resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)resar-717Research ArticleНауки о ЗемлеEarth sciencesИсследование изменения параметров георадиолокационных сигналов в процессе оттайки мерзлых дисперсных горных пород различной влажностиInvestigation of GPR Signals Parameters Changes during Defrosting Process of Frozen Dispersed Rocks of Different HumidityФедороваЛариса ЛукиничнаFedorovaLarisa Lukinichna

ФЕДОРОВА Лариса Лукинична – к.т.н., зав. лаб., Lar-fed–90@rambler.ru;

Lar-fed-90@rambler.ruСаввинДенис ВалерьевичSavvinDenis Valerievich

САВВИН Денис Валерьевич – к.т.н., н.с., deophysic@mail.ru; 

deophysic@mail.ruСоколовКирилл ОлеговичSokolovKirill Olegovich

СОКОЛОВ Кирилл Олегович – к.т.н., н.с., k.sokolov@ro.ru;

k.sokolov@ro.ruКуляндинГаврил АлександровичKulyandinGavril Aleksandrovich

КУЛЯНДИН Гаврил Алек- сандрович – м.н.с., kgavrilu@yandex.ru.

kgavrilu@yandex.ruИнститут горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАНРоссияChersky Institute of Mining of the North SB RASRussian Federation2016050320252134246Copyright © Федорова Л.Л., Саввин Д.В., Соколов К.О., Куляндин Г.А., 20252025Федорова Л.Л., Саввин Д.В., Соколов К.О., Куляндин Г.А.Fedorova L.L., Savvin D.V., Sokolov K.O., Kulyandin G.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/717

Представлены результаты лабораторных зондирований георадаром «ОКО-2» с центральной частотой 1200 МГц образцов дисперсных горных пород различной влажности, замороженных в холодильной камере, с последующей оттайкой при температуре 22°С. Рассчитаны скорости распространения георадиолокационных сигналов в образцах при влажности от 3 до 22% и изменении температуры от –15ºС до 15ºС. В результате исследований установлено, что существенное различие скоростей распространения георадиолокационных сигналов при отрицательных и положительных температурах в двух типах песков четвертичных отложений наблюдается при влажности более 7%. Также описаны амплитудные значения георадиолокационных сигналов и их частотный состав в зависимости от температуры и влажности исследуемых образцов. Полученные результаты будут способствовать созданию автоматизированной системы контроля динамики влажности пород на горных объектах с последующим отображением данных в геоинформационной системе, применение которой перспективно для мониторинга физико-механических свойств горных пород бортов карьеров, кровли подземных горных выработок и грунтов оснований инженерных сооружений.

Laboratory studies are conducted on dispersed rock samples of different moisture content frozen in a refrigerating chamber, with the subsequent defrosting at temperature 22°С. According to the results of sensing by GPR OKO-2 with a center frequency of 1200 MHz delay time, amplitudes and spectral characteristic of the signals at varying moisture (from 3 to 20%) and temperature (from -15 to 15 °C) of rocks were determined. The results of the research showed a significant difference between the velocity of GPR signals at negative and positive temperatures for two types of sands of Quaternary deposits with a moisture content more than 7%. GPR amplitude values of signals and their frequency composition are described, depending on the temperature and humidity of the samples. The obtained results will serve as a basis for creation of automated system for determining the variation of the moisture in the rocks and display the data through geographic information system, which will greatly facilitate the control of moisture content of rocks in the mining industry. Application of the developed system is promising for monitoring of rock properties of pit walls and roofs of mine openings and soil foundations of engineering structures.

