СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ


Введение в данный раздел базируется на многолетних исследованиях, обобщенных в работах Ю. О. Кузьмина [Кузьмин Ю. О., 1989, 1996,
1999].
Совсем недавно общепринятой считалась точка зрения о том, что современные движения земной поверхности равнинно-платформенных асейсмичных областей характеризуются относительно слабыми скоростями, до 5-10 мм/год, в отличие от орогенных сейсмоактивных регионов, где скорости могут достигать величин существенно больших, 50 мм/год и более [Никонов А. А., 1979; Николаев Н. И., 1987; Лилиенберг Д. А. и др., 1987]. Подобный вывод вполне обоснованно следует из анализа карт современных вертикальных движений земной поверхности, построенных по данным повторных нивелирований больших территорий с интервалами между наблюдениями в десятки лет [Лилиенберг Д. А. и др., 1987].
В начале 60-х годов XX столетия под эгидой Межведомственного геофизического комитета при президиуме АН СССР была разработана обширная программа изучения современных движений земной коры на геодинамических полигонах различного целевого назначения. Результаты повторных наблюдений на этих полигонах (с месячными интервалами времени между повторениями) выявили наличие интенсивных локальных движений, которые имели пульсационный и короткопериодический характер. Это не явилось большой неожиданностью для специалистов, поскольку первые геодинамические полигоны закладывались в орогенических, сейсмоактивных регионах.
В начале 70-х годов Миннефтепромом СССР была начата реализация долгосрочной программы изучения современных движений земной коры и в нефтегазоносных осадочных бассейнах с целью использования результатов геодинамических наблюдений при исследованиях особенностей геологического строения и для оценки перспектив неф- тегазоносности выбранных объектов. В качестве таких объектов были использованы территории крупных нефтегазоносных бассейнов древней докембрийской Русской платформы (Припятский прогиб, западное и северо-западное обрамление Прикаспийской впадины, Башкирский свод и Соликамская впадина), Западно-Сибирской плиты (Вартовский свод), предгорных и межгорных прогибов складчатых
областей (Терско-Каспийский, Предгиссаррский, Рионо-Куринский) [Сидоров В. А. и др., 1989]. Примечательно, что основные параметры измерительных сетей (густота, частота опроса и точность наблюдений) на геодинамических полигонах, расположенных в платформенных асейсмичных районах, оказались идентичными полигонным системам, расположенным в орогенных, сейсмоактивных областях. Это обстоятельство позволило провести последовательное сопоставление характеристик современных движений и деформаций земной поверхности, полученных идентичными системами наблюдений, расположенными в наиболее контрастных в геодинамическом отношении областях, которыми в первую очередь являются сейсмоактивные и асейсмичные регионы [Кузьмин Ю. О., Сидоров В. А., 1986, 1989, 1990].
В результате комплексного сопоставительного анализа большого массива данных Ю. О. Кузьмину удалось выявить и сформулировать характерные эмпирические обобщения.
Выявлено наличие интенсивных локальных аномалий вертикальных и горизонтальных движений земной поверхности, которые приурочены к зонам тектонических нарушений (разломы) различного типа и порядка. Эти аномальные движения высокоградиентны (свыше 50 мм/год), короткопериодичны (от 0,1 года до первых лет), пространственно локализованы (от 0,1 до первых десятков километров), обладают пульсаци- онной и знакопеременной направленностью.
Изучение характера деформирования приразломных зон совместно с геодинамической и петрофизической обстановками исследуемых регионов, а также проведение физико-математического моделирования позволило установить, что: в результате аномалий, получивших название g-аномалии, фиксируется активизация трещин отрыва вертикальной ориентации и локальные проседания весомой толщи пород в обстановке квазистатического субго- ризонтального растяжения; в результате аномалий, получивших название s-аномалии, фиксируется локальное сдвиговое перемещение за счет уменьшения жесткост- ных характеристик зон наклонных разломов, при субгоризонтальных ква- зистатических сжимающих (или растягивающих) напряжениях; в результате аномалий, получивших название b-аномалии, фиксируется цилиндрический изгиб верхних слоев земной коры в результате накопления трещин отрыва горизонтальной ориентации при субгоризонтальных сжимающих напряжениях.
Имеют место устойчивые типы локальных аномалий вертикальных движений земной поверхности в зонах разломов. При этом горизонталь
ные размеры для активизации трещин отрыва вертикальной ориентации и локальных проседаний весомой толщи пород в обстановке квазиста- тического субгоризонтального растяжения составляют порядка 1-2 км.
