Д. Серікбаев атындағы ШҚТУ-да жерді қашықтықтан зондтау: спутниктен цифрлық картаға дейін

Маржан Рахымбердина, Еркежан Табиева, Жанна Асылханова, Д. Серікбаев атындағы ШҚТУ

Жерді қашықтықтан зондтау (ЖҚЗ) бүгінде планетаның ғарыштық мониторингінің негізін құрайтын заманауи ғылыми және қолданбалы зерттеулер жүйесінде ерекше орын алады. Жалпы Қазақстан үшін, Шығыс Қазақстан облысы үшін бұл технология стратегиялық маңызға ие болады, өйткені ол кеңістіктік күрделі, экологиялық сезімтал және ресурстармен қаныққан аумақтармен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Тау жүйелері, орман алқаптары, ауылшаруашылық жерлері, су объектілері және табиғи қауіп аймақтары мұнда тұрақты мониторинг пен жедел ден қоюды қажет ететін бірегей табиғи өрнекті құрайды. Бұл жағдайда ЖҚЗ динамикадағы жер бетіндегі өзгерістерді тіркеуге және объективті деректер негізінде ғылыми негізделген шешімдерді қалыптастыруға мүмкіндік беретін әмбебап құралға айналады.

Д. Серікбаев атындағы Шығыс Қазақстан техникалық университеті геоақпараттық технологияларды, геологияны, геомеханиканы, аэроғарыштық әдістер мен машиналық оқытуды біріктіретін тұрақты пәнаралық ғылыми мектепті қалыптастыра отырып, осы бағыттың дамуында шешуші орын алады.

Д. Серікбаев атындағы ШҚТУ-да жерді қашықтықтан зондтау жерсеріктік бақылау деректерін, далалық зерттеу нәтижелерін және табиғи процестерді цифрлық модельдеуді байланыстыратын интеграциялық платформа ретінде қарастырылады. Осының арқасында біз қоршаған ортаның жай-күйін белгілеп, оның өзгеру заңдылықтарын анықтай аламыз, тәуекелдерді болжап, аумақтарды стратегиялық басқарудың негізін қалыптастыра аламыз.

Жерді қашықтықтан зерттеу әдістерінің пәнаралық зертханасы Университеттің ғылыми инфрақұрылымының орталық элементі болып табылады. Бұл геодезия, картография, жерге орналастыру және геоақпараттық технологиялар саласындағы ғылыми зерттеулерді біріктіретін заманауи алаң.

Оның қызметі ЖҚЗ деректері негізінде геологиялық барлау жұмыстарын геоақпараттық қамтамасыз етуді әзірлеуге және енгізуге, сирек металдардың табиғи және техногендік кен орындарының цифрлық модельдерін жасауға, сондай-ақ ғарыштық және пилотсыз түсірілім деректерін өңдеуге бағытталған.

Зертхананың ғылыми қызметін университеттің жетекші ғалымдары: қауымдастырылған профессор, PhD докторы М.Е. Рахымбердина, техника ғылымдарының кандидаты, профессор Б. Апшикур, қауымдастырылған профессор, PhD докторы М.М. Тогузова, сондай-ақ А.К. Қапасов, Е.К. Бекишев, Ж.А. Асылханова және А.А. Кутубаева сияқты жас зерттеушілер жүргізеді.

Зертханада тақырыптық карталар қалыптастырылады, геологиялық дерекқоры құрылады, қашықтықтан бақылауларды түсіндірудің ғылыми негізделген әдістемелері әзірленеді, табиғи процестер мен аумақтардың жай-күйіне мониторинг жүргізіледі.

Елдің минералды-шикізат әлеуетін дамыту контекстінде стратегиялық маңызы бар сирек кездесетін объектілердің көп деңгейлі ГАЖ-дерекқорын құруға ерекше назар аударылады. Зертхана ғылыми зерттеулердің кешенділігін және олардың жоғары қолданбалы маңыздылығын қамтамасыз ететін геодезия, геология, тау-кен және аэроғарыштық технологиялар саласындағы мамандарды біріктіретін пәнаралық сипатқа ие.

