научная статья по теме ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВОВ ПО ДАННЫМ РЕГИОНАЛЬНОЙ СЕЙСМОМЕТРИИ В АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ Геология

Текст научной статьи на тему «ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВОВ ПО ДАННЫМ РЕГИОНАЛЬНОЙ СЕЙСМОМЕТРИИ В АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2010, № 5, с. 433-445

ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

УДК 550.311

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВОВ ПО ДАННЫМ РЕГИОНАЛЬНОЙ СЕЙСМОМЕТРИИ В АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

© 2010 г. В. И. Французова*, А. В. Николаев**, А. Н. Морозов*

* Институт экологических проблем Севера УрО РАН, ул. Наб. Сев. Двины 23, Архангельск, 163000 Россия;Е-шаИ: vif@atnet.ru ** Институт физики Земли РАН, ул. Б. Грузинская, 10,Москва,123995 Россия

Поступила в редакцию 20.05.2009 г. После исправления 19.11.2009 г.

Описаны результаты предварительного изучения сейсмических записей взрывов на трех постоянно действующих карьерах по данным двух сейсмических станций Архангельской области. Наблюденные кинематические и динамические характеристики волн предполагается использовать для идентификации других источников, связанных с техногенными чрезвычайными ситуациями, сопровождающимися сейсмическими эффектами.

Ключевые слова: техногенная сейсмичность, промышленные взрывы, сейсмические станции, критерии идентификации.

ВВЕДЕНИЕ

Во всех проводимых исследованиях по формированию критерия идентификации взрывов подход к решению проблем основывался на предположениях о существовании различий в источниках возбуждения сейсмических волновых полей при взрывах и землетрясениях.

Взрывной источник обладает сферической симметрией, при которой, практически, не возбуждается поперечная волна Б, ее регистрация на сейсмограммах взрывов, по-видимому, может быть связана с обменами продольных волн Р на границах и прежде всего от поверхности.

Для землетрясений, возникающих при тектонических подвижках блоков по разломам (трещинам), характерна несимметричность источника, и по этой причине возможно возникновение хорошо выраженных поперечных Б-волн [6, 12].

Необходимо заметить, что такая структура волнового поля может осложняться из-за особенностей трасс распространения сейсмических волн, строения среды под станциями, механизма генерации сейсмических волн при землетрясениях и их возбуждения при различных технологиях и пространственно-временных характеристиках каждого взрыва. Для последних, например, ам-

плитуда Р-волны от многорядовых карьерных взрывов зависит в основном от максимального заряда, приходящегося на задержку, а также от азимута системы взрывных площадок, использующихся для продвижения вдоль взрываемого массива [26].

Подход к формированию критерия идентификации взрывов во многих исследованиях основывался на отношении максимальных (или средних) амплитуд объемных волн Р и S (S/Р) либо на сравнении характеристик объемных (Р, S) и отношений амплитуд и длительностей поверхностных волн (L, R) в различных частотных окнах; использовался также метод осредненных спектральных моментов для Р волны.

Подробный анализ проведенных исследований по поиску способов распознавания взрывов проведен в [6]. В работе описан способ, основанный на сопоставлении магнитуд, вычисленных по объемной Р-волне (mb) и поверхностной волне Релея (Ms). Другой способ основан на оценке значений mb в низкочастотной и высокочастотной полосах, в предположении о высокочастотности волны Р, связанной с меньшей длительностью воздейстивия взрывного источника в сравнении с более продолжительным временем развития тектонического процесса. Там же рассмотрен метод

дискриминации типа сейсмического воздействия с использованием оценок глубины источника по обменным волнам pP и sP.

В работах зарубежных исследователей получены дискриминанты промышленных взрывов и землетрясений по региональным наблюдениям при более низком пороге магнитуд и количестве взрывчатого вещества. Было установлено большое число дискриминантов, характеризующих карьерные взрывы, основанные на отношении амплитуд волн P и Lg на высоких и низких частотах; на высоко- и низкочастотной временно-независимой спектральной модуляции; на корреляции сигналов и временной кластеризации.

В работах [26, 27] при анализе записи многорядовых карьерных взрывов в восточной части США выявлен надежный идентификатор в виде регулярных спектральных полос на высоких частотах (полосатость, гребешковость), не зависящий ни от особенности станции, ни от особенности пути распространения. Гребешковость когерентна в широком диапазоне азимутов и эпицентральных расстояний.

Широкий спектр различных идентификаторов записей многорядовых взрывов позволил построить автоматический распознаватель [24]. Был разработан метод многомерного анализа для идентификации промышленных взрывов и землетрясений в разных регионах США, Норвегии, Северном Кавказе, Германии и др [26].

Благодаря прогрессу в развитии техники, были реализованы методы распознавания шаблонов и самообучающихся систем, помогавшие классифицировать и разделять землетрясения и взрывы [21-23]. Многие авторы для целей классификации применяли иерархический кластерный анализ [24, 27].

