Опыт наблюдений методами космической геодезии на объектах…

ОПЫТ НАБЛЮДЕНИЙ МЕТОДАМИ КОСМИЧЕСКОЙ ГЕОДЕЗИИ НА ОБЪЕКТАХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

Автор для переписки: В.Н. Татаринов, e-mail: v.tatatrinov@gcras.ru

– разработана методология локальных геодинамических наблюдений с помощью ГНСС

– наблюдения выполнены в районах АЭС и захоронения радиоактивных отходов

– исследовано влияние современных движений на изоляционные свойства горных массивов

– обоснована геоэкологическая безопасность района захоронения радиоактивных отходов

– внесены поправки в нормативные документы

– дан обзор результатов, полученных в 1995–2017 гг.

Аннотация. Приведен обзор наблюдений за современными движениями земной коры (СДЗК) с помощью глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) на объектах использования атомной энергии (ОИАЭ). В 1995–2002 гг. наблюдения проводились на геодинамических полигонах Нововоронежской, Калининской и Ростовской АЭС. По итогам ГНСС-наблюдений был сделан вывод о стабильности площадки Калининской АЭС и рекомендовано в проектных решениях учесть деформации земной поверхности в направлении север–юг. Создание геодинамического полигона для наблюдений за активностью района Ростовской АЭС на основе GPS-технологии способствовало прохождению государственной экологической экспертизы при пуске первого реактора атомной станции в 2001 г. В районе строительства первого в России пункта глубинного захоронения высокоактивных радиоактивных отходов (Красноярский край) был создан геодинамический полигон для наблюдений за СДЗК и разработана методология обработки и интерпретации данных геодинамических наблюдений, учитывающая масштабный пространственно-временной эффект. Впервые для района, находящегося на стыке крупнейших тектонических структур – Сибирской платформы и Западно-Сибирской плиты, инструментально измерены скорости горизонтальных деформаций земной коры и установлен циклический характер геодинамического режима. Выполненные в 2010–2016 гг. наблюдения показали, что в 2010–2013 гг. максимальные изменения дистанций между пунктами наблюдений не превышали 10 мм в год. В 2013–2014 гг. произошла активизация тектонического режима, проявившаяся в смене знаков деформаций сжатия и растяжения верхней части земной коры на правобережной и левобережной частях р. Енисей. Годовые скорости максимального изменения длин базисных линий в период активизации достигали ±18 мм. Средние квадратические ошибки в плане и по высоте за 2012–2016 гг. составили 3.0–3.5 мм и 6.0–7.4 мм соответственно. Для учета масштабного фактора были разработаны методические подходы к интерпретации данных наблюдений, позволившие оценить степень воздействия СДЗК на сохранность естественных изоляционных свойств породных массивов при обосновании геоэкологической безопасности захоронения радиоактивных отходов. По результатам наблюдений были заданы граничные условия моделирования напряженно-деформированного состояния породного массива, а также проведено геодинамическое районирование площадки Изотопно-химического завода ФГУП “ГХК”.

Ключевые слова: космическая геодезия, спутниковые навигационные системы, объекты использования атомной энергии, геодинамика, современные движения земной коры, деформации.

Цитируйте эту статью как: Татаринов В.Н., Алешин И.М., Татаринова Т.А. Опыт наблюдений методами космической геодезии на объектах использования атомной энергии // Наука и технологические разработки. 2018. Т. 97, № 2. С.25–44. [Тематический выпуск “Прецизионный геофизический мониторинг природных опасностей. Часть 2. Безопасность объектов использования атомной энергии”]. DOI: 10.21455/std2018.2-2

Андерсон Е.Б., Белов С.В., Камнев Е.Н., Колесников И.Ю., Лобанов Н.Ф., Морозов В.Н., Татаринов В.Н. Подземная изоляция радиоактивных отходов / Под ред. В.Н. Морозова. М.: Изд-во “Горная книга”, 2011. 592 с.

Гусева Т.В/, Мишин А.В., Сковородкин Ю.П. Современные горизонтальные движения на разных масштабных уровнях // Физика Земли. 1996. № 12. С.86–91.

Захоронение радиоактивных отходов. Принципы, критерии и основные требования безопасности. НП-055-04. М., 2005.

