ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 5, с. 421-428
ПРИРОДНЫЕ ^^^^^^^^^^
И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 550.348.425.4
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АФТЕРШОКОВ ПОСЛЕ КРУПНОМАСШТАБНОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
© 2007 г. Э. М. Горбунова
Институт динамики геосфер РАН Поступила в редакцию 16.04.2006 г.
Выполнен анализ наведенной микросейсмичности, связанной с крупномасштабным техногенным воздействием на геологическую среду (подземный ядерный взрыв на одном из участков Семипалатинского испытательного полигона). Определено влияние структурно-тектонических условий массива горных пород на пространственно-временное распределение очагов афтершоков. Установлено, что зоны необратимого деформирования массива, сформированные при подземных ядерных взрывах на близрасположенных объектах, ограничивают область распространения афтершоков. Полученные результаты способствуют разработке методики пассивного сейсмологического мониторинга.
ВВЕДЕНИЕ
Интенсивная антропогенная нагрузка на геологическую среду - сооружение плотин и заполнение водой крупных водохранилищ, разработка нефтяных и газовых месторождений, нагнетания в пласты, проведение горных работ, приводят к изменениям фоновой микросейсмичности территорий, выраженной непрерывными слабыми сейсмическими колебаниями горных пород естественного и техногенного происхождения [1, 7, 8]. В отдельных случаях крупномасштабное техногенное воздействие способствует разгрузке естественного напряжения массива (роль триггера), в других - вызывает необратимое деформирование геологической среды.
Изменение фоновой микросейсмичности при подземных ядерных взрывах (ПЯВ) связано с откликом геологической среды на техногенную нагрузку. По результатам зарубежных и российских исследований установлено, что на протяжении длительного периода после ПЯВ (до 4-6 мес.) фиксируется целая серия сейсмических событий -афтершоков, вызванная релаксационными процессами, протекающими в массиве с амплитудами от 0.1 до 20 мкм/с [8, 9]. Очаги афтершоков располагаются вне зоны интенсивного разрушения на относительных расстояниях (м/кт1/3): 100 < r/ql|ъ < < 1000, где г - эпицентральное расстояние, м; q -мощность взрыва, кт [8]. Наличие субвертикальных зон разрывных нарушений влияет на пространственное распределение афтершоков при ПЯВ [6].
Особую ценность представляют экспериментальные данные по регистрации афтершоков, полученные в натурных условиях при проведении
ПЯВ на ряде объектов Семипалатинского испытательного полигона, характеризующихся высокой изученностью инженерно-геологических и гидрогеологических условий. Детализация условий проявления афтершоков с учетом неоднородности структурно-тектонических условий и наличия тех-ногенно-ослабленных зон связана с проблемой геодинамической активности геологической среды при крупномасштабном воздействии на нее и имеет важное научно-практическое значение.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В период с 1970 г. по 1981 г. на территории исследований размером 10 х 10 км было проведено 16 ПЯВ. Нумерация объектов, показанных на рис. 1, соответствует очередности ПЯВ.
В пределах участков дополнительно пробурен ряд наблюдательных и структурных скважин на глубину до 100 и 600 м соответственно с отбором керна для определения физико-механических свойств пород и петрографического анализа. Наблюдательные скважины включены в режимную сеть мониторинга подземных вод.
Для уточнения геологического разреза в скважинах выполнен комплекс геофизических исследований. На объектах 1, 13 и 16 до и после экспериментов проводились профильные сейсмологические исследования с целью оценки влияния ПЯВ на геологическую среду. Полученные материалы использованы при составлении геологической схемы участка (см. рис. 1) и анализе изменений фоновой микросейсмичности.
В работе приведены данные по регистрации афтершоков после ПЯВ в скважине 16, проведен-
А \ ^
N1 С,
10 Ч^4^,* \\
с, ^ ■
1 13 6
N N ч ч, V \ \1
14* \\ \\ ^^
16
2 ^ С1
\ \ V
\ \ ч
Jз
3
0
I_
2
_|_
3 км
С, 1 Jз 2 PZ2 3 --"-о. 44
N1 5 а1У 6 1 * 7 + • •
Рис. 1. Геологическая схема участка исследований: 1 - метаморфические, вулканогенно-осадочные и осадочные отложения нижнего карбона; 2 - верхнеюрские терригенные отложения; 3 - позднепалеозой-ские интрузивные образования; 4 - разрывные нарушения; 5, 6 - контур распространения водоносного горизонта, бергштрихи направлены в сторону распространения: 5 - миоценовых отложений, 6 -современных аллювиальных отложений; 7 - экспериментальная скважина и ее номер; 8 - сейсмическая группа.
ного 18 октября 1981 г., выполненной малоапер-турной сейсмической группой. Измерительный комплекс состоял из центрального пункта с трех-компонентной регистрацией и 6 периферийных пунктов регистрации вертикальной составляющей сейсмических колебаний и был развернут в период с 19.10.1981 по 24.10.1981 г. на расстоянии от 0.2 до 1.0 км южнее эпицентра ПЯВ (см. рис. 1). Сейсмоприемники СМ-3КВ располагались в специальных приямках глубиной около 0.5 м.
