Особенности создания геодинамической сети г. Москвы

На протяжении длительного времени разнообразные деформации земной поверхности были и остаются источниками многочисленных, различных по масштабам разрушений окружающей среды и нарушений экологической обстановки, связанных с землетрясениями, оползнями, обвалами и другими воздействиями на приповерхностные геологические структуры. Применительно к территориям крупных городов такая ситуация резко обостряется из-за возрастающих нагрузок на грунт, связанных с массовыми многоэтажными застройками, интенсивного освоения подземного пространства, нарушений гидрорежима и вибровоздействий на геологическую среду со стороны быстро нарастающих транспортных потоков. В отдельных регионах крупных городов уровень воздействия на упомянутые геологические структуры уже приближается к критическому, при котором число разрушений из-за тех или иных деформаций земной поверхности резко возрастает. Так, по данным статистики, за последние 37 лет в г. Москве было зарегистрировано всего 43 провала. В то же время в текущем, еще не закончившемся году количество различного рода обрушений породы и провалов достигло уже 642. Возникла необходимость в разработке специальной комплексной программы "Безопасность Москвы", при реализации которой составлена геоэкологическая карта города и проводятся различные геофизические и геологические исследования. Основная цель упомянутой программы состоит в разработке рекомендаций по дальнейшему безопасному развитию города.

Среди многочисленных геологических, геофизических и геоморфологических методов изучения состояния геологической среды особое место занимают геодезические методы, позволяющие не только качественно, но и количественно оценить возникающие деформации земной поверхности и расположенных на ней различных строений и сооружений. Разработанные в последние годы подходы, основанные на высокоточных спутниковых методах координатных определений, открыли возможность организации эффективного геодезического мониторинга, позволяющего практически непрерывно и в самых разнообразных физико-географических условиях отслеживать те или иные деформации на миллиметровом уровне точности.

Реализуя последние достижения в области высокоточных геодезических измерений, университет в последние годы разработал концепцию построения геодезических опорных сетей для крупных городов, на основе которой был отработан Технический проект реконструкции опорной геодезической сети г.Москвы с использованием современной спутниковой технологии. Такой проект был реализован специалистами научно-исследовательского центра (НИЦ) "Геодинамика" МИИГАиК в 1996-97 гг. Учитывая актуальность создания на территории города постоянно действующего геодезического мониторинга по выявлению и отслеживанию локальных и региональных деформаций приповерхностных структур земной поверхности, в рамках упомянутой реконструкции сети г.Москвы были проведены соответствующие исследования, связанные с особенностями построения высокоточной геодинамической сети.

За три года (1996-98 гг.) было выполнено пять циклов наблюдений геодинамической сети и получены первые данные, характеризующие деформационные процессы геологических структур Московского региона. Для оценки состояния этих структур с целью прогнозирования возникновения и развития деформационных процессов совместно с ведущими в этой области учеными Академии Наук Российской Федерации (РАН) начаты работы по объединению геодезической, геофизической и геологической информации с целью интерпретации полученных результатов.

Построению геодинамической сети г. Москвы, пункты которой должны обоснованно отражать происходящие деформации поверхности изучаемого региона, предшествовали достаточно детальные геологические и геоморфологические исследования, позволившие идентифицировать зоны трещиноватости и флексурно-разрывные зоны. С учетом расположения этих зон была спроектирована геодинамическая сеть.

С целью выявления активности отдельных участков геологической среды выбранные пункты сети были приурочены к различным структурным зонам. При этом в сети включен целый ряд пунктов, достаточно удаленных от зон активного техногенного воздействия на среду. Такой подход позволяет более объективно оценить значения возникающих деформаций. Повышенное внимание было уделено центральной части города, подземная часть которой подвержена повышенным антропогенным воздействиям. В этом регионе была увеличена плотность геодинамической сети и был произведен более тщательный выбор мест расположения пунктов сети.

Определение смещения закрепленных на местности точек, характеризующих деформации отдельных участков исследуемых приповерхностных структур, произведено на основе использования современных высокоточных спутниковых технологий, открывающих возможность определения трехмерных координат на миллиметровом уровне точности. В качестве технических средств были использованы спутниковые приемно-вычислительные комплексы, разработанные такими ведущими фирмами как Leica (Швейцария) и Trimble (США).

Высокая потенциальная точность современных спутниковых методов координатных определений создали все предпосылки для организации высокоэффективного геодинамического мониторинга, позволяющего охватывать территории самых различных размеров. Вместе с тем для реализации повышенного уровня точности, характерного для геодинамических сетей, были предусмотрены двукратные наблюдения, относящиеся к различным суткам, а также сеансы наблюдений повышенной протяженности. Центрировка устанавливаемой на пунктах аппаратуры осуществлялась с максимальной тщательностью. Кроме того, была доработана методика обработки результатов измерений с тем, чтобы имелась возможность обоснованного отделения показателей, характеризующих смещение каждого конкретного пункта сети, от свойственных спутниковым наблюдениям ошибок измерений.

