Трещины массива горных пород оказывают влияние на физико-механические свойства горных пород, а их, в свою очередь, необходимо учитывать при планировании добычных работ и строительстве горнотехнических сооружений. Найдены различные методы обнаружения трещины в массиве горных пород по данным георадиолокации. Однако применение метода ограничения данных зависит от производительности операторов-геофизиков, так как данные георадиолокации интерпретируются ими вручную. Для изучения трещиноватости мерзлых горных пород по данным георадиолокации возможно применение искусственных нейронных сетей (ИНС), которые лучше проводят анализ георадиолокационных радарограмм с целью определения разрывов и смещения осей синфазности георадиолокационных сигналов. Существенной проблемой при применении ИНС является подготовка данных для обучения (обучающей выборки). Создание обучающего набора данных возможно с помощью модели георадиолокационного разреза массива мерзлых горных пород с трещиной. Однако практика использования синтетических радарограмм на основе модели георадиолокационного разреза массива мерзлых горных пород с трещиной показала необходимость ее преобразования в плане увеличения количества слоев горных пород, возможности задания наклонных границ с учетом существующих син- и антиформ. В статье описаны этапы разработки модели нейронной сети, в том числе создание обучающего набора данных, выбор структуры, обучение и апробация модели нейронной сети. Апробация модели INS продемонстрировала лучшую эффективность модели INS. Тем не менее, в работе модели наблюдаются некоторые недостатки. Разработанная система позволит сократить временные затраты на интерпретацию данных георадолокации. Дальнейшие исследования будут связаны с повышением точности предсказания, обусловленным расширением обучающего набора данных и предложением дополнительных моделей ИНС. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема N 0297-2021-0020, ЕГИСУ НИОКТР N 122011800086-1).
Cracks in the rock mass significantly affect the physical and mechanical properties of rocks, and they, in turn,must be taken into account in the planning of mining operations and construction of mining structures. There arevarious techniques for detecting cracks in the rock mass using GPR data. However, the application of these techniquesis limited by the productivity of geophysical operators, as the GPR data are mainly interpreted by them manually. Tostudy the fracturing of frozen rocks from GPR data, it is possible to use artificial neural networks (ANN), which willmake it possible to analyze GPR radarograms in order to detect discontinuities and shifts of in-phase axes of GPRsignals. A significant problem in the application of ANN is the preparation of data for training (training sample). It ispossible to create a training data set using a model of GPR section of frozen rock massif with a fracture. However,the practice of using synthetic radarograms based on the model of GPR section of frozen rock massif with a crack hasshown the need for its improvement in terms of increasing the number of rock layers, the possibility of setting inclinedboundaries, taking into account the presence of syn- and antiforms. The article describes the stages of neural networkmodel development, including the creation of a training data set, selection of architecture, training and testing of theneural network model. The validation of the ANN model showed high performance of the ANN model. Nevertheless,some drawbacks are observed in the performance of the model. The developed system will significantly reduce the timecost of GPR data interpretation. Further research will be related to improving the prediction accuracy associated withthe expansion of the training data set and development of an additional ANN model.

В данной статье представлены разработанные физико-геологические модели для метода георадиолокации, который в настоящее время активно применяется при исследованиях горно-геологических и геокриологических условий разрабатываемых россыпных месторождений криолитозоны. Актуальность разработки георадиолокационных моделей продиктована необходимостью определения особенностей волновых полей (радарограмм) для надежной интерпретации данных. Рассмотрены типичные модели горизонтально-слоистого строения верхней части геологического разреза (мерзлые рыхлые отложения, в том числе с включением пластового льда, палеорусла) алмазоносных россыпей субарктической зоны Якутии. Компьютерное моделирование проведено в системе gprMax численным методом конечных разностей во временной области. По его результатам построены георадиолокационные модели, содержащие схему геологического разреза с описанием электрофизических свойств и синтетическую радарограмму. Анализ результатов компьютерного моделирования позволил определить особенности структуры радарограмм, параметров георадиолокационных сигналов при наличии пластового льда, участков палеорусла. Результаты проведенных исследований показали, что использование разработанных георадиолокационных моделей способствует совершенствованию процедур обработки сигналов и разработке признаков интерпретации данных при изучении геологического строения и геокриологических условий россыпных месторождений Якутии (на примере "р. Маят" Анабарский район) методом георадиолокации.
This article presents the developed physical and geological models for the GPR method, which is currently actively used in the study of mining and geological and geocryological conditions of developed alluvial deposits in the cryolithozone. The relevance of the development of GPR models is dictated by the need to determine the features of wave fields (radargrams) for reliable data interpretation. Typical models of horizontal layered structure of the upper part of the geological section (frozen loose sediments, including those with inclusion of layer ice, paleorules) of diamondiferous placers in the subarctic zone of Yakutia are considered. Computer modeling was carried out in the gprMax system using the numerical finite difference method in the time domain. Based on its results, the GPR models containing a scheme of the geological section with a description of electrophysical properties and a synthetic radargram were built. Analysis of the results of computer modeling allowed us to determine the features of the radargram structure, parameters of GPR signals in the presence of formation ice, paleorules sections. The results of the studies have shown that the developed GPR models contribute to the improvement of signal processing procedures and the development of data interpretation features in the study of the geological structure and geocryological conditions of alluvial deposits in Yakutia (using the example of “Mayat River” Anabar district) by GPR.

