Мақалада Орталық Қазақстанда орналасқан кен орындарында Satbayev University ғалымдарының геодезиялық және аэроғарыштық технологиялар негізінде жұргізіп жатқан ғылыми жұмыстарының нәтижелері келтірілген.
Кілтті сөздер : геодинамика, жер беті, мониторинг, GPS-өлшеулер, нәтижелерді өңдеу, талдау.
В статье приведены результаты научных работ, проводимых учеными Satbayev University на месторождениях Центрального Казахстана на основе геодезических и аэрокосмических технологий [1] .
Ключевые слова : геодинамика, земная поверхность, мониторинг, GPS-измерения, обработка результатов, анализ.
The article presents the results of scientific work carried out by scientists of Satbayev University in the fields of Central Kazakhstan based on geodetic and aerospace technologies.
Keywords : geodinamics, earth's surface, monitoring, GPS measurements, results processing, аnalysis.
Жекелеген кеніштерде тек геомеханикалық процестерді зерттеу жүргізіліп келді және осы бағытта бай ғылыми тәжірибесі бар. қазақстанда және әлемде өткен жүзжылдықта тау-кен өндіру кешенінің даму серпіні адамның техногендік қызметімен индукцияланатын «жергілікті» геомеханикалық процестер — жердің тектоникалық белсенділігінің жаһандық геодинамикалық процестерімен салыстырғанда кем түспейтін жаңа сипатқа ие болды. жоғары кернеулі жартасты таужыныстары массивтерінде ауқымды көлемде тау-кен жұмыстарын жүргізу, массивтегі тау жыныстарының кернеулі жай-күйінің өзгеруіне, деформациялануына және жылжуына байланысты елеулі геомеханикалық және геодинамикалық процестермен сипатталады.
Осындай кен орындарның бірі Орталық Қазақстандағы Жыланды кен орындары тобына. Кенорны 1938–1940 жылдар алығында ашылған және Қ.И.Сәтбаевтың жетекшілігімен жүргізілген геологиялық-барлау жұмыстары бойынша 109 рудалық денелерден тұратын 11 рудалық қазбалар анықталған. Және де олардың тектоникалық бұзылыстармен ерекшеленуі, кен игеруді едәуір қиындата түседі. Жер қойнауын кең ауқымды игеру кезінде геологиялық ортаның геодинамикалық режимі өзгереді.
Мұндай жағдайда Жыланды тобы (Сарыоба, Қыпшақпай, Қарашошақ, Итауыз, Жартас) кен орындары орналасқан өңірдің қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін геодинамикалық полигон құрып және де онда геодезиялық және аэроғарыштық технологиялар негізінде кешенді мониторинг жүргізу өзекті мәселе болып саналады [1, 2].
Геодинамикалық процестерді зерттеуде геодезиялық тораптарды құрудың дәстүрлi әдiстерi әлі күнге дейін қолданыста, бiрақ негiзгi әдiстер ретiнде пайдаланылмайды. Соңғы жылдары геодезиялық өлшеулердің жаңа технологиялары мен олардың нәтижелерін өңдеудің қарқынды дамуы, геодезиялық тораптарды түбегейлі жаңа негізде құруға мүмкіндік береді. Бұл жағдайда пункт координаталарын анықтаудың ең тиімдісі — жаһандық радионавигациялық жерсеріктік жүйе (ЖРНЖЖ) технологиясын қолдану.
Сонымен қатар, геодезиялық торапты құру мен нақты мониторинг жұргізуде талап етілетінн бірқатар мәселелер туындайды және де ол арнайы зерттеулерді талап етеді. Қабылдағыштардың ең аз санымен талап етілетін дәлдікті қамтамасыз ету мақсатында спутниктерді бақылау кезінде сеанстар мен тәсілдердің параметрлерін анықтауды қоса алғанда, спутниктік анықтамалар технологиясы туралы мәселені шешу ғылыми-практикалық қызығушылық тудырады. Мұндағы ең басты мәселе -жазық тік бұрышты координаталардың проекциясын таңдау және де биіктік негізін құру болып табылады.