2021 жылдан бастап зертханада бірқатар маңызды ғылыми жобалар іске асырылды.

Олардың ішінде:

- ауыл шаруашылығын басқаруды жетілдіру үшін Жерді қашықтықтан зондтау технологияларын енгізудің ғылыми-әдіснамалық тәсілдерін әзірлеу;

- «ақылды» агроөнеркәсіптік кешен үшін геоақпараттық шешімдер жасау;

- индустриялық даму және жаһандық өзгерістер жағдайында Ертіс өзені бассейнінің су экожүйесінің жай-күйін бағалау;

- Шығыс Қазақстан облысындағы көшкін белсенділігін зерттеу;

- өңірдің тау-кен металлургия саласын тұрақты дамыту үшін технологияларды әзірлеу.

Бұл жобалар экологиялық және экономикалық салаларды қамтитын ЖҚЗ-ның кең қолданбалы бағытын көрсетеді.

«Бүгінде ғылым тек зертханалар мен теориялық зерттеулер аясында өмір сүре алмайды. Біздің жобаларымыздың басты міндеті – экономикаға, экологияға және қоғамға нақты пайда әкелетін практикалық шешімдер жасау. Сонымен қатар, олар өңірдің тау-кен металлургия саласының тұрақты дамуын қолдауға бағытталған. Заманауи геоақпараттық және қашықтықтан оқыту технологиялары жер қойнауын пайдалану, экологиялық мониторинг және өнеркәсіптік жоспарлау процестерін оңтайландыруға көмектеседі.

Біз ғылымды, цифрлық технологияларды интеграциялау және өңірдің міндеттерін шешу тұрақты даму мен жаңа буын мамандарын даярлау үшін негіз қалыптастыратынына сенімдіміз», - деп атап өтті ғылыми топтың жетекшісі Маржан Рахымбердина.

Өңірдің ауыл шаруашылығы қашықтықтан зондтау деректерін пайдалануға белсенді қатысады, мұнда технологиялар жалпыланған бағалаулардан дақылдардың жай-күйін нүктелі талдауға, су және температуралық стресс аймақтарын анықтауға, сондай-ақ өнімділікті болжауға көшуге мүмкіндік береді. Осылайша, ЖҚЗ әсіресе климаттық жағдайлары өзгермелі өңірлер үшін өзекті нақты егіншілік құралына айналады.

Геология мен пайдалы қазбаларды іздеуде ЖҚЗ қолдану жеке стратегиялық бағыт болып табылады. Қазіргі жағдайда геологиялық барлау үлкен деректер массивтерін өңдеуге және машиналық оқыту алгоритмдерін пайдалануға негізделген цифрлық ғылымға айналады. Қазақстан Республикасы Президентінің 2023 жылғы Жолдауында жер қойнауын пайдаланудың тиімділігін арттыру үшін геологиялық зерттеулерді цифрландыру және заманауи технологияларды енгізу қажеттігі атап көрсетілген. Бұл тұрғыда жерсеріктік деректер перспективалы учаскелерді анықтауға және геологиялық барлау жұмыстарын оңтайландыруға негіз болады.

Сирек кездесетін металдарға ерекше назар аударылады, олар бүгінде «жаңа уақыттағы мұнай» ретінде қарастырылады. Бұл элементтер жоғары технологиялық салалардың – энергетика, электроника, цифрлық инфрақұрылым және қорғаныс өнеркәсібінің негізі.

