Russian Journal of Earth Sciences Russian Journal of Earth Sciences Russian Journal of Earth Sciences 1681-1208 89821 10.2205/2025es000993 znnzca ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ ORIGINAL ARTICLES ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Zones Localization of Hazardous Geological Processes Habit of the Coastal Cliff According to 3D Seismotomography Sounding Data Локализация зон развития опасных геологических процессов берегового клифа по данным 3D сейсмотомографического прозвучивания https://orcid.org/0000-0001-5816-0507 Глазунов Владимир Васильевич Glazunov Vladimir Vasil'evich Ефимова Н. Н. Efimova Natal’ia N. https://orcid.org/0009-0003-0044-2298 Зеликман Данил Игоревич Zelikman Danil Igorevich Zelikman26danil07@gmail.com Букатов А. А. Bukatov Andrei A. Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II Санкт-Петербург Россия Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University Санкт-Петербург Russian Federation Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А. П. Карпинского A.P. Karpinsky Russian Geological Research Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II Санкт-Петербург Россия Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University Санкт-Петербург Russian Federation Государственный историко-археологический музей-заповедник «Херсонес Таврический» Россия Государственный историко-археологический музей-заповедник «Херсонес Таврический» Russian Federation Севастопольский государственный университет Sevastopol State University 12 02 2025 12 02 2025 25 1 1 12 23 10 2024 05 02 2025 https://rjes.ru/en/nauka/article/89821/view

Предложена методика 3D сейсмотомографического прозвучивания массива горных пород, предназначенная для выявления и локализации зон развития опасных геологических процессов, формирующихся в скальном массиве берегового клифа. Дано описание методики проведения сейсмотомографического прозвучивания для изучения состояния абразионного клифа, расположенного на участке побережья Крыма. По данным сейсмотомографической инверсии синтезированы карты распределения значений скоростей 𝑃 и 𝑆 сейсмических волн в скальном массиве на разных глубинах. Рассчитаны динамические модули упругости, характеризующие физико-механические свойства горных пород, слагающих клиф. На картах, отражающих пространственное распределение этих параметров, локализованы ослабленные зоны предположительно связанные с формированием и развитием опасных для устойчивости клифа негативных геологических процессов.

The article presents a methodology for conducting 3D seismic tomography of rock massifs. This technique has been developed for the identification and localisation of zones of development of dangerous geological processes formed within the rock massif of a coastal cliff. An example of the application of the technique is provided by the results of seismic tomography, which were used to study the state of a coastal cliff in Crimea that is subject to abrasion. The seismic tomographic inversion process has been utilised to generate maps depicting the distribution of 𝑃 and 𝑆 velocity values of seismic waves within the rock massif at varying depths. Furthermore, the dynamic moduli of elasticity, which are indicative of the physical and mechanical properties of the rocks constituting the cliff, have been calculated. The maps that have been generated by the seismic tomographic inversion process reflect the spatial distribution of these parameters, and the maps also localise the zones that have been weakened, presumably as a consequence of the formation and development of negative geological processes that are dangerous for the cliff's stability.

 Сейсмотомография сейсмическое прозвучивание 3D инверсия модули упругости физико-механические свойства устойчивость берегового клифа побережье Крыма Seismic tomography seismic sounding 3D inverse modeling stress-strain properties competence cliff Crimea coast landslide tension joint Авторы статьи благодарят старшего научного сотрудника Института истории материальной культуры РАН В. В. Вахонеева за предоставление доступа к программе ZondST3D. The authors of the article thank V. V. Vakhoneev, senior research fellow at the Institute of the History of Material Culture of the Russian Academy of Sciences, for providing access to the ZondST3D program.

