмашылығы есептеліп, кеңістіктік деформация үлгілері анықталды. Нәтижесінде карьердің оңтүстік-шығыс және төменгі бөліктерінде шөгу үрдісі байқалса, солтүстік қабырғаларда салыстырмалы тұрақтылық анықталды. Сонымен қатар, 2026 жылға дейінгі болжамдық динамика құрылып, шөгу мен көтерілу қарқындылығының уақыт бойынша өзгерісі бағаланды. Бұл әдіс өнеркәсіптік қауіпсіздік пен геодинамикалық мониторинг жүйесін жетілдіруге мүмкіндік береді.
Ключевые слова:
теміртау, ашық карьер, геодезиялық бақылау.
Қарағанды металлургия комбинаты маңындағы ашық тәсілмен игерілетін карьер бірнеше онжылдықтар бойы пайдалы қазбалар өндірудің негізгі көзі ретінде қызмет атқарып келеді. Алайда, аймақтың күрделі геологиялық құрылымы мен антропогендік жүктеменің үнемі артуы салдарынан карьер аумағында жер қыртысының деформациялық процестері жиілей түсті[1].
Аталған деформациялар – жер бетінің отыруы, опырылмалар мен эрозиялық процестер – тек кен өндіру үдерісінің тұрақтылығына ғана емес, сонымен қатар оған іргелес орналасқан жол инфрақұрылымы, өндірістік нысандар, ғимараттар мен электр жеткізу желілері тәрізді маңызды объектілердің техникалық қауіпсіздігіне тікелей қауіп төндіреді. Сонымен қатар, бұл құбылыстар өндірістік алаңдағы жұмысшылардың өмірі мен денсаулығына қатер туғызуы ықтимал[2].
Геодинамикалық тұрақсыздықты уақтылы анықтау және ықтимал апаттардың алдын алу мақсатында жоғары дәлдіктегі тұрақты мониторинг жүргізу өзекті қажеттілікке айналып отыр[3]. Дәстүрлі геодезиялық бақылау әдістері (нивелирлеу, GNSS, визуалды тексерулер) кеңістіктік және уақыттық шектеулерге ие болғандықтан, қазіргі таңда спутниктік радарлық интерферометрия, соның ішінде SBAS-InSAR (Small Baseline Subset Interferometric Synthetic Aperture Radar) технологиясы кеңінен қолданыс табуда[4]. Бұл әдіс спутниктік радар суреттері негізінде жер бетінің миллиметрлік дәлдіктегі қозғалыстарын ұзақ мерзімді сериялық талдау арқылы анықтауға мүмкіндік береді, нәтижесінде өнеркәсіптік және инженерлік қауіпсіздік шараларын тиімді жоспарлауға жағдай жасайды.
Әдістері мен материалдары.
Ашық типтегі карьер Теміртау қаласының аумағында, Қарағанды облысында орналасқан. Географиялық координаттары: 50°03′ с. е. және 72°58′ ш. б. (1-сурет).
Сурет. 1. Кен орнының орналасу аймағы.
Зерттеу аймағы құрғақ дала белдеуінде, қатты континенттік климат жағдайында орналасқан. Қыс мезгілі ұзақ әрі суық, борандар мен желдер жиі қайталанады. Жаз – қысқа әрі құрғақ, жауын-шашын негізінен мамыр–тамыз айларында түсіп, жылдық норманың 80%-ын құрайды [5].
Өндіріс аймағы орталық Қазақстанның девондық вулканогендік-тектоникалық белдеуі шегінде орналасқан. Геологиялық тұрғыдан төменгі және орта девон кезеңінің (D₁–₂) вулканогенді-терригенді жыныстарымен сипатталады. Бұл жыныстар құрамына андезиттер, диабаздар, липариттер, олардың туфтары, туфты құмтастар және құмтастар кіреді. Бұл қабаттар аймақтың сопақшалы бедерлерінде жер бетіне жақын орналасқан [6].
Нәтижелер және талқылау.
Sentinel-1 спутнигі — Жерді қашықтықтан зондтауға арналған жүйе, ол синтезделген апертуралы радиолокатор (SAR) технологиясын пайдалана отырып, жер бетінің жай-күйі туралы жоғары дәлдіктегі ақпарат алуға мүмкіндік береді. Осы зерттеу аясында вертикалды-вертикалды (VV) поляризациядағы деректер пайдаланылып, 2015 жылдың 13 шілдесі мен 2024 жылдың 11 тамызы аралығындағы кезеңді қамтыды. Аталған уақыт аралығында шамамен 152 SAR кескіні жиналып, талдау үшін қолданылды (2-сурет).
Сурет. 1. Зерттеуде пайдаланылған спутниктік радар деректерінің перпендикуляр базалық сызықтарының үлестірілімі.
