Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг
Екологічно небезпечні геологічні процеси, що виникають на відпрацьованих родовищах калійної та кам’яної солі, створюють суттєві реальні загрози для навколишнього середовища. Для виявлення, вивчення та своєчасного попередження таких процесів (карст, суфозія, зсуви) створено і апробовано апаратурно-п...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2016
|
| Назва видання: | Наука та інновації |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117326 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг / С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк, Ю.В. Садовий, В.В. Коляденко, Л.Г. Савків, Ю.С. Мищишин // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 5. — С. 47-59. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-117326 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1173262017-05-23T03:02:28Z Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг Дещиця, С.А. Підвірний, О.І. Романюк, О.І. Садовий, Ю.В. Коляденко, В.В. Савків, Л.Г. Мищишин, Ю.С. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Екологічно небезпечні геологічні процеси, що виникають на відпрацьованих родовищах калійної та кам’яної солі, створюють суттєві реальні загрози для навколишнього середовища. Для виявлення, вивчення та своєчасного попередження таких процесів (карст, суфозія, зсуви) створено і апробовано апаратурно-програмний комплекс індукційних малоглибинних зондувань геологічного середовища у ближній зоні джерела поля. Розроблено мультипроцесорну систему керування, збору та передачі користувачам отриманих даних для аналізу та оперативної геологічної інтерпретації. Экологически опасные геологические процессы, возникающие на отработанных месторождениях калийной и каменной солей, создают существенные реальные угрозы для окружающей среды. Для выявления, изучения и своевременного предупреждения таких процессов (карст, суффозия, оползни) создан и апробирован аппаратурно-программный комплекс индукционных малоглубинных зондирований геологической среды в ближней зоне источника поля. Разработана система управления, сбора и передачи пользователям полученных данных для анализа и оперативной геологической интерпретации. Environmentally hazardous geological processes involved in the waste deposits of potash and rock salt pose significant real threats to the environment. To detect, to study and to prevent in time such the processes (carsting, suffosations, landslides) hardware and software complex for induction sounding of the geological environment in the near zone of field source was created and tested. The multiprocessor system for management, collection and transfer to the end users of the data for analysis and operational geological interpretation was developed. 2016 Article Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг / С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк, Ю.В. Садовий, В.В. Коляденко, Л.Г. Савків, Ю.С. Мищишин // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 5. — С. 47-59. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin12.05.047 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117326 uk Наука та інновації Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| spellingShingle |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Дещиця, С.А. Підвірний, О.І. Романюк, О.І. Садовий, Ю.В. Коляденко, В.В. Савків, Л.Г. Мищишин, Ю.С. Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг Наука та інновації |
| description |
Екологічно небезпечні геологічні процеси, що виникають на відпрацьованих родовищах калійної та кам’яної солі,
створюють суттєві реальні загрози для навколишнього середовища. Для виявлення, вивчення та своєчасного попередження таких процесів (карст, суфозія, зсуви) створено і апробовано апаратурно-програмний комплекс індукційних малоглибинних зондувань геологічного середовища у ближній зоні джерела поля. Розроблено мультипроцесорну систему керування, збору та передачі користувачам отриманих даних для аналізу та оперативної геологічної інтерпретації. |
| format |
Article |
| author |
Дещиця, С.А. Підвірний, О.І. Романюк, О.І. Садовий, Ю.В. Коляденко, В.В. Савків, Л.Г. Мищишин, Ю.С. |
| author_facet |
Дещиця, С.А. Підвірний, О.І. Романюк, О.І. Садовий, Ю.В. Коляденко, В.В. Савків, Л.Г. Мищишин, Ю.С. |
| author_sort |
Дещиця, С.А. |
| title |
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг |
| title_short |
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг |
| title_full |
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг |
| title_fullStr |
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг |
| title_full_unstemmed |
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг |
| title_sort |
оцінка стану екологічно проблемних об’єктів калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2016 |
| topic_facet |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/117326 |
| citation_txt |
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами та їх моніторинг / С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк, Ю.В. Садовий, В.В. Коляденко, Л.Г. Савків, Ю.С. Мищишин // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 5. — С. 47-59. — Бібліогр.: 24 назв. — укр. |
| series |
Наука та інновації |
| work_keys_str_mv |
AT deŝicâsa ocínkastanuekologíčnoproblemnihobêktívkalusʹkogogírničopromislovogorajonuelektromagnítnimimetodamitaíhmonítoring AT pídvírnijoí ocínkastanuekologíčnoproblemnihobêktívkalusʹkogogírničopromislovogorajonuelektromagnítnimimetodamitaíhmonítoring AT romanûkoí ocínkastanuekologíčnoproblemnihobêktívkalusʹkogogírničopromislovogorajonuelektromagnítnimimetodamitaíhmonítoring AT sadovijûv ocínkastanuekologíčnoproblemnihobêktívkalusʹkogogírničopromislovogorajonuelektromagnítnimimetodamitaíhmonítoring AT kolâdenkovv ocínkastanuekologíčnoproblemnihobêktívkalusʹkogogírničopromislovogorajonuelektromagnítnimimetodamitaíhmonítoring AT savkívlg ocínkastanuekologíčnoproblemnihobêktívkalusʹkogogírničopromislovogorajonuelektromagnítnimimetodamitaíhmonítoring AT miŝišinûs ocínkastanuekologíčnoproblemnihobêktívkalusʹkogogírničopromislovogorajonuelektromagnítnimimetodamitaíhmonítoring |
| first_indexed |
2025-07-08T12:02:27Z |
| last_indexed |
2025-07-08T12:02:27Z |
| _version_ |
1837080142186283008 |
| fulltext |
47
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5): 47—59 doi: http://dx.doi.org/10.15407/scin12.05.047
© С.А. ДЕЩИЦЯ, О.І. ПІДВІРНИЙ,
О.І. РОМАНЮК, Ю.В. САДОВИЙ, В.В. КОЛЯДЕНКО,
Л.Г. САВКІВ, Ю.С. МИЩИШИН, 2016
Екологічно небезпечні геологічні процеси, що виникають на відпрацьованих родовищах калійної та кам’яної солі,
створюють суттєві реальні загрози для навколишнього середовища. Для виявлення, вивчення та своєчасного по-
передження таких процесів (карст, суфозія, зсуви) створено і апробовано апаратурно-програмний комплекс індук-
ційних малоглибинних зондувань геологічного середовища у ближній зоні джерела поля. Розроблено мультипроце-
сорну систему керування, збору та передачі користувачам отриманих даних для аналізу та оперативної геологічної
інтерпретації.
К л ю ч о в і с л о в а: геосередовище, негативний процес, екологія, електромагнітне поле, зондування, оцінка ста-
ну, прогнозування.
С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк,
Ю.В. Садовий, В.В. Коляденко, Л.Г. Савків, Ю.С. Мищишин
Карпатське відділення Інституту геофізики ім. С.І. Субботіна НАН України,
вул. Наукова, 3Б, Львів, 79060, Украина, тел./факс: +38 (032) 264-85-63, carp@cb-igph.lviv.ua
ОЦІНКА СТАНУ ЕКОЛОГІЧНО ПРОБЛЕМНИХ
ОБ’ЄКТІВ КАЛУСЬКОГО ГІРНИЧО-ПРОМИСЛОВОГО РАЙОНУ
ЕЛЕКТРОМАГНІТНИМИ МЕТОДАМИ ТА ЇХ МОНІТОРИНГ
Екологічно небезпечні геологічні процеси,
зумовлені техногенними і природними чинни-
ками, що виникають на відпрацьованих родо-
вищах калійної та кам’яної солі, розвиваються
у геологічному середовищі переважно на гли-
бинах до 100—200 м. На початковій стадії роз-
витку негативних процесів (карстових, фільт-
раційно-суфозійних, зсувних тощо), коли зни-
ження міцності структурних зв’язків та дефор-
мації ґрунту ще не відчутні і не реєструються
прямими (п’єзометричними) методами, у за-
родкових потенційно небезпечних областях
геологічного середовища вже відбуваються іс-
тотні зміни його електричних характеристик,
зокрема зростає електропровідність цих облас-
тей внаслідок збільшення проникнення та на-
сичення середовища мінералізованими вода-
ми. Такі аномалії електропровідності є основ-
ними пошуковими об’єктами електромагніт-
них (ЕМ) методів при обстежені екологічно
проблемних територій з метою оцінки їх стану,
виявлення та вивчення небезпечних геологіч-
них процесів для своєчасного застосування за-
побіжних заходів.
