ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ INSAR ДЛЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ВЫЗВАННЫХ ГОРНЫМИ РАБОТАМИ, НА ХАНДИЗИНСКОМ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты геомеханического мониторинга деформаций земной поверхности в районе Хандизинского полиметаллического месторождения, вызванных подземными горными работами. В качестве основного метода использована спутниковая интерферометрия с синтезированной апертурой (InSAR), позволяющая с высокой точностью отслеживать вертикальные смещения. Исходные данные — серия снимков Sentinel-1 с 12-дневной периодичностью. Обработка осуществлялась методами SBAS с применением программных средств SNAP и StaMPS. Результаты выявили локальные зоны интенсивного проседания со скоростями более 50 мм/год. Пространственная структура деформационного поля коррелирует с геологическими особенностями и конфигурацией подземных выработок. Полученные данные обладают высокой практической значимостью для оценки устойчивости горного массива, прогнозирования рисков и оптимизации горнотехнических решений. Применение InSAR продемонстрировало эффективность в условиях сложной морфологии и может быть рекомендовано для систематического дистанционного мониторинга на аналогичных объектах.

ABSTRACT

The article presents the results of geomechanical monitoring of ground surface deformations in the area of the Khandiza polymetallic deposit caused by underground mining operations. The primary method applied is satellite interferometry with synthetic aperture radar (InSAR), which enables highly accurate tracking of vertical displacements. The input data consisted of a series of Sentinel-1 images with a 12-day revisit period. Data processing was carried out using the SBAS method in combination with SNAP and StaMPS software tools. The results revealed local zones of intensive subsidence with rates exceeding 50 mm/year. The spatial structure of the deformation field correlates with the geological features and configuration of underground workings. The obtained data are of high practical importance for assessing rock mass stability, forecasting risks, and optimizing mining engineering solutions. The use of InSAR has demonstrated efficiency under complex morphological conditions and can be recommended for systematic remote monitoring at similar mining sites.

Ключевые слова: InSAR, спутниковый мониторинг, геомеханика, полиметаллическое месторождение, Хандиза, деформации поверхности, SBAS, Sentinel-1, техногенные риски, подземные горные работы.

Keywords:  InSAR, satellite monitoring, geomechanics, polymetallic deposit, Khandiza, surface deformation, SBAS, Sentinel-1, mining-induced hazards, underground mining.

Введение

Современное развитие горнодобывающей промышленности в условиях интенсификации подземных работ обостряет проблему мониторинга деформационных процессов, возникающих в результате перераспределения напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Особенно актуальной эта задача становится на территориях, характеризующихся сложным геологическим строением и активным техногенным воздействием, как, например, район Хандизинского полиметаллического месторождения в Сурхандарьинской области Республики Узбекистан.

Месторождение Ханди́за представляет собой сложный горнотехнический объект с развитой системой подземных выработок, включающих в себя как круто-, так и пологопадающие рудные тела различной мощности. Структурно-геологическая неоднородность, наличие многочисленных тектонических нарушений, интенсивное вовлечение пород в пликативные и дизъюнктивные деформации создают предпосылки для возникновения опасных геодинамических явлений: локальных проседаний, оползней, трещинообразования и подвижек земной поверхности.

В традиционной практике выявление и контроль таких деформаций осуществляется методами инструментальных наземных наблюдений, которые, несмотря на высокую точность, имеют существенные ограничения по пространственному охвату, стоимости и трудоёмкости. В этой связи, в последние годы всё более широкое распространение получает технология спутниковой интерферометрии с синтезированной апертурой (InSAR), обладающая рядом неоспоримых преимуществ: дистанционность, высокая пространственная и временная детализация, миллиметровая точность вертикальных смещений, доступность архивных данных.