Мысалы, қазіргі уақытта Шығыс Қазақстанның техногендік минералдық түзілімдері мен қалдық қоймалары ғылыми қызығушылық тудырып отыр, онда зертханалық зерттеулер нәтижелері бойынша элементар және сирек элементтердің жоғары мөлшері анықталды. Алынған деректер техногендік минералдық шикізатты кешенді игеру және тау-кен металлургиялық кешенінің қалдықтарын заманауи геохимиялық, геоақпараттық және цифрлық технологияларды пайдалана отырып қайталап өңдеуде қайта өңдеу мүмкіндігін растайды.

Техногендік минералды түзілімдерді (ТМТ) және Шығыс Қазақстанның қалдық қоймаларын бағалау кезінде Жерді қашықтықтан зондтау әдістері мен геоақпараттық жүйелерді кешенді пайдалану аномальды геохимиялық сипаттамалары бар және құнды компоненттердің шоғырлануы жоғары жергілікті учаскелерді тиімді анықтауды қамтамасыз етеді. Алынған нәтижелер техногендік шикізатты өнеркәсіптік қайта өңдеуге қайта тартуды түгендеу, жедел бағалау және негіздеу үшін ЖҚЗ деректерін, ГАЖ-технологияларды және математикалық модельдеуді синергетикалық қолданудың жоғары перспективалылығын дәлелдейді.

Қазақстанның осы салада айтарлықтай әлеуеті бар, бұл ЖҚЗ және машиналық оқыту әдістерін дамытуды ғылыми зерттеулердің маңызды бағытына айналдырады.

ШҚТУ мұнда геофизика, геохимия, ГАЖ-технологиялар мен деректерді компьютерлік талдау әдістерін біріктіретін пәнаралық тәсілді қалыптастырады, бұл жер қойнауының құрылымдық және минералогиялық ерекшеліктерін анықтауға және кен орындарының болжамды модельдерін қалыптастыруға мүмкіндік береді.

Университеттің ғылыми инфрақұрылымын дамытуда «Шығыс Қазақстан облысының тау-кен металлургия саласының тұрақты дамуын қамтамасыз ету үшін бәсекеге қабілетті ғылыми негізделген технологияларды әзірлеу және іске асыру» мегагранты шеңберінде құрылған Тау жыныстары мен процестер физикасы зертханасы маңызды рөл атқарады. Зертхананың мақсаты – тау-кен құрылыстарының тұрақтылығы мен қауіпсіздігін арттыру үшін тау жыныстарының физика-механикалық және деформациялық қасиеттерін зерттеу әдістерін әзірлеу және енгізу.

Зертханада жүзеге асырылады:

- тау жыныстарын сынама дайындау әдістемесін әзірлеу;

- тау жыныстарының беріктік, деформациялық және серпімді сипаттамаларын зерттеу;

- массивтердің кернеулі деформацияланған күйін модельдеу;

- сыну және жарықшақтану процестерін зерттеу;

- автоматтандырылған сынақ жүйелерін енгізу.

Мұнда жоғары дәлдіктегі сынақтар үшін үлгілерді дайындауды қамтамасыз ететін негізгі бұрғылау станогын, кесу және тегістеу станоктарын қоса алғанда, заманауи сынама дайындау жабдығы қолданылады.

Зертхананың негізгі элементі RTR-2500 автоматтандырылған сервогидравликалық жүйесі болып табылады, ол бір осьті және үш осьті қысу, фрекинг сынақтарын жүргізуге, сондай-ақ +150°C дейінгі температурада және 2500 кН дейінгі жүктемелерде геомеханикалық процестерді модельдеуге мүмкіндік береді.

Зерттеу барысында Шығыс Қазақстанның геологиялық объектілері бойынша бірегей эксперименттік деректер базасын қалыптастыра отырып, тау жыныстарының беріктік, серпімділік және деформациялық сипаттамалары айқындалады.