Зубков А.В. Напряженное состояние земной коры Урала // Литосфера. 2002. № 3. С.3–18.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недропользовании. М.: Агентство Экономических Новостей, 1999. 220 с.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика опасных разломов // Физика Земли. 2016. № 5. С.87–101.

Лукина Н.В. Нижнеканский гранитоидный массив: новейшие и современные тектонические движения, морфология и кинематика активных разломов и мегатрещин, современное поле напряжений. Возможности безопасного захоронения ВАО // Исследования гранитоидов Нижнеканского массива для захоронения РАО. Материалы КНТС. СПб., 1999. C. 49–59.

Мониторинг инженерно-геологических условий размещения объектов ядерного топливного цикла. РБ-036-06. М., 2006.

Морозов В.Н., Родкин М.В., Татаринов В.Н. К проблеме геодинамической безопасности объектов ядерно-топливного цикла // Геоэкология. 2001. № 3. С.227–238.

Морозов В.Н., Родкин М.В., Татаринов В.Н. Геодинамическая безопасность Ростовской АЭС // Международная конференция “Геодинамика и напряженное состояние недр Земли”. Новосибирск, 2001. С.271–277.

Нормы сейсмостойкого проектирования атомных станций. НП-031-01. М., 2001.

Размещение атомных станций. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности. НП-032-01 М. 2001.

Размещение ядерных установок ядерного топливного цикла. НП-050-03. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности. М. 2003.

Размещение пунктов хранения ядерных материалов и радиоактивных веществ. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности. НП-060-05. М., 2006.

Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS. ГКИНП (ОНТА) 01-271-03. М., 2003.

Руководящий технический материал по изучению деформаций земной поверхности геодезическими методами на полигонах атомных электростанций. ГКИНП-10-186-84. М., 1984.

Татаринов В.Н. Геодинамическая безопасность на объектах ядерного топливного цикла // Использование и охрана природных ресурсов в России. 2006. Бюллетень № 1 (85). С.46–51.

Татаринов В.Н., Морозов В.Н., Кафтан В.И., Каган А.И. Геодинамический мониторинг как основа сохранения биосферы при захоронении радиоактивных отходов // Науки о Земле. № 3. 2014. С.47–60.

Татаринов В.Н., Бугаев Е.Г., Татаринова Т.А. К оценке деформаций земной поверхности по данным спутниковых наблюдений // Горный журнал. 2015. № 10. С.27–32. DOI: dx.doi.org/ 10.17580/gzh.2015.10.05

Татаринов В.Н., Кафтан В.И., Сеелев И.Н. Изучение современной геодинамики Нижне-Канского массива для безопасного захоронения радиоактивных отходов // Атомная энергия. 2016. Т. 121, № 3. С.157–160.

Татаринов В.Н., Татаринова Т.А. Учет масштабного эффекта при наблюдениях за деформациями земной поверхности спутниковыми навигационными системами // Маркшейдерский вестник. 2012. № 5. С.15–19.

Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на объекты использования атомной энергии. НП-064-05. М., 2006.

Федеральные нормы и правила. Оценка сейсмической опасности участков размещения ядерно- и радиационно опасных объектов на основании геодинамических данных. РБ-019-01. М., 2002.

Федеральные нормы и правила. Оценка исходной сейсмичности района и площадки размещения объекта использования атомной энергии при инженерных изысканиях и исследованиях. РБ-019-17. М., 2017.

Flesch L.M., Haines A.J., Holt W.E. Dynamics of the India-Eurasia collision zone // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P.16435–16460.

Meade B. Present-day kinematics at the India-Asia collision zone // Geology. 2007. V. 35. P.81–84. DOI: 10.1130/G22924A.1

McCaffrey R. Block kinematics of the Pacific–North America plate boundary in the Southwestern United States from inversion of GPS, seismological, and geologic data // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. B07401. DOI: 10.1029/ 2004JB003307

Tatarinova T.A., Tatarinov V.N. Prediction of geodynamic hazards of Kalininskaja nuclear power plants with the GPS technology // III International conference on recent advance in space technologies. 2007. V. 1, N 1. P.22–23. DOI: 10.1109/RAST.2007.428398.

