Localization of hidden zones of hazardous geological process development in the coastal cliff of the Chersonesos Taurica Ancient settlement using engineering geophysics methods
Abstract
Relevance. The coastal cliffs of the Chersonesos Taurica ancient settlement are subject to the development of hazardous geological processes, leading to coastal degradation and posing a threat to the preservation of cultural and historical heritage sites. Substantiation of coastal protection measures requires detailed engineering-geological information on the structure and condition of the rocky massif, as well as localization of weakened zones affecting cliff stability. The complex conditions of the study object, represented by a coastal cliff rock massif, determine the necessity of applying a set of geophysical methods based on 3D seismic tomographic sounding technology. The aim of the study is to localize concealed weakened zones within the rock massif of the coastal cliff of the Chersonesos Taurica ancient settlement that control the development of hazardous geological processes. The conducted integrated engineering-geophysical surveys included the research methods: ground-penetrating radar sounding, non-contact electrical resistivity tomography, and the innovative method of 3D seismic tomographic sounding. The acquired data were inverted, and depth slices and 3D models of electrical resistivity distribution, P- and S-wave velocities, and dynamic elastic moduli were constructed. Results. Based on the integrated interpretation of geophysical data, weakened zones associated with disruption of the limestone armoring layer and the development of detachment cracks were localized. A spatial correspondence of anomalies identified by electrical resistivity tomography, ground-penetrating radar, and seismic tomography was established. The most hazardous areas are characterized by reduced P- and S-wave velocities and decreased dynamic elastic moduli, posing a threat to cliff stability and nearby structures. The high efficiency of the STP 3D methodology for investigating coastal cliffs and assessing the factors controlling their stability is demonstrated.
References
Афанасьев П.И., Медина С.Я., Савон В.Ю., Картайя П.М., Гарсия де ла Круз М.И. Анализ устойчивости откосов горной дороги месторождения Camarioca Este компании Comandante Ernesto Che Guevara // Безопасность труда в промышленности. – 2024. – № 4. – С. 78–84. DOI: 10.24000/0409-2961-2024-4-78-84.
Бабенко И.А., Таловина И.В., Ушаков Д.Е., Крикун Н.С. Пегматиты оазиса Холмы Ларсеманн, Восточная Антарктида: новые полевые геологические и геофизические данные // Записки Горного института. – 2025. – Т. 273. – С. 65–79.
Глазунов В.В., Ефимова Н.Н., Зеликман Д.И., Букатов А.А. Локализация зон развития опасных геологических процессов берегового клифа по данным 3D сейсмотомографического прозвучивания // Russian Journal of Earth Sciences. – 2025. – №. 1. – С. 1–12. DOI: 10.2205/2025es000993.
Горячкин Ю.Н., Долотов В.В. Морские берега Крыма. Севастополь: ООО «Колорит», 2019. – 256 с.
Данильев С.М., Мулев С.Н., Шнюкова О.М. Корреляционно-регрессионный анализ активности естественной электромагнитной и акустической эмиссии в образцах горных пород Октябрьского месторождения // Горный журнал. – 2024а. – № 9. – С. 51–55. DOI: 10.17580/gzh.2024.09.08.
Данильев С.М., Секерина Д.Д., Данильева Н.А. Локализация участков развития геомеханических процессов в подземных выработках по результатам трансформационноклассификационного анализа сейсморазведочных данных // Записки Горного института. – 2024б. – Т. 266. – С. 260–271.
Дорохин К.А. Опыт применения скважинных сейсмоакустических исследований для оценки фактического состояния массива горных пород с использованием 2D- и 3D-построений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2019. – № 5. – С. 80–88. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-80-88.
Егоров А.С., Агеев А.С., Шуклин И.А., Марков А.Н., Лукин В.В., Горелик Г.Д., Грохотов Е.И. О подобии глубинного строения фундамента и генезиса формирования впадин восточного фланга Восточной Антарктиды и региона озера Байкал // Записки Горного института. – 2025. – Т. 273. – С. 26–41.
Ефремова Т.В., Горячкин Ю.Н. Морфодинамика севастопольских бухт под воздействием антропогенной деятельности // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. – 2023. – № 1. – С. 31–47. DOI: 10.29039/2413-5577-2023-1-31-47.
Жерлыгина Е.С., Куранова М.Е., Гусев В.Н., Одинцов Е.Е. Выявление опасных участков на основе исследования развития техногенных трещин в толще слагающих массив пород // Горная промышленность. – 2025. – № 1. – С. 162–169. DOI: 10.30686/16099192-2025-1-162-169.
Поспехов Г.Б., Савон-Васиано Юсмира. Оценка оползневой опасности при предварительной разведке месторождений на северо-востоке Кубы // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 12-1. – С. 178–192. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_0_178.