Настоящее исследование направлено на применение методов спутниковой InSAR-интерферометрии для построения пространственно-временной картины деформаций земной поверхности в районе Хандизинского месторождения на основе данных спутника Sentinel-1. В работе используется интеграция алгоритма SBAS (Small Baseline Subset) с программными средствами ESA SNAP и StaMPS, позволяющая получить количественные параметры вертикальных смещений, оценить геомеханическую стабильность участка и выявить зоны потенциальной опасности.

Таким образом, основная цель работы заключается в разработке научно обоснованного подхода к дистанционному геомеханическому мониторингу полиметаллических месторождений с использованием технологий спутникового зондирования и адаптации метода InSAR к условиям сложной геоморфологии и интенсивной горной деятельности.

Материалы и методы исследования

Для реализации задач геомеханического мониторинга использовались архивные и текущие спутниковые радиолокационные данные, полученные со спутника Sentinel-1 Европейского космического агентства (ESA), функционирующего в режиме Interferometric Wide Swath (IW) с двойной поляризацией VV/VH. Исходный материал включал серию сцены с периодичностью повторного обзора в 12 дней, охватывающих период наблюдений с 2023 по 2024 годы (уточняется пользователем). Данные имели разрешение 5 × 20 метров и относились к типу SLC (Single Look Complex).

Предварительная обработка данных осуществлялась в программной среде ESA SNAP с использованием модуля Sentinel-1 Toolbox. Основной алгоритм обработки – SBAS (Small Baseline Subset) – позволил минимизировать временную и пространственную декорреляцию, обеспечив устойчивую фазовую когерентность даже в условиях сложного рельефа и сезонных колебаний влажности. Для точной регистрации и фильтрации интерферограмм дополнительно применялся инструмент StaMPS (Stanford Method for Persistent Scatterers).

Цифровая модель рельефа (ЦМР) использовалась в качестве референса при расчёте интерферометрических пар и устранении орбитальных и топографических ошибок. В качестве ЦМР применялась модель SRTM 1 Arc-Second (30 м). Все орбитальные данные синхронизировались с использованием точных орбитальных файлов (Precise Orbit Ephemerides – POE).

В процессе обработки производилась генерация когерентных интерферограмм, устранение фазовых шумов, разворачивание фаз и построение временных рядов деформаций в миллиметровом масштабе. Последующая визуализация результатов была реализована с помощью инструментов QGIS и Matplotlib для построения карт пространственного распределения оседаний и графиков временных смещений по ключевым точкам.

Таким образом, использованная методология позволила с высокой точностью выделить активные зоны вертикальных смещений и установить динамику деформационных процессов в районе Хандизинского месторождения в контексте горных работ и геологической структуры.

Результаты и обсуждения

Интерферометрическая обработка серии спутниковых радиолокационных изображений Sentinel-1, охватывающих период наблюдений с января 2023 года по июнь 2024 года, позволила выявить характер и масштабы вертикальных смещений земной поверхности в районе Хандизинского полиметаллического месторождения.

На основании алгоритма SBAS (Small Baseline Subset), реализованного в среде ESA SNAP и дополненного инструментами StaMPS, была построена пространственная карта деформаций, отражающая динамику оседания горного массива. Полученные данные указывают на наличие нескольких локальных участков со скоростью вертикального смещения, превышающей –50 мм/год, что может свидетельствовать о проявлении геомеханической неустойчивости, вызванной подземными горными работами.

Анализ пространственного распределения оседаний показывает, что наибольшие значения смещений наблюдаются в пределах очистных блоков, расположенных в интервале абсолютных отметок от +1300 м до +1000 м. Эти зоны совпадают с местоположением главных рудных тел, в частности тела №3, отличающегося наибольшей мощностью и интенсивным промышленным освоением. Характерная флексурная структура залежей и наличие тектонически ослабленных зон обуславливают повышенную подверженность массивов деформации.

На рисунке 1 приведён спутниковый снимок участка исследования, полученный с использованием сервиса Google* Earth. Изображение демонстрирует морфологическую сложность рельефа, наличие техногенных объектов и транспортной инфраструктуры, что служит основой для интерпретации интерферометрических данных и привязки деформационных аномалий к конкретным геоморфологическим элементам.

