ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 2, с. 67-80
УДК 550.34
ОБ ОЦЕНКЕ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ И СЕЙСМИЧЕСКОМ МИКРОРАЙОНИРОВАНИИ УЧАСТКОВ СТРОИТЕЛЬСТВА МОРСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА СЛАБОСЕЙСМИЧНЫХ АКВАТОРИЯХ
© 2009 г. И. П. Кузин, С. А. Ковачев, Л. И. Лобковский
Институт океанологии РАН, Москва 117997 Поступила в редакцию 20.04.2004 г.
Представлены результаты исследований по оценке сейсмической опасности считающейся слабосейсмичной северо-западной части акватории Северного Каспия вокруг о. Морской Иван-Караул, где планируется строительство нефтедобывающих сооружений. При оценке сейсмической опасности использован традиционный подход на основе анализа и обобщения геолого-геофизических данных (прежде всего разломная тектоника и геофизические поля). Для решения задачи сейсмического микрорайонирования применен динамический метод, основанный на сопоставлении спектральных амплитуд колебаний грунтов в эталонной точке и в других точках акватории. В качестве исходной информации использованы записи афтершоков удаленных землетрясений, полученные с помощью донных сейсмографов. Эксперимент по динамическому микрорайонированию оказался уникальным в том смысле, что он проводился в условиях сверхмалых глубин моря (1-5 м), когда на уровень сейсмических шумов влияют не только течения, но и поверхностное волнение. Подчеркивается необходимость сейсмологического мониторинга на стадии эксплуатации сооружений нефтегазового комплекса с целью контроля за технологическим процессом и обеспечения их экологической безопасности по отношению к окружающей среде.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вводные замечания. При проектировании и строительстве ответственных сооружений как на суше, так и на море необходима оценка сейсмической опасности на основе сейсмологических данных и анализа сейсмотектонической обстановки в пределах изучаемого региона, а также сейсмических свойств грунта на участке строительства. При решении этих задач на акваториях необходимо учитывать ряд специфических факторов. Во-первых, акватории внутренних и окраинных морей России за редкими исключениями (Черное море, моря Лаптевых, Охотское и Японское) слабо сейсмичны или асейсмичны по данным региональной сети станций. Это означает, что при оценке сейсмической опасности для сооружений на акваториях необходимо привлечение в первую очередь косвенной геолого-геофизической информации, а для получения прямых сейсмологических данных необходимо проведение специальных донных сейсмологических наблюдений. Во-вторых, грунтовые условия на дне акваторий существенно отличаются от наземных. Прежде всего, это рыхлые слабосцементированные и к тому же обводненные песчано-глинистые грунты, причем песчаные фракции при динамических воздействиях подвержены разжижению [4, 35, 36], а глинисто-илистые - оползанию. И если для возникновения разжижения требуется достаточно высокий уровень динамических воздействий при землетрясениях (сотрясения интенсивностью до 7-8 бал-
лов по шкале М8К-64), то для развития подводных оползней достаточно и более слабых сотрясений (примерно 4-5 баллов). При этом оползневые процессы, как правило, развиваются даже в условиях слабо всхолмленного рельефа.
Совокупность отмеченных особенностей требует для решения инженерных задач на акваториях привлечения данных специальных сейсмологических исследований. Их актуальность обусловлена с одной стороны, неполнотой геолого-геофизической информации на стадии проектирования и строительства морских сооружений, с другой стороны необходимостью контроля за изменением тектонической ситуации и инженерно-геологических свойств среды в процессе эксплуатации таких сооружений. Прежде всего, это относится к экологически опасным объектам нефтегазового комплекса. При этом если для решения проблемы сейсмостойкости морских сооружений на стадии проектирования и строительства достаточно спорадического проведения детальных донных сейсмологических наблюдений, то на стадии их эксплуатации необходим регулярный сейсмологический мониторинг. Его результаты должны учитываться при контролировании технологического процесса с целью обеспечения экологической безопасности эксплуатации морских сооружений.
В настоящее время Институтом океанологии РАН получен первый опыт использования детальных донных сейсмологических наблюдений при решении инженерных задач на акваториях Черного
67
5*
моря (подводный газопровод Россия-Турция, [14, 15, 18, 19]) и Каспийского моря (настоящая статья).
До проведения наших исследований по инструментальным данным и историческим сведениям вблизи участка строительства не было известно проявление не только сильных, но и слабых землетрясений. Поэтому необходим тщательный анализ геолого-структурных данных с целью выявления особенностей тектоники, которые могут быть потенциально опасными в сейсмическом отношении. В первую очередь это обнаружение зон контрастных движений, выраженных активными разломами.
Тектоника района. Изучаемый район в радиусе 150 км от строительного участка занимает северозападный угол акватории Северного Каспия, граница которой условно проводится по 44° с.ш., и прилегающую часть побережья. Ввиду необходимости увязывания тектонических структур Скифской и Туранской плит в региональном плане восточная граница района отодвинута на восток в сторону Мангышлакской структурной области.