Зертханада ғылыми зерттеулерді пәнаралық ғалымдар тобы жүргізеді: техника ғылымдарының докторы, Жер туралы ғылымдар мектебінің профессоры Т.М. Құмықова; техника ғылымдарының кандидаты, қауымдастырылған профессор Г.Т. Нұршайықова; PhD докторы А.Т. Ақылбаева; тау-кен ісі магистрі Т. М. Малғаждаров; ғылыми қызметкерлер А.С. Уркунбай және Е.Д. Дәулетханов. Олардың жетекшілігімен тау жыныстарының қасиеттерін эксперименттік зерттеу, күрделі кернеулі-деформацияланған күйді модельдеу, сыну және жарықшақ түзілу процестерін талдау, геомеханикалық процестерді сандық модельдеу және тау-кен қазбаларының тұрақтылығын болжау бойынша зерттеулер жүзеге асырылады.

Зерттеу нәтижелері Шығыс Қазақстан тау жыныстарының эксперименттік дерекқорын құруды, анизотропия мен сызықтық еместікті ескере отырып, тау жыныстарының мінез-құлқының нақтыланған үлгілерін әзірлеуді, қирау заңдылықтарын анықтауды, тау жоталарының цифрлық үлгілерін қалыптастыруды және тұрақтылықты болжау әдістерін әзірлеуді қамтиды. Сынақтарды автоматтандыру және ғылыми нәтижелердің дәлдігі мен қайталануын арттыратын тау жыныстарының цифрлық паспорттарын жасау маңызды бағыт болып табылады.

Бұл зерттеулердің практикалық маңыздылығы оларды тау-кен объектілерін жобалау және пайдалану кезінде қолдану мүмкіндігі болып табылады. Әзірленіп жатқан цифрлық геомеханикалық модельдер кен орындарын жерасты игеру кезінде тау жоталарының мінез-құлқын болжауға, ықтимал қауіпті деформация аймақтарын уақтылы анықтауға және апаттық жағдайлар қаупін азайтуға мүмкіндік береді. Алынған деректерді қазбаларды бекітудің оңтайлы параметрлерін таңдау, бұрғылау-жару жұмыстарын жоспарлау және күрделі геологиялық жағдайларда тау-кен жұмыстарын жүргізу қауіпсіздігін арттыру кезінде пайдалануға болады. Бұдан басқа, қалыптастырылатын тау жыныстарының цифрлық паспорттары тау-кен-металлургия кешені кәсіпорындарында интеллектуалды мониторинг жүйелері мен «цифрлық кеніштің» элементтерін енгізу үшін негіз жасайды.

Тау-кен металлургия саласы үшін жоғары технологиялық шешімдерді әзірлеуге және енгізуге бағытталған заманауи ғылыми-өндірістік кешен – «VERITAS» артықшылық орталығы университеттің ғылыми экожүйесінің қосымша элементі. Орталық Жерді қашықтықтан зерттеу әдістерінің пәнаралық зертханасын, Тау жыныстары мен процестер физикасы зертханасын және Аналитикалық зерттеулер зертханасын біріктіреді, бұл минералды және техногендік шикізатты – қашықтықтан зондтау мен геофизикалық талдаудан жоғары дәлдіктегі зертханалық зерттеулер мен геомеханикалық модельдеуге дейін зерттеуге кешенді тәсілді қамтамасыз етеді.

VERITAS қызметі шеңберінде:

- ғарыштық суреттер мен Жерді қашықтықтан зондтау деректері өңделеді;

- сирек және стратегиялық маңызды металдар кен орындарының цифрлық модельдері жасалады;

- пилотсыз ұшу аппараттарын қолдана отырып, аэрофототүсірілім жұмыстары орындалады;

- объектілердің геохимиялық, тектоникалық және құрылымдық сипаттамаларын қамтитын цифрлық карталар мен мамандандырылған дерекқорлар қалыптастырылады;

- Шығыс Қазақстан облысының аумағында перспективалы учаскелерді анықтау кезінде жоғары тиімділікті көрсеткен ЖҚЗ деректерін түсіндірудің ғылыми негізделген әдістемесі әзірленді.

