Науки о Земле Геотектоника и геодинамика
Батугин А. С., доктор технических нау, профессор
Головко И. В., старший преподаватель
Семенов В.А., Мусина В.Р.
(Московский горный институт Национального исследовательского технического университета «Московский институт стали и сплавов»)
ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ЗОНИРОВАНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ КАК МЕРА СНИЖЕНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РИСКА СЕЛИТЕБНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
В ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ РАЙОНАХ
На основании анализа распределения эпицентров техногенных землетрясений и карт геодинамического районирования оценена ширина геодинамически опасных зон. Показано, что в качестве меры по снижению геодинамической опасности может быть использовано изменение функционального зонирования населенных пунктов в горнопромышленных районах. Предлагается исключать из состава селитебных территорий площади, занимаемые гео-динамически опасными зонами
ГЕОДИНАМИЧЕСКИ ОПАСНЫЕ ЗОНЫ, ТЕХНОГЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ, СЕЛИТЕБНЫЕ ЗОНЫ, ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗОНИРОВАНИЕ
1. Геодинамическая опасность как часть экологической опасности.
Ретроспективный анализ показывает, что началом эры техногенных землетрясений в горнопромышленных районах можно считать первую треть 20-го века. Уже в то время при разработке месторождений полезных ископаемых происходили горные удары, которые по своим последствиям и энергии были бы отнесены по современным классификациям к техногенным землетрясениям. При крупных горных ударах как на угольных, так и на рудных месторождениях отмечался сейсмический эффект территорий, разрушение зданий и сооружений, проседание поверхности, исчезновение мелких водотоков и др.
Так, в 1930 г. На руднике «Майсор» Коларского месторождения в Индии произошел горный удар, во время которого на поверхности сотрясения ощущались в радиусе 16 км, а в надшахтных зданиях образовались трещины. Там же на руднике «Чемпион Риф» в 1952 году произошел горный удар, при котором было повреждено более 100 зданий на поверхности так сильно, что многие из них были снесены (включая церковь и школу). На свинцово-цинковом Тирольском месторождении (Австрия) на руднике Райбл в 1929 и 1930 годах произошли крупные горные удары, которые сопровождались сотрясением земной поверхности и гулом, слышимом в радиусе до 15 км.
На руднике Пршибрам (Чехия) за период с 1910 по 1960 г. произошли горные удары которые проявились как землетрясения и были отмечены сейсмостанциями Праги, Пругонице и Клодно.
На шахте Херинген, ГДР, 22 февраля 1958 года произошел горный удар, проявившийся как серия ударов в течение нескольких часов. Радиус действия на поверхности достигал 1000 км. В эпицентре на поверхности возникли разрушения, характерные для 8-бального землетрясения.
Во Франции, Лотарингия, после горного удара на железном руднике на поверхности появились трещины шириной до 1 м. Радиус действия этого горного удара - 400 км.
Крупнейший горный удар, проявившийся как серия ударов в течение двух дней, произошел в Канаде 14 августа 1964 года. Радиус действия этого удара достигал 2600 км, после горного удара рудник был закрыт.
К настоящему времени на территории России, Китая и других стран произошло формирование горнопромышленных районов, подверженных техногенной сейсмичности. В них частота и интенсивность землетрясений оказывается выше нормальной для данного района, а очаги землетрясений располагаются в непосредственной близости от инженерных объектов.
Среди таких районов можно назвать Кемеровскую область с Кузбассом, Урал, районы горных разработок Кольского полуострова, районы добычи калийных солей в Пермской области (города Березняки и Соликамск). На территории Кемеровской области в районе г. По-лысаево в 2005-2009 г отмечался всплеск сейсмической активности, а в июне 2013 г произошло крупнейшее техногенное Бачатское землетрясение.
Поскольку шахтерские населенные пункты находятся непосредственно вблизи горных предприятий, то в связи со сложившейся ситуацией актуальными являются вопросы не только обеспечения безопасности ведения горных работ, но и проживания населения. В этой связи вынос селитебных зон за пределы потенциально опасных зон можно рассматривать как меру снижения геодинамического риска для населения. Рассмотрим возможный подход к решению этого вопроса на примере г. Полысаево Кемеровской области.
2. Проявление техногенной сейсмичности в геодинамически опасных зонах на границах блоков земной коры
Разработанный в России метод геодинамического районирования направлен на выявление современной блочной структуры горного массива и опасных участков для размещения инженерных сооружений [1]. Границы блоков и узлы их пересечения получили названия геодинамически опасных зон. Структурная приуроченность техногенной сейсмичности к структурным неоднородностям массива считается общепризнанной, однако вопрос о прогнозе ширины таких зон остается открытым. Работы по геодинамическому районированию центральной части Кузбасса частично были проведены в 80-х годах прошлого века и их результаты представлены в работах [1, 2]. В результате этих работ была установлена блочная структура территории и проведена оценка напряженного состояния методами тектонофи-зики. С 2006 г. вблизи г. Полысаево стали отмечаться сейсмические толчки, что было достаточно неожиданно, т. к. этот район Кузбасса считался относительно благополучным по проявлению динамических явлений [3, 4, 5, 6 и др.]. Исследования сейсмической активизации за период 2007-2009 гг представлены в работах [7,8].