По завершении полевых работ специалистами НИЦ "Геодинамика" МИИГАиК произведена обработка полученных результатов, позволяющая судить о смещениях пунктов сети как в горизонтальной плоскости, так и по вертикали за период с ноября 1996 г. по декабрь 1998 г.

Обобщенный предварительный анализ результатов проведенных полевых спутниковых измерений свидетельствует о том, что смещения пунктов в горизонтальной плоскости носят достаточно случайный характер и оцениваются, в большинстве случаев, величинами на уровне нескольких миллиметров. Лишь на отдельных пунктах упомянутые смещения лежат в диапазоне от 10 до 27 мм.

Более интересная картина вырисовывается для вертикальных деформаций. Из рассмотрения схем, нетрудно установить повышенный уровень таких деформаций и определенную региональную закономерность, проявляющуюся через расположение оседаний и поднятий отдельных пунктов. На основе выявленной закономерности построена приближенная схема, на которую нанесены изолинии равных высотных деформаций. Особого внимания заслуживает при этом участок, охватывающий центральную часть города, где зарегистрированы оседания на уровне единиц сантиметров.

Причинами опускания земной поверхности могут быть, по предварительным данным, изменения уровня подземных вод и образование региональных депрессионных воронок, огромное давление на грунт, оказываемое находящимися на территории Москвы 39 000 жилых зданий и 2 800 промышленных объектов, а также особенностями современного тектонического процесса, характерного для данного региона. Не исключено также наличие и других причин, обуславливающих деформации земной поверхности, которые в настоящее время исследуются более подробно.

Совместный анализ деформаций, охватывающий все выполненные нами циклы наблюдений за смещениями пунктов геодинамической сети, свидетельствует о наличии как трендовых деформаций, так и сезонных вертикальных изменений уровня земной поверхности, имеющих циклический характер. Представляет значительный интерес подробное изучение этих двух видов деформаций, их взаимодействие и оценка количественных показателей.

Учитывая актуальность проводимых в рассматриваемой области исследований, нашему университету поручено уже в текущем году провести цикл геодезических измерений по изучению деформаций участка земной поверхности и памятников архитектуры на территории Московского Кремля.

Выполняемые специалистами университета исследования по созданию современного высокоэффективного геодезического мониторинга, позволяющего изучать и выявлять опасные деформационные процессы, не ограничиваются только Московским регионом. В настоящее время завершена разработка технического проекта на реконструкцию опорной геодезической сети г.Красноярска, в рамках которого предусмотрено создание геодинамической сети и последующего геодезического мониторинга с охватом всей территории города и его ближайших окрестностей.

Обобщая содержание настоящего сообщения, представляется возможным сделать следующие основные выводы:

1. Проблема создания современного высокоэффективного геодезического мониторинга в крупных городах чрезвычайно актуальна, так как на его основе открывается перспектива прогнозирования недопустимых деформаций различных зданий, а также наземных и подземных инженерных сооружений, что позволяет принимать соответствующие меры по предотвращению разрушения этих объектов.

2. Специфика проводимых исследований по рассматриваемой проблеме состоит в непрерывном их продолжении и постоянном совершенствовании как за счет повышения качества используемых методов геодезических измерений, так и посредством подключения других сопутствующих методов, позволяющих оперативно и с высокой эффективностью не только производить количественную оценку выявляемых деформаций, но и устанавливать причины их возникновения.

3. Современные методы геодинамических исследований, базирующиеся на высокоточных спутниковых координатных определениях, позволяют изучать деформационные процессы не только в пределах отдельных регионов, но и в глобальном масштабе. Созданная за последние годы глобальная геодинамическая сеть позволяет изучать волнующие все человечество причины изменения климата в пределах всего земного шара, учащающиеся землетрясения, наводнения и другие природные катаклизмы. В создании такой сети и постоянном ее отслеживании участвуют исследователи многих, наиболее развитых стран всего мира.

4. Для проведения исследований по геодинамике и организации мониторинговых систем, ориентированных на изучение деформационных процессов, в Московском государственном университете геодезии и картографии уже создан и несколько лет функционирует научно-исследовательский центр "Геодинамика", деятельность которого при соответствующей поддержке может быть существенно расширена.

Савиных В.П. ректор МИИГАиК,
Ямбаев Х.К. проректор по научной работе МИИГАиК,
Карпушин Ю.Г. зав. кафедрой “Высшая геодезия” МИИГАиК,
Лобазов В.Я. руководитель НИЦ “Геодинамика” МИИГАиК,
Генике А.А. научный руководитель НИЦ “Геодинамика” МИИГАиК.