Для локального сдвигового перемещения за счет уменьшения жест- костных характеристик зон наклонных разломов, при субгоризонталь- ных квазистатических сжимающих (или растягивающих) напряжениях деформации имеют масштаб 5-10 км.
Для цилиндрического изгиба верхних слоев земной коры в результате накопления трещин отрыва горизонтальной ориентации при суб- горизонтальных сжимающих напряжениях масштаб геодеформаций равен 10-30 км.
Даны соотношения между амплитудой и протяженностью для каждого типа аномалий, связанных через масштабный коэффициент m=10-6 (если амплитуда выражена в миллиметрах, а ширина аномалии в километрах) [Кузьмин Ю. О., 1996].
Основные пространственно-временные характеристики аномальных движений идентичны как для сейсмоактивных, так и для асейсмичных раз- ломных зон. При этом интенсивность деформационного процесса в разломах асейсмичных регионов выше, чем в сейсмоактивных.
Установленные типы аномальных движений находятся в определенном соответствии с региональными схемами напряженного состояния земной коры. Так, в районах предгорных и межгорных прогибов (области сжимающих напряжений) доминируют цилиндрический изгиб верхних слоев земной коры в результате накопления трещин отрыва горизонтальной ориентации при субгоризонтальных сжимающих напряжениях. В рифтовых областях (растяжение) преобладает активизация трещин отрыва вертикальной ориентации и локальные проседания весомой толщи пород в обстановке квазистатического субгоризонтального растяжения. Локальные сдвиговые перемещения за счет уменьшения жесткостных характеристик зон наклонных разломов, при субгоризонтальных квазистатических сжимающих (или растягивающих) напряжениях оказались чрезвычайно редки для всех изученных регионов.
Наибольшей интенсивностью обладает активизация трещин отрыва вертикальной ориентации и локальные проседания весомой толщи пород в обстановке квазистатического субгоризонтального растяжения. Среднегодовые скорости деформаций для них чрезвычайно высоки и составляют величины порядка 2-7-10-5м/год. Поэтому их следует определить как суперинтенсивные деформации (СД) (в терминологии Ю. О. Кузьмина) земной поверхности в зонах разломов. Изучены примеры СД для различных регионов. Показано, что кривые совершенно
однотипны по морфологии, у них практически совпадают ширина (горизонтальный масштаб всех кривых одинаков) и амплитуда. Если учитывать длительность между повторными интервалами наблюдений, то среднегодовая скорость СД для разломов Припятского прогиба, Пермского Приуралья и Среднего Приобья будет выше, чем для разломов сейсмоактивных областей. Еще одной важной характеристикой СД является их подобие для условий крупно- и малоамплитудных разломов [Кузьмин Ю. О., 1996].
Ю. О. Кузьминым предложена трактовка наиболее неожиданного и принципиального, с точки зрения фундаментальных и прикладных проблем, экспериментального установленного факта — наличия большей активности асейсмичных платформенных разломов по сравнению с сейсмоактивными. Для этого используются результаты специально поставленных многолетних исследований по изучению взаимосвязи между современными деформационными и сейсмическими процессами в пределах Предкопетдагского передового прогиба и южного склона Туранской плиты. Представлен геодезический профиль, совмещенный с разрезом земной коры, который начинается на юге в горной части, затем пересекает прогиб и заканчивается на южном склоне платформы. В течение 10 лет на данном профиле проводились многократные (от 2 до 4 раз в год) высокоточные (по методике I класса) нивелирования, которые позволили выявить СД разломных зон в форме аномалий типа g различной интенсивности. Оказалось, что по мере удаления от гор к платформе интенсивность СД процессов увеличивается от 3х10-6м/год до 3х10-5м/год. Сейсмичность, напротив, имеет максимальное проявление в горной части и исчезает практически полностью за Северо-Ашхабадским разломом.
Для количественной оценки отмеченной взаимосвязи использовалась величина линейной мощности процессов, которая вычисляется как отношение выделенной энергии процессов к выбранному интервалу времени (1 год) и фиксированной “ширине” профиля (50 км). Например, скорости деформации 3*10-5м/год соответствует линейная мощность в 20 Дж/м*с. Этой величине соответствует сейсмическая энергия 1013Дж. Установлено, что в зоне Северо-Ашхабадского разлома уровни выделенной линейной мощности совпадают для обоих процессов. В зонах других разломов наблюдается попеременное превалирование одного параметра над другим. Создается впечатление, что накопленный запас потенциальной энергии реализуется в зоне разлома в виде двух форм: сейсмичности и СД. Причем существует общий для обеих форм реализации единый энергетический эквивалент.

