ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2009, № 10, с. 49-68
УДК 550.34
НАВЕДЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ И ВОЗМОЖНОСТИ РЕГУЛИРУЕМОЙ РАЗРЯДКИ НАКОПЛЕНЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ
НАПРЯЖЕНИЙ В ЗЕМНОЙ КОРЕ
© 2009 г. К. М. Мирзоев, А. В. Николаев, А. А. Лукк, С. Л. Юнга
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва E-mail :kmmirzoev@mtu-net.ru Поступила в редакцию 17 июля 2007 г.
Рассматриваются природные и техногенные воздействия на сейсмичность. Учитывая важность обсуждаемой проблемы, авторы предлагают открыть дискуссию по затрагиваемым вопросам. В связи с этим рассматривается широкий круг известных экспериментальных данных, которые свидетельствуют в пользу существования принципиальной возможности активного воздействия на сейсмоген-ную среду с целью плавного снятия накопленных тектонических напряжений в земной коре. Представляется обоснование одного из перспективных путей плавной регулируемой разрядки накопленных тектонических напряжений в земной коре в местах вероятного возникновения сильных землетрясений за счет существенного увеличения пластических подвижек, способствующих уменьшению количества и энергии землетрясений. Предлагаемый подход базируется на результатах работ по возбужденной сейсмичности, полученных в различных регионах земного шара. Особое внимание уделено наиболее детальным многолетним исследованиям возбужденной сейсмичности в районе водохранилища Нурекской ГЭС в Таджикистане и в окрестности активно разрабатываемого Ромашкинского месторождения нефти в Республике Татарстан. Для обоснования физической природы наблюденных эффектов привлечены результаты лабораторных исследований поведения образцов из материалов кристаллической и аморфной структуры под давлением и вибровоздействием. Для снижения сейсмической опасности предлагается использовать вибровоздействия и нагнетание воды в скважины в местах ожидаемых сейсмических катастроф в согласованном временном режиме с приливными движениями Земли.
PACS: 91.30.Dk
1. ВВЕДЕНИЕ
Сейсмология вплотную столкнулась с инициирующими техногенными воздействиями в связи со строительством высотных (выше 100 м) плотин и крупных водохранилищ в конце 30-х годов прошлого века. Наиболее впечатляющим и разрушительным стало землетрясение в Индии, район плотины Койна, 1964 год, магнитуда М = 6.7 [Gupta, Rastogi, 1976; Gupta, 1985]. Строительство высотных плотин в нашей стране и за рубежом определило целое направление исследований в сейсмологии, связанное с инициированием землетрясений техногенными воздействиями на земную кору.
Проблемы роста сейсмической опасности от разных внешних воздействий возникли позже в связи с закачкой жидкости в горные породы на большие глубины для захоронения опасных промышленных отходов [Evans, 1966; Healy et al., 1968; 1970; Raleigh et al., 1976], а также при добыче нефти и газа [Сухарев, 1976; Малышева и др., 1979; Simpson, Leith, 1985; Барабанов, 1994; Плотникова и др., 1994; Николаев, 1995]. Эти техногенные воздействия, как правило, сопровождались увеличением умеренной и слабой сейсмичности (Альметьевск, Татарстан), а иногда и
возникновением сильных землетрясений (Кумдаг, Западная Туркмения; Газли, Узбекистан и др).
Существенное влияние на сейсмичность оказывает и добыча твердых полезных ископаемых - каменного угля, бокситов, калийных солей и других, -связанная с горной деятельностью [Сухарев, 1976; Барабанов, 1994 и др.].
Позже, в 90-х годах прошлого века, было обнаружено, что подземные ядерные взрывы инициируют последующую возбужденную сейсмичность не только в виде близких афтершоков [Адушкин и др., 1994; Воп8ук й а1., 1995], но и в виде связанных с ними удаленных слабых и сильных сейсмических событий [№ео1аеу, 1995; Николаев, Верещагина, 1999; Ма1оу-к:Ько, 1995; Тарасов, Тарасова, 1995]. Подобное, но меньшее влияние на сейсмичность оказывают, также, промышленные и карьерные взрывы [Невский и др., 1994; Адушкин, Спивак,1993; Адушкин и др., 1994; А^Ькт, 8р1уак, 1994 и др.]. Влиянием на сейсмичность в сторону ее уменьшения обладают и вибрации, создаваемые сейсмическими вибраторами и водосбросами воды с высотных плотин [Мирзоев, Негматуллаев, 1979; 1983а; 1990; 1992; Мирзоев и др., 1987а; 19876]. Последнее десятилетие внимание исследователей привлечено к явлению влияния на
сейсмичность электрического поля, создаваемого в земле МГД-генератором или другими промышленными источниками тока [Тарасов, 1997; Тарасов и др., 1999; Николаев, 1999; Зейгарник, 2006; Богомолов и др., 2001; Bogomolov й а1., 2004].