ТАТАРИНОВ Виктор Николаевич – доктор технических наук, заведующий лабораторией, Геофизический центр РАН. 119296, г. Москва, ул. Молодежная, д. 3; главный научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(495) 930-51-39. E-mail: v.tatatrinov@gcras.ru

АЛЕШИН Игорь Михайлович – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. Тел.: +7(499) 766-26-56. E-mail: ima@ifz.ru

ТАТАРИНОВА Татьяна Александровна – старший научный сотрудник, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 123242, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1; ученый секретарь, Геофизический центр РАН. 119296, г. Москва, ул. Молодежная, д. 3. Тел.: +7(499) 766-26-56. E-mail: tata@wdcb.ru.ru.

DEVELOPMENTS), ISSN: 2079-5165, eISSN: 2410-7948, DOI: 10.21455/std; https://elibrary.ru/title_

PRACTICE OF OBSERVATIONS BY SPACE GEODESY METHODS ON OBJECTS OF USING ATOMIC ENERGY

1 Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

– impact of recent movements on the insulation properties of rock massive is studied

– geoecological safety of radioactive waste disposal facility has been substantiated

Abstract. The article provides an overview of the observations of the recent movements of the Earth's crust using global navigation satellite systems (GNSS) at nuclear energy facilities. In 1995–2002 observations were made at the geodynamic test ranges of the Novovoronezh, Kalinin and Rostov NPPs. According to GNSS observations, a conclusion was made about the stability of the site of the Kalinin NPP and it was recommended to take into account the deformations of the Earth's surface in a north-south direction for better design decisions. The creation of a geodynamic test range for monitoring the Rostov NPP area on the basis of GPS technology facilitated the state environmental expertise during the launch of the first reactor of the nuclear power plant in 2001. In the area of the construction of the first in Russia deep repository for high-level radioactive waste (Krasnoyarsk region), a geodynamic test range was created to monitor the recent movements of the Earth’s crust and a methodology for processing and interpreting geodynamic observations was developed, taking into account the large-scale space-time effect. For the first time, the velocities of horizontal deformations of the Earth's crust have been instrumentally measured for a region located at the junction of the largest tectonic structures-the Siberian Platform and the West Siberian Plate, and the cyclic nature of the geodynamic regime has been established. Completed in 2010–2016, the observations showed that in 2010–2013 the maximum changes in the distances between observation points did not exceed 10 mm per year. In 2013–2014 the activation of tectonic regime was manifested by the change of signs of deformation of compression and stretching of the upper part of the Earth's crust on right bank and left bank of the Yenisei river. The annual rates of maximum change in the lengths of the baseline lines during the activation period reached ±18 mm. Mean square errors in terms of plane and height for 2012–2016 were 3.0–3.5 mm and 6.0–7.4 mm, respectively. Taking into account the scale factor, new methodological approaches were developed for interpreting the data, which made it possible to assess the degree of impact of the recent movements of the Earth's crust on the preservation of the natural isolating properties of rock massifs to justify the geoecological safety of high-level radioactive waste disposal in the area. Based on the results of observations, the boundary conditions were established for modeling the stress-strain state of the rock massif, and geodynamic zoning at the Industrial Site of the Isotope Chemical Plant of the Federal State Unitary Enterprise (FSUE) Mining and Chemical Combine (GKhK) was carried out in 2016.

Keywords: space geodesy, satellite navigation systems, objects of atomic energy use, geodynamics, modern movements of the earth's crust, deformations.

Cite this article as: Tatarinov V.N., Aleshin I.M., Tatarinova T.A. Practice of observations by space geodesy methods on objects of using atomic energy, Nauka i Tekhnologicheskie Razrabotki (Science and Technological Developments), 2018, vol. 97, no. 2, pp. 25–44. [Special issue “Precise Geophysical Monitoring of Natural Hazards. Part 2. Safety of Nuclear Energy Facilities”]. [in Russian]. DOI: 10.21455/std2018.2-2

Anderson Ye.B., Belov S.V., Kamnev Ye.N., Kolesnikov I.Yu., Lobanov N.F., Morozov V.N., Tatarinov V.N. Podzemnaya izolyatsiya radioaktivnykh otkhodov (Underground Isolation of Radioactive Waste). Ed. by V.N. Morozov. Moscow, Gornaya kniga, 2011. 592 p.

