. 1), 2009 2-10Скорости движений перманентных GPS-станций...

ОЦЕНКА СКОРОСТЕЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ПОЛИГОНА КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

© Овчаренко А.В., Баландин Д.В., 2009, препринт ИГФ УрО РАН, Екатеринбург [email protected] [email protected]

1

ООввччааррееннккоо АА..ВВ..11,, ББааллааннддиинн ДД..ВВ..2 2

1Институт геофизики Уральского отделения РАН (ИГФ УрО РАН),

620016, г.Екатеринбург, ул. Амундсена 100, е-mail: ark-ovcharenko@yаndex.ru2Уральский государственный университет(УрГУ), 620083 г. Екатеринбург, пр. Ленина,

51, e-mail: [email protected]

Геодинамический полигон Кировской области состоит из восьми перманентных станций (см. рис. 1), которые работают с января 2009 г. Обработка данных GPS-мониторинга за период январь-март 2009 г выполнена по материалам любезно предоставленных «Кировгипрозем» в соответствии с договором о научном сотрудничестве. Обработка выполнена по стандартной схеме программы GAMIT/GLOBK. На рисунках 2-10 представлены результаты обработки. Из анализа полученных данных сделаны предварительные выводы о соответствии общей структуры движений станций Кировской области структуре горизонтальных движений на Русской платформе.

Рис. 1. Схема расположения перманентных станций GPS-мониторинга Кировской области [1]

mailto:ark-ovcharenko@y%D0%B0ndex.ru

mailto:[email protected]

Рис. 3. Карта векторов скоростей горизонтальных движений Волго-Уральского региона на эпоху 2009

Векторы скоростей горизонтальных движений реперов Кировской области в целом, с учетом достигнутой погрешности, соответствуют структуре векторов Волго-Уральского региона

Рис. 2. Предварительная карта векторов скоростей горизонтальных движений

Кировской области по данным GPS-мониторинга за январь-март 2009 Показан графический масштаб векторов скоростей горизонтальных движений и эллипсы 95% доверительной вероятности. Наибольшие погрешности вычисленных скоростей имеют станции Киров и Кумены. Движения остальных станций неплохо соответствует общей картине движения

Евразии.


2

Рис. 4. Временные ряды среднесуточных смещений перманентной GPS-станции Кирово-Чепецк

Получены обработкой GAMIT [2-3](Баландин Д.В., Овчаренко А.В., 2009) по материалам «Кировгипрозем» [1 ].


3

Рис. 5. Временные ряды среднесуточных смещений перманентной GPS-станции Киров

Получены обработкой GAMIT [2-3](Баландин Д.В., Овчаренко А.В., 2009) по материалам «Кировгипрозем» [1].


4

Рис. 6. Временные ряды среднесуточных смещений перманентной GPS-станции Кумены



5

Рис. 7. Временные ряды среднесуточных смещений перманентной GPS-станции Оричи



6

Рис. 8. Временные ряды среднесуточных смещений перманентной GPS-станции Слобода



7

Рис. 9. Временные ряды среднесуточных смещений перманентной GPS-станции Верхнешижемье



8

Рис. 10. Временные ряды среднесуточных смещений перманентной GPS-станции Юрья



9

Скорости движений перманентных GPS-станций Кировской области (01-03.2009)

Таблица

№ пп Кодовое имя станции Vlon , мм/год Vlаt ,мм/год Vrad , мм/год

1 KCHP 27.11±2.12 6.82±2.58 -12.69±9.38 2 KIRV 37.42±3.46 1.80±4.32 4.00±19.06 3 KUME 25.10±3.30 19.85±4.14 47.43±17.24 4 ORCH 31.15±2.79 10.57±3.44 -11.87±13.92 5 SLOB 27.73±2.90 09.85±3.58 -14.88±14.27 6 VRCH 30.09±3.12 07.42±3.90 33.01±16.01 7 YURI 25.35±2.98 14.91±3.69 10.36±13.68 8 SUEV Нет данных Нет данных Нет данных Повышенные значения восточной компоненты скорости смещения станции KIRV и северной компоненты скорости смещения станции KUME могут быть вызваны локальными (местными) условиями расположения этих станций. Анализ местных условий по 3D-моделям рельефа показывает, что станция Киров расположена на относительно ровном месте вблизи берегового склона реки Вятки (рис. 11-13).

