ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 4, с. 363-369
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 55:504.75:550.348
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ (НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРСКОЙ АЭС)
© 2013 г. О. Г. Попова*, А. Д. Жигалин*, Ф. О Аракелян**, В. В.Недядько**
*Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук, Уланский пер., 13 ,стр.2, Москва, 101000 Россия. E-mail: oksana-p@list.ru ** ООО "Атомсейсмоизыскания", ул. Скаковая 32,кор.2, Москва, 125040 Россия. E-mail: asi_47@mail.ru
Поступила в редакцию 14.02.2012г.
Обсуждаются результаты сейсмического мониторинга, проводившегося с июля 2008 г. по апрель 2010 г. с целью определения геодинамических характеристик геологической среды на площадке проектируемой Северской АЭС (г. Томск). Полученные с использованием оригинальной методики числовые характеристики показателя анизотропности среды у и интегрального показателя напряженного состояния горных пород S позволили установить характер изменения во времени степени напряженности среды, выявить участки, потенциально опасные для строительства и эксплуатации объектов АЭС. Сделан вывод о необходимости непрерывного комплексного геофизического мониторинга геодинамических характеристик среды на территории и в окрестностях проектируемой АЭС.
Ключевые слова: сейсмический мониторинг, атомная электростанция, геодинамические характеристики горных пород.
ВВЕДЕНИЕ
С позиций геодинамики и оценки сейсмического риска важнейшая характеристика верхней части земной коры - ее напряженно-деформированное состояние. Изменение напряженного состояния во времени в значительной степени связано с тектоническими процессами в земной коре. В последнее десятилетие появились подтвержденные данные о том, что земная кора достаточно чутко реагирует на различные внешние воздействия - природные и антропогенные. При этом внешние факторы, как и внутренние тектонические процессы, могут при определенных геофизических условиях оказаться триггерным механизмом, запускающим сейсмопроявления при достаточной степени подготовленности этих событий. Реакция земной коры на воздействия указанных факторов отображается изменением напряженного состояния в массиве горных пород, степень и опасные пределы которого могут быть определены посредством сейсмических наблюдений.
Изучение локальных полей тектонических напряжений и факторов, определяющих их энергетику (способность вызвать землетрясение), -
это одна из задач, решение которой, возможно, позволит продвинуться в направлении обеспечения достоверного прогноза опасных природных процессов (землетрясений, оползней, извержений вулканов и др.), предотвращения и минимизации их негативных последствий. Нахождение правильного решения этой задачи, имеющей значительную геоэкологическую составляющую, необходимо при проектировании, строительстве и эксплуатации гидравлических (ГЭС) и атомных (АЭС) электростанций, а также предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ) и химической промышленности с целью выявления участков с повышенной степенью напряженности среды. Определяется это тем, что крупные аварии на таких предприятиях чреваты возникновением чрезвычайных ситуаций различной степени сложности и катастрофических экологических и социальных последствий.
Для оценки геодинамической активности и напряженного состояния геологической (геофизической) среды на этих объектах, которые относятся к категории объектов особой важности (высокой степени геоэкологического риска), целесообразно осуществлять геофизический и, как частный случай, сейсмический мониторинг. В статье
представлены методика и результаты изучения геодинамических характеристик геофизической среды в районе проектируемой Северской АЭС (г. Томск).
Цель исследований, проводившихся в рамках научной темы "Исследование влияния геофизических полей на формирование природно-техно-генных опасностей", - выявление возможностей использования новой разработанной авторами методики изучения свойств геофизической среды в районах с низкой и умеренной сейсмичностью, определение изменений во времени ее напряженного состояния, выявление участков, на которых могут возникнуть опасные ситуации в процессе строительства и последующей эксплуатации жизненно-важных объектов.
ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
Сейсмический мониторинг с целью изучения изменений во времени геодинамических характеристик геофизической среды и выделения потенциально опасных участков проводился на территории Томского сейсмологического полигона, занимающего территорию, в пределах которой осуществлялся выбор места для строительства Северской АЭС, в течение почти двух лет с июля 2008 г. по апрель 2010 г.
В геолого-тектоническом отношении Томская область представляет собой равнинную платформенную территорию, традиционно относимую к регионам с низким геодинамическим фоном и слабой и умеренной сейсмичностью с интенсивностью регистрируемых сейсмических событий до /тах = 6-7 баллов. Изучение вертикальных движений земной коры также позволяет отнести этот район к спокойным территориям, поскольку современные вертикальные движения здесь характеризуются небольшими относительными скоростями, не превышающими 0.5 мм/год. Сейсмически активные структуры не выявлены.