На рис. 1 представлена совмещенная схема блочного строения территории района г. По-лысаево с материалами по проявлению техногенной сейсмичности из вышеуказанных работ. Из рисунка можно видеть, что в районе г. Полысаево имеются границы блоков III и IV рангов. Граница между двумя блоками третьего ранга вытянута вдоль р. Иня (1—1), каждый из них разделён на четыре блока четвёртого ранга. Границы блоков IV рангов 3—3 и 5—5 пересекают город в направлении с юго-запада на северо-восток.
На рис. 1 по данным из работ [7,8] нанесены две зоны проявления землетрясений в районе шахт «Октябрьская» и «Полысаевская»: I и II. Проанализируем проявление сейсмичности в каждой из них.
Рис. 1.Зоны сейсмической активизации на границах блоков в районе города Полысаево
В зоне сейсмической активизации I было зарегистрировано 57 землетрясений. Непосредственно на границе блоков IV ранга (3—3) и в зоне ее влияния произошло 41 сейсмическое событие из 57, то есть 71,9 % всех зарегистрированных в этой зоне сейсмических событий. Гистограмма распределения сейсмических событий по пласту Толмачёвскому представлена на рис. 2. Анализ гистограммы показывает, что по мере приближения забоя пласта Толмачёвского к границе блоков в зоне ее влияния происходило усиление сейсмической активизации, которая достигла максимальных значений непосредственно на границе блоков. После пересечения лавой границы блоков отмечается спад сейсмической активизации до полного их прекращения. На расстоянии 200 м по обе стороны от границы блока произошло 43 сейсмических события из 57, то есть 75,4 % всех зарегистрированных в этой зоне событий. Гистограмма распределения сейсмических событий представлена на рис. 3. Таким образом, расстояние 400 м (200 м по обе стороны от геодинамического разлома), можно считать зоной влияния границы блока Яранга.
Рис. 2.Распределение сейсмических событий по пласту Толмачёвскому в районе границы блоков IV
ранга 3-3
В зоне сейсмической активизации II на рисунках из работ [4,5] показано 124 землетрясения. Из них 48 событий, то есть 38,7 % от всех зарегистрированных в этой области, произошло на границе блоков III ранга (1—1) и на расстоянии 200 м от нее. 83% всех событий (103 из 124) произошло в зоне шириной 800-1200 м, 97% (120 событий из 124) произошло в зоне шириной 1200-1600 м (600-800 м в каждую сторону от границы блоков). В данном случае результат 83% можно признать вполне приемлемым и считать, что ширина зоны влияния границы блоков Шранга составляет 800- 1200 м. Распределение сейсмических событий у границы блока 1-1 представлено на рис.4.
Рис.З.Распределение сейсмических событии у границы блоков 3-3
50 Распределение сейсмн чеаснх событий у границыбло! <al—1
5 45 Е 40 | 2 35 tí 2 30 Р О Б 25 а — | 20 0 ¡ 15 1 10 с? ¡3 ? 0
26
17 4
0—200 200—*00расстояШ"Х600 (500—S00 800—1000
Рис. 4.Распределение сейсмических событий у границы блока 1-1
В узле контакта границы блоков III ранга 1-1 с границей блоков IV ранга 2-2 горные работы велись по пласту Бреевскому, где образовалась зона сейсмической активизации диаметром около 2000 м.
Таким образом, как показывают результаты сопоставления схемы блоков земной коры с данными проявления техногенной сейсмичности, все зоны сейсмических активизаций находятся в зонах влияния границ блоков 1—1 и 3—3, 1—1 и 2—2, на замыканиях и пересечениях геоди-намически опасных зон. С высокой вероятностью ширина зон влияния границ блоков III ранга -1600 м, зон влияния границ блоков IV ранга - 400 м, зон влияния пересечений границ блоков III и IV ранга - 2000 м. Геодинамически опасной зоной можно считать всю зону влияния границы блоков на прилегающую территорию, а также зоны их замыкания и пересечения.
3. Изменение функционального зонирования городских территорий в горнопромышленных районах как мера снижения геодинамической опасности
Особенностью техногенной сейсмичности в горнопромышленных районах является внезапность и неожиданность. Профилактические меры ее предотвращения находятся в стадии разработки. Актуальной задачей остается разработка и обоснование мероприятий, направленных на снижение геодинамической опасности. Одним из таких мероприятий может быть изменение функционального зонирования городских территорий для исключения селитебных зон из участков, опасных по проявлению техногенной сейсмичности.
В соответствии с [9], функциональным зонированием называется разделение территории населенного пункта на зоны с разным функциональным назначением (жилая, промышленная и т. п.) с целью устранения или уменьшения неблагоприятного влияния окружающей среды на население.
Функционально
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.