Рис.11. К анализу локальных условий перманентной станции GPS-мониторинга KIRV Станция (красный кружок) расположена на вершине локального поднятия. Топографические профили

показаны на рис.12 и 13.


10

Рис. 12. Профиль запад-восток рельефа около станции KIRV Желтыми кружками показано положение станции и реки Вятка. Перепад высот составляет около 70 метров. При неблагоприятных грунтовых и гидрогеологических условиях возможны медленные склоновые деформации к реке, которые могут искажать картину глобальных движений.

Рис. 13. Профиль юг-север рельефа около станции KIRV

Желтыми кружками показано положение станции и реки Вятка. Искажение широтных смещений за счет локальных движений маловероятно.

На рисунках 14-15 приведена трехмерная диаграмма рельефа и широтный профиль для станции Кумены.

Рис.14. К анализу локальных условий перманентной станции GPS-мониторинга

Кумены (красный кружок)

Рис. 15. Профиль рельефа З-В около станции KUME

Желтым кружком показано положение станции, слева впадина- река Кумена. Перепад высот составляет около 15 метров. Склоновые движения маловероятны.


11

Векторы скоростей движения на остальных станциях, в целом, соответствуют картине региональных движений на Русской платформе, поэтому анализ местных условий на этих станциях здесь не приводится. В целом эти условия более благоприятные, чем на станциях KIRV, KUME. На рисунке 16 приводится профиль рельефа местности через три станции Кумены-Киров-Юрья (желтые кружочки слева-направо). Из анализа этого профиля следует, что станция Киров расположена в менее благоприятных локальных геодинамических условиях.

Рис. 16. Профиль рельефа местности через станции Кумены-Киров-Юрья

Поскольку основной искажающий фактор GPS-мониторинга - условия радиоприема, то ниже кратко рассматриваются эти фактические условия по наименее надежным станциям (KIRV, KUME).

2. Анализ обзорности небосвода станций сети «Кировгипрозем»

Анализ выполнялся с помощью процедуры QC2SKY, которая позволяет визуализировать на основе суточных файлов мониторинга станции ряд важных параметров по всем спутникам:

• HOR - Возвышение спутников над горизонтом; • ION - Ионосферную задержку; • IOD – Производную по времени (или скорость изменения) ION; • MP1 - Переотражение сигнала на частоте L1; • MP2 - Переотражение сигнала на частоте L2; • SN1 - Соотношение сигнал/шум на частоте L1; • SN2 - Соотношение сигнал/шум на частоте L2.

На графических документах этих параметров применена цветотоновая раскраска амплитуд (от красного до белого, красное - нулевое или самое маленькое возмущение, белое - максимальное возмущение или амплитуда). Зелеными кружочками обозначены неустранимые в обработке разрывы данных. Угол отсечки наблюдений по углу спутника над горизонтом в обработке по GAMIT был принят в 15о. Этот угол на круговых диаграммах обозначен красной окружностью. Круговые диаграммы строятся в координатах «азимут-угол возвышения».

2.1 Станция КИРОВ (KIRV) © Овчаренко А.В., Баландин Д.В., 2009, препринт ИГФ УрО РАН, Екатеринбург [email protected] [email protected]

12

Рис. 17. Азимутальная диаграмма возвышения спутников над горизонтом для KIRV Ось X – азимут (север в середине, слева - запад и юг, справа – восток и юг), ось Y – возвышения 0-90о. Синие горизонтальные линии проведены через 10 градусов, угол отсечки равен 15 градусам. Отдельные траектории имеют разрывы и экраны при углах до 45 градусов. На юго-западе до 25 градусов неустойчивый прием сигнала. Уровень сигнала средний.