По характеру распределения скоростных аномалий в слое мощностью от 0 до 10 км, выявленных методом сейсмической томографии по сейсмическим данным, район исследований делится на две части (два блока): северо-западную, для которой характерны пониженные значения скоростей продольных Р-волн, и юго-восточную, характеризующуюся повышенными значениями скоростей Р-волн. Однако высокая степень контрастности сейсмических скоростей между обеими частями не наблюдается, никакие контрастные аномальные участки среды с повышенными либо пониженными скоростями выделены не были, что
также позволяет отнести изучаемую территорию, в целом, к разряду слабоактивных в сейсмическом отношении.
В процессе мониторинга регистрировались сигналы далеких и местных землетрясений, карьерных взрывов и микросейсмического фона. В качестве измерительной аппаратуры использовались трехкомпонентные цифровые станции "Дельта-Геон" в количестве от 13 до 17, равномерно размещенные на площади полигона размером 55 х 60 км, расположенного севернее г. Томска (рис. 1). В зависимости от числа функционирующих наблюдательных станций конфигурация и размеры площади, на которой осуществлялись наблюдения, в процессе работы несколько изменялись.
Полученные в ходе осуществления мониторинга на Томском сейсмологическом полигоне материалы обработаны с использованием оригинальной методики, основанной на изучении геодинамических свойств среды по энергетическим характеристикам проходящих обменных РБ-волн (результат превращения продольной Р-волны в поперечную Б-волну) от далеких землетрясений [2]. Методика получения информации основана на том, что энергия поперечных Б-волн и обменных РБ-волн существенно зависит от степени трещи-новатости, пористости, флюидизации и анизотропных свойств среды, которые в совокупности определяют ее напряженное состояние [1, 4]. Это дает возможность изучать геодинамические характеристики среды и оценивать ее напряженное состояния по энергетическим параметрам РБ-волн.
Согласно разработанной методике, напряженное состояние среды в некоторой точке пространства оценивается следующими параметрами [2]:
- показателем анизотропности среды (безразмерная величина) под каждой точкой наблюдения
7 — ER/Ev,
где Е]/, Ек - энергия радиальной и тангенциальной составляющих на записи РБ-волн соответственно;
- интегральным показателем напряженного состояния среды Б (безразмерная величина) в районе наблюдений, определяемым расчетным путем на основе изучения характера распределения параметра 7 по площади наблюдательной сети мониторинга:
Х2 У2 з
Х2 У2
Б = У У У 7(х, у)йхйуйс/ У У 8 ■ х ■ у ■ dxdy,
Х1 П 8
Х1 П
Рис. 1. Карты-схемы распределения показателя анизотропности среды с по площади полигона в разные интервалы времени: 1 - пункты наблюдений; 2- эпицентр местного землетрясения 05 февраля 2010 г. (а-д - см. пояснения в тексте).
где х, у - координаты района мониторинга; 8 - пороговый уровень, превышение которого указывает на возрастание анизотропных свойств и напряженного состояния среды в районе исследования.
Для определения геодинамических характеристик среды строятся карты-схемы распределения величины показателя с по площади наблюдения для разных интервалов времени. Такого рода карты-схемы позволяют в пределах исследуемой территории выделить участки с потенциально более высокой степенью сейсмического риска. Длительные наблюдения в режиме мониторинга дают возможность изучать процесс формирования участков потенциальной сейсмической опасности и их пространственно-временные характеристики. С этой же целью дополнительно строятся графики зависимости интегрального показателя напряженного состояния среды Б от времени наблюдения, который, в свою очередь, определяется по составленным для каждого интервала наблюдений картам-схемам распределения показателя анизотропности среды с. Полученные путем расчета данные представлены в табл. 1.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В статье представлены результаты обработки сейсмических записей, полученных организацией ООО "Атомсейсмоизыскания" при проведении мониторинга на Томском сейсмическом полигоне для выбора площадки под строительство Север-ской АЭС в период времени с июля 2008 г. по апрель 2010 г.
В соответствии с применявшейся методикой обработки полученный за каждый год материал делился по времени записи на несколько частей. В дальнейшем для каждого интервала времени (или временного интервала) определялись степень анизотропности и показатель напряженного состояния среды (и, соответственно, степень возможной сейсмической опасности).
Материал наблюдений за 2008 г. был разбит на семь интервалов (см. табл. 1). Длительность каждого интервала времени варьировала от 12 дней до месяца в зависимости от количества и качества зарегистрированных сигналов далеких землетрясений и пригодности сейсмограмм для дальней-
Таблица 1. Геодинамические характ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.