ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 5, с. 460-468
МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 55:504.75:550.348
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ
© 2015 г. О. Г. Попова*, А. Д. Жигалин*, М. Г. Попов**, Ф. О. Аракелян***,
В. В. Недядько***, Е. В. Лаврик***
* Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН; Уланский пер., 13, стр.2, Москва, 101000 Россия. E-mail: oksana-p@list.ru ** Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, геологический факультет; Ленинские горы, МГУ, Москва, 119991 Россия. E-mail: mgpopov@list.ru
*** ООО "Атомсейсмоизыскания"; Ул. Скаковая 32, кор.2, Москва, 125040 Россия. E-mail: asi_47@mail.ru
Поступила в редакцию 29.01.2015 г.
Приведены результаты использования разработанной авторами методики изучения геодинамических свойств геологической среды с помощью материалов сейсмического мониторинга в районах планирования размещения площадок Нижегородской и Белоярской атомных станций. Определены изменения во времени показателей анизотропности и напряженного состояния среды в пределах изучаемых площадок, а также выявлены участки, на которых могут возникать опасные ситуации в процессе строительства и последующей эксплуатации этих важных энергетических объектов. Сделан вывод о необходимости непрерывного слежения за напряженным состоянием геологической среды при планировании площадок под строительство АЭС в средах разной тектонической активности, особенно в сейсмоопасных регионах.
Ключевые слова: сейсмический мониторинг, геодинамические показатели, свойства среды, внешние природные факторы, амплитудно-частотные характеристики, микросейсмический фон.
Изучение локальных полей тектонических напряжений и факторов, определяющих их энергетику, - одна из задач, решение которой, возможно, позволит продвинуться вперед 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 энергетически важных объектов (гидравлические (ГЭС) и атомные (АЭС) электростанции). Определяется это тем, что крупные аварии на таких предприятиях чреваты возникновением чрезвычайных ситуаций высокой степени сложности и катастрофических экологических и социальных последствий.
Для оценки геодинамической активности и напряженного состояния геологической (геофизической) среды на объектах, относящихся к
категории объектов особой важности (высокой степени геоэкологического риска), целесообразно осуществлять геофизический и, как частный случай, сейсмический мониторинг.
В статье приведены результаты использования разработанной авторами методики изучения свойств геофизической среды [7] с помощью материалов сейсмического мониторинга от естественных источников в районах планирования размещения площадок ряда атомных станций. Определены изменения во времени показателей анизотропности и напряженного состояния среды в пределах изучаемых площадок, а также выявлены участки, на которых могут возникнуть опасные ситуации в процессе строительства и последующей эксплуатации важных энергетических объектов.
Проанализированы материалы непрерывного сейсмического мониторинга от естественных источников на объектах проектирования площадок
под АЭС в разных регионах Российской Федерации:
1. Площадка проектируемой Нижегородской АЭС. Длительность наблюдений 1 год: - с конца 2010 г. по конец 2011 г. Использованы записи далеких землетрясений и микросейсмического фона.
2. Район проектируемой Белоярской АЭС (Средний Урал). Проведены обработка и анализ записей далеких землетрясений и микросейсмического фона для изучения геодинамики среды и влияния внешних природных факторов. Длительность наблюдений 2 месяца - с 16.10.2012 г. по 9.12.2012 г.
3. Участок нового блока Кольской АЭС (АЭС-2), расположенный в 7 км в юго-западном направлении от действующей "Кольской АЭС". Цель исследований - анализ уровня текущего геодинамического режима и сейсмической активности района размещения АЭС. Время наблюдения с 20.09.2013 г. по 17.11.2013 г. Анализировались записи только микросейсмического фона.
Во всех указанных регионах наблюдения непрерывного сейсмического мониторинга в основном проводились по площадной расстановке. Количество станций наблюдения в зависимости от региона изменялось от 5 до 17. Расстояния между станциями в среднем изменялись от 10 до 17 км. Размеры площадных расстановок в среднем составляли порядка 60 х 70 км. Длительность наблюдений - от 2 месяцев до 1 года. Цель исследований - изучение изменения геодинамики среды во времени и выявление в каждом из указанных регионов участков среды с высокой степенью напряженности, а также влияния наведенных процессов от катастрофических далеких землетрясений на геодинамические параметры.
Следует отметить, что Средний Урал относится к среднесейсмоопасным территориям (Средне-Уральская сейсмоопасная зона), в то время как Нижегородская область - это платформенный регион. Район расположения Кольской АЭС - щит, для которого характерна сейсмическая активизация. Изучение районов Кольской АЭС и Белояр-ской АЭС интересно еще и в целях изучения северных территорий, особенностей их строения и геодинамики.