Рис. 18. Круговая диаграмма ионосферной задержки сигнала для KIRV Экранирующий объект на ЮЗ до 40 градусов и на ЮВ. Задержка небольшая и монотонная.

Различие для отдельных траекторий может быть обусловлена различием спутников GPS/Glonass.


13

Рис. 19. Круговая диаграмма скорости изменения ионосферной задержки сигнала для KIRV Экранирующий объект на ЮЗ до 40 градусов и на ЮВ. Задержка небольшая и монотонная.

Рис. 20. Круговая диаграмма переотражения сигнала на частоте L1 для KIRV Экранирующий объект на ЮЗ до 40 градусов и на ЮВ. Интенсивные переотражения для всех азимутов при

малых углах возвышения и интенсивные переотражения для отдельных азимутов с большими углами возвышения (до 45!). Наиболее сильные переотражения на СВ до 30 градусов.


14

Рис. 21. Круговая диаграмма переотражения сигнала на частоте L2 для KIRV Экранирующий объект на ЮЗ до 40 градусов и на ЮВ. Интенсивные переотражения для всех азимутов при

малых углах возвышения. Наиболее сильные переотражения на СВ до 30 градусов.

Рис. 22. Круговая диаграмма соотношения сигнал/помеха для KIRV для частоты L1 Для южных румбов соотношение выше, чем для северных.


15

Рис. 23. Круговая диаграмма соотношения сигнал/помеха для KIRV для частоты L2 Для южных румбов соотношение выше, чем для северных. Соотношение для L2 ниже, чем для L1.

Можно сделать общий вывод, что условия приема на станции KIRV средние или неудовлетворительные. Более детальный анализ можно сделать при визуальном осмотре места установки антенны.

2.2. Станция Кумены (KUME).

Рис. 24. Азимутальная диаграмма возвышения спутников над горизонтом для KUME (слева) Ось X – азимут (север в середине, слева - запад и юг, справа – восток и юг), ось Y – возвышения 0-90о. Синие горизонтальные линии проведены через 10 градусов, угол отсечки равен 15 градусам. Отдельные траектории имеют разрывы и экраны при углах до 20 градусов. На северо-востоке и ЮЗ до 22-24 градусов и выше экранирующий объект. Уровень сигнала средний. Справа приведена аналогичная диаграмма для условий почти идеального приема в Арти, в которой уровень приема сигналов высокий (белое).


16

Рис. 25. Круговая диаграмма ионосферной задержки сигнала для KUME Экранирующий объект на ЮЗ до 40 градусов и на ЮВ. Задержка небольшая и монотонная.

Различие амплитуды для отдельных траекторий может быть обусловлена различием спутников GPS/Glonass.

Рис. 26. Круговая диаграмма скорости изменения ионосферной задержки сигнала для KUME Экранирующий объект на ЮЗ до 40 градусов и на ЮВ. Задержка небольшая и монотонная.


17

Рис. 27. Круговая диаграмма переотражения сигнала на частоте L1 для KUME Экранирующий объект на ЮЗ до 40 градусов. Интенсивные переотражения для всех азимутов при малых

углах возвышения.

Рис. 28. Круговая диаграмма переотражения сигнала на частоте L2 для KUME Экранирующий объект на ЮЗ до 40 градусов и на ЮВ. Интенсивные переотражения для всех азимутов при малых углах возвышения. Наиболее сильные переотражения на СВ для зенитного угла до 30 градусов. Справа приведена, для сравнения, аналогичная диаграмма для надежной антенны станции Арти


18

Рис. 29. Круговая диаграмма соотношения сигнал/помеха для KUME для частоты L1 Для южных румбов соотношение выше, чем для северных, общий уровень соотношения сигнал/помеха низкий. Справа приведена аналогичная диаграмма для станции Арти с высоким соотношением сигнал/помеха

Рис. 30. Круговая диаграмма соотношения сигнал/помеха для KUME для частоты L2 Для южных румбов соотношение выше, чем для северных, общий уровень соотношения сигнал/помеха низкий, а также ниже, чем на частоте L1.