У геолого-геофізичних комплексах для ви-
явлення і моніторингу екологічно небезпечних
явищ широко використовуються та вдоскона-
люються методи постійного струму. Вони зде-
більшого базуються на стандартній апаратурі, ге-
ометричних зондуваннях геосере довища елект-
ричними установками [1, 2] різних розмірів та
періодичних вимірюваннях позірного опору
(ρ
k) і його змін з часом на потенційно небезпеч-
них ділянках. Можливості класичних методів
постійного струму (ВЕЗ, ДЕЗ, ЕП), як відомо,
суттєво обмежуються через наявність високо-
омних ізолюючих горизонтів, що перекривають
досліджувану товщу, а також через невисоку
локальність геометричних зондувань. Останнє
48 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк та ін.
зумовлює бокові впливи латеральних неод-
норідностей, оскільки підповерхнева частина
геологічних розрізів є найбільш неоднорід-
ною. Перспективи використання постійних
(ква зістаціонарних) полів контрольованих дже-
рел визначаються новими підходами до роз-
в’язку подібних завдань, зокрема такими, що
базуються на засадах електрорезистивної то-
мографії [3]. Разом з тим вимірювальні сис-
теми постійного струму у комплексуванні з мо-
дифікаціями електромагнітних методів [4], як
і природні імпульсні електромагнітні поля [5,
6, 7], можуть успішно залучатись для вивчен-
ня динаміки небезпечних процесів, з розвит-
ком яких змінюється позірний опір, зроста-
ють механічні напруження, інтенсивність ім-
пульсних випромінювань та електрична анізо-
тропія середовища.
Високу локальність та роздільчу здатність
мають георадарні системи [8, 9]. Їх принцип дії
грунтується на розчленуванні геологічного се-
редовища з різним опором та проникністю по
відбитих високочастотних електромагнітних
сигналах. За сприятливих умов над високоом-
ними середовищами (сухі ґрунти, вічна мерз-
лота, масиви кристалічної солі і т.п.) глибин-
ність зондування кращими георадарами може
сягати 20—30 м і більше, однак в умовах зволо-
жених глин і суглинків максимальна глибина
зондувань внаслідок зростання електропровід-
ності середовища не перевищує 6—10 м. При
високій мінералізації зволожуючої рідкої фази
їх застосування стає неможливим.
На сьогодні одним з найбільш інформатив-
них та ефективних методів для детальних до-
сліджень структури і електричних властивос-
тей геологічного середовища, за якими оціню-
ється його стан, виявляються екологічно небез-
печні процеси та визначається їх динаміка, є
метод (ЗСБ) — високочастотного електромаг-
нітного зондування, зокрема зондування станов-
лення поля у ближній зоні первинного дже рела.
Цей метод був запропонований у 70-х ро ках
минулого століття [10, 11]. З часом для зон ду-
вання малих глибин було розроблено апаратуру,
яка базується на високочастотних модифіка ці ях
цього методу: «Імпульс-авто» (СНИИГГи МС),
«ЕЛЕКТРОТЕСТ-ТЕМ» (НТК «Діоген»), «Пірс»
(ФМІ НАНУ), «NanoTEM» (Zonge). Новітніші
розробки, зокрема апаратура «FastSnap» (фір-
ми СибГеоСиситеми), побудовані за модуль-
ним принципом з використанням GPS-сис тем
і забезпечують можливість синхронних кущо-
вих вимірювань за допомогою набору автоном-
них блоків.
На сьогодні є значний позитивний досвід ви-
користання згаданих розробок у розв’язанні
практичних, переважно інженерно-геологічних
та екологічних задач, який підтверджує високу
геологічну інформативність та ефективність
методу електромагнітних зондувань. Наявні
розробки орієнтовані здебільшого на вирішен-
ня обмеженого кола виробничих завдань і є
частинами апаратурно-програмних комплексів
окремих фірм. Останнє, а також ряд інших чин-
ників (специфічні формати запису даних, за-
криті програми обробки та управління виміра-
ми, велика вартість постачання та обслугову-
вання) суттєво ускладнюють їх використання
для створення нових технологічних засобів,
придатних для застосування в неординарних
ситуаціях. Найчастіше такі ситуації виникають
в умовах промислово-міських агломерацій на
відпрацьованих родовищах, коли випроміню-
вання електричних завад силовими лініями,
впливи на виміри інженерних конструкцій і ко-
мунікацій є надзвичайно високими.
ГЕОЕЛЕКТРИЧНІ УМОВИ ТА ВИМОГИ
ДО ВИМІРЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ
Для вирішення актуальних інженерно-гео-
ло гічних та екологічних задач стосовно оцінки
стану та моніторингу геологічного середовища
важливо забезпечити, крім високих завадос-
тійкісті і локальністі вимірювань мультифунк-
ціональність системи, її придатність до органі-
зації електромагнітного моніторингу проблем-
них об’єктів у комплексі геолого-геофізичних
методів. Програмно-технічний комплекс має
забезпечувати діагностування середовища у
49ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами
широкому діапазоні глибин, експрес-обробку,
аналіз та інтерпретацію отриманих даних, їх
автоматичну передачу по комунікаційних ка-
налах на сервер базової організації, що знач-
но підвищить продуктивність та результатив-
ність досліджень
До найбільш складних і потенційно небез-
печних об’єктів Калуського гірничо-промис-
лового району належать шахтні поля рудни-
ків, де карстопровальні явища можуть супро-
воджуватися забрудненням підземних вод та
річкового басейну. Крім того, негативних про-
цесів (фільтраційних, карстових) можуть за-
знати усі горизонти покривної товщі, а також
видобувні камери на відроблених горизонтах.
Узагальнена геоелектрична модель верхньої
частини розрізу є нескладною, відповідає три-
шаровому розрізу (ρ1 ≥ ρ2 ≤ ρ3, де ρ1—ρ3 — питомі
опори), який представлений зверху гальково-
суглинковими відкладами потужністю 10—20 м
з електричним опором 30—40 Ом⋅м. Нижче за-
лягають низькоомні (0,6—5 Ом⋅м) алювіальні
утворення глинисто-гіпсової шапки потужніс-
тю 10—50 м, насичені розсолами, що циркулю-
ють над високоомними (>200 Ом⋅м) корінни-
ми соленосними відкладами. Останні пред-
ставлені калійною і галітовою породами, соле-
носною брекчією.
Ситуація ускладнюється при розущільнен-
нях покривної товщі. Такі області проявляють-
ся як локальні або протяжні геоелектричні не-
однорідності над відробленими і заповненими
розсолами камерами. З часом це призводить до
втрат стійкості покривних порід над гірничи-
ми виробками, утворення провальних воронок
та раптового просідання земної поверхні. По-
чаток розвитку таких процесів переважно зу-
мовлює ослаблена стелина та розущільнені ді-
лянки водозахисної товщі над видобувними
камерами. З часом обвалення порід поширю-
ється до верху, причому до розвитку фільт ра-
ційно-карстових процесів можуть залучатись
інші, раніше неактивні, локальні та протяжні
структурно-речовинні неоднорідності гли нис-
то-гіпсової шапки, а також відклади водонос-
ного горизонту, що призводить до масштабних
екологічних проблем та значних матеріаль них
збитків. Позатим технологічно передбачене
просідання поверхні і утворення мульд над
шахтними полями при перевищенні планових
норм стає надзвичайно потужним джерелом
забруднення водоносного горизонту високо-
мінералізованими водами, витісненими з ка-
мер. На сьогодні, як відомо, ореоли забруднен-
ня підземних вод найбільше спричинені кар’єр-
ними відвалами та хвостосховищами, суттєву
загрозу створюють фільтраційно-суфозійні про-
цеси на бортах кар’єру та у тілі земляних дамб
хвостосховищ.
Електромагнітні зондування верхньої части-
ни георозрізу, починаючи з перших метрів і до
згаданих вище глибин, пов’язані з низкою спе-
цифічних технічних проблем, зумовлених го-
ловним чином великою швидкістю затухання у
геосередовищі нестаціонарного процесу при ши-
рокому динамічному діапазоні (понад 80 дБ)
рівнів сигналу індукованого поля Е(t) = ∂B
z /∂t
(Bz — вертикальний компонент потоку магніт-
ної індукції через вимірювальний контур (q)
установки «контур у контурі» — Q∗q). Величи-
на нормованих струмом сигналів наведеного
поля Е(t)/IQ (IQ — імпульсний струм в генера-
торному контурі ) на пізній стадії має порядок
10–5 В/А, тоді як початкові значення можуть
перевищувати 1 В/А. Часовий робочий інтер-
вал вимірювання сигналів становлення поля
визначається необхідною глибиною зондуван-
ня. На початку при зондуванні відносно малих
глибин (до 5—10 м) кінцевий час (tk) вимірю-
вання сигналу Е(t) не перевищує 100 мкс і зрос-
тає в квадратичній залежності із збільшенням
глибини.