Интерферометриялық өңдеу сапасын қамтамасыз ету мақсатында максималды перпендикуляр базалық сызықтың ұзындығы шамамен 200 метрден аспау талабы қолданылды. Бұл мән радарлық бақылаудың екі орбиталық өткелінің арасындағы салыстырмалы қашықтықты білдіреді және деректердің интерферометриялық үйлесімділігін қамтамасыз ететін негізгі шарт болып табылады.
SAR деректерін қолдану күрделі жер бедерінде, тығыз өсімдіктер жамылғысы немесе қолайсыз ауа райы жағдайларында да жер бетінің вертикалды және горизонталды ауытқуларын жоғары дәлдікпен тіркеуге мүмкіндік береді. Бұл әдіс табиғи және техногендік деформациялық процестерді ұзақ мерзімді мониторингтеу үшін аса құнды құрал болып табылады.
Сурет. 2. Теміртау металлургия комбинаты аумағындағы
жер беті VV амплитудасының өзгеріс картасы.
Sentinel-1 спутнигінің VV поляризациялы радиолокациялық деректері негізінде құрылған карта жасалды (2 - сурет). Әр пиксель үшін екі кезеңнің медианалық мәндері келесі формула арқылы салыстырылды:
ΔVV(x,y)=M2021–2022[VV(x,y)]-M2019–2020[VV(x,y)]
Қызыл түстер VV амплитудасының төмендеуін көрсетеді. Бұл жер бетінің отыруы, карьердің тереңдеуі немесе жарылу салдарынан пайда болатын деформация екенін көрсетеді. Кейбір аймақтарда VV азаюы −3 дБ дейін жетеді, бұл жылына 15–30 мм шөгу жылдамдығына сәйкес келеді.
Жасыл түстер VV артуын білдіреді, бұл қатты жабындардың пайда болуы немесе тығыздалған жыныстармен байланысты. Мұндай өзгерістер жылына 10–25 мм-ге дейін көтерілу тенденциясын көрсетеді.
Оңтүстік-шығыс қабырға бөлігінде VV төмендеуінің жоғары қарқындылығы байқалады. Бұл аймақта VV айырмашылығы −2 дБ-ден төмен, яғни бұл бөлікте жер қыртысының шөгу жылдамдығы жоғары (25–30 мм/жыл дейін). Бұл деформация аймағы кеңістікте жақсы көрініп, техногендік қауіптің жоғары деңгейін көрсетеді.
Солтүстік-батыс қабырғада VV мәндері көбіне тұрақты (−0.5–1.5 дБ аралығында), бұл аймақтың геодинамикалық тұрғыдан салыстырмалы түрде тұрақты екенін білдіреді.
Төменгі карьер бөлігінде бірнеше пиксельде VV мәндерінің күрт артуы байқалады (2–3 дБ), бұл кей жерлерде 30 мм/жылдан жоғары көтерілу жылдамдығын көруге боалды. Мұндай жағдай техниканың, жыныс үйінділерінің немесе жабын құрылымдарының пайда болуымен байланысты болуы ықтимал.
Жалпы алғанда, карта деформация жылдамдығының кеңістіктік үлестірілімін тиімді көрсетіп отыр. Зерттеу нәтижелері карьердегі деформация процесінің ассиметриялық сипатын, сондай-ақ жердің шөгуі мен көтерілу аймақтарын анықтауға мүмкіндік береді. Бұл ақпарат өнеркәсіптік инфрақұрылымды қорғау, қауіптерді ерте болжау, және геодинамикалық мониторинг жүйесін жетілдіру үшін маңызды.
Жоғарыдағы талдауларға сәйкес, VV амплитудасындағы өзгерістер жер бетінің тігінен қозғалуын сипаттайтын жанама көрсеткіш болып табылады. Бастапқы төртжылдық интервал деректері негізінде линейкалық тренд экстраполяциясы қолданылып, 2026 жылға дейінгі болжамдық вертикалды деформация динамикасы есептелді.
Анализ нәтижелері екі негізгі трендті көрсетеді (3- сурет). Шөгу динамикасы 2019 жылы шамамен −3.0 мм/жыл шамасында басталып, 2022 жылға қарай −1.5 мм/жыл деңгейіне дейін баяулаған. Экстраполяция нәтижесінде 2026 жылға қарай бұл көрсеткіш −0.5 мм/жыл шегіне дейін жетуі мүмкін. Бұл жағдай карьерлік аймақ шеттеріндегі бұрынғы деформациялық белсенділіктің біртіндеп төмендеуін және қалыпқа келу тенденциясы орын алу екенін болжайды.