Сонымен қатар, геодезиялық негіз құрудың дәстүрлі тәсілі Гаусс-Крюгер проекциясында есептелетін жазық тік бұрышты координаталарды және қалыпты биіктіктерді пайдаланумен байланысты [3 -5]. Биіктікке келетін болсақ, оларды анықтау геометриялық нивелирлеумен орындалуы тиіс. Алайда пландық координаттарды анықтаудың және олармен жұмыс істеудің ең тиімдісі — топоцентрлік координаттар жүйесін қолдану деп білеміз. Бұл жердегі мәселе, талап етілетін дәлдікті қамтамасыз ете отырып, геодезиялық жұмыстарды жүргізудің, Гаусс-Крюгерден ерекше арнайы геодезиялық координаттар проекциясын пайдалану туралы болып отыр. Сонымен қатар, координаттарды Гаусс-Крюгер проекциясына ауыстыру мүмкіндігі бар, бұл топоцентрлік бетті салыстыруды, таңдауды және қолдануды негіздеуді қамтамасыз етеді.
Сызықтық бұрмалауларды азайтуды және практикалық пайдаланудағы қолайлылықты қамтамасыз ететін геодезиялық жұмыстарды орындаудың арнайы геодезиялық проекциялардың параметрлерін анықтаудың әдістемелерін әзірлеу мәселесі жайында қазір көптеген ғылыми жұмыстарда қаралған.
ЖРНЖЖ-технологиясын қолданудың дәстүрлі тәсілі геодезиялық торап пункттерінің координаталарын айқындаудан, координаталардың геоцентрлік жүйесіндегі өлшеу нәтижелерін теңестіруден, одан кейін — геодезиялық координаталарға (B, L) және бұдан әрі — тік бұрышты аймақтық координаттар жүйелеріне түрлендіруден тұрады. Геодезиялық өлшеулердің басты қағидаты — олардың бірлігін қамтамасыз ету. Алайда, геодезиялық торап пункттерінің дәлдігі осьтік меридианнан алшақтаған сайын UTM немесе Гаусс-Крюгер проекциясында айтарлықтай бұрмаланатыны белгілі. Бұдан басқа, жақын орнаасқан аймақтарда координаттарды анықтау өте көп еңбекті қажет етеді. Бұл мәселелер, көбінесе топоцентрлік координаттарды пайдаланудың ұсынылып отырған әдістемесінде, алынып тасталады.
Ұсынылатын тәсіл спутниктік анықтамаларды жергілікті топоцентрлік координаталар жүйесіне (Local topocentric coordinate system) түрлендіру болып табылады, онда теңдестіру тахеометриялық өлшемдер негізінде жүргізіледі. Айта кету керек, топоцентрлік координаттар немесе Жер массасының орталығына қарай қалыпты нүктесі бар геоцентрлік координаталардың жазықтық проекция туралы сөз болып отыр. Мұндай тәсіл қазіргі уақытта геодезиялық тораптарды жиілендіру маңызды мәселе болып отыр және бұл Орта Азияның бірқатар елдерде қолданылуда.
Жергілікті топоцентрлік тік бұрышты жазық жүйе, жер бетіндегі геоцентрлік жүйенің басталу нүктесінен -O 1 үдемелі тасымалдау арқылы алынады (1-сурет).
Сурет 1. Топоцентрлік координаттар жүйесі
Осылайша, біз геоцентрлік жүйенің тиісті осьтеріне параллель осьтері бар топоцентрлік жүйені (топоцентрлік беттегі тік бұрышты координаталардың жазық жүйесін, одан әрі мәтін бойынша топоцентрлік жүйе) аламыз. Демек, бұл — координаталардың топоцентрлік жүйесін координаталардың геоцентрлік жүйесіне түрлендірудің (проекциялаудың) нәтижесі болып табылады. Бұл ретте топоцентрлік жүйедегі ҒРНЖЖ өлшеу мәндері шамалы бұрмаланады, ал Oz осінің бағыты салмақты бағытқа өте жақын.