Постсейсмические события регистрировались с помощью автономной цифровой станции К-ПРС [1]. Продолжительность сеансов, проводимых в вечернее время для исключения техногенных помех, связанных с движением автотранспорта, работой буровых установок и т.п., составляла 2-5 ч на протяжении недели после ПЯВ (на 2, 3, 5, 6 и 7 сут).
Для анализа сейсмических записей и определения положения геометрического центра афтер-шоков использовалось специально разработанное программное обеспечение. Полезный сигнал на фоне естественного сейсмического шума выделялся методом частотной селекции. Точность локации очага в зависимости от конкретных условий проведения эксперимента и качества сейсмической записи составляла ±25.. .100 м.
ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИИ УЧАСТКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Район работ расположен в юго-западной части площадки Балапан Семипалатинского испытательного полигона. Территория участка представляет собой аллювиально-пролювиальную равнину с общим пологим уклоном в северо-восточном направлении, абсолютные отметки высот уменьшаются от 340 до 330 м вдоль южной границы участка протекает р. Чаган с частично пересыхающим водотоком.
Поверхность пологоволнистая, открытая, неравномерно задернована, пересечена сетью грунтовых дорог и частично осложнена техногенными микроформами, образованными при проведении ПЯВ. По данным рекогносцировочного обследования на отдельных объектах в радиусе 200-700 м от эпицентра зафиксировано взрыхление грунта; образование провальных понижений глубиной до 1 м, валов и бугров высотой до 1.4 м, систем разноориентированных протяженных и прерывистых трещин.
Участок работ приурочен к южной окраине Зайсанской структурно-формационной зоны, сформированной в герцинское время [3]. В геологическом разрезе этой зоны развиты 2 структурных этажа: палеозойский и кайнозойский. На северо-востоке территории в пределах грабена, ограниченного северной и южной ветвями Чинраузского разлома, прослежены 3 структурных этажа: палеозойский, мезозойский и кайнозойский (см. рис. 1).
Палеозойский структурный этаж сложен метаморфическими, вулканогенно-осадочными и осадочными отложениями нижнего карбона, представленными углистыми, хлорит-серицито-выми и кремнистыми сланцами, туфами, туфо-песчаниками, туфоалевролитами, туффитами, песчаниками, реже - гравелитами, конгломератами. В керне скважин отмечена резкая и частая смена угла наклона слоистости пород, наличие мелкой гофрировки и будинирования пород по прослоям, указывающая на наличие складок различного порядка.
Мезозойский структурный этаж имеет ограниченное распространение в пределах грабена. В пределах участка работ он выполнен терриген-
1
ной толщей верхнеюрских отложений - конгломератами, песчаниками, алевролитами, аргиллитами с прослоями углей.
В пределах нижнего структурного этажа развиты интрузивные образования в виде батолита и серии пластовых интрузий и даек позднепалео-зойского возраста. Первый сложен преимущественно гранитами и диоритами с выходами на поверхность вдоль южной границы участка, а в центре участка вскрываются отдельными скважинами на глубинах от 575 м. Поверхность интрузивных тел весьма неровная. На северо-востоке внедрение интрузивных образований приурочено к южной ветви Чинраузского разлома. Пластовые интрузии представлены кварцевыми порфирами, диоритовыми, андезитовыми и диабазовыми порфиритами в виде даек, силлов, лакколитов мощностью от 2 до 30 м. Контакты интрузивных пород с вмещающими отложениями четкие.
В верхней части геологического разреза отложения палеозоя выветрены на глубину до 80 м. В зоне интрузивных контактов и вблизи разрывных нарушений мощность зоны выветривания возрастает до 100 м и более. Породы в зоне выветривания сильно- и среднетрещиноватые, средней прочности и прочные, водопроницаемые. Для углистых и хлорит-серицитовых сланцев значение предела прочности пород на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии составляет 25.2 МПа, для туфов достигает 75.4 МПа. Скорость распространения продольных сейсмических волн колеблется от 1.9 до 3.9 км/с.
Ниже по разрезу породы слаботрещиноватые, окремненные, окварцованные, прочные и очень прочные. Для туфопесчаников, туфоалевроли-тов, туффитов среднее значение прочности пород на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии изменяется от 62.5 до 119 МПа, для туфов среднего состава составляет 122 МПа.
Интрузивные образования позднепалеозой-ского возраста в зоне экзогенной трещиновато-сти и ниже прочные и очень прочные. Для гранитов и порфиритов среднее значение предела прочности пород на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии варьирует от 65.5 до 105.9 МПа, для диабазов достигает 166.3 МПа. Пластовая скорость сейсмических волн в зонах относительно сохранных пород возрастает до 4.4-6.2 км/с.
Положение разрывных нарушений, выделенных на основе анализа общей геологической ситуации района и комплексной интерпретации имеющихся данных, соответствует северо-западной ориентации региональной складчатости (см. рис. 1). В тектонически ослабленных и техноген-но-нарушенных зонах, сопряженных с участка
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.