Інформативній, не спотвореній внутрішніми
перехідними процесами установки, частині кри-
вої Е(t) відповідає часовий інтервал (tk—tп), де
tп — початковий час вимірювання, орієнтовно на
два порядки менший від кінцевого: tk /tп ≅ 100.
Зондуванням у всьому визначеному технічним
завданням діапазоні глибин (до 100—200 м) від-
повідає часовий інтервал 10–7 ÷ 10–2 с і необ-
50 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк та ін.
хідна частотна смуга (100 ÷ 10 МГц) вимірю-
вального каналу, близька до частотного діапа-
зону георадарних систем. Це вимагає високої
швидкодії і точності синхронізації аналогових
та цифрових вузлів при широкому амплітуд-
ному динамічному діапазоні вимірюваних сиг-
налів наведеного поля.
АПАРАТУРНИЙ КОМПЛЕКС
Розроблена електророзвідувальна апаратура
(Контур-1) побудована за модульним принци-
пом. Структурну схему комплексу показано на
рис. 1, а. Комплекс складається з генераторної
(модуль генератора, контур Q ) та вимірюваль-
ної (контур q, вхідний модуль, модуль вимірю-
вання та індикації) частин, програмно керова-
них цифровими вузлами системи. Необхідні
швидкодію та завадостійкість головним чином
забезпечують розроблені раніше технічні рі-
шення з фізичного моделювання нестаціонар-
них електромагнітних процесів на електролі-
тичних моделях [12], що вимагало подібної і
більш високої швидкодії пристроїв.
Модуль керування (master) має найвищий іє-
рархічний пріоритет у системі. Він задає режи-
ми роботи пристрою в діалоговому режимі з ме-
ню, забезпечує програмне керування синхроге-
нератором, який формує всі опорні і тактові сиг-
нали, необхідні для збудження та вимірювання
нестаціонарного поля, організовує взаємодію
модулів нижчого рівня між собою та системою
вищого рівня ієрархії, зокрема з персональним
комп’ютером через відповідний інтерфейс. За
допомогою підсистеми реєстрації модуль забез-
печує запис одержаних даних в енергонезалеж-
ну пам’ять у процесі польових спостережень.
Для надійної ідентифікації отриманої інформа-
ції застосовано файлову систему запису, коли
кожна дискретизована крива зондування (один
цикл вимірів) записується у файл разом з ети-
кеткою, де фіксуються параметри зондування.
Керування побудованим за мостовою схе-
мою генератором збуджуючого імпульсного
поля здійснюється через оптичні елементи, що
забезпечують розв’язок його електричної схеми
у всьому робочому діапазоні частот. Структура
вимірювальної частини показана на рис. 1, г.
Алгоритм завадостійкого вимірювання широ-
космугових сигналів індукованого у геологіч-
ному середовищі поля забезпечує низка послі-
довно виконуваних блоками вимірювального
модуля операцій:
кодування вхідних сигналів за рівнем в дис-
кретні моменти часу, відраховані від почат-
ку процесу становлення;
перетворення частотного спектру вхідних і
зву ження частотного спектру кодованих
сиг налів;
синхронна фільтрація вимірювальних сиг-
налів;
приглушення комутаційних шумів і наяв-
ної на вході постійної і повільно змінної на-
пруги (поляризаційні процеси);
когерентне детектування вимірюваних сиг-
налів і вилучення побічних продуктів детек-
тування [13].
Основні метрологічні характеристики вимі-
рювального модуля представлені нижче.
Вимірювана фізична ве- Спадаюча з часом напруга ста-
чина новлення поля, що зумовлена
зміною потоку магнітної ін-
дукції через вертикальний ви-
мірювальний контур (∂Bz/∂t)
Максимальний часовий Від 10–7 с до 10–3 с з мінімаль-
вимірювальний діапазон ним кроком 0,1 мкс у всьому
діапазоні і похибкою встанов-
лення моменту вимірювання
±0,01 мкс
Амплітудний діапазон ви- Від 10–5 до 10 В
мірювань
Основна відносна похиб- δ0 = ±[5 + 0,1(Umax / Ux — 1)] %,
ка вимірювання напруги де Umax — верхнє значення під
експоненціальної форми діапазону (В), Ux — виміряне
значення, включаючи похибку,
зумовлену тривалістю ви бірки
Додаткова похибка вимі- Не перевищує половини ос-
рювань при зміні темпера- новної похибки на кожні 10 °С
тури оточуючого середо-
вища в діапазоні від —5
до +40 °С
Нормативний документ, Акти тестових повірок на стан-
що встановлює вимоги дартних моделях
до вимірювань
51ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами
Мультифункціональна цифрова система апа-
ратурного комплексу побудована на основі
слабко пов’язаних між собою функціональних
модулів, що не мають спільних ресурсів, оскіль-
ки між модулями системи відбувається тільки
інформаційний обмін даними. Для цього було
використано мікроконтролери типу АТ89S52,
АТхmega з апаратною реалізацією асинхрон-
ної послідовної передачі даних (USART), що
дозволило організувати взаємодію всіх моду-
лів системи (дуплексні зв’язки), використову-
ючи лінії комунікаційних портів. Граф такої
Рис. 1. Схема електророзвідувальної апаратури: а — загальна структура; б — граф системи (RxD i TxD — лінії послі-
довного інтерфейсу), в — структура керуючого модуля, г — структурна схема модуля вимірювання (q — вимірюваль-
ний контур, КОМ — вхідний комутатор, КЛБ — калібрувальний блок, П — перетворювач вхідних сигналів, БК —
блок контролю, АЦП(t) — температурний модуль, СД — синхронний детектор, Ф — вихідний фільтр, μC2 — мікро-
контролер вимірювача, АЦП — аналого-цифровий перетворювач вимірювача)
Модуль
живлення
Модуль
синхроні-
зації
Модуль
керувння
/MASTER/
Модуль
генерато-
ра
Вхідний
модуль
Модуль
вимірю-
вань
Модуль
передачі
даних
Модуль
системних
інтерфей-
сів
Q — генераторний контур
q — вимірювальний контур
Модуль
синхронізації
Символьний
дисплей
Годинник
реального часу
Додаткова
пам’ять RAM
μC0
μC1
μC3
RAM
FLASH
qQ
#5
#0
#4
#3
#2
#1RxD TxD
q
КОМ
КЛБ
П
БК
СД
Ф
АЦП(t)
μC2
АЦП
Tx
Rx
12C
12C
. 0 1 2 3
x 4 5 6 7
F 8 9 ↑
CR # ← ↓ →
RxD
TxD12C
а б
в г
52 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк та ін.
мультиконтролерної конфігурації показано на
рис. 1, б, де керуючий пристрій позначений
цифрою 0, а підлеглі — цифрами 1, 2, 3, 4 та 5.
Останні визначають необхідну кількість кому-
нікаційних інтерфейсів типу USART керуючого
мікроконтролера — головного активного еле-
мента всієї системи (застосовано ATxmega256A3
фірми Atmel [14]). Структурну схему модуля
керування, побудованого на його базі, показано
на рис. 1, в. Важливою складовою модуля керу-
вання є допоміжна оперативна пам’ять (RAM),
призначена для накопичення та зберігання да-
них, а також формування кадру вимірів, який
записується в енергонезалежну пам’ять типу
FLASH [15] та передається в центр обробки да-
них через канали GSM-операторів.
З метою оцінки якості зареєстрованого ма-
теріалу і можливого коректування конфігура-
ції та параметрів вимірювальної системи пе-
редбачено проведення попередньої обробки та
екс прес-аналізу даних зондування. Сформова-
ні операційною системою файли, що містять
дані з відповідними їм метаданими, у своєму
внутрішньому представленні мають розширен-
ня *.log і зберігаються у директорії [Log]. Взі-
рець вихідного файлу цифрової апаратури по-
казано на рис. 2, а (див. кольорову вклейку),
підкреслені позиції метаданих відповідають
параметрам, які були використані при форму-
ванні вхідних файлів програмної обробки. Для
трансформацій та експрес-аналізу даних об-
рано пакет програм «Зонд», розроблений Сей-
фулліним Р.С. та Мамонтовим В.І. (УкрДГРІ,
м. Львів, 1994), а робочим середовищем для
розробки програм зчитування і формування
паке ту вхідних файлів — систему візуального
об’єкт но-орієнтованого програмування Delphi,
що на дає максимум функцій для роботи з фай-
ловою системою і забезпечує потужний інстру-
ментарій для проектування, розробки і програ-
мування зручного інтерфейсу користувача.