Изучение геодинамики среды во всех упомянутых регионах проводилось по методике, опубликованной [7] и представленной в виде стандарта ИГЭ РАН (www.geoenv.ru). Методика 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 [3, 12, 13]. Это дает возможность изучать геодинамические характеристики среды и оценивать ее напряженное состояния по энергетическим параметрам обменных проходящих волн РБ от далеких землетрясений. Согласно разработанной методике, напряженное состояние среды в некоторой точке пространства оценивается следующими параметрами [7]:
- показателем анизотропности среды (безразмерная величина) под каждой точкой наблюдения: с = Ек/Ег, где Ег и Ек - энергия радиальной и тангенциальной составляющих записи РБ-волн от далеких землетрясений, соответственно;
- интегральным показателем напряженного состояния среды Б (безразмерная величина) в районе наблюдений, определяемым расчетным путем на основе изучения распределения параметра с по площади наблюдательной сети мониторинга:
Х2 П з
Х2 П
Б
У У У с(х, У)dxdydc/ У У 8 ■ х ■ у ■ dxdy,
Х1 Г1 8 Х1 Г1
где х, у - координаты района мониторинга; 8 -пороговый уровень с, превышение которого указывает на возрастание анизотропных свойств и напряженного состояния среды в районе исследования.
Методика разработана на основании анализа материалов долговременного мониторинга (11 лет наблюдений) в районе Кавказских минеральных вод и апробирована затем для изучения среды в районе проектируемой площадки Северская (Томский полигон) [9], расположенной на слабо сейсмически активной территории - окраине Ал-тае-Саянской сейсмоопасной зоны.
По результатам изучения геодинамики среды в течение почти 2 лет на площадке под Северскую АЭС [9] показано, что в некоторые интервалы времени на небольших участках изучаемого полигона могут формироваться ограниченные по площади области с повышенными значениями показателя анизотропности среды с. Их возникновение не сопровождается формированием обширных зон аномального напряженного состояния среды в больших объемах геологического пространства, что свидетельствовало бы об усилении сейсмического риска в окрестностях Томского сейсмического полигона и, следовательно, территории проектируемой Северской АЭС. Однако в некото-
рых случаях появление этих аномальных областей может быть предвестником слабых местных землетрясений с магнитудой порядка М = 1.4.
Сопоставление максимальных значений Б для Томского полигона и для сейсмоопасного региона Кавминвод показало, что в последнем максимальные значения показателя Б в среднем в 10-15 раз превышают те же значения для района проектируемой Северской АЭС (Томский полигон). На основании этого был сделан вывод, что полученные диапазоны изменения с и Б в районе расположения Северской АЭС не свидетельствуют о возможной серьезной опасности для строительства и последующей эксплуатации энергетических и других инженерных объектов особой важности в этом регионе. Такая опасность может возникнуть, однако, в случае дополнительного влияния внешних природных или техногенных факторов [8].
Аналогичный анализ изменения параметров С и Б был проведен для районов площадок под Нижегородскую и Белоярскую АЭС.
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОЛИГОН ПОД НИЖЕГОРОДСКУЮ АЭС
Изучение геодинамики среды проводилось на Нижегородском полигоне в течение всего 2011 г., использовали записи далеких землетрясений, которые регистрировались площадной расстановкой сейсмических станций, размещенных на площади размером 60 х 70 км.
По данным метода обменных волн землетрясений (МОВЗ), среда до глубин 18 км представляет собой моноклиналь, без резких градиентов спокойно углубляющуюся в северо-западном направлении. Ожидать, что в такой среде могут отмечаться скачки скоростей, не приходится. Это позволяет предполагать слабую геодинамическую активность изучаемой территории. Важная особенность - наличие в карбонатных отложениях пермского времени закарстованных известняков. Довольно активно развит карст к северу и югу от площадки под планируемую АЭС.
В работах [6, 7] показано, что после далеких катастрофических событий с М > 7.0, сопровождаемых интенсивными низкочастотными поверхностными волнами, резко изменяются степень анизотропности и показатель напряженного состояния сейсмоопасной среды, значительно удаленной от эпицентра катастрофического события (удаление до 7000 км). Было сделано предположение, что эти изменения связаны именно с воздействием низкочастотных поверхностных волн.
Изменение напряженного состояния среды, в свою очередь, вызывает усилени
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.