Для проверки данного утверждения Ю. О. Кузьминым было проанализировано соотношение между деформационным и сейсмическим процессами в пределах одной разломной Северо-Ашхабадской зоны в течение достаточно продолжительного интервала времени. Учитывая, что в данном случае имеет место изолированный объект, в качестве обобщенной характеристики процессов использовалась величина среднегодовой удельной объемной мощности N, измеряемая в Па/с. Эта величина в случае деформационных процессов равна половине произведения величины регионального напряжения на скорость деформирования земной поверхности. Для сейсмичности N она определяется как отношение выделившейся сейсмической энергии к интервалу времени и среднему объему сейсмического излучения. Показано, что и в этом случае происходит противофазное поведение сопоставляемых параметров. Среднее значение годовой реализации удельной объемной мощности за весь период наблюдений составляет порядка 10-5 Па/с, что соответствует полученной ранее оценке по профильным данным.
Таким образом, есть достаточно оснований полагать, что наличие более мощных деформационных процессов в зонах платформенных, асейсмич- ных разломов обусловлено отсутствием там диссипирующего сейсмического фактора, который в сейсмоактивных разломах осуществляет “переток” части общего энергетического эквивалента в форму сейсмичности, уменьшая тем самым ту часть потенциальной энергии, которая реализуется в форме СД.
Обнаружение фактора суперинтенсивных деформаций в зонах платформенных, асейсмичных разломов приводит к коренному пересмотру представлений о природе современных движений земной коры платформенных регионов. Так, например, находит свое естественное объяснение “парадокс больших скоростей” современных движений земной поверхности на платформах по сравнению со скоростями предыдущих геологических эпох. Так как с проявлением СД платформенных разломов можно встретиться повсеместно, то их неучет приводит к завышенным значениям движений при их экстраполяции на обширные территории, подобно тому, как это делается при анализе карт современных вертикальных движений земной поверхности. Особенно актуально это становится при установлении степени унаследованности современных движений земной коры на основе подсчета коэффициентов корреляций между скоростями движений и региональными геолого-геофизи- ческими параметрами среды.
Некоторые исследователи [Никонов А. А. и др., 1979], пытаясь трактовать многочисленные факты СД платформенных разломов, обнару
женные в нефтегазоносных и флюидодинамически активных областях, считают, что их нельзя отождествлять с тектоническими, так как они могут быть обусловлены интенсивной добычей полезных ископаемых. С этим утверждением, по мнению Ю. О. Кузьмина, нельзя согласиться по целому ряду причин. Во-первых, выявленные типы СД соответствуют региональным схемам напряженного состояния земной коры. Во-вторых, СД получены в зонах разломов, не относящихся к нефтегазоносным. И, наконец, согласно существующей традиции, название движений происходит от названия приводящих к их возникновению сил. Выше отмечалось, что энергетику СД процессов обеспечивают (производят работу) тектонические силы. В этой связи явление суперинтенсивных деформаций платформенных, асейсмичных разломов следует отнести к новому классу тектонических движений.
Наличие фактов СД влечет за собой разработку новых возможностей практического приложения результатов изучения современной геодинамики разломов. Наиболее важными из них являются: учет фактора СД при составлении карт сейсмического районирования и сейсмического риска различного масштаба, поскольку традиционные подходы не допускали существования аномальной современной геодинамики платформенных, асейсмичных разломов; включение представлений о СД платформенных разломов в систему оценок экологического риска в качестве нового фактора эколого-геодина- мического риска; использование данных по СД при разработке ведомственных нормативов по учету современного геодинамического состояния недр в условиях длительной эксплуатации особо ответственных объектов (АЭС, ГЭС, магистральные нефтегазопроводы, крупные месторождения углеводородов и объекты их обустройства, объекты захоронения радиоактивных и токсичных отходов и т. д.); разработка новых подходов и норм по страхованию экологических и иных рисков с учетом фактора СД платформенных, асейсмичных разломов.
В конце XX столетия происходит радикальный пересмотр взглядов на роль геодинамического фактора (современного напряженно-деформированного состояния недр) при оценке экологического и социально-экономического риска, возникающего при функционировании природно-технических систем и особо ответственных объектов. Действительно, такие природно-технические системы, как разрабатываемые месторождения углеводородов с развитой в их пределах инфраструктурой, магистральные нефтегазопроводы, АЭС и ГЭС, места
захоронения токсичных отходов и другие объекты промышленного и гражданского строительства, уже самим фактом своего существования создают потенциальный риск возникновения аварийных ситуаций. Это чревато негативными экологическими и социально-экономическими последствиями, которые возрастают по мере увеличения длительности эксплуатации таких объектов.
До недавнего времени считалось, что подавляющее большинство аварийных ситуаций и ущерб на этих объектах обусловлены технологическими причинами. Изредка подобные аварии связывали с проявлением техногенных геодинамических процессов (в качестве примера можно привести известные факты возбуждения сейсмодеформацион- ных процессов на длительно эксплуатируемых месторождениях нефти и газа, например, район Газли). В целом же фактор современной гео- динамической активности геологической среды (особенно природного происхождения) не учитывался при анализе аварийных ситуаций на особо ответственных и экологически опасных объектах. Исключения составляли только аварийные случаи, происшедшие непосредственно в очаговых зонах сильных землетрясений.
Традиционно, равнинные (платформенные) области, в отличие от горных, считались стабильными и определялись как территории с малой активностью современных (т. е. протекающих в настоящее время) деформаций земной поверхности — в пределах 1-5 мм в год. Однако в последние годы были получены принципиально новые данные о современном геодинамическом состоянии земных недр. Оказалось, что имеют место современные суперинтенсивные деформации (СД) земной поверхности со скоростями до 50—70 мм в год, которые приурочены к зонам тектонических нарушений (разломам различного типа и порядка) [Кузьмин Ю. О., 1996]. Для СД процессов характерна пространственная локализованность (от 0,1 км до 1-2 км), пульсаци- онный и/или знакопеременный характер проявлений (период повторяемости СД импульсов составляет от 2 раз в год до 1 раза в 2-3 года), а главное — чрезвычайно высокие величины среднегодовых скоростей деформаций порядка 2-7х10-5 м в год. При этом наиболее парадоксальный результат заключается в том, что максимальная интенсивность геодинамических аномалий наблюдается в зонах платформенных, асейсмичных разломов. Учитывая, что платформенные (равнинные) территории являются преимущественной средой обитания человека, наличие фактора СД в зонах платформенных разломов радикально меняет уровень экологического и социально-экономического риска в этих районах.