Для розрахунку електричних параметрів се-
редовища програмою «Зонд» всі вхідні значення
зчитуються з окремих файлів директорії [Dat],
причому names і times характеризують відповід-
но назву файлу і часові затримки моментів ви-
міру неусталеного поля, тоді як файли з розши-
ренням *.dat відповідають значенням виміряно-
го сигналу у фіксовані моменти затримки. Для
коректного формування згаданих файлів (times,
names, *.dat), розробленим алгоритмом передба-
чено виконання низки операцій:
1) виконується пошук файлів *.log у дирек-
торії [Log]. Із знайденого файлу зчитуються
метадані, а перед тим створюється директорія
для їх зберігання [Dat];
2) формується файл times, шкала часів роз-
раховується з кроком дискретизації Tdsk та
здійснюється його запис у [Dat] (рис. 2, б);
3) виконується перебір всіх файлів *.log у
[Log] і для кожного знайденого;
зчитуються значення сигналу е(t) та нор-
му ють ся за струмом е(t) = е(t)/I, де I —
струм збуд ження (струм у генераторному
контурі (A);
формується файл *.dat та виконується його
запис у [Dat], ім’я файлу *.dat — 3—4 симво-
ли кодують номер пікету з імені файлу *.log
(pk.dat), (рис. 2, в);
4) виконується перебір всіх файлів *.dat у
[Dat] і зі знайдених імен цих файлів у порядку
зростання формується їх список — файл names,
та виконується його запис у [Dat], (рис. 2, г).
Результат виконання програми попередньої
обробки — пакет файлів (рис. 2, б, в, г) з вхід-
ними даними для розрахунку електричних па-
раметрів середовища програмою «Зонд».
Передача основних даних, тобто файла вимі-
рів на окремому пікеті (рис. 2, а), в інтерпрета-
ційний центр для внесення в базу даних [16]
здійснюється за допомогою модуля GSM з
вмон тованим TCP/IP стеком SIM900 фірми
SimCom. Розроблений алгоритм передачі да-
них реалізує принцип «один вимір — одна пере-
дача». Це забезпечує максимальну оператив-
ність, оскільки при виконанні польових вимі-
рювань центр обробки даних має можливість
неперервного контролю та коректування (опти-
мізації) режиму спостережень. Модуль GSM
може використовуватися як у скла ді системи,
Рис. 2. Файли для проведення експрес-аналізу даних: а — структура вихідного файлу апаратури «Контур—1», б, в, г —
пакет файлів з вхідними даними для програми розрахунку електричних параметрів середовища: times, *.dat, names
а б
в г
Рис. 3. Калуш-Голинське родовище. Рудники: І — «Калуш», ІІ — «Нова Голинь», ІІІ — Домбровський кар’єр; шахт ні
поля: 1 — Північне каїнітове, 2 — Центральне каїнітове, 3 — Хотінське сильвінітове, 4 — Східна Голинь, 5 — Сівка-
Калуська; А — хвостосховища, Б — акумулюючі ємності, В — відвали кар’єру (за матеріалами статті [24])
А
Б
В
4
5ІІ
ІІІ
1
2
І
3
Рис. 4. Результати ЗСБ ділянки Північного каїнітового поля в районі карстового провалу (вул. Ві-
товського): а — розташування профілів І—І — VIII—VIII та підземних камер шатного поля, б —
геоелектричний розріз вздовж профілю IV—IV, в — геоелектричний розріз вздовж профілю V—V,
що пересікає провальну воронку
49,044
49,0435
49,043
49,0425
49,042
24,3645 24,365 24,3655 24,366 24,3665 24,367 24,3675 24,368 24,3685
а
вул. Д. Вітовського
100 м
21
22
23
25
24
27
26
VI
III
V
IV
VII
III 28
29 20 19
7 9
5
3
4
1
6 8
2
2I
10
11
13
1412
18 16
15
17
3I
4I
1I
VI
IV
VII
I
II
№ 5
№ 8
№ 14
I
II
0
20
40
60
80
25 24 7 9 12 14 25
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 м
100
Н, м
ПК
0
20
40
60
80
23 24 5 Воронка 11 10
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 м
Н, м
ПК
б
0
1
1,5
2
3
5
10
20
40
100
200
300
400
ρ, Ом · м
в
Рис. 5. Глибинні зрізи площинного розподілу питомого опору за даними ЗСБ та ізолінії інтенсивності
(Nx/c) сигналів ПІЕМПЗ на денній поверхні, ізолінії червоного кольоіру відповідають значенням,
більшим за 10 000
49,044
49,0435
49,043
49,0425
49,042
24,3645 24,3655 24,3665 24,3675 24,3685
а б
49,044
49,0435
49,043
49,0425
49,042
24,3645 24,3655 24,3665 24,3675 24,3685
49,044
49,0435
49,043
49,0425
49,042
24,3645 24,3655 24,3665 24,3675 24,3685
в г
49,044
49,0435
49,043
49,0425
49,042
24,3645 24,3655 24,3665 24,3675 24,3685
49,044
49,0435
49,043
49,0425
49,042
24,3645 24,3655 24,3665 24,3675 24,3685
д е
49,044
49,0435
49,043
49,0425
49,042
24,3645 24,3655 24,3665 24,3675 24,3685
Значення опору в омометрах
0 0,5 1 0,5 2 5 10 20 50 100 200 400
Рис. 6. Електричні моделі просторового розподілу питомого опору ρ (Омм) на обстежених ділянках
Північного каїнітового та Хотінського сильвінітового полів; Н — глибина в метр
а б
55
65
75
85
95
Н, м
15
25
35
45
0
1
1,5
2
5
10
20
50
100
200
400
ρ, Ом · м
35
40
45
50
Н, м
15
20
25
30
Рис. 7. Мережа профілів ЗСБ (I—I — IV—IV) та ПІЕМПЗ на Хотінському сильвінітовому полі. Нижче —
геоелектричний розріз вздовж поперечного профілю ІІ—ІІ
0
10
20
30
40
12 9 7 6 4 3 1
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
60
Н, м
ПК
50
11 10 8 5 2
м
II ПКII
0
1
1,5
2
3
5
10
20
40
100
200
300
400
ρ, Ом · м
р. Лімниця
Рис. 8. Глибинний зріз площинного розподілу питомого опору на глибині 45 м у комплексі з розподілом
ПІЕМПЗ та інженерно-геологічними даними: 1 — границі мульди за інженерно-геологічними визначеннями,
2 — області найбільшого просідання, 3 — границі шахтного поля, 4 — ізолінії розподілу вертикальної компо-
ненти ПІЕМПЗ
0
1
1,5
2
5
10
20
50
100
200
400
ρ, Ом · м
49,014
49,013
49,012
49,011
49,010
49,009
49,008
49,007
49,006
49,005
49,004
S
N
W E24,384 24,385 24,386 24,387 24,388 24,389 24,390 24,391 24,392 24,393
1 2 3 4
а б
0
10
20
30
3 5 9 11 12 1413
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 м
Н, м
ПК4 6 7 8 10
Рис. 9. Результати обстеження ді-
лянки шахтного поля Сівка-Ка-
луська: а — глибинний та режим-
ний (циклу 2015) профілі (штри-
ховими лініями у прямокутнику
позначено частину шахтного по-
ля, над якою виконано вимірю-
вання (б) інтенсивності верти-
кальної компоненти ПІЕМПЗ),
в — режимний та глибинний гео-
електричні розрізи
0
100
150
200
250
7 56 31 2 4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 м
300
Н, м
ПК
в
50
0
1
1,5
3
5
10
25
50
100
ρ, Ом · м
53ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами
так і автономно, що дозволяє оперативно забез-
печувати передачу даних від різ номанітних при-
строїв у польових умовах, причому застосована
система передачі даних створює необхідні умо-
ви для виконання операцій з файлами первин-
них даних усього за діяного комплексу геофізич-
них методів, зокрема проводити автоматичну
ідентифікацію отриманих даних за часовими,
просторовими та електрофізичними характе-
ристиками досліджуваної місцевості.