георадиолокациядисперсные горные породыоттайкавлажностьтемпературадиэлектрическая проницаемостьгорные объектыкриолитозонаground penetrating radardispersed rocksdefrosthumiditytemperaturedielectric permittivi- tymining facilitiespermafrostReferencesОмельяненко А.В. Георадиолокационные ис- следования многолетнемерзлых пород: моно- графия / А.В. Омельяненко, Л.Л. Федорова. – Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2006. – 136 с.Омельяненко А.В. Георадиолокационные ис- следования многолетнемерзлых пород: моно- графия / А.В. Омельяненко, Л.Л. Федорова. – Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2006. – 136 с.Владов М.Л. Георадиолокационные иссле- дования верхней части разреза / М.Л. Владов, А.В. Старовойтов. – М.: Изд-во МГУ, 2002. – С. 90.Владов М.Л. Георадиолокационные иссле- дования верхней части разреза / М.Л. Владов, А.В. Старовойтов. – М.: Изд-во МГУ, 2002. – С. 90.Нерадовский Л.Г. Температурная зависи- мость сигналов георадиолокации в освоенных районах криолитозоны Якутии / Л.Г. Нерадовский. – Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2011. – 166 c.Нерадовский Л.Г. Температурная зависи- мость сигналов георадиолокации в освоенных районах криолитозоны Якутии / Л.Г. Нерадовский. – Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2011. – 166 c.Гринев А.Ю. Вопросы подповерхностной георадиолокации: монография / А. Ю. Гринев. – М.: Радиотехника, 2005. – 416 с.Гринев А.Ю. Вопросы подповерхностной георадиолокации: монография / А. Ю. Гринев. – М.: Радиотехника, 2005. – 416 с.Harry M.J. Ground penetrating radar: theory and applications / M.J. Harry. – Elsevier. – 2009. – 524 c.Harry M.J. Ground penetrating radar: theory and applications / M.J. Harry. – Elsevier. – 2009. – 524 c.Ермаков А.П. Применение метода геора- диолокации при инженерно-геологических ис- следованиях для оценки геокриологической обстановки /А.П. Ермаков, А.В. Старовойтов // Вестник МГУ. Cер. 4: Геология. – 2010. – № 6. – С. 91–96.Ермаков А.П. Применение метода геора- диолокации при инженерно-геологических ис- следованиях для оценки геокриологической обстановки /А.П. Ермаков, А.В. Старовойтов // Вестник МГУ. Cер. 4: Геология. – 2010. – № 6. – С. 91–96.Fedorova L.L. Analysis of variance amplitu- des of signals for detecting structural permafrost heterogeneities by ground penetrating radar / L.L. Fedorova, K.O. Sokolov, D.V. Savvin, G. A. Ku- lyandin // GPR–2014: Proceedings of 15th Inter- national Conference on Ground Penetrating Radar, Brussels, Belgium, June 30–July 4, 2014. – P. 305–Fedorova L.L. Analysis of variance amplitu- des of signals for detecting structural permafrost heterogeneities by ground penetrating radar / L.L. Fedorova, K.O. Sokolov, D.V. Savvin, G. A. Ku- lyandin // GPR–2014: Proceedings of 15th Inter- national Conference on Ground Penetrating Radar, Brussels, Belgium, June 30–July 4, 2014. – P. 305–Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов / А.Д. Фролов. – Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2005. – 607 с.Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов / А.Д. Фролов. – Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2005. – 607 с.Якупов В.С. Исследование мерзлых толщ методами геофизики: монография / В.С. Якупов. – Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН, 2000. – 336 с.Якупов В.С. Исследование мерзлых толщ методами геофизики: монография / В.С. Якупов. – Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН, 2000. – 336 с.Neradovskii L.G. Calculation of the tempe- rature of frozen ground on the basis of mathe- matical models of the temperature dependence of ground penetrating radar signals / L.G. Neradov- skii. – Measurement Techniques, 2011. – V.54, issue 8. – P. 931–938.Neradovskii L.G. Calculation of the tempe- rature of frozen ground on the basis of mathe- matical models of the temperature dependence of ground penetrating radar signals / L.G. Neradov- skii. – Measurement Techniques, 2011. – V.54, issue 8. – P. 931–938.Greaves R.J. Velocity variations and water content estimated from multi-of set, ground-pene- trating radar / R.J. Greaves, D.P. Lesmes, J.M. Lee. –Geophysics, 1996. – V.61. – P. 683–695.Greaves R.J. Velocity variations and water content estimated from multi-of set, ground-pene- trating radar / R.J. Greaves, D.P. Lesmes, J.M. Lee. –Geophysics, 1996. – V.61. – P. 683–695.Боярский Д.А. Влияние связанной воды на диэлектрическую проницаемость влажных и мерзлых почв / Д.А. Боярский, В.В. Тихонов. – М.: Институт космических исследований РАН, 2003. – 48 c.Боярский Д.А. Влияние связанной воды на диэлектрическую проницаемость влажных и мерзлых почв / Д.А. Боярский, В.