Ю. О. Кузьминым приведены примеры современных аномальных деформаций земной поверхности для различных регионов [Кузьмин Ю. О., 1996]. Кривые совершенно однотипны по форме, у них практически совпадает ширина (горизонтальный размер всех кривых одинаков) и амплитуда.
В целом же, если учитывать длительность интервалов между повторными геодезическими наблюдениями, то окажется, что среднегодовая скорость СД для разломных зон асейсмич- ных регионов (Припятский прогиб, Пермское Приуралье, Среднее Приобье) будет выше, чем для сейсмоактивных территорий (Терско- Каспийский прогиб, Предгорный Дагестан, Притбилисский район) [Сидоров В. А., Кузьмин Ю. О., 1983].
Для того, чтобы показать чрезвычайную важность фактора СД при оценках экологического и страхового риска на равнинных территориях, Ю. О. Кузьминым рассмотрены два характерных примера.
Пример первый. В последнее время были получены убедительные данные о масштабах и уровне влияния фактора СД на объекты нефтегазового комплекса [Касьянова Н. А., 1996]. Так, оказалось, что в зонах проявления современных суперинтенсивных деформаций периодически происходят прорывы трубопроводных систем и аварии на скважинах с последующим выводом их из эксплуатации. Таким образом, становится очевидным, что техническое состояние нефтегазовых объектов на месторождениях в значительной мере зависит от уровня современного напряженно-деформированного состояния земных недр. Следовательно, геодинамический фактор необходимо учитывать наряду с другими факторами еще на стадии проектирования скважин и трубопроводов. Знание специфики формирования и проявления СД процессов приобретает в этой связи большую эколого-экономическую эффективность. При этом учет факторов аномальной геодинамики недр дает возможность оптимально размещать скважины и трубопроводные системы и применять превентивные меры по предотвращению аварийных ситуаций и снижению ущерба.
Другой пример обязательного учета фактора СД относится к актуальной проблеме обеспечения безопасного функционирования атомных электростанций и, в частности, к вопросу правильности выбора места для проектируемых, строящихся и эксплуатируемых АЭС. В нормативно-правовой документации, регламентирующей правила выбора площадок под АЭС, существует такое ключевое понятие, как активный разлом. При этом под активностью понимается сейсмическая и/или деформационная активность участка земной поверхности, включающего в себя разломную зону.

