resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)resar-573Research ArticleНауки о Земле. Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведениеEarth sciences. Engineering geology, permafrost and soil scienceМетодика георадиолокационной оценки влажности дисперсных горных породMethod of GPR Evaluation of the Humidity of Dispersed RocksФедороваЛариса ЛукиничнаFedorovaLarisa Lukinichna

ФЕДОРОВА Лариса Лукинична – к.т.н., в.н.с

Lar-fed-90@rambler.ruКуляндинГаврил АлександровичKulyandinGavril Aleksandrovich

КУЛЯНДИН Гаврил Александрович – м.н.с.

Lar-fed-90@rambler.ruИнститут горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАНРоссияChersky Mining Institute of the North SB RASRussian Federation2017181220242247676Copyright © Федорова Л.Л., Куляндин Г.А., 20242024Федорова Л.Л., Куляндин Г.А.Fedorova L.L., Kulyandin G.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/573

Рассмотрены возможности оценки влажности горных пород на основе данных гео- радиолокации. Предложена методика оценки влажности дисперсных горных пород по эмпирической формуле, основанной на определении относительного изменения времени задержки (Nt) георадиоло- кационных сигналов, отраженных от границ раздела сред в мерзлом (tM, нс) и талом (tT, нс) состоя- нии. Ее апробация выполнена в натурных условиях на двух объектах Центральной Якутии. Данные георадиолокации рассмотрены в пределах деятельного слоя в период полного промерзания и оттайки горных пород. На первом участке апробации значения данных выбраны с отрезка профиля в окрест- ности скважины контрольного бурения. По трем соседним точкам зондирований рассчитано сред- нее значение времени задержки сигнала от опорной границы на глубине 1,7 м. Оценено относитель- ное изменение времени задержки сигналов Nt. Рассчитана средняя весовая влажность по предложен- ной формуле. В соответствии с методикой также определено распределение влажности вдоль гео- радиолокационного профиля на втором участке апробации. Применение предложенной методики позволит дистанционно оценить влажность дисперсных горных пород и ее изменения под воздей- ствием различных природно-климатических и техногенных факторов в пределах деятельного слоя горного массива криолитозоны.

Potential of GPR data for evaluation of rocks humidity is considered. A method for evaluation of humidity of dispersed rocks by an empirical formula is proposed, which is based on determination of a rela- tive change in the delay time (Nt) of GPR signals reflected from interfaces of media in frozen (tM, ns) and thawed (tT, ns) condition. The method was tested in field conditions at two sites in Central Yakutia. The GPR data are considered within an active layer, in a period of complete freezing and defrosting of the rocks. In the first site of testing the data values were taken from a part of a profile in the vicinity of the borehole test drill- ing. The average time delay of a GPR signal from the reference boundary at the depth of 1.7 m was calculat- ed by three neighboring points of sounding. The relative change of the delay time of the signals Nt is evaluat- ed. The average humidity content is calculated by the proposed formula. In accordance with the method the humidity distribution along the GPR profile in the second site of testing is also determined. Application of the method will allow to evaluate humidity of dispersed rocks remotely and its changes under the influence of various climatic and anthropogenic factors within the active layer of the permafrost zone rock mass.