Алексеев А. Б., Есина Е. Н., Зотеев О. В. и др. Методические указания по изучению массива горных пород для обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов. — Москва : ИПКОН РАН, 2022a. — 102 с. Aleksandrov P. N., Krizsky V. N. Direct and Inverse Problems of Seismic Exploration of Anisotropic and Dispersive Elastic Media on Volume Integral Equations // Mathematical Models and Computer Simulations. — 2023. — Vol. 15, no. 6. — P. 976–986. — DOI: 10.1134/S2070048223060042. Алексеев А. Б., Есина Е. Н., Зотеев О. В. и др. Методические указания по определению параметров бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов. — Москва : ИПКОН РАН, 2022b. — 80 с. Alekseev A. B., Esina E. N., Zoteyev O. V., et al. Methodological guidelines for determining the parameters of quarry sides and benches, open pits and dump slopes. — Moscow : IPKON RAS, 2022a. — 80 p. — (In Russian). Алешкин М. В., Ашмарина Ю. Б., Гончаров Е. М. и др. Апробация технологии межскважинного сейсмического просвечивания в модификации расширенной томографии для поиска кимберлитовых тел в условиях Якутской алмазоносной провинции // Инженерная и рудная геофизика. — European Association of Geoscientists & Engineers, 2021. — С. 1—11. — DOI: 10.3997/2214-4609.202152143. Alekseev A. B., Esina E. N., Zoteyev O. V., et al. Methodological guidelines for studying rock mass to ensure the stability of quarry sides and benches, open pits and dump slopes. — Moscow : IPKON RAS, 2022b. — 102 p. — (In Russian). Блохин Д. И., Иванов П. Н., Дудченко О. Л. Экспериментальное исследование термомеханических эффектов в водонасыщенных известняках при их деформировании // Записки Горного института. — 2021. — Т. 247. — С. 1—10. — DOI: 10.31897/PMI.2021.1.1. Aleshkin M., Ashmarina J., Goncharov E., et al. Approbation of Crosshole Seismic Imaging Technology in a Modification of Extended Tomography to Search for Kimberlite Bodies in the Yakutsk Diamondiferous Province // Engineering and Mining Geophysics 2021. — European Association of Geoscientists & Engineers, 2021. — P. 1–11. — DOI: 10.3997/2214-4609.202152143. — (In Russian). Болобов В. И., Плащинский В. А., Борисов С. В. и др. О соотношении параметров разрушения породы в статических и динамических условиях // Обогащение руд. — 2021. — С. 3—9. — DOI: 10.17580/or.2021.05.01. Bayo A. R., Okiongbo K. S., Sorronadi-Ononiwu G. C. Determination of elastic moduli and bearing capacity of sediments using geophysical and cone penetration test techniques in Yenagoa, Southern Nigeria // NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics. — 2021. — Vol. 10, no. 1. — P. 202–217. — DOI: 10.1080/20909977.2021.1904550. Большунов А. В., Васильев Д. А., Дмитриев А. Н. и др. Результаты комплексных экспериментальных исследований на станции Восток в Антарктиде // Записки Горного института. — 2023. — Т. 263. — С. 724—741. — EDN: WQNJET. Beyene A., Tesema N., Fufa F., et al. Geophysical and numerical stability analysis of landslide incident // Heliyon. — 2023. — Vol. 9, no. 3. — e13852. — DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e13852. Глазунов В. В., Бурлуцкий С. Б., Шувалова Р. А. и др. Повышение достоверности 3D-моделирования оползневого склона на основе учета данных инженерной геофизики // Записки Горного института. — 2022. — Т. 257. — С. 771—782. — DOI: 10.31897/PMI.2022.86. Blokhin D., Ivanov P., Dudchenko O. Experimental study of thermomechanical effects in water-saturated limestones during their deformation // Journal of Mining Institute. — 2021. — Vol. 247. — P. 1–10. — DOI: 10.31897/PMI.2021.1.1. Горяинов Н. Н., Боголюбов А. Н., Варламов Н. М. и др. Изучение оползней геофизическими методами. — Москва : Недра, 1987. — С. 155. Bolobov V. I., Plashchinsky V. A., Borisov S. V., et al. On the ratio of rock fracture parameters in static and dynamic conditions // Obogashchenie Rud. — 2021. — P. 3–9. — DOI: 10.17580/or.2021.05.01. — (In Russian). Господариков А. П., Ревин И. Е., Морозов К. В. Композитная модель анализа данных сейсмического мониторинга при ведении горных работ на примере Кукисвумчоррского месторождения АО «Апатит» // Записки Горного института. — 2023. — Т. 262. — С. 571—580. — DOI: 10.31897/PMI.2023.9. Bolshunov A. V., Vasilev D. A., Dmitriev A. N., et al. Results of complex experimental studies at Vostok station in Antarctica // Journal of Mining Institute. — 2023. — Vol. 263. — P. 724–741. — EDN: WQNJET. Дашко Р. Э., Карпенко А. Г. Современное состояние надземных и подземных конструкций Александровской колонны - интегральная основа её устойчивости // Записки Горного института. — 2023. — Т. 263. — С. 757—773. CP 11-105-97. Code of practice. Engineering geological site investigations for construction. — Moscow : FSUE "PNIIIS" of the State Construction Committee of Russia, 2004. — (In Russian). Еременко А. А., Филиппов В. Н. Определение рациональных параметров буровзрывных работ для обеспечения устойчивости бортов карьеров Быстринского месторождения // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2020. — Т. 7, № 1. — С. 64—73. — DOI: 10.15372/fpvgn2020070110. Daniliev S., Danilieva N., Mulev S., et al. Integration of Seismic Refraction and Fracture-Induced Electromagnetic Radiation Methods to Assess the Stability of the Roof in Mine-Workings // Minerals. — 2022. — Vol. 12, no. 5. — P. 609. — DOI: 10.3390/min12050609. Жуков В. С., Кузьмин Ю. О. Экспериментальные исследования влияния трещиноватости горных пород и модельных материалов на скорость распространения продольной волны // Физика Земли. — 2020. — Т. 2020, № 4. — С. 39—50. — DOI: 10.31857/S0002333720040109. Dashko R. E., Karpenko A. G. Current state of above-ground and underground structures of the Alexander Column: an integral basis for its stability // Journal of Mining Institute. — 2023. — Vol. 263. — P. 757–773. Зуев П. И., Григорьев Д. В., Ведерников А. С. Геофизическое обследование участков асбестового карьера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5—1. — С. 131—141. — DOI: 10.25018/0236_1493_2021_51_0_131. Dede M., Susiati H., Widiawaty M. A., et al. Multivariate analysis and modeling of shoreline changes using geospatial data // Geocarto International. — 2023. — Vol. 38, no. 1. — DOI: 10.1080/10106049.2022.2159070. Каюкова Е. П., Дорофеев И. А., Шатунов И. В. Нижнемеловые отложения предгорьев Крыма и их роль в формировании пресных вод Крымского полуострова // Геология, геоэкология, эволюционная география: Коллективная монография. Том XIX. — Санкт-Петербург : Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена, 2020. — С. 246—249. Eremenko A. A., Filippov V. N. Determination of rational drilling and blasting parameters to ensure stability of edges of open-pit mines in the Bystrinsky deposit // Fundamental’nyye i prikladnyye voprosy gornykh nauk. — 2020. — Vol. 7, no. 1. — P. 64–73. — DOI: 10.15372/fpvgn2020070110. — (In Russian). Козырев А. А., Каган М. М., Чернобров Д. С. и др. Система микросейсмического мониторинга прибортового массива на основе сейсмических датчиков в глубоких скважинах за конечным контуром карьера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12—1. — С. 155—165. — DOI: 10.25018/0236_1493_2022_121_0_155. Glazunov V., Burlutsky S., Shuvalova R., et al. Improving the reliability of 3D modelling of a landslide slope based on engineering geophysics data // Journal of Mining Institute. — 2022. — Vol. 257. — P. 771–782. — DOI: 10.31897/PMI.2022.86. Ленский В. А., Жужель А. С., Шарафутдинов Т. Р. Современное состояние скважинной сейсморазведки (ВСП) в России // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. — 2019. — № 1. — С. 29—36. — DOI: 10.30713/2413-5011-2019-1-29-36. Goryainov N. N., Bogolyubov A. N., Varlamov N. M., et al. Study of landslides by geophysical methods. — Moscow : Nedra, 1987. — P. 155. — (In Russian). Мади П. Ш., Алькина А. Д., Юрченко А. В. и др. Волоконно-оптическая система контроля устойчивости бортов карьеров // Омский научный вестник. — 2022. — 4(184). — С. 112—117. — DOI: 10.25206/1813-8225-2022-184-112-117. Gospodarikov A., Revin I., Morozov K. Composite model of seismic monitoring data analysis during mining operations on the example of the Kukisvumchorrskoye deposit of AO Apatit // Journal of Mining Institute. — 2023. — Vol. 262. — P. 571–580. — DOI: 10.31897/PMI.2023.9. Опарин В. Н., Потапов В. П., Киряева Т. А. и др. К проблеме разработки методов и геоинформационных средств комплексной оценки влияния нелинейных деформационно-волновых процессов, индуцированных сейсмическими воздействиями, на геомеханическое состояние бортов карьеров и газодинамическую активность угольных шахт Кузбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 