Если рассматривать заведомо асейсмичную или слабосейсмичную территорию, то основным фактором риска, связанного с активизацией разлома, будет аномальный деформационный процесс. Принятые в ряде стран нормы и правила (Федеральный закон США, Инструкции МАГАТЭ и т. д.) трактуют активный разлом как “...такой разлом, в котором перемещения на поверхности или вблизи нее происходят не менее одного раза за последние 35000 лет или повторные движения в течение последних 500 000 лет”. Согласно положению, существующему в Минатоме РФ, при выборе площадок под строительство АЭС следует избегать таких участков на земной поверхности, для которых среднегодовая скорость современных деформаций превышает величину 3х10-6 м в год. Очевидно, что приведенные данные находятся в явном противоречии с инструментально установленными характеристиками СД в зонах асейсмичных разломов (особенно в части амплитуды и повторяемости СД процессов). Иными словами, по мнению Ю. О. Кузьмина, существующие регламенты создают потенциальный риск аварийности для проектируемых, строящихся и существующих АЭС.
Важные результаты по изучению современных геодинамических движений земной поверхности в последние годы выполнены группой ученых Уральского горного университета. Их исследованиями охвачены два вида геодинамических движений: цикличные и трендовые. На возникновение, развитие и проявление техногенных катастроф оказывают влияние оба вида геодинамических движений. Результаты экспериментальных исследований современной геодинамики, полученные в последние годы, приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Результаты экспериментальных исследований современной геодинамики
[Панжин А. А., 2000]

Исследуемый объект

Вид
наблюдений

Максимальные смещения, мм

Максимальные деформации, 1х10-3 м

Гориз.

Верт.

Гориз.

Верт.

Сургут, нефтепровод

Непрерывные

47

108

1,17

2,69

Сургут, канализационный коллектор

Непрерывные

57

92

1,03

1,46

Сарана, радиорелейная мачта

Периодичес
кие

48

28

-

-


Исследуемый объект

Вид
наблюдений

Максимальные смещения, мм

Максимальные деформации, 1х10-3 м

Гориз.

Верт.

Гориз.

Верт.