Один из способов получения информации о криогенном состоянии горных пород методом георадиолокации основан на анализе осей синфазности сигналов, отраженных от локальных объектов. На изображениях георадиолокационных радарограмм подобные оси синфазности представлены гиперболическими кривыми. На основе их локализации и уточнения формы определяется скорость прохождения электромагнитной волны в среде. Для уточнения формы гиперболической кривой в разработанном алгоритме были использованы методы на основе преобразования Хафа. Для оптимизации производительности алгоритма введены ограничения размерностей исходного и аккумуляторного пространств. Границы исходного пространства были определены на основе проведенных ранее исследований по обнаружению гиперболических осей синфазности сигналов. Размерность пространства Хафа была уменьшена на основе априорных знаний о возможной допустимой скорости прохождения электромагнитных волн в среде. В результате работы созданного программного обеспечения вычисляются скорость распространения электромагнитной волны в пространстве выше локального объекта и вещественная часть комплексной относительной диэлектрической проницаемости, что дает возможность определить электрофизические свойства среды. Тестирование разработанного алгоритма было проведено на результатах полевых георадиолокационных измерений и синтетических данных. Точность результатов работы алгоритма составила 98,6 %, что указывает на адекватность его применимости для исследований льда в слоях многолетнемерзлых горных пород.
One of the ways to obtain information about the cryogenic state of rocks by GPR is based on the analysis of the in-phase axes of signals reflected from local objects. On the images of GPR radargrams, similar in-phase axes are represented by hyperbolic curves. On the basis of their localization and refinement of the form, the speed of passage of an electromagnetic wave in the medium is determined. To refine the shape of the hyperbolic curve in the developed algorithm, methods based on the Hough transform were used. To optimize the performance of the algorithm, restrictions on the dimensions of the original and accumulator spaces are introduced. The boundaries of the original space were determined on the basis of previous studies on the detection of hyperbolic axes of common-mode signals. The dimension of the Hough space was reduced on the basis of a priori knowledge of the possible allowable speed of electromagnetic waves in the medium. As a result of the work of the created software, the speed of propagation of an electromagnetic wave in space above the local object and the real part of the complex relative permittivity are calculated, which makes it possible to determine the electrophysical properties of the medium. Testing of the developed algorithm was carried out on the results of field georadar measurements and synthetic data. The accuracy of the results of the algorithm was 98.6 %, which indicates the adequacy of its applicability for studying ice in permafrost layers.

Эффективность ведения буровзрывных работ существенно зависит от степени льдистости вскрышных горных пород; например, на прииске "Маят" льдистость достигает 60 %. Обзор геокриологических исследований показывает, что на разрабатываемых участках АО "Алмазы Анабара", находящихся в северо-восточной части Средне-Сибирского плоскогорья на границе с Приленской низменностью, в основном прослеживаются повторно-жильные льды, не затронутые термокарстом. Традиционными методами невозможно их оконтурить, и для этой цели предлагается применение геофизических методов. В работе приводятся расчет затухания электромагнитных волн (r) по амплитудам георадиолокационных сигналов, отраженных от верхней и нижней границ ПЖЛ, и материалы георадиолокационных исследований в виде площадной съемки на участке АО "Алмазы Анабара". Представлены полевые данные, в том числе интерпретационный георадиолокационный разрез, а также критерии выявления повторно-жильных льдов, не затронутых термокарстом, в массиве мерзлых горных пород. Показано, что методом георадиолокации возможно выявить и оконтурить распространение повторно-жильных льдов, не затронутых термокарстом, в массиве мерзлых горных пород. В дальнейшем полученная информация о строении массива мерзлых горных пород может способствовать повышению эффективности вскрышных и буровзрывных работ.