АПРОБАЦІЯ КОМПЛЕКСУ
Експериментальні електромагнітні дослід-
ження спрямовані на визначення змін електро-
фізичних параметрів геосередовища, виявлення
індикаційних ознак та встановлення закономір-
ностей просторово-часових варіацій електрич-
ного опору гірських порід під дією природних і
техногенних факторів. Вирішення пов’язаних з
цим завдань досягається застосуванням техно-
логії електромагнітного діагностування геосере-
довища і прогнозування еконебезпечних проце-
сів, яка базується на імпульсних зондуваннях
геологіч них розрізів у ближній зоні джерела
електромагнітного поля та комплексуванні на-
турних спостережень з іншими методами. На за-
садах виконання бюджетної та госпдоговірної
тематики у минулі роки на окремих ділянках ви-
ділених локальних полігонів (північний борт
Домбровського кар’єру та прилеглі до кар’єру ді-
лянки [17], дамба хвостосховища № 2, ділянка
між р. Сівкою та хвостосховищем № 1) розро-
блено і випробувано технологічні засоби вияв-
лення та моніторингу екологічно небезпечних
процесів [18, 19], зокрема картування ореолів за-
бруднення підземних вод рідкими відходами ка-
лійного виробництва [20, 21], виявлення філь-
траційних процесів у тілі земляних дамб, оцінка
стану покрівлі над покладами солей електромаг-
нітними методами [22, 23].
Найбільшу увагу при апробації розроблених
апаратурно-методичних засобів приділено шах-
тним полям, де активізується просідання і про-
вали земної поверхні. У потенційно небезпечній
зоні знаходяться більше тисячі житлових бу-
динків міста та навколишніх сіл. З утворенням
мульд у зонах просідання відбувається витіс-
нення високомінералізованих розчинів із запо-
внених камер у єдиний на території району во-
доносний горизонт. Поряд з існуючими джере-
лами (відвали кар’єру, хвостосховища, кар’єрні
води) це може з часом перетворитися в осно-
вний чинник забруднення території і, зокрема,
басейну р. Лімниці. Комплексні спостереження
методами зондування становленням поля у
ближній зоні (ЗСБ) та природного імпульсного
електромагнітного поля Землі (ПІЕМПЗ) про-
ведено на шахтних полях Калуського гірничо-
промислового району (рис. 3, див. кольорову
вклейку): Північному каїнітовому полі (1), Хо-
тінському сільвінітовому полі (3) рудника «Ка-
луш», Сівка-Калуському шахтному полі (5)
рудника «Ново-Голинь». Обрані об’єкти суттє-
во відрізняються за геоелектричними умовами,
що важливо для апробації комплексу.
ПІВНІЧНЕ КАЇНІТОВЕ ПОЛЕ
Спостереження виконано на ділянці карсто-
вого провалу (район перехрестя вулиць Вітов-
ського, Мостиської, Глібова) з метою оцінки
електромагнітними методами стану середови-
ща, виділення активних зон для проведення
невідкладних природоохоронних робіт та бло-
кування подальшого розвитку карсту в зоні
провалу. Досліджувана ділянка Північного ка-
їнітового поля перенасичена об’єктами, що
проявляються на результатах зондування як
геологічні завади (кабельні лінії та лінії мережі
50 Гц, залізобетонні та металеві конструкції)
та штучні джерела електромагнітних завад (ви-
соковольтні лінії, силові установки, наводки
50 Гц). З урахуванням геоелектричних умов
даної ділянки було визначено оптимальні з по-
гляду мінімального впливу латеральних вклю-
чень на результати зондувань розміри вимірю-
вальних установок і пункти зондування. Тому
спочатку визначалися придатні для спостере-
жень пікети, в яких виконувались зондування,
а формування профілів виконувалося пізніше
при побудові геоелектричних розрізів.
54 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк та ін.
За сіткою площинних електромагнітних зон-
дувань досліджувану територію в районі прова-
лу розбили на 8 основних профілів, орієнтова-
них у взаємно перпендикулярних напрямках
(рис. 4, а, див. кольорову вклейку), зондування
1—29 виконані установкою Q = (30 × 30) м2 і
q = (20 × 20) м2, зондування 11, 21, 31, 41, 51,
61 виконані установкою Q = (125 × 125) м2 і
q = (60 × 60) м2. Результати профільних вимірю-
вань методами ЗСБ та ПІЕМПЗ представлені у
вигляді геоелектричних розрізів (рис. 4, б, в, див.
кольорову вклейку), та у вигляді гли бин них зрі-
зів через кожні 10 м площинного роз по ділу пи-
томого опору, починаючи з глибини 15 м і закін-
чуючи глибиною 95 м, з накладе ними на них
контурами розподілу інтенсивності (Nx/c, Nz/c)
сигналів ПІЕМПЗ (рис. 5, а — е, див. кольоро-
ву вклейку), а також у вигляді об’ємної елек-
тричної моделі обстеженої ділянки, побудованої
за допомогою зрізів (рис. 6, а, див. кольорову
вклейку). Зрізам а — е (рис. 5) площинного роз-
поділу питомого опору відповідають глибини:
а — 35, б — 45, в — 55, г — 65, д — 75, е — 85 м.
Наведені побудови за даними ЕМ-зондувань
одержано в результаті попередньої обробки і
трансформації часових залежностей виміря-
ного на кожному пікеті нестаціонарного поля
у питомий опір (електропровідність) середо-
вища на різних глибинах. Просторовий розпо-
діл питомого опору ρ об’єктивно відображає
складну структуру та речовинний склад над-
солевих відкладів.
Вимірювання і реєстрацію трьох компонент
(N
x, Ny, Nz) ПІЕМПЗ на цій площі проведено
автоматизованим пристроєм (РХІНДС-ПМ-05)
за значно густішою, порівняно з ЕМ-зон ду ван-
нями, сіткою. Вимірювання інтенсивності сиг-
налів (N/c — кількість імпульсів за секунду)
горизонтальних (Nx, Ny) і вертикальної (Nz)
компонент здійснювалось у максимально ши-
рокій частотній смузі 2—50 кГц відповідно до
технічних характеристик пристрою. У вигляді
контурних ліній значення компонент нанесено
на глибинні зрізи площинного розподілу пито-
мого опору (рис. 5, а—е).
З наведених даних видно, що латерально ви-
довжені аномольно високі значення електро-
провідності з’являються біля провалу, почина-
ючи з глибини 35 м. На більшій глибині (45 м)
проявляється аномалія підвищеної провідності
з північно-східного боку провалу і зникає на
наступних глибинах, причому на південно-за-
хідному напрямі на глибині 55 м з’являється
видовжена область підвищеної електропровід-
ності, яка поширюється на більші глибини, не
досягаючи максимальних. Тобто за даними ЗСБ
розущільнена область має видовжену форму
об меженої потужності, яка охоплює на північ-
ному сході відносно малі глибини (ймовірно,
водоносний горизонт), переходить область про-
валу і поширюється у південно-західному на-
прямку, зміщуючись на нижчі гіпсометричні
рівні. Аналізуючи одержані дані ЗСБ та анома-
лії ПІЕМПЗ у сукупності з геологічною будо-
вою та процесами, що відбуваються на цій те-
риторії під впливом природних і техногенних
факторів, слід зазначити таке:
у східній частині ділянки нанесені на карту
(рис. 4, а) камери шахтного поля та розта-
шовані фактично вздовж однієї прямої лінії
провальні воронки № 14, № 8, № 5 наглядно
показують, що у минулому карстовий про-
цес активно розвивався вздовж камер, при-
чому воронки чітко фіксуються аномаліями
ЗСБ та ПІЕМПЗ;
у західній частині підземні камери, заглиб-
люючись, мають інший (південно-за хід ний)
напрям, що співпадає з простяганням низь-
коомної (розущільненої) виділеної ЗСБ зо-
ни, причому притаманні проявам карсту ло-
кальні аномалії відсутні (збільшення глиби-
ни залягання виділеної зони відбувається
узгоджено з глибиною залягання відробле-
ного покладу).
Найбільш небезпечні щодо активізації кар-
стових процесів є обмежені області, набли-
жені до провалу з півночі та північного сходу,
що мають характерні ознаки карсту за дани-
ми застосованого технологічного комплексу.
Виявлене розущільнення покривної товщі цих
55ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами
областей на малих глибинах очевидно пояс-
нюється сприятливими властивостями її ре-
чо винно-фаціального складу. Ці умови збері-
гаються на більших глибинах південно-за хід-
ної частини у напрямку виділеної ЗСБ ано-
мальної зони.
ХОТІНСЬКЕ СИЛЬВІНІТОВЕ ПОЛЕ
Хотінське (від назви села) поле розташова-
не на півдні рудника «Калуш». Територія шах-
тного поля характеризується відносно малим
рівнем геологічних (металеві конструкції, тру-
бопроводи) та електромагнітних індустріаль-
них завад. На відміну від Північного каїніто-
вого та інших полів його консервація відбува-
лася без заповнення камер концентрованим
розчином. Ступінь просідання поверхні цього
поля є значною, останнім часом спостерігаєть-
ся підтоплення наближених до р. Лімниці те-
риторій, оскільки частина шахтного поля роз-
ташована під річкою.