георадиолокациягорные породыкриолитозонаопределение влажностиGPRrockspermafrosthumidity evaluationReferencesПути повышения эффективности и эколо- гической безопасности открытой добычи твер- дых полезных ископаемых / [В.И Ческидов и др.]; отв. ред. В.Н. Опарин; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т горного дела и [др.]. Новоси- бирск: Изд-во СО РАН, 2010. 254 с.Пути повышения эффективности и эколо- гической безопасности открытой добычи твер- дых полезных ископаемых / [В.И Ческидов и др.]; отв. ред. В.Н. Опарин; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т горного дела и [др.]. Новоси- бирск: Изд-во СО РАН, 2010. 254 с.Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино: ОН- ТИ ПНЦ РАН, 2005. 607 с.Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино: ОН- ТИ ПНЦ РАН, 2005. 607 с.Федоров В.Н., Федорова Л.Л. Электроди- намическое моделирование структурных осо- бенностей массива горных пород россыпных месторождений при георадиолокации // Изв. вузов. Физика. 2015. Т. 58, № 8/2. С. 48–51.Федоров В.Н., Федорова Л.Л. Электроди- намическое моделирование структурных осо- бенностей массива горных пород россыпных месторождений при георадиолокации // Изв. вузов. Физика. 2015. Т. 58, № 8/2. С. 48–51.Федорова Л.Л., Федоров М.П., Стручков А.С., Саввин Д.В. Основы информационно- программного обеспечения георадиолокацион- ных исследований состояния грунтов автодорог криолитозоны в режиме мониторинга // Горн. информ.-аналит. бюл. 2015. № 7. Спец. вып. 30: Геомеханические и геотехнологические про- блемы освоения недр. С. 325–332.Федорова Л.Л., Федоров М.П., Стручков А.С., Саввин Д.В. Основы информационно- программного обеспечения георадиолокацион- ных исследований состояния грунтов автодорог криолитозоны в режиме мониторинга // Горн. информ.-аналит. бюл. 2015. № 7. Спец. вып. 30: Геомеханические и геотехнологические про- блемы освоения недр. С. 325–332.Федорова Л.Л., Федоров М.П., Стручков А.С., Саввин Д.В. Программно-методическое обеспечение георадиолокационного мониторин- га криогенных процессов в подповерхностных грунтах // Горн. информ.-аналит. бюл. 2016.Федорова Л.Л., Федоров М.П., Стручков А.С., Саввин Д.В. Программно-методическое обеспечение георадиолокационного мониторин- га криогенных процессов в подповерхностных грунтах // Горн. информ.-аналит. бюл. 2016.№ 8. Спец. вып. 21: Проблемы комплексного освоения георесурсов. С. 154–163.№ 8. Спец. вып. 21: Проблемы комплексного освоения георесурсов. С. 154–163.Fedorova L. L., Savvin D. V., Fedorov M. P., Struchkov A. S. GPR Monitoring of Cryogenic Pro- cesses in Subgrade Soils // GPR 2016: 16th Interna- tional Conference of Ground Penetrating Radar in The Hong Kong Polytechnic University on 13–16 June 2016. Hong Kong, 2016. http://ieeexplore.ieee.org/ document/7572624/ (accessed: 18.01.2017 г.).Fedorova L. L., Savvin D. V., Fedorov M. P., Struchkov A. S. GPR Monitoring of Cryogenic Pro- cesses in Subgrade Soils // GPR 2016: 16th Interna- tional Conference of Ground Penetrating Radar in The Hong Kong Polytechnic University on 13–16 June 2016. Hong Kong, 2016. http://ieeexplore.ieee.org/ document/7572624/ (accessed: 18.01.2017 г.).Lunt I.A., Hubbard S.S. and Rubin Y. Soil moisture content estimation using ground penetrat- ing radar reflection data // Journal of Hydrology. 2005. V. 307, Issues 1–4. P. 254–269. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2004.10.014.Lunt I.A., Hubbard S.S. and Rubin Y. Soil moisture content estimation using ground penetrat- ing radar reflection data // Journal of Hydrology. 2005. V. 307, Issues 1–4. P. 254–269. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2004.10.014.Laurens S., Balayssac J.P., Rhazi J., Klysz G. and Arliguie G. Non-destructive evaluation of con- crete moisture by GPR: Experimental study and direct modeling // Materials and Structures. 