ЖҚЗ деректері мен геомеханикалық зерттеулердің нәтижелерін интеграциялау әртүрлі бақылаулардан жер қойнауы мен аумақтардың кешенді цифрлық модельдерін жасауға көшуге мүмкіндік береді.

Орталықтың құрылымында ҒЗТКЖ және зертханалық-аналитикалық зерттеулердің кең спектрін орындау үшін заманауи ғылыми жабдықтармен жабдықталған аналитикалық зерттеулер зертханасы ерекше орын алады. Оның негізінде микро және наноанализі бар трансмиссиялық және растрлық электронды микроскопияны, рентгендік құрылымдық талдауды, индуктивті байланысқан плазмамен масс-спектрометрияны, атомдық-эмиссиялық спектрометрияны, сондай-ақ рентген-флуоресцентті, спектрофотометриялық және колориметриялық зерттеулерді қоса алғанда, аналитикалық диагностиканың заманауи әдістерін қолдана отырып зерттеулер жүргізіледі.

Бұл табиғи процестерді жүйелі түсінуге, болжау дәлдігін арттыруға және өнеркәсіптік және экологиялық салалардағы тәуекелдерді азайтуға негізделген жаңа ғылыми парадигманы қалыптастырады.

Сондай-ақ, VERITAS ғалымдары бериллий және литий минералды шикізатын гидрометаллургиялық ашу технологиясын физика-химиялық зерттеу және әзірлеу жұмыстарын жүргізуде. Жүргізілген зерттеулер күрделі минералды шикізаттан құнды компоненттерді алу тиімділігін арттыруға және сирек және стратегиялық маңызды металдарды өңдеу үшін ғылыми негізделген технологиялық шешімдер жасауға бағытталған.

Орталықтың жоғары ғылыми әлеуетін іргелі ғылым мен қолданбалы технологиялардың тоғысында жұмыс істейтін танымал зерттеушілер мен жас мамандар тобы қамтамасыз етеді. Орталықтың басшысы – жас ғалым, PhD, қауымдастырылған профессор Е. А. Қожахметов.

Осылайша, Д. Серікбаев атындағы Шығыс Қазақстан техникалық университеті Жерді қашықтықтан зондтау пәнаралық зерттеулердің негізгі элементіне айналатын бірегей ғылыми экожүйені қалыптастырады. VERITAS зертханаларын, ғылыми мектептерін және орталығын біріктіру өңірдің тұрақты дамуы мен болашақтың ғылыми-технологиялық әлеуетін қалыптастыру үшін негіз құра отырып, іргелі ғылымның, цифрлық технологиялар мен инженерлік шешімдердің интеграциясын қамтамасыз етеді.

---

АННОТАЦИЯ

Жерді қашықтықтан зондтау бақылау құралынан аумақтарды цифрлық талдаудың негізіне айналып, Шығыс Қазақстан үшін стратегиялық маңызға ие болуда. Д. Серікбаев атындағы ШҚТУ-дың зерттеу экожүйесі жерсеріктік мониторингті, ұшқышсыз ұшу аппараттары арқылы аэрофототүсірілімді және тау жыныстары физикасын терең зертханалық зерттеулерді біріктіреді. Пәнаралық тәсіл сирек металдар кен орындарының цифрлық модельдерін жасауға, су ресурстарының экологиялық жай-күйін бағалауға және дәл егіншілік технологияларын енгізуге мүмкіндік береді.

Дистанционное зондирование Земли трансформируется из метода наблюдения в основу цифрового анализа территорий, приобретая стратегическое значение для Восточного Казахстана. Исследовательская экосистема ВКТУ имени Д. Серикбаева объединяет спутниковый мониторинг, аэрофотосъемку с БПЛА и глубокие лабораторные исследования физики горных пород. Междисциплинарный подход позволяет создавать цифровые модели месторождений редких металлов, оценивать экологическое состояние водных ресурсов и внедрять технологии точного земледелия.