Federal'nyye normy i pravila. Otsenka iskhodnoy seysmichnosti rayona i ploshchadki razmeshcheniya ob"yekta ispol'zovaniya atomnoy energii pri inzhenernykh izyskaniyakh i issledovaniyakh. RB-019-17 (Federal rules and regulations. Estimation of the initial seismicity of the area and the site for the location of the facility for the use of atomic energy in engineering surveys and studies. RB-019-17). Moscow, 2017.

Federal'nyye normy i pravila. Otsenka seysmicheskoy opasnosti uchastkov razmeshcheniya yaderno- I radiatsionno opasnykh ob"yektov na osnovanii geodinamicheskikh dannykh. RB-019-01 (Federal rules and regulations. Estimation of seismic hazard of sites of location of nuclear and radiation hazardous objects on the basis of geodynamic data. RB-019-01). Moscow, 2002.

Flesch L.M., Haines A.J., Holt W.E. Dynamics of the India-Eurasia collision zone, Journal of Geophysical Research, 2001, vol. 106, pp. 16435–16460.

Guseva T.V., Mishin A.V., Skovorodkin Yu.P. Modern horizontal movements at different scale levels, Fizika Zemli (Physics of the Earth), 1996, no. 12, pp. 86–91 [in Russian].

Kuzmin Yu.O. Modern geodynamics of dangerous faults, FizikaZemli (Physics of the Earth), 2016, no. 5, pp. 87–101 [in Russian].

Kuzmin Yu.O. Sovremennaya geodinamika I otsenka geodinamicheskogo riska pri nedropol'zovanii (Modern geodynamics and assessment of geodynamic risk in subsoil use). Moscow, Agentstvo Ekonomicheskikh Novostey, 1999. 220 p.

Lukina N.V. The Nizhnekansky granitoid massif: the latest and modern tectonic movements, morphology and kinematics of active faults and megatrends, and a modern stress field. Possibilities of safe disposal of HLW, Issledovaniya granitoidov Nizhnekanskogo massiva dlya zakhoroneniya RAO. Materialy KNTS (Investigation of granitoids of the Nizhnekansky Massif for disposal of radioactive waste. Materials CNTS), St. Petersburg, 1999. pp. 49–59.

McCaffrey R. Block kinematics of the Pacific–North America plate boundary in the Southwestern United States from inversion of GPS, seismological, and geologic data, Journal of Geophysical Research, 2005, vol. 110, B07401. DOI:10.1029/ 2004JB003307

Meade B. Present-day kinematics at the India-Asia collision zone, Geology, 2007, vol. 35, pp. 81–84. DOI: 10.1130/G22924A.1

Monitoring inzhenerno-geologicheskikh usloviy razmeshcheniya ob"yektov yadernogo toplivnogo
tsikla. RB-036-06 (Monitoring of engineering-geological conditions for the placement of nuclear fuel cycle facilities. RB-036-06). Moscow, 2006.

Morozov V.N., Rodkin M.V., Tatarinov V.N. Geodynamic safety of Rostov NPP, International conference “Geodynamics and the stressed state of the Earth's interior”, Novosibirsk, 2001, pp. 271–277.

Morozov V.N., Rodkin M.V., Tatarinov V.N. To the problem of geodynamic safety of nuclear fuel cycle objects, Geoekologiya (Geoecology), 2001, no. 3, pp. 227–238 [in Russian].

Normy seysmostoykogo proyektirovaniya atomnykh stantsiy. NP-031-01 (Norms of seismic design of nuclear power plants. NP-031-01). Moscow, 2001.

Razmeshcheniye atomnykh stantsiy. Osnovnyye kriterii i trebovaniya po obespecheniyu bezopasnosti. NP-032-01 (Placement of nuclear power plants. Basic safety criteria and requirements. NP-032-01). Moscow, 2001.

Razmeshcheniye punktov khraneniya yadernykh materialov I radioaktivnykh veshchestv. Osnovnyye kriterii i trebovaniya po obespecheniyu bezopasnosti. NP-060-05 (Placement of storage facilities for nuclear materials and radioactive substances. Basic safety criteria and requirements. NP-060-05). Moscow, 2006.

Razmeshcheniye yadernykh ustanovok yadernogo toplivnogo tsikla. NP-050-03. Osnovnyye kriterii i trebovaniya po obespecheniyu bezopasnosti (Placement of nuclear installations of the nuclear fuel cycle. NP-050-03. Basic safety criteria and requirements). Moscow, 2003.

