, ЛАБОРАТОРИЯ СПУТНИКОВОЙ ГЕОДЕЗИИ И ДЕФОРМОМЕТРИИ Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН, Москва Заведующий лаборатории Галаганов Олег Николаевич, - презентация

1 , ЛАБОРАТОРИЯ СПУТНИКОВОЙ ГЕОДЕЗИИ И ДЕФОРМОМЕТРИИ Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН, Москва Заведующий лаборатории Галаганов Олег Николаевич,

2 Организация лаборатория Организация лаборатория состоялась по инициативе Страхова В.Н. в апреле 1998 г. Коллектив был сформирован из сотрудников нескольких подразделений института на основе Лаборатории деформационных исследований (зав. лаб. Галаганов О.Н.) для внедрения высокоточных спутниковых геодезических технологий для изучения современных движений и деформаций земной коры. Метод спутниковых геодезических технологий стал внедряться в ИФЗ РАН для изучения современных движений и деформаций земной коры отдельных регионов территории России, эпицентральных зон сильных землетрясений или мест их предполагаемой подготовки, районов расположения ответственных крупных инженерных объектов, начиная с 1991 г. Финансовое обеспечение: бюджет, государственный программы хоздоговора. Состав лаборатории включает на 2005 г. 16 сотрудников, в том числе ответственными исполнителями являются: Галаганов Олег Николаевич, к.ф.- м.н., заведующий лаборатории, Прилепин Михаил Тихонович, д. ф.- м.н., главный научный сотрудник, геодезист, Гусева Тамара Вениаминовна, к.т.н., ведущий научный сотрудник, геодезист, Молчанов Александр Евгеньевич, к.ф.- м.н., ведущий научный сотрудник, математик, Передерин Виктор Петрович, старший научный сотрудник, геофизик, Розенберг Наталья Климентьевна, старший научный сотрудник, геодезист,

3 Научное направление и решаемые проблемы Научное направление: Деформирование и разрушение земной коры под действием природных и антропогенных факторов. Проблемы решаемые : Использование спутниковых технологий для решения геодинамических и геоэкологических задач и моделирование аномальных деформационных процессов. Инструментальное и модельное изучение движений глобальных тектонических плит и внутриплитовых деформаций. Сравнительная оценка скоростей плит, определенных по геодезическим и палеомагнитным данным. GPS изучение деформационных предвестников и постсейсмических деформаций. Изучение долговременной стабильности Земной системы координат. Инструментальное и модельное изучение движений глобальных тектонических плит и внутриплитовых деформаций. Сравнительная оценка скоростей плит, определенных по геодезическим и палеомагнитным данным. GPS изучение деформационных предвестников и постсейсмических деформаций. Изучение долговременной стабильности Земной системы координат.

4 Методы исследований: высокоточные спутниковые и традиционные геодезические измерения, математическая обработка, анализ и теоретическое моделирование Основные виды работ: 1. Экспериментальные наблюдения геодезических параметров с помощью использования современных спутниковых технологий (GPS и ГЛОНАСС) и традиционных геодезических методов для решения геодинамических и геоэкологических задач, в разных регионах страны и за рубежом. 2. Математическую обработку и интерпретацию данных измерений с применением современных вычислительных программ, анализ полученных результатов. 3. Теоретическое моделирование разрушения массива геологической среды, сопровождаемое процессами деформирования и сейсмического излучения. 4. Оформление картографических материалов. Основные регионы исследований нашей лаборатории спутниковой геодезии и деформометрии : Северный Кавказ, в том числе Дагестан, Прибалтийско- Ладожский регион, Республика Карелия, Кольский полуостров, Русская платформа, Москва и Московская область. Объекты детальных исследований: районы Нововоронежской, Калининской АЭС и Загорской ГАЭС, места аномальных явлений на территории Москвы, район Чиркейского гидроузла в Дагестане, полигон захоронения отходов химического производства в недра земли и некоторые другие. Аппаратура и оборудование: высокоточные двухчастотные приемники GPS, светодальномер СП-2, нивелиры, оргтехника, автомашина

5 Научные контакты и международные связи Научные контакты: Федеральное агенство геодезии и картографии, Центральный научно-исследовательский институт геодезии и картографии, Главная астрономическая лаборатория РАН, Горный институт КНЦ, Московский государственный университет геодезии и картографии, Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН, Институт нелинейных геофизических процессов РАЕН, Атомэнергопроект и др. Международные связи: Массачусетский Технологический Институт (Р.Рейлингер). GPS изучение Кавказа. Национальный Географический Институт Франции (Ж.Ноквит). Изучение геодинамики Средиземноморья и его флангов (Пиренеи-Кавказ). Ереванский Политехнический Институт (Р.А.Мовсесян). Изучение деформационных предвестников землетрясений. Генеральная организация дистанционного зондирования Сирии, (General Organization of Remote Sensing of Syria, GORS), Дамаск.