Проведен анализ опубликованных материалов о физических свойствах горных пород, о геологическом строении и технологиях разработки россыпных месторождений золота и алмазов. Рассмотрены наиболее крупные и уникальные россыпные месторождения Якутии, определены их основные характеристики, требующие детального изучения геофизическими методами (характер рельефа плотика, мощность рыхлых отложений, геологические образования и неоднородности слагающие месторождение, продуктивные залежи их формы и размеры, закономерности их локализации, контур россыпи). В результате анализа современного состояния геофизических технологий для изучения массивов горных пород, горно-геологических и горнотехнических условий россыпных месторождений золота и алмазов Якутии обоснован выбор направления рационального геофизического комплекса для оперативного контроля полноты извлечения полезных ископаемых и повышения эффективности ведения горных работ в условиях криолитозоны.
The analysis of the published materials on the physical properties of rocks, geological structure and technologies for the development of placer deposits of gold and diamonds is carried out. The most large-scale and unique placer deposits of Yakutia are considered, their main characteristics requiring detailed studying by geophysical methods are determined (nature of a relief of the balsa, capacity of friable deposits, geological formations and heterogeneity of the composing field, the productive reservoir in their shape and size, patterns of their localization, contour placer). As a result of the analysis of the current state of geophysical technologies for the study of rocks, geological and mining terms alluvial deposits of gold and diamonds of Yakutia is reasonable the choice of rational directions of the geophysical complex for operational control of the completeness of extraction of mineral resources and improve the efficiency of mining in permafrost.

В настоящее время важным направлением исследований в геомеханике является изучение структурно-тектонического строения массивов горных пород. Основными структурными особенностями горного массива, определяющими его геомеханические свойства являются трещиноватость, блочность и слоистость. Информацию об этих особенностях, как правило, получают при визуальном наблюдении обнажений и по результатам анализа данных различных геофизических методов. В статье предлагается использовать метод георадиолокации для выявления зон повышенной трещиноватости и разрывных нарушений в рыхлых отложениях криолитозоны. В горном деле наибольший интерес вызывают трещины длиной от 0.1 м до 100 м и блоков, размером от десятков метров до 10 км, оконтуренных геологическими нарушениями, тектоническими разрывами и т.д. Георадиолокационные исследования проведены в Анабарском районе Республики Саха (Якутия), на участке с многочисленными тектоническими структурами секущих фундамент, которые проявляются в приповерхностных слоях. В статье представлены примеры георадиолокационных разрезов пересекающих зоны сильнотрещиноватого доломита, разрыва и смятия горных пород. Съемка проводилась георадаром ОКО-2 с АБДЛ Тритон (60 МГц). Установлено, что центральная частота Фурье-спектра ( f ц) первого разреза и его нетрещиноватой части (0-15 м) находится в области 55 МГц. f ц спектров сигналов полученных при зондировании трещиноватой части разреза в интервале глубин 5-8 м показали наличие низкочастотной составляющей (40 МГц). На втором разрезе, полученном с АБ 250 МГц, в ненарушенной части массива центральная частота георадиолокационных сигналов составила f ц =233 МГц. В области разрыва осей синфазности георадиолокационных сигналов f ц =170 МГц, в области смятия горных пород f ц =292 МГц.
At present, an important area of research in geomechanics is the study of the structural-tectonic structure of rock massifs. The main structural features of the rock mass, determining its geomechanical properties are fracture, blockiness and stratification. Information on these features, as a rule, is obtained by visual observation of outcrops and by analysis of data from various geophysical methods. In the article, it is proposed to use the georadiolocation method to identify zones of increased fracturing and discontinuous disturbances in loose cryolithozone deposits. In mining, the greatest interest is caused by cracks with a length of 0.1 m to 100 m and blocks ranging in size from tens of meters to 10 km, delineated by geological disturbances, tectonic ruptures, etc. Georadar tracking studies were conducted in the Anabar region of the Republic of Sakha (Yakutia), on a site with numerous tectonic structures that cut the foundation, which appear in the near-surface layers. The article presents examples of georadiolocation cross sections of highly fractured dolomite, rupture and crushing of rocks. The survey was carried out by georadar OKO-2 with ABDL Triton (60 MHz). It is established that the central frequency of the Fourier spectrum ( f c) of the first section and its non-fracturable part (0-15 m) is in the region of 55 MHz. f c of the signal spectra obtained during the probing of the fractured part of the section in the depth interval of 5-8 m showed the presence of a low-frequency component (40 MHz). In the second section, obtained with AB 250 MHz, in the undisturbed part of the array, the central frequency of georadar tracking signals was f c = 233 MHz. In the region of discontinuity of the axes of in-phase georadar locating signals, f c = 170 MHz, in the crushing region of rocks, f c = 292 MHz.