Из отечественных работ, посвященных разработке методов опознания слабых взрывов и землетрясений, зарегистрированных региональными аналоговыми сейсмическими сетями, отметим работу А.А. Годзиковской [3]. Автором в качестве идентификатора типа воздействия предлагается использовать вид огибающей сейсмических волн, характерных для карьеров, время и локализацию источника возбуждения. Важно, что в указанной работе были поставлены и обсуждены вопросы о засоренности сейсмических каталогов взрывами и показана острая необходимость очистки исторических и текущих сейсмических каталогов от взрывов. Автором такая работа проведена по материалам некоторых регионов: Кольскому, Уральскому, Кавказскому, Камчатскому и т.д. [4, 5]. Актуальность подобных работ определяется,

прежде всего, необходимостью получения надежных оценок сейсмической активности в регионах и нарастающего в последнее время огромными темпами техногенного воздействия на геологическую среду.

С созданием цифровых сетей сейсмических наблюдений поставленная задача приобрела еще большую значимость. Работы в указанном направлении ведутся в настоящее время во многих региональных сейсмологических Центрах (Воронеж, Апатиты, Петрозаводск, Пермь и др.) [2, 8-11, 13, 20, 25]. С 2007 г. такие работы проводятся под патронатом Геофизической службы РАН (г. Обнинск).

Несмотря на большой прогресс в разработке идентификаторов разного уровня, к настоящему времени было выявлено, что поиск способов дискриминации взрывов и землетрясений до сих пор остается важной задачей региональных сейсмических сетей в контексте глобального сейсмического мониторинга [26]. Опыт долгосрочных сейсмологических наблюдений привел авторов к заключению, что ни один из методов не может обеспечить надежное разделение сейсмических сигналов от взрывов и землетрясений. Показано, что из-за специфических особенностей разных регионов в большой мере требуется разработка индивидуальных методов распознавания.

По-видимому, в этой ситуации следует признать, что разработка надежных идентификаторов разделения взрывов и землетрясений должна проводиться с учетом характерных особенностей каждого региона, имеющего сеть наблюдений. При этом, естественно, следует использовать уже полученные в других регионах наработки и проводить проверку их пригодности в условиях конкретных региональных геологических структур, особенностей производства взрывов.

В настоящей работе представлены результаты изучения характерных особенностей цифровых записей промышленных взрывов, производимых в карьерах Архангельской области. Это необходимо для создания способа разделения на записях сейсмических станций промышленных взрывов и природных землетрясений.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ. АППАРАТУРА. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЗРЫВОВ

Изучены волновые формы 110 записей взрывов, произведенных в карьерах "Покровское" (^ = 48), "СОБР" (^ = 33) и "Савинский" (^ = = 29), зарегистрированных сейсмическими

Рис. 1. Карта расположения сейсмических станций и промышленных карьеров на территории Архангельской области (на фоне схемы неотектонической зональности по В.И.Макарову, 2003, 2007): 1 - контуры поднятий; 2 - структурные линии локальных поднятий; 3 - контуры зон прогибаний; 4 - структурные линии центриклинальных замыканий; 5 - линеаментные зоны предположительно тектонической природы; 6 - некоторые локальные линеаменты; 7 - основные реки и озера; 8 -сейсмические станции Архангельской сети; 9 - промышленные карьеры Архангельской обл; 10 - трассы распространения сейсмических колебаний от карьеров до станций. Цифры в кружках - линеаментные зоны: 1 - Важинская.

станциями (с/с) "Тамица" (TMC), "Климовская" (KLM) (табл.1). Трассы распространения сейсмических волн от взрывов показаны стрелками на рис. 1.

Станция ТМС укомплектована короткопериод-ной аппаратурой, а станция KLM дополнительно еще и комплектом широкополосной цифровой аппаратурой типа SDAS, разработанной НПП "Гео-тех+" совместно с Геофизической службой РАН и предназначенной для проведения локальных, региональных и телесейсмических наблюдений в стационарных условиях (табл. 2).

Отметим, что приемлемая для интерпретации регистрация сейсмических волн на разных профилях "карьер - станция" различна. Качество регистрации взрывов на станциях, четкость, контрастность записей сейсмических волн от взрывов, как уже отмечалось выше, зависит не только от мощности взрывов, но и от технологии взрывания. Технология многорядового (массового) взрывания в указанных пунктах сходна, однако, тоннаж заряда взрывчатого вещества (ВВ) зависит от структуры извлекаемой породы: для добычи более твердых пород (гранито-гнейсов,

Таблица 1. Взаимные расстояния карьеров и регистрирующих сейсмических станций

Карьеры Расстояние от сейсмических станций, км

^М ТМС

Покровское 361 165

СОБР 189 195

Савинский 235 171

амфиболитов в карьере "Покровское") требуется большая масса ВВ (до 30000 кг), нежели для бокситов в карьере "СОБР" или известняка в карьере "Савинский", в которых производятся взрывы меньшей мощности (до 8500-10000 кг). Рассмотрим более подробно технологию производства взрывных работ в указанных карьерах.

Карьер "Покровское" располагается в Онежском районе в 17 км от д.Тамица у побережья Белого

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.

Показать целиком