Условия приема спутниковых сигналов на других станциях примерно такие же или несколько лучше. Из-за недостатка места иллюстрации по другим станциям здесь не приводятся.


19

Предварительные выводы и рекомендации Станции GPS-мониторинга Кировской области имеют характерные для Русской платформы направления и скорости смещений, которые составляют около 25-30 мм/год на восток и около 5-10 мм/год на север. Относительно большой разброс измеренных значений скоростей и высокие погрешности вычисления обусловлены коротким период наблюдений и, вследствие этого, недоучетом сезонного фактора движений. Как показывает опыт длительного мониторинга в других регионах, для надежного выявления скоростей необходимо продолжать наблюдения не менее 2-3 лет. Скорости вертикальных движений в 2-3 раза превосходят горизонтальные, что является типичным явлением. Точность их выявления в несколько раз хуже, чем горизонтальных. Анализ локальных особенностей пунктов мониторинга сети Кировской области показывает, что некоторые из них, вероятно, подвержены существенным помехам приема спутниковых сигналов, а также могут находиться в зонах местных геодинамических деформаций. Тем не менее, при достаточно длительном мониторинге эти станции позволят определить скорости глобальных движений. Для выявления более детальной пространственной структуры движений необходимо сгущать сеть наблюдений и выполнять 36-48 часовые дискретные (один-два раза в год [8]) наблюдения по сети государственных триангуляционных пунктов или марок с надежным заложением. Период таких дискретных наблюдений должен быть не менее 3-4 лет. При удалении дискретных станций мониторинга от перманентных станций на расстояние не более 20 км наблюдения могут выполняться оперативно длительностью 30-100 минут (при частоте регистрации 1 Гц). При обработке таких коротких геодезических баз [5], даже без использования точных спутниковых эфемерид, может быть достигнута субмиллиметровая точность, достаточная для решения ряда прикладных геодинамических задач (мониторинг деформаций протяженных мостов, насыпных плотин, неустойчивых склонов, площадок ответственных сооружений и т.п. [9-15]).

В заключение выражаем благодарность руководству и коллегам «Кировгипрозем» за любезно предоставленные первичные материалы мониторинга перманентных станций по Кировской области. Мы также благодарны «Навгеоком» за материалы мониторинга перманентных станций Ярославль, Волгоград, Липецк, Воронеж, Нижний Новгород, Тюмень. Материалы длительного мониторинга по станции Казань нам любезно предоставил Загретдинов Р.В.

Список литературы

1. URL= http://www.kirovgiprozem.ru; ГЛОНАСС: Спутниковая опорно-межевая сеть Кировской области. Режим доступа свободный. – Заглавие с экрана.

2. Documentation for the GAMIT GPS. Analysis Software. Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences. Massachusetts Institute of Technology. Scripps Institution of Oceanography, University of California at San Diego. Release 10.0 - December 2000, 15.02.2002 (pdf).

3. GAMIT/GLOBK Manual. T. A. Herring, R. W. King, S. C. McClusky. Massachusetts institute of technology. 2006, 182 p.

4. Segall P. and Matthews M. Time dependent inversion of geodetic data// Journal Geophysics Research, 1997, 102, 22391-22409 pp.

5. TopCon Tools программное обеспечение для обработки данных полевых измерений. Руководство пользователя. TopCon Positioning System. 2006, 442 p.