2005. V. 38, no. 283, P. 827–832.Laurens S., Balayssac J.P., Rhazi J., Klysz G. and Arliguie G. Non-destructive evaluation of con- crete moisture by GPR: Experimental study and direct modeling // Materials and Structures. 2005. V. 38, no. 283, P. 827–832.Lambot S., Antoine M., van den Bosch I., Slob E.C. and Vanclooster M. Electromagnetic in- version of GPR signals and subsequent hydrody- namic inversion to estimate effective vadose zone hydraulic properties // Vadose Zone Journal. 2004. V. 3, no. 4. P. 1072–1081. DOI:10.2136/vzj2004.1072.Lambot S., Antoine M., van den Bosch I., Slob E.C. and Vanclooster M. Electromagnetic in- version of GPR signals and subsequent hydrody- namic inversion to estimate effective vadose zone hydraulic properties // Vadose Zone Journal. 2004. V. 3, no. 4. P. 1072–1081. DOI:10.2136/vzj2004.1072.Lambot S., Rhebergen J., van den Bosch I., Slob E.C. and Vanclooster M. Measuring the soil water content profile of a sandy soil with an off- ground monostatic ground penetrating radar // Va- dose Zone Journal. 2004. V. 3, no. 4. P. 1063–1071.Lambot S., Rhebergen J., van den Bosch I., Slob E.C. and Vanclooster M. Measuring the soil water content profile of a sandy soil with an off- ground monostatic ground penetrating radar // Va- dose Zone Journal. 2004. V. 3, no. 4. P. 1063–1071.Loeffler O. and Bano M. Ground penetrating radar measurements in a controlled vadose zone: Influence of the water content // Vadose Zone Jour- nal. 2004. V. 3, no. 4. P. 1082–1092.Loeffler O. and Bano M. Ground penetrating radar measurements in a controlled vadose zone: Influence of the water content // Vadose Zone Jour- nal. 2004. V. 3, no. 4. P. 1082–1092.Владов М.Л., Старовойтов А.В. Введение в георадиолокацию. М.: Изд-во МГУ, 2004. 153 с.Владов М.Л., Старовойтов А.В. Введение в георадиолокацию. М.: Изд-во МГУ, 2004. 153 с.Huisman J., Sperl C., Bouten W. and Ver- straten J. Soil water content measurements at dif- ferent scales: Accuracy of time domain reflectome- try and ground penetrating radar // Journal of Hy- drology. 2001. No. 245, Issues 1–4. P. 48–58.Huisman J., Sperl C., Bouten W. and Ver- straten J. Soil water content measurements at dif- ferent scales: Accuracy of time domain reflectome- try and ground penetrating radar // Journal of Hy- drology. 2001. No. 245, Issues 1–4. P. 48–58.Topp G.C., Davis J.L. and Annan A.P. Elec- tromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines // Wa- ter Resour. Res. 1980. No. 16. P. 574–582.Topp G.C., Davis J.L. and Annan A.P. Elec- tromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines // Wa- ter Resour. Res. 1980. No. 16. P. 574–582.Ledieu J., P. De Ridder, P. De Clerck and Dautrebande S. A method of measuring soil mois- ture by time domain reflectometry // J. Hydrol. (Amsterdam). 1986. No. 88, Issues 3–4. P. 319–328.Ledieu J., P. De Ridder, P. De Clerck and Dautrebande S. A method of measuring soil mois- ture by time domain reflectometry // J. Hydrol. (Amsterdam). 1986. No. 88, Issues 3–4. P. 319–328.Herkelrath W.N., Hamburg S.P. and Murphy F. Automatic, real-time monitoring of soil moisture in a remote field area with time domain reflectome- try // Water Resour. Res. 1991. No. 27, P. 857–864.Herkelrath W.N., Hamburg S.P. and Murphy F. Automatic, real-time monitoring of soil moisture in a remote field area with time domain reflectome- try // Water Resour. Res. 1991. No. 27, P. 857–864.Нерадовский Л.Г. Опыт применения гео- радиолокации на Северо-Востоке Якутии // Ин- женерные изыскания. 2013. №2. С. 26–37.Нерадовский Л.Г. Опыт применения гео- радиолокации на Северо-Востоке Якутии // Ин- женерные изыскания. 2013. №2. С. 26–37.Омельяненко А.В., Федорова Л.Л. Геора- диолокационные исследования многолетне- мерзлых пород. Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2006. С. 26–41.Омельяненко А.В., Федорова Л.Л. Геора- диолокационные исследования многолетне- мерзлых пород. Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2006. С. 26–41.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.