Комплексними спостереженнями за гео елект-
ричними характеристиками середовища, отри-
маними методами ЗСБ та площинним розпо-
ділом ПІЕМПЗ, оцінено стан геологічного се-
редовища в зоні утвореної мульди. Схема роз-
міщення профілів і пікетів ЗСБ (чорні точки),
а також пікетів ПІЕМПЗ (жовті точки) пока-
зана на рис. 7 (див. кольорову вклейку). Ниж-
че на цьому рисунку наведено один з геоелек-
тричних розрізів, орієнтованих поперек довгої
осі мульди, який разом з іншими відображає
усі характерні високоомні та низькоомні еле-
менти розрізу, підтверджуючи коректність
проведених трансформацій поля.
За геоелектричними розрізами побудовано
зрізи площинного розподілу питомого опору
та об’ємну електричну модель середовища
(рис. 6, б, див. кольорову вклейку) обстеженої
ділянки. Глибинний зріз (45 м) площинного
розподілу питомого опору з ізолініями ПІ-
ЕМПЗ доповнено апріорними даними щодо
границь мульди, шахтного поля, а також утво-
рень, зумовлених деградацією геологічного се-
редовища (рис. 8, див. кольорову вклейку).
Такі утворення існують у центральній частині
мульди і однозначно фіксуються двома мето-
дами застосованого комплексу як аномалії,
обумовлені глибинними чинниками, оскільки
вони проявляються на усіх зрізах об’ємної
електричної моделі та площинному розподілі
ПІЕМПЗ на поверхні.
СІВКА-КАЛУСЬКЕ ШАХТНЕ ПОЛЕ
Частину території між хвостосховищем № 1
та р. Сівкою було обрано раніше як локальний
полігон для опрацювання методики виявлен-
ня та вивчення динаміки ореолів забруднення
підземних вод рідкими відходами калійного
виробництва. Найбільшою мірою забруднен-
ня цієї ділянки зумовлене технологічними
факторами (відомо, що при перевищенні до-
пустимого рівня відходів у хвостосховищі їх
скидали у р. Сівку). Також негативний вплив
на водоносний горизонт можуть створювати
концентровані розчини затоплених камер при
формуванні мульд (просідання поверхні). Ви-
конаними роботами досліджувалися ймовірні
зв’язки водоносного горизонту з камерами
шахтного поля, яке частково розміщується в
межах локального полігону.
На рис. 9 (див. кольорову вклейку) показа-
но план розташування профілів електромаг-
нітного зондування магнітними установками з
розмірами Q = (125×125) м2 і q = (60×60) м2
(жовтий колір) та Q = (30×30) м2 і q = (20×20) м2
(червоний колір). Результати зондувань уста-
новкою більших розмірів зіставлені з викона-
ним раніше циклом (4-й профіль локального по-
лігону, 2015) спостережень показані на рис. 9, в.
Позиції цих профілів, показані на рис. 9, а, спів-
падають з реальними, тобто показаними на пла-
ні. Як видно з наведених даних, на спільному
інтервалі розрізи узгоджені. Зокрема, на ді-
лянці глибинного розрізу між пікетами 2 і 3 у
верхній частині геоелектричного розрізу спо-
стерігається область підвищеного питомого опо-
ру, яка також відображається результатами ма-
логлибинних зондувань, але виконаними зон-
дуваннями на даному профілі зв’язків водо-
56 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк та ін.
носного горизонту з розчинами підземних ка-
мер не була виявлена. Отримані дані будуть
використані для подальшого моніторингу оре-
олів забруднення.
Вимірювання площинного розподілу
ПІЕМПЗ проведено на ділянці полігону, част-
ково розташованій над шахтним полем (рис. 9, а),
позначеній прямокутником. Область шахтно-
го поля відмічена сірим кольором (рис. 9, б)
Результати вимірювань вертикальної компо-
ненти (N
z) свідчать, що максимальні зміни та
зростання її інтенсивності відбуваються на
границях шахтного поля та поза ним. Менші
рівні випромінювань над шахтним полем імо-
вірно пояснюються шунтуючим впливом роз-
чину високої мінералізації, що заповнює каме-
ри. Водночас на границях можна очікувати
зростання механічних напружень і відповідно
більших аномалій ПІЕМПЗ та проявів анізо-
тропії електричних властивостей середовища,
що слід враховувати при організації моніто-
рингу подібних об’єктів.
При порівнянні результатів комплексних
спостережень на обраних об’єктах виявлено,
що в усіх випадках електромагнітними зонду-
ваннями упевнено виділяються охоплені кар-
стовими процесами області, визначаються їх
геометричні та геоелектричні характеристики.
Кореляційні зв’язки даних ЗСБ з поверхневи-
ми аномаліями інтенсивності ПІЕМПЗ мають
певні особливості, які необхідно враховувати
при інтерпретації. Найбільш чітко корелюють
дані, одержані над наближеними до поверхні
утвореннями (провальні воронки Північного
каїнітового поля). До значно більших глибин
спостерігається кореляція в умовах відносно
високоомних розрізів та при відсутності завад
(Хотінське сильвінітове поле). Однак відміче-
ні вище (Сівка-Калуське поле) зміни інтен-
сивності випромінювань ПІЕМПЗ над грани-
цями шахтного поля з заповненими насиченим
розчином камерами створюють умови для до-
даткового контролю динамічних процесів у
його крайовій частині поряд з проведенням
електромагнітних зондувань.
ВИСНОВКИ
Наведені результати комплексних спосте-
режень на шахтних полях з суттєво різними
геоелектричними умовами свідчать, що розро-
блені програмно-технічні засоби для зонду-
вання верхньої частини геологічних розрізів
нестаціонарними електромагнітними полями
у ближній зоні джерела первинного поля до-
зволяють виявляти і на кількісному рівні ви-
значати геоелектричні та структурні особли-
вості аномальних областей, а також їх динамі-
ку, за якими оцінюється стан середовища та
прогнозується розвиток негативних процесів.
Комплексні спостереження в режимі моніто-
рингу забезпечують розроблені на сучасній тех-
нологічній базі апаратурно-програмні засоби, а
також системи керування режимами вимірю-
вань, збору та передачі (GPS- та GSM-техно-
логії) одержаних матеріалів до центру обробки
даних. Створено алгоритми і пакети програм
швидкої експрес-оцінки польових даних та ін-
терпретації матеріалів, отриманих у складних
геолого-гео фізичних умовах. Поряд з класич-
ним застосуванням методів змінного та постій-
ного струму у комплексі передбачено викорис-
тання нетипових модифікацій електророзвідки
залежно від розв’язуваних задач з вивчення
структури або динаміки середовища.
Детальні площинні зондування (метод ЗСБ)
проблемних об’єктів проведено у комплексі з
вимірюваннями природного імпульсного елек-
тромагнітного поля Землі, що забезпечило під-
вищення геологічної інформативності та досто-
вірність спостережень. За результатами апро-
бації розроблених засобів на проблемних об’єк-
тах Калуш-Голинського родовища отримано
геоелектричні розрізи та побудовано електрич-
ні моделі обстежених територій, виділено ді-
лянки напружено-деформованого стану в зо-
нах інтенсивного розвитку карстових процесів.
Отримані дані мають практичне значення, під-
тверджують високу геологічну інформатив-
ність комплексу та доцільність його включення
в систему геолого-геофізичного моніторингу
гірничо-промислових агломерацій.
57ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами
ЛІТЕРАТУРА
1. Хмелевской В., Шевнин В. Электрическое зондиро-
вание геологической среды. — М: Изд-во МГУ, Ч.1,
1988. — 176 с.
2. Хмелевской В., Шевнин В. Электрическое зон ди ро-
ва ние геологической среды. — М: Изд-во МГУ, Ч.2,
1992. — 200 с.
3. Stacey Robert W. Electrical Impedance Tomography [Елек-
тронний ресурс] / Stanford University. — June 2006. —
Режим доступу: http://www.pangea.stanford.edu.
4. Шамотко В.І., Дещиця С. А. Експериментальні елек-
тромагнітні дослідження еконебезпечних терито-
рій / За ред. В.І. Старостенка «Дослідження сучас-
ної геодинаміки Українських Карпат». — К.: Наук.
думка, 2005. — С. 210—232.