8. — С. 5—39. — DOI: 10.25018/0236-1493-2020-8-0-5-39. Hadi F., Nygaard R. Estimating unconfined compressive strength and Young’s modulus of carbonate rocks from petrophysical properties // Petroleum Science and Technology. — 2022. — Vol. 41, no. 13. — P. 1367–1389. — DOI: 10.1080/10916466.2022.2092500. Разумов Е. Е., Простов С. М., Рукавишников Г. Д. и др. Основные принципы построения систем сейсмического мониторинга // Горный журнал. — 2021. — С. 8—12. — DOI: 10.17580/gzh.2021.01.02. Hussain Y., Schlögel R., Innocenti A., et al. Review on the Geophysical and UAV-Based Methods Applied to Landslides // Remote Sensing. — 2022. — Vol. 14, no. 18. — P. 4564. — DOI: 10.3390/rs14184564. Рыбин В. В., Калашник А. И., Константинов К. Н. и др. Комплексный анализ результатов мониторинга устойчивости уступов карьера с использованием геофизических методов исследования // Горная Промышленность. — 2023. — 5S/2023. — С. 87—92. — DOI: 10.30686/1609-9192-2023-5S-87-92. Imani P., El-Raouf A. A., Tian G. Landslide Investigation Using Seismic Refraction Tomography Method: A Review // Annals of Geophysics. — 2021. — Vol. 64, Vol. 64 (2021). — DOI: 10.4401/ag-8633. Рыбин В. В., Калюжный А. С., Константинов К. Н. и др. Результаты определения параметров деструкции борта карьера комплексом геофизических методов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № 4. — С. 113—118. Isakova E. P., Daniliev S. M., Mingaleva T. A. GPR for mapping fractures for the extraction of facing granite from a quarry: A case study from Republic of Karelia // E3S Web of Conferences. — 2021. — Vol. 266. — P. 07007. — DOI: 10.1051/e3sconf/202126607007. Санфиров И. А., Степанов Ю. И. Комплексная интерпретация шахтных сейсмо- и электроразведочных исследований // Горное эхо. — 2022. — № 1. — С. 113—118. Kabeta W. F., Tamiru M., Tsige D., et al. An integrated geotechnical and geophysical investigation of landslide in Chira town, Ethiopia // Heliyon. — 2023. — Vol. 9, no. 7. — e17620. — DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e17620. СП 11-105-97. Свод правил. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть VI. Правила производства геофизических исследований. — Москва : ФГУП "ПНИИИС"Госстроя России, 2004. Kayukova E. P., Dorofeev I. A., Shatunov I. V. Deposits of the lower cretaceous in the Crimean foothills and their role in the formation of fresh water Crimean peninsula // Geology, Geoecology, Evolutionary Geography: Collective Monograph. Volume XIX. — Saint Petersburg : A. I. Herzen Russian State Pedagogical University, 2020. — P. 246–249. — (In Russian). Сысоев А. П. Обоснование параметров системы полевых наблюдений МОГТ 3D // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. — 2021. — № 3. — С. 40—47. — DOI: 10.20403/2078-0575-2021-3-40-47. Kozyrev A. A., Kagan M. M., Chernobrov D. S., et al. Microseismic monitoring system of the pit’s board array based on seismic sensors in deep boreholes beyond the final pit contour // Mining informational and analytical bulletin. — 2022. — No. 12–1. — P. 155–165. — DOI: 10.25018/0236_1493_2022_121_0_155. — (In Russian). Шабаров А. Н., Куранов А. Д. Основные направления развития горнодобывающей отрасли в усложняющихся горнотехнических условиях ведения горных работ // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 5—10. — DOI: 10.17580/gzh.2023.05.01. Lensky V. A., Zhuzhel A. S., Sharafutdinov T. R. Modern condition of a well seismic survey (WSS) in Russia // Geology, Geophysics and Development of Oil and Gas Fields. — 2019. — No. 1. — P. 29–36. — DOI: 10.30713/2413-5011-2019-1-29-36. — (In Russian). Aleksandrov P. N., Krizsky V. N. Direct and Inverse Problems of Seismic Exploration of Anisotropic and Dispersive Elastic Media on Volume Integral Equations // Mathematical Models and Computer Simulations. — 2023. — Vol. 15, no. 6. — P. 976–986. — DOI: 10.1134/S2070048223060042. Madi P. Sh., Alkina A. D., Yurchenko A. V., et al. Fiber-optic system for monitoring stability of quarry slopes // Omsk Scientific Bulletin. — 2022. — 4(184). — P. 112–117. — DOI: 10.25206/1813-8225-2022-184-112-117. — (In Russian). Bayo A. R., Okiongbo K. S., Sorronadi-Ononiwu G. C. Determination of elastic moduli and bearing capacity of sediments using geophysical and cone penetration test techniques in Yenagoa, Southern Nigeria // NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics. — 2021. — Vol. 10, no. 1. — P. 202–217. — DOI: 10.1080/20909977.2021.1904550. Oparin V. N., Potapov V. P., Kiryaeva T. A., et al. Development of methods and means for integrated geo-information-based analysis of influence exerted by nonlinear deformation and wave processes induced by seismic forces on geomechanical behavior of pit walls and on gas-dynamic activity in coal mines in Kuzbass // Mining informational and analytical bulletin. — 2020. — No. 8. — P. 5–39. — DOI: 10.25018/0236-1493-2020-8-0-5-39. — (In Russian). Beyene A., Tesema N., Fufa F., et al. Geophysical and numerical stability analysis of landslide incident // Heliyon. — 2023. — Vol. 9, no. 3. — e13852. — DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e13852. Razumov E. E., Prostov S. M., Rukavishnikov G. D., et al. Basic principles for building seismic monitoring systems in rockburst-hazardous coal seam mining // Gornyi Zhurnal. — 2021. — P. 8–12. — DOI: 10.17580/gzh.2021.01.02. — (In Russian). Daniliev S., Danilieva N., Mulev S., et al. Integration of Seismic Refraction and Fracture-Induced Electromagnetic Radiation Methods to Assess the Stability of the Roof in Mine-Workings // Minerals. — 2022. — Vol. 12, no. 5. — P. 609. — DOI: 10.3390/min12050609. Rybin V. V., Kalashnik A. I., Konstantinov K. N., et al. Results on detection of open-pit wall destruction parameters by complex of geophysical methods // Mining informational and analytical bulletin. — 2015. — No. 4. — P. 113–118. — (In Russian). Dede M., Susiati H., Widiawaty M. A., et al. Multivariate analysis and modeling of shoreline changes using geospatial data // Geocarto International. — 2023. — Vol. 38, no. 1. — DOI: 10.1080/10106049.2022.2159070. Rybin V. V., Kalashnik A. I., Konstantinov K. N., et al. A comprehensive analysis of results obtained in monitoring pit bench stability using geophysical survey methods // Mining Industry Journal (Gornay Promishlennost). — 2023. — 5S/2023. — P. 87–92. — DOI: 10.30686/1609-9192-2023-5S-87-92. — (In Russian). Hadi F., Nygaard R. Estimating unconfined compressive strength and Young’s modulus of carbonate rocks from petrophysical properties // Petroleum Science and Technology. — 2022. — Vol. 41, no. 13. — P. 1367–1389. — DOI: 10.1080/10916466.2022.2092500. Sanfirov I. A., Stepanov Yu. I. Complex interpretation of mine seismic and electrical exploration studies // Gornoe Ekho. — 2022. — No. 1. — P. 113–118. — (In Russian). Hussain Y., Schlögel R., Innocenti A., et al. Review on the Geophysical and UAV-Based Methods Applied to Landslides // Remote Sensing. — 2022. — Vol. 14, no. 18. — P. 4564. — DOI: 10.3390/rs14184564. Shabarov A. N., Kuranov A. D. Basic development trends in mining sector in complicating geotechnical conditions // Gornyi Zhurnal. — 2023. — No. 5. — P. 5–10. — DOI: 10.17580/gzh.2023.05.01. — (In Russian). Imani P., El-Raouf A. A., Tian G. Landslide Investigation Using Seismic Refraction Tomography Method: A Review // Annals of Geophysics. — 2021. — Vol. 64, Vol. 64 (2021). — DOI: 10.4401/ag-8633. Sysoev A. P. Substantiation of parameters of the 3D CDP field observation system // Geology and mineral resources of Siberia. — 2021. — No. 3. — P. 40–47. — DOI: 10.20403/2078-0575-2021-3-40-47. — (In Russian). Isakova E. P., Daniliev S. M., Mingaleva T. A. GPR for mapping fractures for the extraction of facing granite from a quarry: A case study from Republic of Karelia // E3S Web of Conferences. — 2021. — Vol. 266. — P. 07007. — DOI: 10.1051/e3sconf/202126607007. Zhukov V. S., Kuzmin Yu. O. The Influence of Fracturing of the Rocks and Model Materials on P-Wave Propagation Velocity: Experimental Studies // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. — 2020. — Vol. 56, no. 4. — P. 470–480. — DOI: 10.1134/S1069351320040102. Kabeta W. F., Tamiru M., Tsige D., et al. An integrated geotechnical and geophysical investigation of landslide in Chira town, Ethiopia // Heliyon. — 2023. — Vol. 9, no. 7. — e17620. — DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e17620. Zuev P. I., Grigoriev D. V., Vedernikov A. S. Geophysical survey of asbestos pit wall // Mining informational and analytical bulletin. — 2021. — No. 5–1. — P. 131–141. — DOI: 10.25018/0236_1493_2021_51_0_131. — (In Russian).