Инициирующим воздействием на сейсмичность обладают не только техногенные процессы, которые создаются и контролируются людьми, но и природные процессы, которые всегда были в центре внимания сейсмологов. По существу, сейсмология контролирует и исследует связь тектонических и других природных процессов с сейсмичностью. До сих пор исследования этой связи были ориентированы в основном на сильные землетрясения - влияние на них погоды и климата, гравитационного притяжения Солнца и Луны, неравномерности вращения Земли, медленных тектонических движений (геодезия, наклоны и деформации), ионосферных процессов, эндогенных геохимических, гидрогеологические и других геодинамических процессов.
Природные и техногенные явления имеют во многом общую физическую и геологическую природу возможной связи с сейсмичностью, поэтому одни могут быть приняты как модельные по отношению к другим, а также дополнены результатами физического моделирования на образцах горных пород, и родственными результатами изучения влияния вибраций на свойства различных веществ и протекающие в них процессы.
Проблема искусственных воздействий на земную кору, тесно связанная с изучением наведенной сейсмичности, до сих пор была основана на идее "обмена" сильного землетрясения на ряд менее сильных, обеспечивающих общую разрядку сейсмической энергии. Видимо, в природе это происходит не так, а, вернее, - не только так. Исследования в районе высочайшей в мире плотины Нурекской ГЭС показывают, что значительную роль в процессе реализации накопленных тектонических напряжений играют не только сами землетрясения, но и относительно плавные тектонические движения земной коры эпизодической и регулярной природы.
Сопоставление результатов экспериментальных исследований возможной связи различных проявлений с сейсмичностью выявляет многочисленные противоречия и споры, связанные с различиями методологических подходов, взглядов, с недостаточной, нередко, убедительностью выводов, сделанных на базе весьма малой статистики сильных землетрясений, или неизвестных пока, скрытых причин естественной или техногенной природы.
В нашем исследовании большое внимание уделено такой исключительно важной проблеме, как наведенная сейсмичность, и это внимание связано не только, а, скорее, не столько с чисто научными интересами к данной проблеме, сколько с ее практическим аспектом. А именно, на базе имеющихся данных, предлагается определить возможные пути активного прямого воздействия на зоны ожидаемых
сильных землетрясений, устанавливаемых по картам среднесрочного прогноза землетрясений, с целью управляемого снятия накопленных в них напряжений. Предлагается к рассмотрению одно из перспективных направлений решения данной проблемы с помощью регулируемой закачки воды в скважины и вибровоздействий земной коры согласованных с ритмом приливных движений Земли. Прелагаемые мероприятия основаны лишь на реальных и надежных результатах исследований наведенной сейсмичности, демонстрирующих эффекты прямого физического воздействия на напряженные среды. На данном этапе мы не привлекаем менее достоверные результаты возможного влияния на сейсмичность в виде: удаленных сильных сейсмических событий, погодных факторов, космологических факторов и пр. Не исключая эти эффекты полностью, мы полагаем, что они, скорее, могут иметь отношение к возникновению сильных сейсмических событий в виде внешнего триггерного воздействия. Здесь же мы будем опираться лишь на бесспорно доказанные факты влияния прямых механических воздействий на напряженные среды, способные снимать накопленные напряжения в земной коре.
Среди них следует указать такие как: смещение спектров землетрясений возбужденной сейсмичности в окрестности водохранилища в сторону возникновения более низкочастотных, "мягких" землетрясений, свидетельствующих о повышении роли пластических деформаций в напряженной среде; уменьшение в единицу времени суммарной энергии землетрясений за счет проникновения флюида в напряженные среды, а также за счет вибрационных воздействий [Мирзоев и др., 2006].
Перечисленные факторы и некоторые другие, существующие на сегодняшний день, экспериментальные данные дают основание полагать, что снятие накопленных напряжений возможно осуществить с помощью относительно простых мероприятий, не требующих достаточно серьезных материальных затрат. Во всяком случае такие затраты представляются существенно меньшими по сравнению с затратами, которые необходимы сегодня на разработку, организацию и проведение мониторинга краткосрочного прогноза землетрясений. И они не идут ни в какое сравнение со стоимостью объектов инженерной и социальной деятельности человека в очаговой зоне, которые могут остаться практически невредимыми в результате предотвращения природной катастрофы путем проведения подобных мероприятий.
Нам представляется, что настало время постановки задачи предотвращения возникновения сильного землетрясения, которая по значимости может оказаться даже более важной, чем проблема прогноза землетрясений. Надо отметить, что сама постановка задачи прогноза землетрясений состоялась в свое время в гораздо худших условиях изученности проблемы. И хотя ее не удалось решить до сих пор,
она принесла свои плоды в виде существенно более ясного понимания процессов, предшествующих возникновению сейсмической катастрофы. И этими плодами предлагается воспользоваться сейчас при постановке задачи активного воздействия на сей-смогенные объемы земной коры с целью плавного снятия накопленных упругих напряжений в результате тектонического процесса.
Несомненно, что дискуссия по затронутым вопросам принесет значительную пользу для уг
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.