Каменск-Уральский, карстовые провалы

Непрерывные

8

22

0,08

0,37

Еманжилинск, газопровод Бухара-Урал

Непрерывные

38

63

0,18

0,17

Ясный, Киембаевский карьер

Периодичес
кие

335

113
/>0,06
0,04

Железногорск-Илим- ский, Коршуновский карьер

Периодичес
кие

629

600

1,20

0,29

Белоярская АЭС, четвертый блок

Непрерывные

5

5

0,10

0,10

Хромтау, Донской ГОК

Непрерывные

15

31

0,09

0,22


Места проявления геодинамических движений в большей мере тяготеют к активным тектоническим структурам и непосредственно прилегающим к ним объемам пород и участкам земной поверхности. Экспериментально в этих зонах установлены большие амплитуды смещений. С удалением от тектонических структур в глубь структурных блоков наблюдается снижение уровня смещений. Однако каких- либо количественных закономерностей распределения смещений пока не установлено. Механизм воздействия трендовых и колебательных геодинамических смещений на объекты использования земных недр — разный. Так, влияние трендовых движений известно. Объекты, попадающие на активные тектонические структуры с трендовыми движениями, нарушаются по достижению в их конструкции предельных деформаций или напряжений. Однако тектонические структуры с выраженным трендовым характером движений встречаются довольно редко.
Трендовые движения могут быть инициированы техногенной деятельностью. Так, например, на шахте Магнетитовой, разрабатывающей Высокогорское железорудное месторождение, в 2000 году произошла подвижка в среднем на 25-30 см по взбросо-сдвигу, зафиксированная в подземных горных выработках. Изменение свойств
массива горных пород в разломных зонах под влиянием переменных цикличных нагружений довольно распространенное явление. Однако внешне его признаки не контрастны, и выявление непосредственного их влияния на объекты весьма проблематично.
Это явление отмечено в работах НТФ “Геофизпрогноз” на основе изучения разломных зон методами сейсмопрофилирования [Пан- жин А. А., 2000]. Установлено, что в разломных зонах образуются области с существенными отклонениями прочностных и деформационных свойств в массиве горных пород. Структурные блоки и изготовленные из них образцы пород при испытаниях имеют те же или близкие показатели, что и аналогичные литологические виды пород, примыкающие к разломной зоне, а в массиве горных пород разломной зоны свойства существенно отличаются. Было высказано предположение, что в разломной зоне массив горных пород находится в тиксотропном состоянии. На основе этой гипотезы были решены многочисленные практические задачи, высказаны представления по механизму и природе многих техногенных аварий и катастроф. Однако при всей плодотворности высказанной идеи вопрос о причине возникновения тиксотроп- ного состояния в разломной зоне оставался не раскрытым. Известно, что в природе явление тиксотропии возникает в некоторых видах грунтов и пород в период землетрясений. За счет знакопеременных цикличных нагружений некоторые виды грунтов, имеющие в статическом состоянии достаточную несущую способность, разжижаются, резко снижая свои прочностные характеристики. Это нередко ведет к перекосу и опрокидыванию жилых домов и инженерных сооружений. Но это явление происходит лишь в короткий период действия землетрясения. Впоследствии грунты вновь обретают свои обычные свойства. Ти- ксотропия в разломных зонах, сложенных во многих случаях скальными породами с более нарушенной структурой, проявляется в размытой форме на протяжении длительных промежутков времени, а возможно, и постоянно в историческом плане. Это явление более точно, видимо, можно охарактеризовать термином квазитиксотропия. После выявления современной короткопериодной геодинамики было сделано предположение о том, что причиной квазитиксотропного состояния пород разломной зоны являются знакопеременные цикличные смещения. Вызванные ими знакопеременные цикличные нагружения приводят к изменению прочностных и деформационных свойств, то есть к ква- зитиксотропии. В зависимости от конструктивных особенностей сооружений, взаимодействующих с разломными участками массива горных пород, складываются различные механизмы и сценарии развития
аварий и катастроф. В практике исследований уральских специалистов заслуживают внимания выявленные случаи развития техногенных катастроф, наиболее контрастно демонстрирующие рассматриваемую взаимосвязь между современной геодинамикой и техногенными катастрофами. Одним из примеров могут служить аварийные ситуации на подземном канализационном коллекторе г. Сургута [Панжин А. А., . Экспериментально установлено, что в разломных зонах и на примыкающих к ним территориях действуют современные геодинами- ческие цикличные смещения с широким спектром частот и амплитуд. Наиболее контрастными среди них являются смещения с продолжительностью циклов около одной минуты и около одного часа. Имеются и другие, менее выраженные циклы. Уровень напряжений и деформаций, вызванный этими смещениями, превышает допустимые значения для монолитной железобетонной внутренней обделки коллектора, закрепленного железобетонными тюбингами. Механизм разрушения коллектора происходил в следующей форме: песчано-глинистые породы разломных зон под влиянием знакопеременных смещений и деформаций находятся в квазитиксотропном состоянии, имея по отношению к окружающим породам аномально пониженные несущие свойства; сборная железобетонная тюбинговая крепь канализационного коллектора с внутренней монолитной железобетонной обделкой, обладая достаточным весом и находясь под нагрузкой от налегающей толщи, не встречает в квазитиксотропном массиве