Осы координаттар жүйесінің негізінде топоцентрлік жүйені сол қолдың ережесі бойынша құрып жатырмыз. O 1 — координаттар жүйесінің басы. Oz осі зениттік бағыт О 1 арқылы өтіп қалыпқа сәйкес келеді. Ох осі осьтік меридиан бойынша бағытталған (солтүстікке қарай бағытталған). Оу осі Ox және Oz осьтеріне перпендикуляр орналасқан. Кейбір құжаттарда (x, y, z) орнына (N, E, U) белгілері қабылданған [51, 61, 60, 68, 106].
Геоцентрлік жүйеден жергілікті топоцентрлік жүйеге координаттарды түрлендіру былайша жүргізіледі [6–8]:
мұндағы (х у z) T — топоцентрлік жүйе координаталары; (X Y Z) T — геоцентрлік жүйе координаталары; (X 0 Y 0 Z 0 )T — референц торабы пунктінің геоцентрлік жүйедегі координаталары; B 0 , L 0 — референц торабы пунктінің геодезиялық жүйедегі координаталары; R — тұрлендіру (бұру) матрицасы.
(2) — формуладан х, у координаталарының геодезиялық биіктікке тәуелділігін байқаймыз. Бұл тәсіл Орталық Қазақстандағы Жыланды кен орындарында жүргізіліп жатқан ғылыми жұмыста жұзеге асырылды.
Үлкен алаңды алып жатқан кен орындарын игеру кезінде геодинамикалық және геомеханикалық процестерді зерделеу нивелирлеудің ұзаққа созылған желілерінің орнына геодезиялық және нивелирлік пункттердің жергілікті бақылау «бұталары» түрінде ГДП құрудың жаңа тәсілі ұсынылды. 6 тірек пункттен және 72 деформациялық нивелирлік реперден тұратын ГДП салынды.
Жұмыстарды орындауда «Маркшейдерлік іс және геодезия» кафедрасының жас ғалымдары Жыланды кен орындарындағы ғаламдық навигациялық спутниктік жүйе (ҒРНЖЖ) технологияларын қолдана отырып, геодинамикалық полигон пункттерінің координаттары мен биіктіктерін анықтау бойынша жұмыстар орындады. Далалық жұмыстарды жүргізу кезінде Leica GS16 екі GPS-қабылдағышы және бір GPS1200 қабылдағышы қолданылды (2-сурет). Спутниктік өлшемдер бойынша далалық жұмыстар аяқталғаннан кейін алынған деректерді камералдық жағдайда Rinex форматына ауыстырылды [9].
Сурет 2. GPS-қабылдағыштарымен өлшеулер жүргізу
Бастапқы деректерді камералдық пост-өңдеулер Javad GNSS фирмасының Giodis бағдарламасында жұргізілді. Нақты координаталар мен биіктіктерді алу үшін пост-өңдеуге әлемдік торап UTM пункттерінің деректері енгізілді. Өлшеу нәтижелерін әлемдік торапқа байланыстыру жоғары дәлдікті және анықталған координаталар мен биіктіктердің әлемдік EGM2008 және WGS84 координаталар жүйесімен үйлесуін қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, өңдеу алдында түпкілікті нәтижелердің дәлдігін арттыру үшін жобаға спутниктердің дәл эфемеридтері, ионосфералық карталар, тропосфера жай-күйінің карталары және далалық жұмыстарды орындау кезеңіндегі спутниктерден байланыс сағаттары сияқты деректер енгізілді (1-кесте).
Кесте 1
Спутниктік өлеулердің нәтижелерін өңдеу
Жыланды кен орындары геодинамикалық полигонында кешенді геодезиялық мониторинг жүргізілді, яғни 6 тұрақты мәжбүрлеп центрлеу пункттерінде (МЦП) GPS-технологиясымен. LeicaGS16 3.75G спутниктік қабылдағышы негізінде, статика режимінде 4 сессиялық бақылаулар жүргізілді, әр сессияның ұзақтығы 4–6 сағат аралығында ның кжәне олардың нәтижелері Giodis геодезиялық бағдарламалық пакетінің көмегімен өңделді.
