Наведенная сейсмичность

Исследование взаимодействия объектов человеческой деятель­ности и геологической среды является исключительно важным научным и практическим вопросом современности, так как гео­логические факторы все чаще становятся причинами крупных техногенных катастроф. Одной из таких серьезных причин явля­ется наведенная (техногенная, возбужденная) сейсмичность (Иванов, Тржцинский, 2001).

Изучением вопросов природы наведенной сейсмичности занимались В.В.Адушкин (1994), В.Л.Барабанов (1994), М.Г.Дубиня (1994), Г.С.Золотарев (1983), А.В.Николаев (1994), Н.И.Николаев (1977), И.В.Померанцева (1994), В.С.Пономарев (1994), А.Н.Ромашов (1994), С.И.Рыбников (1994), Л.Н.Солодилов (1994), А.А.Спивак (1994), С.Б.Турунтаев (1994) и многие другие ученые.

Что означает термин «наведенная сейсмичность»? В нашей на­учной литературе иногда под этим термином понимают два разных процесса «инициирование» и «возбуждение» (Николаев, 1994). «Инициирование» — это воздействие на очаг готового землетрясения. «Возбуждение» — это воздействие на определенную зону; земной коры, вызывающее одно или рой землетрясений, которые , без такого воздействия не произошли бы. Причем это могут быть как природные, так и антропогенные (или техногенные) воздействия. К природным факторам наведенной сейсмичности относятся такие, в настоящее время еще не достаточно глубоко изучены такие факторы, как приливные деформации, связанные с фазами Луны и Солнца, изменение скорости вращения Земли, солнечная активность, инициирование землетрясений землетрясениями, погодные явления. К антропогенным или техногенным факторам наведенной сейсмичности относятся возведение и эксплуатация крупных водохранилищ, мощные промышленные и атомные взрывы, добыча полезных ископаемых и даже запуски тяжелых космических ракет. В настоящей главе речь пойдет о наведенной сейсмичности, связанной с антропогенными (техногенными) факторами. Причем в данном случае этот термин будет носить двоякий смысл, о кото­ром говорилось раньше, то есть будут рассмотрены как сейсмич­ные районы, так и асейсмичные. В первом случае наведенная сей­смичность является главным образом инициирующим фактором, а во втором случае — возбуждающим фактором (Иванов, Тржцинский, 2001).

До сих пор нет единой и законченной физической и математи­ческой теории или модели, которые бы удовлетворительно объяс­няли механизм наведенной сейсмичности. В случае строительства и заполнения крупных водохранилищ на проблему генезиса и ме­ханизма возбужденной сейсмичности имеются разные точки зре­ния. Перечислим некоторые из них:

· влияние веса воды,

· изме­нение напряжений в элементах земной коры, вызванные водной нагрузкой и скоростью изменения уровня водохранилища,

· влия­ние порово-трещинного давления, которое нейтрализует геостатическую нагрузку, уменьшает трение в горных породах, изменяет их прочность, нагрузку и т. д.

В случае разработки нефтяных и газовых месторождений при­чиной возбуждения тектонического землетрясения может стать:

· извлечение и закачка флюида (жидкости),

· изменение пласто­вого давления и пластовой температуры,

· прямая просадка (осе­дание) поверхности и т. д.

При добыче твердых полезных иско­паемых, при проходке шахт наблюдаются горные удары, то есть внезапное взрывоподобное разрушение горных выработок, сопро­вождающееся излучением сейсмических волн. Но кроме горных ударов наблюдаются сейсмические события, которые не сопро­вождаются разрушением выработок, но происходит излучение сей­смических волн. Эти события называются толчками. Например, на шахтах Североуральского бокситового рудника ежегодно, начиная с 1981 года (год установки сейсмометрической аппаратуры), реги­стрируются около тысячи сейсмических событий с энергией от 10² до 10⁹ Дж. Согласно представлениям ряда исследователей, появление наведенной сейсмичности при добыче твердых полезных ис­копаемых обусловлено техногенным внедрением в сильно энерго­насыщенные горные породы (Пономарев и др., 1994). В этом слу­чае вводится новое понятие об активной и пассивной геологичес­кой среде.