В. Тихонов. – М.: Институт космических исследований РАН, 2003. – 48 c.Tran A.P. Soil moisture estimation using full-wave inversion of near–and far-field ground- penetrating radar data: A comparative evaluation /Tran A.P. Soil moisture estimation using full-wave inversion of near–and far-field ground- penetrating radar data: A comparative evaluation /A.P. Tran, F. Wiaux, S. Lambot // Proceedings of the 14th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 4–8, 2012. – Shanghai, China, 2012. – V.1. – P. 300–304.A.P. Tran, F. Wiaux, S. Lambot // Proceedings of the 14th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 4–8, 2012. – Shanghai, China, 2012. – V.1. – P. 300–304.Sokolov K. Capabilities of the wavelet ana- lysis of GPR data to determine the rock moisture in frozen rock mass / K. Sokolov // Proceedings of the 14th International Conference on Ground Pene- trating Radar, June 4–8, 2012. – Shanghai, China. –Sokolov K. Capabilities of the wavelet ana- lysis of GPR data to determine the rock moisture in frozen rock mass / K. Sokolov // Proceedings of the 14th International Conference on Ground Pene- trating Radar, June 4–8, 2012. – Shanghai, China. –V.2. – P. 358–361.V.2. – P. 358–361.Kruglikov A. Investigation of long term mo- isture changes in roadbeds using GPR / A. Kru- glikov, V. Yavna, G. Lazorenko // GPR–2014: Pro- ceedings of 15th International Conference on Ground Penetrating Radar, Brussels, Belgium, June 30 –July 4, 2014. – P. 887–891.Kruglikov A. Investigation of long term mo- isture changes in roadbeds using GPR / A. Kru- glikov, V. Yavna, G. Lazorenko // GPR–2014: Pro- ceedings of 15th International Conference on Ground Penetrating Radar, Brussels, Belgium, June 30 –July 4, 2014. – P. 887–891.Grote K. Characterization of Soil Water Content Variability and Soil Texture using GPR Groundwave Techniques / K. Grote, C. Anger, B. Kelly, S. Hubbard, Y. Rubin // Journal of Environ- mental and Engineering Geophysics (JEEG), 2010. – V.15, issue 3. – P. 93–110.Grote K. Characterization of Soil Water Content Variability and Soil Texture using GPR Groundwave Techniques / K. Grote, C. Anger, B. Kelly, S. Hubbard, Y. Rubin // Journal of Environ- mental and Engineering Geophysics (JEEG), 2010. – V.15, issue 3. – P. 93–110.Huisman J.A. Measuring Soil Water Content with Ground Penetrating Radar: A Review / J.A. Huisman, S.S. Hubbard, J.D. Redman and A.P. An- nan // Vadose zone journal. – 2003. – V.2. – P. 476– 491.Huisman J.A. Measuring Soil Water Content with Ground Penetrating Radar: A Review / J.A. Huisman, S.S. Hubbard, J.D. Redman and A.P. An- nan // Vadose zone journal. – 2003. – V.2. – P. 476– 491.ГОСТ 5180–84 «Грунты. Методы лабора- торного определения физических характерис- тик». – М.: Стандартинформ, 2005. – 19 с.ГОСТ 5180–84 «Грунты. Методы лабора- торного определения физических характерис- тик». – М.: Стандартинформ, 2005. – 19 с.Шувалов А.Н. Диэлектрическая прони- цаемость грунтов нарушенной структуры / А.Н. Шувалов, Д.А. Гензе // Вестник ТГАСУ. – 2011. – №1. – С. 200–206.Шувалов А.Н. Диэлектрическая прони- цаемость грунтов нарушенной структуры / А.Н. Шувалов, Д.А. Гензе // Вестник ТГАСУ. – 2011. – №1. – С. 200–206.Техническое описание и инструкция по экс- плуатации на Георадар «ОКО-2». – Режим досту- па /http://geotech.ru/files/georadar/gprtov26beta303. pdf.Техническое описание и инструкция по экс- плуатации на Георадар «ОКО-2». – Режим досту- па /http://geotech.ru/files/georadar/gprtov26beta303. pdf.Руководство пользователя программойРуководство пользователя программой«GeoScan32». URL: http: //logsys.ru/download/new/ geoscan32manual.pdf.«GeoScan32». URL: http: //logsys.ru/download/new/ geoscan32manual.pdf.Koh G. Effects of Soil Texture and Moisture on Dielectric Behavior at GPR Frequencies /Koh G. Effects of Soil Texture and Moisture on Dielectric Behavior at GPR Frequencies /G. Koh // Proceedings of the 14th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 4–8, 2012. – Shanghai, China. – V.1. – P. 51–55.G. Koh // Proceedings of the 14th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 4–8, 2012. – Shanghai, China. – V.1. – P. 51–55.Rodriguez P.A. Moisture determination ba- sed on ground penetrating radar measurements. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 255517033_moisture_determination_based_on_gro und_penetrating_radar_measurements.Rodriguez P.A. Moisture determination ba- sed on ground penetrating radar measurements. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 255517033_moisture_determination_based_on_gro und_penetrating_radar_measurements.

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