Rukovodstvo po sozdaniyu i rekonstruktsii gorodskikh geodezicheskikh setey s ispol'zovaniyem sputnikovykh sistem GLONASS/GPS. GKINP (ONTA) 01-271-03 (Guidance on the creation and reconstruction of urban geodetic networks using the GLONASS/GPS satellite systems). Moscow, GKNIP (ONTA) 01-271-03, 2003.

Rukovodyashchiy tekhnicheskiy material po izucheniyu deformatsiy zemnoy poverkhnosti geodezicheskimi metodami na poligonakh atomnykh elektrostantsiy. GKINP-10-186-84 (Leading technical material on the study of deformations of the earth's surface by geodetic methods on the ranges of nuclear power plants). Moscow, GKNIP-10-186-84, 1984.

Tatarinov V.N. Geodynamic safety at nuclear fuel cycle facilities, Ispol'zovaniyei okhranaprirodnykhresursov v Rossii. Byulleten' № 1 (85) (Use and protection of natural resources in Russia), 2006, no. 1 (85), pp. 46–51 [in Russian].

Tatarinov V.N., Bugaev Ye.G., Tatarinova T.A. To the estimation of deformations of the Earth's surface according to satellite observations, Gornyy zhurnal (Mining Journal), 2015, no. 10, pp. 27–32 [in Russian]. DOI: dx.doi.org/10.17580/gzh.2015.10.05

Tatarinov V.N., Kaftan V.I., Seleev I.N. Study of modern geodynamics of the Lower Kan Massif for the safe burial of radioactive waste, Atomnaya energiya (Atomic Energy), 2016, vol. 121, no. 3, pp. 157–160 [in Russian].

Tatarinov V.N., Morozov V.N., Kaftan V.I., Kagan A.I. Geodynamic monitoring as a basis for conservation of the biosphere in the disposal of radioactive waste, Nauki o Zemle (Sciences about the Earth), 2014, no. 3, pp. 47–60 [in Russian].

Tatarinov V.N., Tatarinova T.A. Consideration of the scale effect during observations of deformations of the earth's surface by satellite navigation systems, Marksheyderskiy vestnik (Mine Surveying Bulletin), 2012, no. 5, pp. 15–19 [in Russian].

Tatarinova T.A., Tatarinov V.N. Prediction of geodynamic hazards of Kalininskaja nuclear power plants with the GPS technology. III International conference on recent advance in space technologies, 2007, vol. 1, no. 1, pp. 22–23. DOI: 10.1109/RAST.2007.428398

Uchet vneshnikh vozdeystviy prirodnogo i tekhnogennogo proiskhozhdeniya na ob"yekty ispol'zovaniya atomnoy energii. NP-064-05 (Accounting for external impacts of natural and technogenic origin on the objects of use of atomic energy. NP-064-05). Moscow, 2006.

Zakhoroneniye radioaktivnykh otkhodov. Printsipy, kriterii i osnovnyye trebovaniya bezopasnosti. NP-055-04 (Burial of radioactive waste. Principles, criteria and basic safety requirements. NP-055-04). Moscow, 2005.

Zubkov A.V. Stress state of the Earth's crust of the Urals, Litosfera (Lithosphere), 2002, no. 3, pp. 3–18 [in Russian].

TATARINOV Viktor Nikolaevich – Doctor of Technical Sciences, Head of Laboratory of Geodynamics, Geophysical Center, Russian Academy of Sciences, 119296, Moscow, Molodezhnaya, 3. Chief Research Scientist, Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7 (495) 930-51-39. E-mail: v.tatatrinov@gcras.ru

ALESHIN Igor Mikhailovich – Ph. D. (phys. and math.), Head of a laboratory, Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Tel.: +7 (499) 254-89-97. E-mail: ima@ifz.ru

TATARINOVA Tatiana Aleksandrovna – Senior Researcher, Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS. 123242, Moscow, ul. Bolshaya Gruzinskaya 10, stroenie 1. Scientific Secretary, Geophysical Center, Russian Academy of Sciences, 119296, Moscow, Molodezhnaya, 3. Tel.: +7(499) 766-26-56. E-mail: tata@wdcb.ru.ru.

НАУКА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ,

2018, том 97, № 2, с. 25-44