6 Важнейшие публикации: Шевченко В.И., Гусева Т.В., Лукк А.А., Мишин А.В., Прилепин М.Т., Рейлинджер Р.Э., Хамбургер М.У., Шемпелев А.Г., Юнга С.Л. Современная геодинамика Кавказа (по результатам GPS измерений и сейсмологическим данным). Физика Земли С Baranova S., Guseva T., Kurakhmayev A., Rosenberg N. Current movements in the region of Chirkey hydroelectric Station. Ninth Intenational Symposium on Crustal Movements. November 14-19, Proceeding. Vol. II. Cairo-Egipet PP Гусева Т. В., Галаганов О. Н., Мишин А. В., Омельченко Н.С., Урдуханов Р. И. Геодинамический контроль района захоронения жидких отходов в недра Земли // V международная конференция «Новые идеи в науках о Земле» Тезисы докладов. 3 том. М С. 90 O. N. Galaganov, T. V. Guseva, A. V. Mishin, V. I. Bogdanov. Some results of geodynamic researche on eastern frame of the Baltic shield. IAG International Symposium on Recent Crustal Movements. Helsinki, Finland, August 27-31, 2001.Abstracts. Edited by Markku Poutanen. Kirkkonummi Pp Галаганов О.Н., Гусева Т.В., Мишин АВ, Передерин В.П. Использование спутниковых технологий для решения геодинамических и геоэкологических задач // Международная газета «Наука и технология в России». М. 4-5 (62-63), 2003 г. С Галаганов О.Н., Гусева Т.В., Мишин А.В., Передерин В.П. Исследование деформационных процессов земной коры с использованием спутниковых технологий// Исследования в области геофизики. К 75-летию ОИФЗ им. О.Ю.Шмидта. М.:ОИФЗ РАН С Молчанов А.Е. Деформационные характеристики зон сдвиговых разломов // Физика Земли. 2000, 11, с Молчанов А.Е. Процессы активизации заглубленных тектонических разломов // Физика Земли С Прилепин М.Т. Концепция использования глобальных спутниковых систем для прогноза землетрясений // Вестник ОГГГГН Рос. АН (3). Prilepin М.Т., Sidorov V.A., R.Reilinger, S.McClusky. Instrumental study of the Caucasus mountains vertical deformation. Proceedings of the Tenth General Assembly of the Wegener Project, San Fernando, Spain. Boletin Real Observatorio de la Armada # 3, McClusky...M.Prilepin et.al. Global Positioning System constraints on plate kinematics and dynamics in the eastern Mediterranean and Caucasus, Jornal of Geophysical research, vol. 105 # B3, March Prilepin M.T. Movements of lithospheric plates: models and reality. // Proceedings of Scientific Assambly Int. Association of Geodesy. Budapest, Прилепин М.Т., Мишин А.В., Кабан М.К. и Баранова С.М. GPS – изучение геодинамики Балтийского щита.// Физика Земли. 9, 2002, с Прилепин М.Т. Геодезическая и палеомагнитная модели движения глобальных тектонических плит. Очерки геофизических исследований: к 75-летию Объединенного Института физики Земли им. О.Ю.Шмидта, -М.,2003, с

7 Апатиты, Хибины, Имандра Волжский, полигон захоронения отходов Дагестан, Чиркейский гидроузел Карелия, о.Валаам Калининская АЭС Пулково, Кронштадт. Шепелево НВАЭС Ставрополький, Краснодарский края Районы детальных работ Москва

8 Основой применения GPS для изучения глобальных и региональных деформационных процессов является Международная геодинамическая сеть (IGS) базовых пунктов с постоянной регистрацией спутниковых сигналов, которые передаются в центры сбора, анализа и обработки данных. Основой применения GPS для изучения глобальных и региональных деформационных процессов является Международная геодинамическая сеть (IGS) базовых пунктов с постоянной регистрацией спутниковых сигналов, которые передаются в центры сбора, анализа и обработки данных. На территории России таких пунктов 16., определенных с разными началами отсчета координатных системах: в ITRF2000 и в местных системах координат. При интерпретации движений, получаемых с помощью спутниковых современных технологий важно всегда учитывать в какой системе координат идет обработка и представление данных. На след. рисунках представлены скорости горизонтальных движений пунктов по данным измерений лаборатории, определенных с разными началами отсчета координатных системах: в ITRF2000 и в местных системах координат.

9 Северный Кавказ. Вектора скоростей горизонтальных движений по данным GPS измерений гг. в ITRF2000 Важнейшие публикации:

10 Вектора скоростей горизонтальных движений относительно п.Потсдам За период гг.