5. Салoматин В.Н., Жиленко О.Б. Обзор областей при-
менения геофизического экспресс-метода ЕИЭМПЗ
[Електронний ресурс] / Строительство и техноген-
ная безопасность. — 2006. — Вып. 15—16. — С. 213—
216. Режим доступу: http://www.pk.napks.ru/library/
compilations_vak/sitb/2006/15_16/p_213_216.pdf.
6. Саломатін М.В., Шкіца Л.Є. Механоелектричні пе-
ретворення в твердих тілах із дефектною структу-
рою та можливе рішення за їх допомогою геолого-
екологічних задач // Наук. вісник Івано-Фран ків сь-
кого національного технічного університету наф ти
і газу. — 2003. — № 1(5). — С. 77—80.
7. Азімов О.Т. Про геофізичний варіант передачі ін-
формації з надр Землі на її поверхню // 3б. наук.
пр. «Теоретичні та прикладні аспекти геоінформа-
тики». — К., 2011. — С. 82—108.
8. Kioto Iizuka. Subsurface radars // Proceedings of the
1984 International Symposium on Noise and Clutter
Rejection in Radars and Imaging Sensors, October 22—
24, Tokyo, Japan.
9. Скануючий георадар, адаптований для задач інже-
нерної геології, гідрогеології та екології / Прес-
реліз Інституту Радіо Електроніки ім. А.Я. Усікова
НАН України. — Харків: Інститут радіоелектроні-
ки НАН України — 2005. — 2 c.
10. Сидоров В.А., Тикшаев В.В. Электроразведка зонди-
рованиями становлением поля в ближней зоне. —
Саратов: Изд. Нижневолжского НИИ геологии и
геофізики, 1969. — 68 с.
11. Сидоров В.А. Импульсная индуктивная электро-
разведка. — М.: Недра, 1985. — 185 с.
12. Кобзова В.М., Дещиця С.А., Ладанівський Б.Т., Мо-
роз І.П. Фізичне моделювання електромагнітних
полів у геологічному середовищі. — К.:Наук. дум-
ка, 2008. — 167 c.
13. Патент України № 9443. Пристрій для моделю-
вання нестаціонарних електромагнітних процесів /
Дещиця С.А. Пріоритет від 30.09.1996, клас G01V
3/08; Заявл. 19.08.1985; Опубл. 30.09.1996; Бюл. № 3.
14. ATxmega 64A3/128A3/196A3/256A3 Complete
[Елек т ронний ресурс]. — 134 pages, updated
06/2013 — Ре жим доступу: http://www.atmel.сom/
devices/ ATXMEGA256.aspx.
15. Патент України № 40624. Спосіб організації ката-
логу електронного диску / Підвірний О.І. Пріоритет
від 27.04.2009, клас G01V 3/08; Заявл.15.07.2008;
Опубл.27.04.2009; Бюл. № 8.
16. Підвірний О.І. До питання збору і передачі пер-
винних геофізичних даних в автоматизованих
сис темах // Геодинаміка. — 2013. — Т. 15, № 2. —
С. 286—288.
17. Дещиця С.А., Романюк О.І., Садовий Ю.В., Підвір-
ний О.І., Кусайло Р.І., Коляденко В.В. Результати де-
тальних електромагнітних зондувань проблемної
ділянки північного борту Домбровського кар’єру //
Геодинаміка. — 2013. — № 2(15). — С. 136—138.
18. Патент України № 48549. Пристрій для геоелек-
тророзвідки / Дещиця С.А., Підвірний О.І., Рома-
нюк О.І.; Заявл. 25.03.2010, Бюл. № 6.
19. Дещиця С.А., Підвірний О.І. Застосування нетради-
ційних систем спостереження для електромагнітно-
го діагностування геосередовища // Тезисы докла-
дов первой международной конференции «Ак ту-
альные проблемы электромагнитных зон дирующих
систем» 27—30 сентября 2009 г., м. Київ. — С. 32—33.
20. Шамотко В.І., Дещиця С.А., Романюк О.І., Дутко Р.Б.,
Кусайло Р.І. Електромагнітне діагностуван ня за-
бруднення геологічного середовища відходами ка-
лійного виробництва (на прикладі Ка луш-Го лин-
ського родовища Передкарпаття) // Еко ло гія дов кіл-
ля та безпека життєдіяльності. — К.: Т-во «Знання»,
2006. — № 1. — С. 75—79.
21. Романюк О.І., Шамотко В.І., Дещиця С.А., Дутко Р.Б.,
Кусайло Р.І. Електромагнітне діагностування за-
бруднення водоносного горизонту на прилеглих до
Домбровського кар’єру територіях // Наук. вісник
Івано-Франківського національного технічного
університету нафти і газу. — 2009. — № 1(19). —
С. 24—31.
22. Шамотко В.І., Дещиця С.А., Петровський А.Л., Ро-
манюк О.І., Дутко Р.Б. Електромагнітні досліджен-
ня активізації техногенного карсту на територіях
видобутку калійних і сірчаних руд Передкарпат-
тя // Екологія довкілля та безпека життєдіяльнос-
ті. — К.: Т-во «Знання», 2002. — № 4. — С. 69—75.
23. Романюк О.І., Шамотко В.І., Дещиця С.А., Дутко Р.Б.,
Петровський А.Л. Електромагнітні дослідження
стану геосередовища та прогнозування еконебез-
печних явищ в межах техногенних зон видобувних
підприємств Передкарпаття // Матеріали науко-
вої конференції «Нові геофізичні технології про-
гнозування та моніторингу геологічного середови-
ща», 9—11 жовтня 2007 р., м. Львів. — 2007. — С. 90.
58 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
С.А. Дещиця, О.І. Підвірний, О.І. Романюк та ін.
24. Шуровський О.Д., Анікєєв С.Г., Шамотко В.І., Деши-
ця С.А., Ніколаєнко О.А., Поплюйко А.Г. Геофізич-
ний моніторинг еконебезпечних геологічних про-
цесів в агломерації м. Калуша // Мінеральні ре-
сурси України. — 2012. — № 2. — С. 31—38.
REFERENCES
1. Hmelevskoj V., Shevnin V. Jelektricheskoe zondirovanie
geologicheskoj sredy. Moskva: Izd-vo MGU, Ch.1, 1988
[in Russian].
2. Hmelevskoj V., Shevnin V. Jelektricheskoe zondirovanie
geologicheskoj sredy. Moskva: Izd-vo MGU, Ch.2, 1992
[in Russian].
3. Stacey Robert W. Electrical Impedance Tomography. Ro-
bert W. Stacey. [elektronnyi resurs] Stanford Universi-
ty. June 2006. Rezhym dostupu do resursu: http://www.
pangea.stanford.edu.
4. Experymentalni elektromagnitni doslidzhennia ekone-
bez pech nych terytorii. Shamotko V.I., Deshchytsya S.A.
Za redaktsiieiu V.I. Starostenka «Doslidzhennia suchas-
noi heodynamiky Ukrainskykh Karpat». Kyiv: Naukova
dumka, 2005. P. 210—232 [in Ukrainian].
5. Salomatin V.N., Zhilenko O.B. Obzor oblastej prime ne-
nija geofizicheskogo jekspress-metoda EIJeMPZ. [Elekt-
ronnij resurs] Stroitel’stvo i tehnogennaja bezopasnost’
(Construction and tehnological safety). 2006. 15-16:
p. 213—216. Rezhim dostupu do resursu: http://www.
pk.napks.ru/library/compilations_vak/sitb/2006/15_16/
p_213_216.pdf [in Russian].
6. Salomatin M.V., Shkitsa L.Ye. Mekhanoelektrychni pe re-
tvo rennia v tverdykh tilakh iz defektnoiu strukturoiu ta
mozh lyve rishennia za yikh dopomohoiu heoloho-eko lo-
hich nykh zadach. Naukovyi visnyk Ivano-Frankivskoho na-
tsio nalnoho tekhnichnoho universytetu nafty i hazu (Sci en-
tific herald of Ivano-Frankivsk national technical uni ver si-
ty of oil and gas). 2003, No 1(5), P. 77—80 [in Ukrainian].
7. Azimov O.T. Pro heofizychnyi variant peredachi infor-
matsii z nadr Zemli na yii poverkhniu. Zbirn. nauk. prats
«Teoretychni ta prykladni aspekty heoinformatyky» (Proc.
«Theoretical and applied aspects of Geoinformatics»).
Kyiv. 2011, P. 82-108 [in Ukrainian].
8. Kioto Iizuka (Toronto, Canada) Subsurface radars. Pro-
ceedings of the 1984 International Symposium on Noise
and Clutter Rejection in Radars and Imaging Sensors,
October 22-24, Tokyo, Japan.