Подземные ядерные взрывы (ПЯВ), с одной стороны, могут инициировать тектонические землетрясения, являющиеся резуль­татом триггерного (эффект спускового крючка) высвобождения напряжений, накопленных геологической средой, с другой — под­земные ядерные взрывы могут вызывать обвальные землетрясения, связанные с обрушением подземных полостей, образующихся при взрыве (Николаев А.В., Аниколенко В.А. и др.).

Наконец, несколько слов следует сказать о появившихся в пос­леднее время сведениях о влиянии запусков тяжелых ракет на воз­никновение сильных землетрясений. По приближенным оценкам, справедливость которых уже подтверждена частично эксперимен­тальными данными (Рыбников, 1994), при определенных геофизи­ческих условиях техногенно спровоцированные вариации атмо­сферного давления над литосферными плитами могут послужить триггерным, спусковым фактором на их напряженно-деформиро­ванные границы и спровоцировать сейсмические толчки.

Наведенная сейсмичность, обусловленная гидротехническими объектами. Накопленные материалы о проявлении наведенной сейсмич­ности, связанной со строительством крупных гидроэлектростан­ций, сопровождающихся заполнением больших водохранилищ, ставят особенно остро проблему возникновения сейсмичности в связи с инженерной деятельностью человека. Особые осложнения при этом возникают из-за необычных параметров этих землетрясе­ний, так как частота повторения и интенсивность наведенных зем­летрясений часто оказывается выше нормальной для данного реги­она, а очаги землетрясений располагаются в непосредственной близости от водохранилищ. При этом в мировой практике извест­но несколько случаев, когда землетрясения, вызванные заполнени­ем водохранилищ, приводили к разрушению строительных объек­тов, плотин, вызывали человеческие жертвы (Иванов, Тржцинский, 2001).

Проблема возникновения землетрясений в связи с нагрузкой на геологическую среду от водных масс крупных водохранилищ в разных частях мира стала предметом озабоченности различных исследователей и вызвала значительный международный интерес. В США ей уделяют внимание такие влиятельные правительствен­ные учреждения, как Национальная океаническая служба, Геоло­гическая служба и т. д. В бывшем СССР были построены такие крупные водохранилища и гидроэлектростанции, как: Ингурская на реке Ингури в Грузии, высота плотины 271 м; Саяно-Шушенская на Енисее высотой плотины 245 м и др.

В некоторых случаях, особенно в сейсмических районах, очень трудно отличить природную сейсмичность от наведенной, что при­водит некоторых исследователей к определенному пессимизму в изучении причин наведенной сейсмичности. В настоящее время выделяют три типа сейсмической активности, связанной с водо­хранилищами, по величине выделяемой сейсмической энергии.

Первый тип — это микросейсмичность, которая регистрируется высокочувствительными сейсмическими приборами, если они были вставлены в момент строительства и заполнения водохрани­лища. В этом случае регистрируются в основном землетрясения с магнитудой М < 2. Как правило, процесс проявления такой сей­смичности коррелируется с колебаниями уровня воды в водохра­нилище.

Ко второму типу относится усиление локальной сейсмич­ности во время заполнения водохранилища с проявлением уже достаточно ощутимых землетрясений с магнитудами М = 3—5. Землетрясения такой силы до заполнения водохранилища не про­исходили.

К третьему типу относятся случаи возникновения силь­ных, разрушительных землетрясений, способных вызвать ката­строфические последствия и людские жертвы. Как правило, эти события сопровождаются длительной серией форшоков и афтершоков, связанных с заполнением водохранилища. В целом накоп­ленный к настоящему времени статистический материал говорит о том, что наведенная сейсмичность в большинстве случаев — ес­тественный процесс разрядки напряжений, и водохранилище может его усилить и ускорить или ослабит. В мягких грунтах, спокойно залегающих осадочных горных пород, не накапливаются напряжения, и это не приводит к выде­лению сейсмической энергии при заполнении водохранилищ во­дой. Подтверждением этому выводу является пример водохранили­ща Серре-Понсон во Французских Альпах. Плотина водохранили­ща располагается в зоне распространения сжимаемых грунтов, накопление напряжений в которых незначительно. После заполне­ния водохранилища здесь не произошло ни одного землетрясения. В отличие от ситуации в районе плотины Серре-Понсон водохра­нилище Койна (Индия) располагается на базальтовых лавах, кото­рые способны накапливать значительное количество скрытой уп­ругой энергии, готовой выделиться в виде землетрясений. Распрос­транение в пределах зон водохранилищ трещиноватых пород с блоковой тектоникой, разломами, с гетерогенными подстилающи­ми породами также способствует возникновению сотрясений зем­ной поверхности. Необходимое условие для проявления землетря­сений в районах водохранилищ — наличие ранее существовавших разломов. Отсутствие таковых в определенной степени объясняет асейсмичность многих эксплуатируемых в настоящее время водо­хранилищ.

