ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 2, с. 110-130
УДК 550.348
СЕЙСМИЧНОСТЬ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА ТЕРРИТОРИИ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ
© 2013 г. В. В. Адушкин
Институт динамики геосфер РАН, г. Москва Поступила в редакцию 24.04.2012 г.
В работе обращено внимание на увеличивающийся вклад взрывных работ в энергетику сейсмических процессов. Показано, что если в глобальном масштабе развитие взрывных технологий не сможет превзойти энергетику природных землетрясений, то на региональном уровне в ряде случаев вклад в потоки сейсмической энергии от применяемых взрывных технологий на несколько порядков превосходит уровень энергии, высвобождаемый природными землетрясениями. Именно такая ситуация сложилась, в частности, на территории Европейской части России, характеризующейся относительно слабой сейсмичностью. В целях идентификации природных источников сейсмических событий на территории Европейской России проведена паспортизация взрывных работ промышленного назначения, а именно представлено размещение взрывных работ, приведены объемы потребления ВВ и координаты мест проведения взрывов, описана технология проведения массовых короткозамедленных взрывов, полезная для интерпретации сейсмических записей. Проведено районирование территории Европейской России по потокам сейсмической энергии и максимальным локальным магнитудам, возникающим при взрывных работах. Показано, что уровень сейсмической опасности от взрывных работ не превосходит показатели сейсмического районирования. Представленные в работе материалы могут оказаться полезными при решении важного для сейсмологических исследований вопроса: зарегистрированное сейсмическое событие — это взрыв или землетрясение?
Ключевые слова: сейсмичность, взрывные работы, землетрясения, сейсмическая энергия, локальные магнитуды.
Б01: 10.7868/8000233371301002Х
ВВЕДЕНИЕ
Изучение природной сейсмичности на территории Европейской части России затруднено тем, что при относительно невысоком ее уровне примерно такой же интенсивности регулярно возникают сейсмические сигналы, генерируемые разного рода взрывными работами. Причем опыт регистрации сейсмических событий на этой территории свидетельствует о том, что сейсмические сигналы от взрывных работ появляются гораздо чаще, чем происходят природные землетрясения. В такой ситуации, когда магни-туда сейсмических сигналов от взрывных работ близка к магнитудам местных землетрясений, сейсмические события, порожденные взрывными работами, нередко оказываются в сейсмических каталогах природных землетрясений.
Помимо многочисленных взрывных работ изучение природной сейсмичности на территории Европейской России осложняет также техногенная (или наведенная) сейсмичность, источники которой возникают в земной коре при воздействии на нее инженерной деятельности человека,
в частности, при добыче нефти и газа, извлечении руды, угля и минеральных ресурсов, при сооружении водохранилищ, при закачке жидких отходов в недра. В такой ситуации дальнейшее изучение природных сейсмических и деформационных процессов и связанных с ними изменений напряженного состояния в структурах земной коры на территории Восточно-Европейской платформы и ее окружения будет успешным только в том случае, если мы научимся и сможем четко различать сейсмические события природно-тектониче-ского происхождения от взрывных работ и наведенной сейсмичности.
В целях продвижения в этом направлении в данной работе проводится исследование сейсмичности взрывных работ с тем, чтобы на основании знания того, что мешает, решать основную задачу — изучение природных сейсмических процессов. Такое исследование начато с определения координат мест проведения взрывных работ, их количества, времени проведения взрывов, величины взрываемых зарядов ВВ и других особенностей технологии проведения массовых взрывов,
включая системы короткозамедленного взрывания. Опираясь на знание объемов потребления взрывчатых материалов и территориальное распределение промышленных взрывов, были оценены потоки сейсмической энергии в различных регионах и проведено районирование территории Европейской России по уровням сейсмического воздействия взрывных работ на окружающую среду. Проведено сравнение энергетических характеристик сейсмичности взрывных работ с опубликованными данными природных землетрясений.
В дальнейшем для разработки надежных критериев различения взрывов, землетрясений и других возможных источников сейсмических событий потребуется, конечно, сравнительный анализ волновых форм, их спектрального состава и создание соответствующих банков данных. Приводимые ниже сведения о координатах мест проведения взрывных работ, их масштабе, особенностях технологических схем массовых взрывов и частоте их проведения могут оказаться полезными при решении задачи идентификации природных источников сейсмических сигналов.