9. Skanuiuchyi heoradar, adaptovanyi dlia zadach inzhe-
ner noi heolohii, hidroheolohii ta ekolohii. Pres-reliz In-
stytutu Radioelektroniky im. A.Ya. Usikova NAN Uk-
rainy. Kharkiv, 2005 [in Ukrainian].
10. Sidorov V.A., Tikshaev V.V Elektrorazvedka zondi ro va ni-
ja mi stanovleniem polja v blizhnej zone. Saratov: Izd. Nizh-
nevolzhskogo NII geologii i geofiziki, 1969 [in Russian].
11. Sidorov V.A. Impul’snaja induktivnaja jelektrorazvedka.
Moskva: Nedra, 1985 [in Russian].
12. Kobzova V.M., Deshchytsya S.A., Ladanivskyi B.T., Mo-
roz I.P. Fizychne modeliuvannia elektromahnitnykh poliv
u heolohichnomu seredovyshchi. Kyiv: Naukova dumka,
2008 [in Ukrainian].
13. Patent Ukrainy N 9443. Deshchytsya S.A. Prystrii dlia
modeliuvannia nestatsionarnykh elektromahnitnykh pro-
tsesiv. Priorytet vid 30.09.1996, klas G01V 3/08.
14. ATxmega 64A3/128A3/196A3/256A3 Complete [elek-
tronnyi resurs]. 134 pages, updated 06/2013. Rezhim
dostupu do resursu: http://www.atmel.com/devices/
ATXMEGA256.aspx.
15. Patent Ukrainy N 40624. Pidvirny O.I. Sposib orhani za-
tsii katalohu elektronnoho dysku. Priorytet vid 27.04.2009,
klas G01V 3/08.
16. Pidvirny O.I. Do pytannia zboru i peredachi pervyn-
nykh heofizychnykh danykh v avtomatyzovanykh sy-
stemakh. Heodynamika (Geodynamics). 2013, No 15(2):
286—288 [in Ukrainian].
17. Deshchytsya S.A., Romaniuk O.I., Sadovyi Yu.V., Pid vir-
ny O.I., Kusaylo R.I., Kolyadenko V.V. Rezultaty detal-
nykh elektromahnitnykh zonduvan problemnoi dilianky
pivnichnoho bortu Dombrovskoho karieru. Heodynamika
(Geodynamics). 2013, No 2(15): 136-138 [in Ukrainian].
18. Patent Ukrainy N 48549. Deshchytsya S.A., Pidvirny O.I.,
Romaniuk O.I. Prystrii dlia heoelektrorozvidky. vid
25.03.2010, Biul. N 6.
19. Deshchytsya S.A., Pidvirny O.I. Zastosuvannia netra-
dy tsiinykh system sposterezhennia dlia elektromahnit-
noho diahnostuvannia heoseredovyshcha. Tezysy do kla-
dov pervoi mezhdunarodnoi konferentsyy «Aktualnye
problemy elektromahnytnykh zondyruiushchykh sys-
tem» 27—30 sentiabria 2009. Kyiv. P. 32—33.
20. Shamotko V.I., Deshchytsya S.A., Romaniuk O.I., Dut-
ko R.B., Kusaylo R.I. Elektromahnitne diahnostuvannia
zabrudnennia heolohichnoho seredovyshcha vidkhodamy
kaliinoho vyrobnytstva (na prykladi Kalush-Holynskoho
rodovyshcha Peredkarpattia). Ekolohiia dovkillia ta bez-
peka zhyttiediialnosti (Environmental ecology and life
Safety). Kyiv: T-vo «Znannia» Ukrainy, 2006, No 1. P. 75—
79 [in Ukrainian].
21. Romaniuk O.I., Shamotko V.I., Deshchytsya S.A., Dut-
ko R.B., Kusaylo R.I. Elektromahnitne diahnostuvan-
nia zabrudnennia vodonosnoho horyzontu na pryleh-
lykh do Dombrovskoho karieru terytoriiakh. Naukovyi
visnyk Ivano-Frankivskoho natsionalnoho tekhnichnoho
universytetu nafty i hazu (Scientific herald of Ivano-
Frankivsk national technical university of oil and gas).
2009. No 1(19): 24—31 [in Ukrainian].
22. Shamotko V.I., Deshchytsya S.A., Petrovskyi A.L, Ro-
maniuk O.I., Dutko R.B. Elektromahnitni doslidzhennia
aktyvizatsii tekhnohennoho karstu na terytoriiakh vydo-
butku kaliinykh i sirchanykh rud Peredkarpattia. Ekolo-
hiia dovkillia ta bezpeka zhyttiediialnosti (Environmen-
tal ecology and life Safety). Kyiv: T-vo «Znannia» Uk-
rai ny, 2002, No 4: 69—75 [in Ukrainian].
59ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(5)
Оцінка стану екологічно проблемних об’єктів Калуського гірничо-промислового району електромагнітними методами
23. Romaniuk O.I., Shamotko V.I., Deshchytsya S.A., Dut-
ko R.B., Petrovskyi A.L. Elektromahnitni doslidzhennia
stanu heoseredovyshcha ta prohnozuvannia eko ne bez pech-
nykh yavyshch v mezhakh tekhnohennykh zon vy do buv-
nykh pidpryiemstv Peredkarpattia. Materialy nau kovoi
konferentsii «Novi heofizychni tekhnolohii proh no zu-
vannia ta monitorynhu heolohichnoho sere dovyshcha».
Lviv. 2007. P. 90 [in Ukrainian].
24. Shurovskyi O.D., Anikieiev S.H., Shamotko V.I., De-
shchy tsya S.A., Nikolayenko O.A., Poplyuiko A.G Heo-
fi zychnyi monitorynh ekonebezpechnykh heolohich-
nykh protsesiv v ahlomeratsii m. Kalusha. Mineralni
resursy Ukrainy (Mineral resources of Ukraine). 2012.
No 2. P. 31—38 [in Ukrainian].
S.A. Deshchytsya, O.I. Pidvirny, O.I. Romanyuk,
Yu.V. Sadovyi, V.V. Kolyadenko, L.G. Savkiv, Yu.S. Myshchyshyn
Carpathian Division of S.I. Subbotin
Institute of Geophysics, the NAS of Ukraine,
3B, Naukova Str. Lviv, 79060, Ukraine,
tel./fax: +38 (032) 264-85-63, carp@cb-igph.lviv.ua
EVALUATION OF THE STATE
OF THE ECOLOGICALLY PROBLEMATIC
MINING AND INDUSTRIAL OBJECTS IN KALUSH
REGION BY ELECTROMAGNETIC METHODS
AND THEIR MONITORING
Environmentally hazardous geological processes involved in
the waste deposits of potash and rock salt pose significant real
threats to the environment. To detect, to study and to prevent in
time such the processes (carsting, suffosations, landslides) hard-
ware and software complex for induction sounding of the geo-
logical environment in the near zone of field source was created
and tested. The multiprocessor system for management, collec-
tion and transfer to the end users of the data for analysis and
operational geological interpretation was developed.
Keywords: geological medium, negative process, ecolo-
gy, electromagnetic field, soundings, evaluation of geological
medium state, prediction.
С.А. Дещица, О.И. Пидвирный,
О.И. Романюк, Ю.В. Садовый, В.В. Коляденко,
Л.Г. Савкив, Ю.С. Мыщышын
Карпатское отделение Института геофизики
им. С.И. Субботина НАН Украины,
ул. Наукова, 3Б, Львов, 79060, Украина,
тел./факс: +38 (032) 264-85-63, carp@cb-igph.lviv.ua
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ
ЭКОЛОГИЧЕСКИ ПРОБЛЕМНЫХ
ОБЪЕКТОВ КАЛУШСКОГО
ГОРНО-ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ МЕТОДАМИ
И ИХ МОНИТОРИНГ
Экологически опасные геологические процессы, воз-
никающие на отработанных месторождениях калийной
и каменной солей, создают существенные реальные уг-
розы для окружающей среды. Для выявления, изучения
и своевременного предупреждения таких процессов
(карст, суффозия, оползни) создан и апробирован аппа-
ратурно-программный комплекс индукционных мало-
глубинных зондирований геологической среды в ближ-
ней зоне источника поля. Разработанана система уп-
равления, сбора и передачи пользователям полученных
данных для анализа и оперативной геологической ин-
терпретации.
Ключевые слова: геосреда, негативный процесс, эко-
логия, электромагнитное поле, зондирование, оценка со-
стояния, прогнозирование.
Стаття надійшла до редакції 16.05.16
|