достаточной опоры, проседает и прогибается, получая нештатное нагружение, не предусмотренное ее конструкцией; нештатную нагрузку крепи вызывают непосредственно и сами короткопериодные геодинамические движения; под действием этих двух факторов монолитная железобетонная обделка коллектора разрушается с образованием кольцевых трещин разрыва, превращая монолитный коллектор в обособленные секции длиной 5-7 м; на последнем этапе к процессу разрушения подключаются грунтовые воды, уровень которых находится выше заложения канализационного коллектора; устремляясь в образовавшиеся трещины внутрь коллектора, который теперь уже выполняет функции дренажного устройства, они выносят с собой песчано-глинистые породы, находящиеся в квазитиксотропном состоянии, образуют суффозиозные карстовые полости, реализующиеся выходом провалов на земную поверхность и окончательным разрушением коллектора.
Таким образом, в основе приведенного примера техногенной катастрофы лежит комплексное проявление короткопериодной геодинамики, реализуемое как через непосредственное воздействие смещений
и деформаций на сооружение, так и опосредованно через изменение свойств разломной зоны.
Длительное время (более 25 лет) в аварийном состоянии периодически пребывает северо-западный борт Главного карьера Коршуновского ГОКа (Российской Федерации) на участке, пересекаемом широтным разломом мощностью около 500 м. В борту карьера, начиная с 1975 года, периодически происходят крупные оползни при углах наклона борта 22 градуса. По всем расчетным оценкам скальные осадочные породы, слагающие этот борт, должны обеспечивать его устойчивость при углах 28-30 градусов с нормативным запасом устойчивости На карьере производились периодические наблюдения за смещениями маркшейдерских пунктов, расположенных по контуру карьера с годичной периодичностью, выявившие цикличные их смещения с растяжением и сжатием интервалов между ними. Оползневая масса деформируется буквально в виде сползания, полностью разжижаясь и теряя свою первоначальную структуру, превращаясь в селеподобную массу [Панжин А. А., 2000]. Авторы исследования рассматривают эту трансформацию массива как переход в тиксотропное состояние. Глубже в борту карьера находится гидротехнический тоннель, по которому из карьерного поля отведена река Коршуниха. При обследовании тоннеля было установлено, что монолитная железобетонная крепь на участке разломной зоны трещинами разрыва разбита на отдельные секции длиной 7-10 м. В образовавшиеся трещины внутрь тоннеля поступают подземные воды, иногда фонтанируя под давлением. Причем образовавшиеся кольцевые трещины практически ни разу не совпали со строительными стыками крепи. В целом характер разрушения крепи гидротехнического тоннеля Коршуновского карьера сходен с разрушением канализационного коллектора в г. Сургуте с той лишь разницей, что в скальных породах Коршуновского гидротехнического тоннеля пока не проявился суффозионный процесс.
Таким образом, в развитии аварий на северо-западном борту Коршуновского карьера в качестве первопричины выступают современные геодинамические процессы в разломной зоне, переводящие породы в борту карьера в квазитиксотропное состояние. Одной из форм провоцирования техногенных катастроф является активизация процессов кар- стообразования. С такими явлениями уральские ученые столкнулись при исследовании причин активизации карстовых процессов в жилом микрорайоне Красная горка г. Каменск-Уральского и на газопроводе Бухара-Урал на участке Красногорского ЛПУ на Южном Урале в районе г. Еманжелинска. На обоих участках проводились непрерывные на
блюдения за короткопериодными геодинамическими смещениями. Максимальные значения горизонтальных и вертикальных смещений и деформаций приведены в таблице 2.1. Причиной активизации процессов образования карстовых провалов явилось воздействие переменных нагрузок на породы разломных зон и переход их в квазитиксотропное состояние, активизирующее суффозионные процессы.
Серия карстовых воронок, образовавшаяся в разломной зоне, пересекающей газопровод, вызвала обнажение третьей нитки газопровода, создавая угрозу ее сохранности. С интересной ситуацией специалисты столкнулись на Качканарском ГОКе. Проблема возникла с неравномерным оседанием здания третьей ступени пульпонасосной станции хвостохранилища. Здание расположено на откосе дамбы хвостохрани- лища. Мощность хвостов под зданием составляет 70 м. Северная часть здания оседает со скоростью 45-50 мм в год, а в южной части годовое оседание достигает 95-100 мм. Неравномерность оседаний создает угрозу его разрушения.
При изучении причины неравномерного оседания электрометрическими исследованиями было установлено, что в подстилающих материнских породах, на которые отсыпан откос дамбы хвостохранилища, находится достаточно крупное тектоническое нарушение. Горизонтальные геоэлектрические сечения по материнским породам и по хвостам дамбы, построенные по экспериментальным данным электрометрических исследований, обнаружили поразительное подобие. Однородные хвосты дамбы отражали особенности структурного строения материнских пород. Механизм создания такого подобия связан также с короткопериодной современной геодинамикой. Колебания материнских пород в зоне тектонического нарушения создают соответствующие квазитиксотропные состояния в изначально однородных хвостах. Приведение хвостов дамбы в квазитиксотропное состояние над разломной зоной объясняет большую интенсивность оседания здания в этой зоне.
<< | >>
Источник: Войтенко С.П., Учитель И.Л., Ярошенко В.Н. Геодинамика.. Основы кинематической геодезии. 2007