Наведенная сейсмичность, обусловленная ядерными взрывами.Сейсмические явления, наведенные подземными или подводными ядерными взрывами (ПЯВ), обнаруживаются в виде толчков разной интенсивнос­ти — роя землетрясений. При этом источником роя землетрясе­ний могут служить, как тектонические процессы, связанные с под­вижкой отдельных структурных блоков геологической среды, так и процессы, сопутствующие обрушению камуфлетной плоскости так называемые коллапсы. Коллапсом во взрывной сейсмологии называется частичное обрушение пород еЬ свода подземной каме­ры, образовавшейся при камуфлетном подземном ядерном взрыве (Иванов, Тржцинский, 2001).

Наведенная сейсмичность, обусловленная добычей полезных ископаемых. Согласно В.Л.Барабанову (1994) выделяют четыре типа техногенных землетрясений (А, Б, В, и Г), вызванных разработкой полезных ископаемых.

К наведенным землетрясениям типа А относятся такие, которые возникают при добыче (откачке) жидких полезных ископаемых когда отбор флюида из пласта приводит к нарушению геостатического равновесия

Наведенные землетрясения типа Б связаны непосредственно с продуктивным пластом. Классические случаи техногенных земле­трясений - это горные удары, а также гидроразрыв пласта при увеличении порового давления в пласте, при нагнетании в пласт жидкости

Землетрясения типа В происходят в зоне, которая располагает­ся ниже залежи полезного ископаемого, как правило, между резко дифференцированными по образованию и залеганию горными по­родами. Эта Зона характеризуется повышенной концентрацией дизъюнктивных нарушений различного типа по сравнению с ниже­лежащими кристаллическими породами

Землетрясения типа Г связаны с сейсмогенными зонами, рас­положенными на глубинах 10—20 км, и их в какой-то степени можно условно отнести к типу наведенных землетрясений. Зем­летрясения, произошедшие на глубине 1-0-—20 км, относятся к на­веденным землетрясениям по факту Совпадения времени их проис­хождения с техногенным воздействием на вышележащие пласты. Большинство Исследователей считают, что техногенные воздейст­вия в данном сдучае выполняют роль «триггера» или «спускового крючка» сильного тектонического землетрясения, связанного с не­обратимыми тектоническими процессами.

Так как землетрясения по существу представляют собой про­цесс разрядки накопляющихся в течение длительного времени тек­тонических напряжений, то в принципе возможна борьба с земле­трясениями путем закачки воды под давлением в глубокие скважины или производства серии глубоких взрывов, вызываемых в сейсми­ческом очаге с таким расчетом, чтобы препятствовать чрезмерному накоплению напряжений, способных создать разрушительные земле­трясения, и своевременно разряжать сейсмическую область путем ряда слабых толчков. Уже в настоящее время человек располагает возможностью создавать такие толчки. «Мощность крупных ядерных взрывов всего в тысячу раз меньше таких крупнейших землетрясений, как Чилийское (1960 г.) и Аляскинское (1964 г.), мощность которых оценивалась в 10²⁵ эрг» (Сергеев, 1982), поскольку от искусственно вызываемых толчков требуется не выделение энергии крупнейших землетрясений, а лишь оказание триггерного действия, то уже в настоящее время можно провоцировать несильные землетрясения, имеющие целью разрядку накопившихся тектонических напряжений; надо только знать, где и когда они должны быть осуществлены. Понятно, что таким работам должны предшествовать серьезные ис­следования естественного процесса накопления и разрядки текто­нических напряжений, однако решение этой задачи - вопрос только времени (Тер-Степанян, 1985).

Дата добавления: 2014-05-01; просмотров: 1677; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!