Рисунок 1. Вид на территорию Хандизинского месторождения

Временные графики смещений, построенные по характерным точкам, подтвердили прогрессивный характер деформаций без выраженных сезонных колебаний, что свидетельствует о преобладании техногенной причины происходящих изменений. Наблюдаемая закономерность пространственного распределения смещений чётко коррелирует с геологическим строением месторождения, что подтверждается сопоставлением с 3D-моделью, построенной в программной среде Datamine.

Таким образом, интеграция спутниковых данных и геологических моделей позволила не только количественно оценить масштаб и скорость деформаций, но и локализовать наиболее уязвимые зоны, требующие повышенного инженерного контроля и планирования мероприятий по снижению геодинамических рисков.

Заключение

Проведённое исследование продемонстрировало высокую эффективность применения технологии спутниковой интерферометрии с синтезированной апертурой (InSAR) для дистанционного геомеханического мониторинга Хандизинского полиметаллического месторождения. Обработка данных Sentinel-1 с использованием алгоритма SBAS и интеграции программных средств ESA SNAP и StaMPS позволила с высокой точностью определить пространственно-временные характеристики деформаций земной поверхности.

Анализ полученных карт вертикальных смещений выявил локализованные зоны интенсивного проседания, скорость которых превышает –50 мм/год. Наибольшая концентрация деформаций установлена в пределах очистных блоков, расположенных между отметками +1300 м и +1000 м, что соответствует участкам максимальной мощности рудного тела №3 и высокой плотности подземных горных работ. Наблюдаемые закономерности пространственного распределения деформаций чётко коррелируют с тектонически ослабленными зонами и флексурными перегибами рудных залежей.

Отсутствие выраженной сезонной составляющей в динамике смещений указывает на техногенный характер происходящих изменений. Это подчёркивает необходимость систематического дистанционного мониторинга для своевременного выявления опасных геодинамических процессов и планирования мер по снижению рисков.

Результаты исследования могут быть использованы при проектировании новых горных выработок, оптимизации вентиляционных и транспортных систем, а также при разработке стратегии устойчивого освоения минерально-сырьевой базы региона. Применение InSAR-мониторинга в комплексе с традиционными геотехническими методами позволит повысить промышленную безопасность и минимизировать негативное воздействие горных работ на окружающую среду.

*(По требованию Роскомнадзора информируем, что иностранное лицо, владеющее информационными ресурсами Google является нарушителем законодательства Российской Федерации – прим. ред.)

Список литературы:

1. Berardino, P., Fornaro, G., Lanari, R., Sansosti, E. A new algorithm for surface deformation monitoring based on small baseline differential SAR interferograms // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2002.–Vol.40(11).–P. 2375–2383. https://doi.org/10.1109/TGRS.2002.803792
2. Ferretti, A., Prati, C., Rocca, F. Permanent Scatterers in SAR Interferometry // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2001. – Vol. 39(1). – P. 8–20. https://doi.org/10.1109/36.898661
3. Werner, C., Wegmuller, U., Strozzi, T., Wiesmann, A. Interferometric Point Target Analysis for Deformation Mapping // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2003. – Vol. 41(7). – P. 246–252. https://doi.org/10.1109/TGRS.2003.812233
4. Sentinel-1 User Guide. European Space Agency (ESA). – [Электронный ресурс]: https://sentinel.esa.int/web/sentinel/user-guides/sentinel-1-sar
5. Zhang, L., Ding, X. L., Lu, Z. Ground deformation mapping by fusion of multi-temporal InSAR and GPS measurements // Journal of Geodesy. – 2011. – Vol. 85(6). – P. 555–567. https://doi.org/10.1007/s00190-011-0452-6
6. Государственный комитет Республики Узбекистан по геологии и минеральным ресурсам. Рабочая документация: “Отработка полиметаллических руд месторождения Ханди́за”. – Ташкент, 2023. – 215 с.