ОЦЕНКА ВКЛАДА ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В СЕЙСМИЧНОСТЬ ЗЕМЛИ
В формировании глобального потока сейсмической энергии в Земле участвуют природные и техногенные источники. Природными источниками сейсмических колебаний являются многочисленные землетрясения разного уровня, штормовые волны в морях и океанах, длительные извержения вулканов, падения космических тел, обрушения горных склонов и др. Наибольший вклад в сейсмичность Земли вносят землетрясения. По материалам многолетних наблюдений установлено [Кособоков, 2005], что на земном шаре в год происходит примерно 1 млн. землетрясений с магнитудой М > 2, т.е. подобные землетрясения происходят более тысячи раз в сутки. Среди них наблюдается около 10 тыс. землетрясений в год с магнитудой М > 4 и примерно 100 землетрясений в год с магнитудой М > 6. Ежегодно происходит от 1 до 5 землетрясений с М> 7.5, и не каждый год происходят землетрясения с М > 8, известны несколько землетрясений за столетие с М> 9. Приведенная в указанной работе [Кособо-ков, 2005] величина глобального потока сейсмической энергии ЕЗТ, образованного землетрясениями по всему земному шару, в течение ХХ столетия достигала следующих величин:
— за период 1907—1960 гг. ЕЗТ = 3 х 1017 дж/год;
— за период 1961—1976 гг. ЕЗТ = 2 х 1017 дж/год;
— за период 1977—1993 гг. ЕЗТ = 1.7 х 1017 дж/год;
— за период 1994—1996 гг. ЕЗТ = 4.7 х 1017 дж/год;
— за период 1997-1999 гг. ЕЗТ = 1.9 х 1017 дж/год.
Из приведенных данных следует, что среднегодовой глобальный поток сейсмической энергии природных землетрясений в течение ХХ столетия изменялся в пределах 2—3 раз, и его величина составила в среднем 2.7 х 1017 дж/год.
Среди техногенных источников, участвующих в формировании глобального потока сейсмической энергии, следует выделить следующие основные группы:
— многочисленные взрывные работы в различных отраслях промышленности и, главным образом, в горном деле на предприятиях открытой и подземной добычи минеральных ресурсов, а также различного рода взрывы в строительстве и военном деле;
— природно-техногенные источники, которые возникают в земной коре при добыче полезных ископаемых и сооружении подземных и наземных объектов (обычно возникающие при этом сейсмические явления называют наведенной сейсмичностью или техногенной сейсмичностью);
— постоянно действующие источники вибрации (железная дорога, транспорт, автотранспорт, генераторы и насосы гидроэлектростанций и промышленных предприятий и т.п.),
— временно включаемые производственные источники сейсмических колебаний: буровые и качающие установки нефтегазового и горнодобывающего комплексов, сброс воды на гидростанциях, операции ударного, ударно-бурового воздействия на грунт на стройках и промплощадках и т.п.
Из всего многообразия техногенных источников в данной работе основное внимание уделено вкладу взрывных работ в сейсмичность Земли и ее отдельных территорий, а также представлена сравнительная оценка потоков сейсмической энергии, генерируемых взрывными работами и природными землетрясениями.
Оценку глобального потока сейсмической энергии, генерируемого взрывными работами, можно сделать на основании известного общемирового потребления химических ВВ, используемых главным образом в целях разрушения твердых горных пород при добыче минеральных ресурсов и строительных материалов. Общемировое потребление ВВ промышленными предприятиями в настоящее время по данным международной фирмы "Глобальная аналитическая ассоциация", Inc. США, Европы, Азии (GIA) составляет около 11 млн. т/год. Эта цифра включает 3.4 млн. т/год потребляемых в США, 1.4 млн. т/год — в России, 2 млн. т/год — в Китае, 1.3 млн. т/год — в Юго-Восточной Азии, 1 млн. т/год — в Центральной и Южной Америке, 900 тыс. т/год — в Австралии, 800 тыс. т/год — в Южной Африке и 540 тыс. т/год — в странах Европейского сообщества [Колганов и др., 2006; Сос-нин, 2012]. Из многолетнего опыта изучения под-
земных взрывов известно, что основная часть энергии взрыва (более 95%) расходуется в ближней зоне на дробление, разрушение, пластическое деформирование, перемещение, нагрев, уплотнение и разуплотнение породы и менее 5% энергии взрыва передается в зону упругих деформаций [Родионов и др., 1971; Садовский, 1987]. Величина упругой энергии, участвующей в образовании сейсмических колебаний в окружающем массиве, т.е. величина излучаемой сейсмической энергии, зависит от геологического строения среды, глубины взрыва и, в первую очередь, от типа породы вокруг заряда ВВ, ее физико-механических и прочностных свойств. Известны результаты экспериментальных и теоретических работ [Haskell, 1967; Murphy et al., 1971; Роден, 1987; Адушкин, Спивак, 2007], в которых для широкого спектра пород определена доля энергии взрыва, которая переходит в энергию излучаемых сейсмических волн (сейсмический КПД подземного взрыва). Так, в твердых скальных породах, таких как гранит, риолит, доломит, сланец и т.п., величина сейсмического КПД составляет 1—3%, в пористом туфе 0.3—1.2%, в мягких грунтах, типа аллювия и супеси, 0.05—0.2%. Поскольку взрывные работы при добыче твердых полезных ископаемых проводятся в скальных породах, примем для оценок излучаемой сейсмической энергии величину сейсмического КПД равную 2%, опираясь в том числе, на соответствующие расчеты отношения сейсмической энерги
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.