Показана актуальность изучения трещин горного массива на россыпных месторождениях криолитозоны. Отмечены недостатки существующих методов оценки трещиноватости горных пород. Для получения достоверной и оперативной информации о трещиноватости исследуемого массива горных пород предлагается использование георадиолокации (метод высокочастотной электроразведки). Приведены примеры результатов георадиолокационных зондирований трещин разного порядка (шириной 2 см и 10 м), перекрытых рыхлыми отложениями и находящихся на глубине 10 см и 6 м. Исследования проводились георадаром ҺОКО-2Мһ с АБ-1200 МГц и АБ-50 МГц. Представлен георадиолокационный разрез, полученный на россыпном месторождении алмазов расположенном в пределах Оленекского поднятия Республики Саха (Якутия), который иллюстрирует возможность картирования кровли коренных пород, нарушенной в результате тектонических движений. При этом выявлены различные типы разрывных нарушений (микрограбены, микрогорсты, трещины, разрывы).
The article shows the relevance of studying the cracks of the rock mass in the alluvial deposits of the permafrost zone. Noted drawbacks of existing methods for assessing fracture rocks. For accurate and timely information about the fracturing of the rock mass under study proposes the use of GPR (the method of high-frequency electrical). Examples of the results of GPR sounding crack of a different order (2 cm wide and 10 m), covered with loose sediments and located at a depth of 10 cm and 6 m. The studies were conducted GPR ҺOKO-2Mһ with AB-1200 and AB-MHz to 50 MHz. Presented georadar cut resulting from the alluvial diamond deposit located within Olenek uplift the Republic of Sakha (Yakutia), which illustrates the possibility of mapping bedrock roof, broken as a result of tectonic movements. This revealed the different types of faults (mikrograbeny, mikrogorsty, cracks, faults).

Для выработки критериев выявления трещин в многолетнемерзлых горных породах методом георадиолокации проведено физическое моделирование георадиолокационных зондирований горного массива с трещиной заполненной льдом. Представлены результаты физического моделирования методом георадиолокации. Зондирования проведены георадаром "ОКО-2" (Группа компаний "Логис-Геотех", Россия) с антенным блоком АБ1200 МГц. Описаны условия, параметры, последовательность и методика проведения экспериментальной работы. В результате экспериментальных георадиолокационных измерений, были получены радарограммы, на которых четко прослежены контрастные электрофизические границы, отражающие структуру модели. Проведен частотный анализ георадиолокационных сигналов, на основе которого установлены спектральные признаки выявления трещины заполненной льдом в массиве горных пород, отмечены изменения осей синфазности георадиолокационных сигналов, отраженных от нижней и верхней границ льда, определена форма Фурье-спектра георадиолокационной трассы полученной во льду и в песке. На основе установленных критериев появляется возможность изучения трещиноватости мерзлых горных пород методом георадиолокации.
One of the problems in placer mining by the opencast method in the North is the determination of rock mass fracturing. Generally, fractures in loose sediments are filled with conglomerates and ice. The presence of ice complicates geological exploration by increasing amount of drilling and promotes formation of oversizes after blasting. At the present time, fractures can be detected by various geophysical methods, seismic exploration, acoustic logging and ground-penetrating radar. Seismics and acoustic logging are mostly used to study deep fractures, while ground-penetrating radar is applicable at shallow depths (to 30 m). Proper procedures and software to backup the ground-penetrating radar studies are unavailable by now. Aimed to develop criteria for detecting fractures in permafrost by ground-penetrating radar, physical modeling of GPR sounding in permafrost rock mass with ice-filed fracture is carried out. The modeling results are described. The sounding was implemented using ground-penetrating radar OKO-2 (Logis-Geotekh Group of Companies, Russia) with antenna assembly AB-1200 MHz...