Ревазов М. О., Мельков Д. А., Бурдзиева О. Г., Архиреева И. Г. Влияние геодинамических процессов на геоэкологическое состояние горных территорий (Кармадонское ущелье) // Геология и геофизика Юга России. – 2026. – Т. 16. № 1. – С. 217–227. DOI: 10.46698/ VNC.2026.28.31.001.
Трушко В.Л., Розанов А.О., Саитгалеев М.М., Петров Д.Н., Ильинов М.Д., Карманский Д.А., Селихов А.А. Критерии акустической эмиссии для анализа процесса разрушения горных пород и оценки формирования трещинных коллекторов на больших глубинах // Записки Горного института. – 2024. – Т. 269. – С. 848–858.
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.
Chellamuthu S.N., Zaalishvili V.B., Ganapathy G.P. The role of hydrology in hillslope monitoring and landslide risk mitigation // Geology and Geophysics of Russian South. – 2026. – Vol. 16. No. 1. – pp. 80–92. DOI: 10.46698/VNC.2026.14.82.001.
Glazunov V.V., Saitgaleev M.M., Sekerina D.D. Features of fracture formation in rock samples under comprehensive compression using acoustic emission // International Journal of Engineering. – 2026. – Vol. 39. No. 6. – pp. 1382–1389. DOI: 10.5829/ije.2026.39.06c.07.
Hellmann S., Grab M., Patzer C., Bauder A., Maurer H. A borehole trajectory inversion scheme to adjust the measurement geometry for 3D travel-time tomography on glaciers // Solid Earth. – 2023. – Vol. 14. – pp. 805–821. DOI: 10.5194/se-14-805-2023.
Jeong J., Nam M. Electrical resistivity survey on paved surface and case studies // The Journal of Engineering Geology. – 2024. – Vol. 34. No. 2. – pp. 295–315. DOI: 10.9720/ kseg.2024.2.295.
Li C., Wang H., Wang Y., Wang L., Yang X., Wan X. Recognition of tunnel fracture zones in seismic waves and ground-penetrating radar data // Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14. No. 3. – Art. No. 1282. DOI: 10.3390/app14031282.
Lu J., Liao X., Rastegarnia A., Qajar J. Estimating UCS of South China sandstones using mineralogical and machine learning approaches // Physics and Chemistry of the Earth. – 2025. – Parts A/B/C. Vol. 141. Part 1. – Art. No. 104048. DOI: 10.1016/j.pce.2025.104048.
Marciniak A., Kowalczyk S., Gontar T., Owoc B., Nawrot A., Luks B., Cader J., Majdanski M. Integrated geophysical imaging of a mountain landslide – A case study from the Outer Carpathians, Poland // Journal of Applied Geophysics. – 2021. – Vol. 191. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2021.104364.
Nefedov Yu., Gribanov D., Gasimov E., Peskov D., Han G., Vostrikov N., Pashayeva S. Development of Achimov deposits sedimentation model of one of the West Siberian oil and gas province fields // Reliability: Theory and Applications. – 2023. – Vol. 18. Special Issue 5(75). – pp. 441–448. DOI: 10.24412/1932-2321-2023-575-441-448.
Nosov V.V., Borovkov A.I., Artyushchenko A.P. Predicting rock bursts in rock mass blocks using acoustic emission // Resources. – 2022. – Vol. 11. No. 10. – Art. No. 87. DOI: 10.3390/ resources11100087.
Odintsov E.E., Gusev V.N. Rock mass condition control by the method of predicting of water-conducting fracture zone parameters for the deposits of polymetallic ores // International Journal of Engineering. Transactions C: Aspects. – 2026. – Vol. 39. No. 06. – pp. 1326–1333. DOI: 10.5829/ije.2026.39.06c.02.
Song Z., Zheng J., Zhang R., Zhu A., He T., Wang J. The potential of ground penetrating radar in rock fracture detection: insights from physical model tests and numerical simulations // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. – 2025. – Vol. 18. Issue 4. – pp. 2604–2618. DOI: 10.1016/j.jrmge.2025.04.036.
Sujitapan C., Kendall J.M., Chambers J.E., Yordkayhun S. Landslide assessment through integrated geoelectrical and seismic methods: A case study in Thungsong site, southern Thailand // Heliyon. – 2024. – Vol. 10. DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e24660.
Ustiugov D.L., Pospekhov G.B., Savon-Vaciano Yu., Noa Segura H.L. Determination of groundwater regime in a metal mineral deposit by data mining and spatial interpolation in the central region of the Republic of Cuba // Eurasian Mining. – 2025. – No. 1. – pp. 28–33. DOI: 10.17580/em.2025.01.05.
English
Русский