В тектоническом плане район строительства располагается в пограничной зоне трех крупных разновозрастных геоструктурных областей: южной части докембрийской Русской платформы, центральной части эпимезозойской Скифско-Ту-ранской плиты и северо-восточной части Альпийского складчатого пояса [3, 13]. Названные структурные области разделены крупными глубинными разломами. Кроме этих пограничных разломов выделяются внутренние глубинные разломы. Большинство их ориентировано в субширотном направлении и только один, Аграхано-Эмбенский, имеет секущее северо-восточное простирание [13], рис. 1. В пределах основных геотектонических областей выделяются структуры более высокого порядка, имеющие широтное или субширотное простирание. В южной части Русской платформы к таким структурам относится Прикаспийская впадина с Астраханским поднятием на суше и Укатненской впадиной и Эмбенским прогибом на акватории.
В области Скифской плиты, отделенной от од-новозрастной Туранской плиты предполагаемым Аграхано-Эмбенским разломом, выделяются поднятие (кряж) Карпинского и Манычская впадина. Продолжение кряжа на акваторию носит название Промысловской зоны поднятий. Эта зона продолжается к востоку, в пределы Туранской плиты, где выделяется крупная Устюртская синеклиза, а в ее центральной части - Бузачинский свод. Манычская впадина (прогиб) имеет в пределах Туранской впадины продолжение в виде Мангышлакско-Устюрт-ской системы дислокаций и Южно-Мангышлакско-Устюртской системы прогибов. Эти синклинальные структуры разделены Тюб-Караганским валом, имеющим тоже субширотное простирание.
В северо-западной части Туранской плиты между Мангышлакскими структурами и северо-восточ-
ным флангом Альпийского пояса на акватории Северного Каспия выделяется Центрально-Каспийская моноклиналь северо-западной ориентировки с Центрально-Каспийским поднятием.
Структуры Альпийского пояса в районе Агра-ханского п-ова испытывают резкий поворот от субширотного к меридиональному простиранию, продолжаясь в южном направлении. Пограничной структурой между Скифской плитой и Альпийским поясом является Кизлярский прогиб, протягивающийся субширотно с северо-западного побережья Северного Каспия на его акваторию.
В пределах Альпийского пояса, в его северо-восточном углу выделяется Терско-Сулакская впадина. Необходимо отметить, что поскольку в пределах района мощность рыхлых осадочных отложений (платформенный чехол) составляет 2-10 км по разным оценкам, описываемые ниже тектонические структуры выделены в фундаменте и на дневную поверхность не выходят (исключение - восточная часть п-ова Мангышлак) [7].
В области Скифской и Туранской плит выделяется ряд внутренних разломов, рис. 1. Это, прежде всего, разлом Карпинского (I), Манычский (II), Северо- и Южно-Мангышлакские (IV, V), субширотной ориентировки и уже упоминавшиеся выше Аграхано-Эмбенский разлом (III), имеющий северо-восточное направление. Следует подчеркнуть, что для участка строительства наибольшее значение имеет разлом Карпинского (I на рис. 1), по которому кряж Карпинского надвинут на Манычский прогиб (впадину). Этот разлом проходит в непосредственной близости от участка строительства и по имеющимся данным обнаруживает признаки активности на современном этапе геологической истории [30, 40]. Остальные разломы: Манычский, Северо- и Южно-Мангышлакские а также Аграхано-Эмбенский не столь важны вследствие их значительной удаленности (расстояние до наиболее близкого Южно-Манычского около 55 км) и неизвестной активности (исключение - Северо-Мангышлакский разлом по [40] при удалении более 150 км), рис. 1.
Таким образом, на основе анализа тектонической обстановки, можно подчеркнуть, что участок строительства располагается в краевой зоне на восточном фланге кряжа Карпинского. В непосредственной близости от участка проходит крупный глубинный разлом Карпинского, по которому одноименный кряж надвинут на соседний Манычский прогиб. По имеющимся данным, разлом относится к категории активных [40]. По-видимому, активность разлома определяется тектоническим взаимодействием структур Кавказа и Скифской плиты и можно ожидать возникновения достаточно сильного землетрясения в зоне разлома Карпинского.
Геофизические данные наряду с геологическими играют большую роль в оценке сейсмической опас-
I. I. 1_ |_ |_
1 I- 1_ I- I- |_ I- \ |_ I.
+ + "1"1 |_ I- |_ |_ Ьу* I- |_ |_ 1 1_ УТ 1_ I- I- I-
• 1 1_1 1 1 1 1 3 ^ 1 1
.„Астрахань1 1 1 У1 1 1 1 " ;
^ IX +
+ -н
У
у-;
к • • • • ЧТО
4
8
7
+ + +
2 3
0
^ Шп^8 60 120
11 12
180км
Рис. 1. Тектоническая схема дна Северного Каспия и прилегающих побережий по [8, 12]. А - докембрийская Русская платформа (южная часть Прикаспийской впадины): 1 - область соляных куполов; 2 - краевые плакантиклинали. Б1, Б2 - эпигерцинская платформа. Б1 - Скифс
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.