Реперлердің биіктігі электрондық тахеометр ТS15 арқылы тригонометриялық нивелирлеу тәсілімен анықталды. Екі маусымдық спутниктік бақылау нәтижелеріне салыстырмалы талдау жасалынды(2-кесте).
Кесте 2
Статикалық әдіспен жүргізілген спутниктік өлшеулердің нәтижелері
Қорытынды. Жүргізілген GPS-өлшеулер негізінде Орталық Қазақстан кеніштерінің маркшейдерлік қызметтері, жоғары дәлдікпен анықталған тірек пункттерімен қамтамасыз етілді. Кешенді мониторингтеу (геодезиялық, аэроғарыштық) кезінде зерттеулер заманауи астаптармен (ҒРНЖЖ, лазерлік сканерлер мен электрондық тахеометрлер) жүргізілді. Ірі ауқымда жер қойнауын игеру кезінде геомеханикалық және геодинамикалық процестерді зерделеу нәтижелері олардың барынша қауіпсіздігі мен экономикалық тиімділігін қамтамасыз ету үшін тау-кен жұмыстарын стратегиялық және жедел басқаруды жүзеге асыруға мүмкіндік береді, бұл инновациялар негізінде тұрақты экономикалық өсу тұжырымдамасының басым міндеттеріне толық сәйкес келеді.
Зерттеу ҚР Ғылым және Жоғары білім министрлігінің қаржылық қолдауымен орындалды (Грант № AP14871694828)
Әдебиет:
- Nurpeisova M. B., Bitimbayev M.Zh., Rysbekov К. В.,Shults R. Geodetic substantiation of the Saryarka copper ore region/ / News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan-Series of Geology and Technical Sciences. 2020. Vol.6. P.194–202.
- Нурпеисова М. Б., Милетенко Н. А., Абен А. М. Создание геодинамического полигона «Сарыоба» // Москва: Маркшейдерия и недропользование, № 1, 2022. — С19–23.
- Кравчук, И. М. Особенности вычисления нормальных высот по результатам спутниковых измерений / И. М. Кравчук // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. — 2010. — № 4. — С. 35–40.
- Мустафин, М. Г. Методика определения нормальных высот по данным спутниковых определений с учѐтом уклонений отвесной линии / М. Г. Мустафин, Тхань Шон Чан // Геодезия и картография. — 2018. — Т. 79. — № 7. — С. 2–10.
- Юнес, Ж. А. Создание опорной маркшейдерской сети c использованием технологии спутникового позиционирования / Ж. А. Юнес, М. Г. Мустафин, В. Д. Морозова // Маркшейдерский вестник. — 2017. — № 2. — С. 25–28.
- Антонович, К. М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии (том 2) / К. М. Антонович. –: М.: Картгеоцентр; Новосибирск: Наука. — 2006. — 360 с.
- Баландин, В. Н. Преобразование координат из одной системы в другую / В. Н. Баландин, И. В. Меньшиков, Ю. Г. Фирсов. –: СПб.: Сборка. — 2016. — 90 с.
- Медведев, П. А. Анализ преобразований пространственных координат точек земной поверхности / П. А. Медведев // Геодезия и картографи. — 2014. — № 4. — С. 2–8.
- Нурпеисова М. Б., Кыргизбаева Г. М., Милетенко Н. А., Абенов А. М. Геодезический мониторинг деформационных процессов при освоении недр // Труды межд.науч.конф., посвященной к 115 летию академика А. Ж. Машанова «Инновационные технологии в геопространственной цифровой инженерии»18–19 марта 2022 г. -Алматы: КазНИТУ, 2022.-С.433–438.
- Нурпеисова М. Б., Кыргизбаева Г. М. Мониторинг медленных движений земной коры в Центральном Казахстане// Междун.научно-техн.конферен «Риски, вызовы и проблемы XXI века в цифровой трансформации рационального и безопасного недропользования.–Ташкент, ТашГТУ, 2022. –С.45–50.
[1] Исследование выполнено за счет гранта Комитета науки МНВО Республики Казахстан (проект АР14871828).