11 Пункт V s ±σs A°мм/год PULK 23.0± KRON 21.8± SHE2 22.1± SHEP 16.4± С.-Петербургский регион. Вектора скоростей горизонтальных движений по данным GPS измерений гг. в ITRF2000. Гидрометереологическая обсерватория Шепелево

12 ПунктV s ±σsA° мм/год BOTS23.8± GIRS23.5± VALM26.8± MELO25.3± IMAN24.0± Вектора скоростей горизонтальных движений по данным GPS измерений гг. в ITRF2000. Черные стрелки по данным лаб. 606

13 Современные движения земной поверхности сложны, много причинны, индивидуальны для каждого региона. Они должны являются непременным объектом интенсивных исследований в пунктах эксплуатации и строительства атомных электростанций. Потенциально опасными для комплекса сооружений АЭС являются разрывные нарушения, карстовые явления, оползни в приповерхностных частях земной коры, где возможно наиболее активное проявление тектонических, экзогенных и техногенных движений. Требования МАГАТЭ предусматривают организацию регулярного контроля над деформационным и сейсмотектоническим режимом территорий в радиусе до 200 км от АЭС и более детально в радиусе до 5-7 км от АЭС. В период эксплуатации предельный допустимый крен оснований зданий и сооружений не должен превышать за 30 лет или в год, т. е. градиент изменения превышения и его среднегодовая скорость не должны выходить за границы таких пределов. Жестких требований к значениям горизонтальных перемещений и деформаций в руководящих документах нет. Нововоронежская АЭС располагается на стыке Среднерусской возвышенности и Тамбовской низменности. Здесь трассируются два разлома: один приурочен к реке Дон, другой несколько восточнее. По карте СВДЗК 1986 г. для района расположения АЭС характерны Нисходящие движения со скоростью около 1 мм за год.

14 Регулярное детальное изучение вертикальных движений земной коры участка ответственных эксплуатируемых сооружений производится с 1985 г. Часть реперов вдоль правого берега Дона испытывали нисходящие перемещения, накопление которых за 16 лет составляет 1-2 см. Активные вертикальные движение характерны для северо-восточного угла пром. зоны. Здесь накопление нисходящих движений составляет 3 см. Остальная часть участка достаточно стабильна. При организации сети GPS измерений в качестве пунктов выбраны репера нивелирной сети. С 1995 г. выполнено уже несколько эпох GPS измерений На следующих рисунках представлены в ITRF и в местной системе. В ITRF2000 среднегодовая скорость горизонтального перемещения составляет 22 мм за год по азимуту около 70. Скорости вертикальных движений пунктов GPS по данным нивелировок не более 0.3 мм за год. Комплекс геодезических методов показывает что в пределах территорий, которые считаются достаточно монолитными структурами (со средними скоростями ±1 мм за год) имеются участки более динамичны во времени. Движения на этих участках носят знакопеременный характер и скорости в отдельные периоды на порядок больше осредненных за многолетний интервал.

15 Геополигон Нововоронежской АЭС. Средние скорости вертикальных движений в изолиниях через 0,1 мм/год за гг. по данным нивелирования и вектора скоростей локальных горизонтальных движений за гг. по данным GPS относительно исходных пунктов, обозначенных треугольниками. Масштаб векторов в левом нижнем углу. 10 мм/год

16 ИССЛЕДОВАНИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ С ПРИМЕНЕНИЕМ GPS ИЗМЕРЕНИЙ В последнее время на территории городов происходит ускоренное строительство крупных инженерных объектов без детального геолого- инженерного обоснования при проектировании, кроме того, практически отсутствует регулярный контроль над деформированием вмещающей геологической среды, сооружаемых, а также давно эксплуатируемых, объектов. Это зачастую приводит к чрезвычайным ситуациям с тяжелыми социальными и экономическими последствиями. В районе Коломенского парка г. Москвы на береговом склоне реки стали разрушаться трубы одного из коллекторов очистных сооружений. Часть коллектора проходила под обрывом (с наклоном более 40°) по склону (с наклоном 12°). Там и наблюдалось аварийное деформирование и разрыв труб. Тогда было принято решение провести деформационный мониторинг приповерхностных слоев земной коры территории 500х700 м, включающий аварийный участок, с помощью GPS измерений. На сети из 15 пунктов с декабря 2003 г. по июнь 2004 г. было выполнено 5 циклов.

17 Расположение пунктов наблюдений (кружки с номерами) и профиль коллектора (штриховые линии)

18 Профиль участка работ и вектора смещений за шесть месяцев 5 см

19 Результаты уже первых циклов повторных измерений показали, что пункты, расположенные на обрыве и склоне участка прохождения коллектора и западнее испытывают аномальные горизонтальные смещения в северном и северо-восточном направлении. Аномальные тенденции смещений сохранялась и в последующих циклах измерений. Горизонтальное смещение пунктов на склоне за полгода составляет в среднем 45 мм в северо-восточном направлении. Пункты, расположенные на крае обрыва или на его крутом склоне перемещаются в северном направлении. Исходя из полученных результатов, можно заключить, что исследуемая территория (начиная с обрыва) претерпевает оползневые перемещения в северо-восточном направлении со скоростью до 10 см/год, причем полосе участка, примыкающей к обрыву, свойственны смещения в северном направлении, что создает дополнительные сдвиговые напряжения. Наблюдения за деформациями продолжаются