6. Wells D., N. Beck, D. Delikaraoglou. Guide to GPS Positioning. Canadian GPS Associates. 1998, 601 p. 7. Wells D., N. Beck. Guide to GPS Positioning. Canada GPS Associates. 1999, 203 p.


20

http://www.kirovgiprozem.ru/

8. Zubovich A. V., G. G. Schelochkov, O. I. Mosienko, P. V. Eremeev, B. N. Bakka. Geodynamic GPS network of central Asia. [Электронный ресурс]/ Proceedingsof the international seminar «On the Use of Space Techniques for Asia-Pacific Regional Crustal Movements Studies». APSG-Irkutsk 2002, Irkutsk, Russia, 5-10, August, 2002, 8p. Режим доступа: http://www.inasan.rssi.ru/eng/publications/APSG_2002/index.html, свободный. – Заглавие с экрана. – Яз. англ.

9. Модель динамического деформирования территории Екатеринбурга и инспекция аномальных зон.//Проблемы комплексных инженерных изысканий для всех видов строительства. Овчаренко А.В., Баландин Д.В., Гуляев А.Н. Мат. Научно-практической конференции 16-16 июля 2009 г., Екатеринбург, «УралТИСИЗ», 2009, с.90-95.

10. Гуляев А.Н., Сенин Л.Н., Овчаренко А.В., Баландин Д.В.Сейсмические и геодинамические условия на территории Среднего Урала. //Проблемы комплексных инженерных изысканий для всех видов строительства. Мат. Научно-практической конференции 16-16 июля 2009 г., Екатеринбург, «УралТИСИЗ», 2009, с.45-49.

11. Овчаренко А.В., Баландин Д.В. Высокоточный GPS-мониторинг на Среднем Урале. //Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей. Матер. XXXVI сессии Межд. Семинара, Казань 26-31 января 2009 г, изд. КазГУ, 2009, с.402-405.

12. Овчаренко А.В., Баландин Д.В.Первые результаты площадного высокоточного GPS-мониторинга на Среднем Урале. //Геодинамика, глубинное строение, тепловое поле Земли, интерпретация геофизических полей. Матер. Пятых научных чтений Ю.П. Булашевича. 6-10 июля 2009 г., Екатеринбург, ИГФ УрО РАН, 2009, 588 с., с. 375-378.

13. Гуляев А.Н., Сенин Л.Н., Овчаренко А.В. Инженерно-сейсмические условия на территории Екатеринбурга. //ж. «Стройкомплекс» Среднего Урала, №6(129) июнь 2009, Мин-во строительства и архитектуры Свердловской обл. с.30-34.

14. Гуляев А.Н., Сенин Л.Н., Овчаренко А.В., Баландин Д.В. Сейсмические и геодинамические условия на территории Среднего Урала. //ж. «Стройкомплекс» Среднего Урала, №5(128) май-июнь 2009, Екатеринбург, Мин-во строительства и архитектуры Свердловской обл., с.30-34.

15. Овчаренко А.В., Баландин Д.В. Изучение геодинамической активности района проектируемой Южно-Уральской АЭС методом высокоточного GPS-мониторинга. Изв. Челябинского Научного Центра, 2009, №4-5 (в печати).

****


21

http://www.inasan.rssi.ru/eng/publications/APSG_2002/index.html

Об авторах:

Овчаренко Аркадий Васильевич –

старший научный сотрудник, кандидат физико-математических работ, автор 93 научных публикаций и пяти монографий. Научные интересы: современная геодинамика, GPS-мониторинг, сейсмология, гравиметрия, моделирование геодинамических процессов и решение обратных некорректных задач.

Баландин Дмитрий Вячеславович – аспирант, автор 6 научных публикаций. Научные интересы: современная геодинамика, GPS-мониторинг, InSAR, обработка данных и геоинформатика.


22

. 1), 2009 2-10Скорости движений перманентных GPS-станций...

Documents

Transcript of . 1), 2009 2-10Скорости движений перманентных GPS-станций...