Еще по теме СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ:

  1. О.П. Бибикова, к.э.н. Н.Н. Цветкова. Страны Востока в контексте современных мировых процессов: социально-политические, экономические, этноконфес- сиональные и социокультурные проблемы., 2013
  2. Т. В. Карадже. Методология моделирования и прогнозирования современного мира: Коллективная монография, 2012
  3. Исаев Б., Баранов Н.. Современная российская политика: Учебное пособие. Для бакалавров, 2012
  4. Загвязинский В. И.. Теория обучения: Современная интерпретация, 2001
  5. Лега В. П.. История западной философии. Часть вторая. Новое время. Современная западная философия: учеб. пособие, 2009
  6. Мухаев, Рашид Тазитдинович. Правовые основы Российского государства: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Государственное и муниципальное управление», 2007
  7. Л.Б. Черноскутова. СОЦИАЛЬНО-ПОЛИТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫСОВРЕМЕННОГО ОБЩЕСТВА, 2013
  8. Салова Т. Ю., Громова Н. Ю., Шкрабак В. С., Курмашев. Основы экологии. Аудит и экспертиза техники и технологии, 2004
  9. Хачатурян В. М.. История мировых цивилизаций с древнейших времен до конца XX века. 10—11 кл., 1999
  10. В.Н. Ла вриненко, проф. В.П. Ратников. Философия: Учебник для вузов, 2010
  11. Смоленский М.Б.. Конституционное право Российской Федерации: учебник, 2007
  12. ЗагладинН.В.. Всемирная история: XX век. Учебник для школьников 10—11 классов., 2000
  13. Шишова Н. В., Акулич Т. В., Бойко М.И и др.. История и культурология. Изд. второе, перераб. и доп., 2000
  14. Николайкин Н. И.. Экология: Учеб. для вузов, 2004
  15. Маврищев, В. В.. Основы экологии: учебник, 2007
  16. Момджян К.Х.. Введение в социальную философию, 1997
  17. Е.В. Семенова. ИСТОРИЯ РОССИИ. Пособие для абитуриентов, 2000