Көтерілу динамикасы, керісінше, тұрақты өсу үрдісін көрсетіп отыр: 2019 жылы 0.5 мм/жыл деңгейінде басталып, 2022 жылы 2.3 мм/жыл деңгейіне жеткен. Болжам бойынша, 2026 жылы бұл көрсеткіш 4.0 мм/жыл шегіне дейін жетуі мүмкін. Мұндай тренд техногендік әсерлердің (жабын, техника, қалдық құрылымдар) артуымен немесе жыныс тығыздалуымен байланысты болуы ықтимал.
Сурет. 3. Теміртау металлургия комбинаты аумағындағы жер
қыртысының вертикалды деформациясының болжамдық динамикасы.
Жалпы, болжамдық модель жер бетінің динамикасын уақыттық интервалда бағалауға мүмкіндік береді және геодинамикалық процестердің эволюциясын болжауға бағытталған мониторинг жүйесінің құрамдас бөлігі ретінде қолданыла алады. Мұндай модельдер өнеркәсіптік қауіпсіздікті жоспарлау, инфрақұрылым тұрақтылығын бағалау және экожүйеге техногендік әсерді бақылау мақсатында маңызды.
Қорытынды.
Теміртау металлургия комбинаты маңындағы карьерлік аумақта жүргізілген зерттеу Sentinel-1 спутнигінің VV поляризациялы радиолокациялық деректері негізінде жер қыртысының вертикалды деформациялық процестерін талдауға бағытталды. Жер бетінің шөгуі мен көтерілуі тәрізді геодинамикалық өзгерістерді анықтау үшін SBAS-InSAR әдіснамасы пайдаланылып, 2019–2020 және 2021–2022 жылдар аралығындағы медианалық радар суреттері негізінде VV амплитудасының айырмашылық картасы құрылды.
Алынған картографиялық нәтижелер карьердің оңтүстік-шығыс және төменгі бөліктерінде айқын шөгу аймақтарының қалыптасқанын көрсетті. VV амплитудасының айтарлықтай төмендеуі бұл бөліктерде жердің отыру процесінің белсенді жүріп жатқанын, техногендік әсердің күшті екенін және құрылымдық тұрақсыздық қаупі бар екенін дәлелдеді. Керісінше, солтүстік-батыс және солтүстік-шығыс қабырғаларда VV өзгерісі әлсіз болды, бұл олардың салыстырмалы түрде тұрақты аймақтар екенін көрсетеді.
Бұған қоса, зерттеу барысында 2019–2026 жылдар аралығына арналған болжамдық динамика моделі жасалды. VV өзгерістері негізінде экстраполяциялық бағалау жүргізіліп, шөгу қарқынының біртіндеп бәсеңдеп жатқаны және көтерілу тенденциясының тұрақты түрде артып келе жатқаны анықталды. Атап айтқанда, шөгу жылдамдығы −3 мм/жыл шамасынан −2 мм/жылға дейін баяуласа, көтерілу 0.5 мм/жыл-дан 2 мм/жыл-ға дейін жеткен. Мұндай тенденциялар карьердегі жұмыс динамикасының және жер қыртысының біртіндеп қайта теңгерілуінің айғағы болуы мүмкін.
InSAR технологиясын қолдану арқылы алынған бұл нәтижелер өнеркәсіптік инфрақұрылымға жақын орналасқан қауіпті аймақтарды анықтауға, деформацияның кеңістіктік үлестірілімін бағалауға және болашақ қауіптерді ерте кезеңде болжауға мүмкіндік береді. Зерттеу қорытындылары деформациялық мониторингті автоматтандыру, өңірлік геоқауіптерді картаға түсіру және өнеркәсіптік нысандардың техникалық қауіпсіздігін қамтамасыз ету бойынша кешенді шешімдер қабылдау үшін ғылыми негіз бола алады.
Жалпы алғанда, жүргізілген талдау спутниктік радарлық мониторингтің пайдалы қазбалар өндірумен байланысты аудандардағы геодинамикалық өзгерістерді дәл әрі тиімді бақылау құралы екенін дәлелдеп отыр. Бұл тәсіл болашақта Қазақстандағы басқа да өнеркәсіптік аудандарда кеңінен қолдануға ұсынылады.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 4
Ссылка для цитирования:
Жакыпбек Ы., Айдарқызы А. ТЕМІРТАУ КЕН ӨҢДЕУ АЙМАҒЫНДАҒЫ ЖЕР ҚЫРТЫСЫНЫҢ ДЕФОРМАЦИЯСЫН VV-ПОЛЯРИЗАЦИЯЛЫ РАДАР ДЕРЕКТЕРІ НЕГІЗІНДЕ БОЛЖАУ ЖӘНЕ КАРТАҒА ТҮСІРУ // Вестник науки №5 (86) том 4. С. 2354 - 2362. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23571 (дата обращения: 13.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+