Разработка новых принципов снижения риска возникновения сильных техногенных землетрясений и изучение антропогенного влияния на сейсмичность в платформенных районах



Проект направлен на решение проблемы снижения риска возникновения землетрясений, инициированных техногенной деятельностью и уменьшение ущерба от этих событий. В последние годы все большее внимание ученых-сейсмологов и общественности привлекают землетрясения значительной магнитуды, которые происходят на малых глубинах в регионах, всегда считавшихся спокойными в тектоническом отношении. Эти события справедливо связываются с использованием новых технологий извлечения твердых и жидких полезных ископаемых. Задачей проекта является исследование факторов и механизмов, определяющих возможность появления в тектонически-малоактивных районах значительных сейсмических событий и разработка новых принципов снижения риска их возникновения. Решение этой задачи позволит достичь существенного продвижения в направлении качественного понимания и количественного описания процессов зарождения и развития крупных динамических событий в массиве горных пород при добыче твердых полезных ископаемых и углеводородов.

Конкурс РНФ 2015 года Проект № 16-17-00095
«Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» «Разработка новых принципов снижения риска возникновения сильных техногенных землетрясений и изучение антропогенного влияния на сейсмичность в платформенных районах»
Сроки выполнения проекта 2016-2018 гг.
Отрасль знаний Науки о Земле
Руководитель проекта Академик РАН Адушкин В.В.
Название организации Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт динамики геосфер Российской академии наук
Объем финансирования Делегированная сумма: 6 000 000 р/год (Общая - 18 000 000 р.)

Проект направлен на решение проблемы снижения риска возникновения землетрясений, инициированных техногенной деятельностью и уменьшение ущерба от этих событий. Задачей предлагаемого проекта является исследование факторов и механизмов, определяющих возможность возникновения крупных сейсмических событий в тектонически малоактивных районах и разработка новых принципов снижения риска возникновения сильных техногенных землетрясений. В качестве основного объекта исследований выбрана Восточно-Европейская платформа (ВЕП) — регион с низким уровнем естественной сейсмичности, но с огромной техногенной нагрузкой. Так, например, по данным [Адушкин и др., 2011] на территории ВЕП сейсмическая энергия проводимых взрывных работ на два-три порядка превосходит сейсмическую энергию тектонических событий. Большое влияние на напряженно-деформированное состояние недр оказывают, также, огромные объемы перемещаемых горных масс и откачиваемых/закачиваемых флюидов. Мы полагаем, что сочетание в рамках проекта лабораторных экспериментов, численных расчетов и полевых инструментальных наблюдений позволит детально исследовать механизмы возникновения крупных техногенных землетрясений и разработать физические принципы снижения риска подобных событий. Важность, масштаб и общественная значимость решаемой задачи определяются, в том числе, и тем, что вопросы и управляемого, и спонтанного изменения сейсмического режима локальных областей, в результате тех или иных экзогенных воздействий, регулярно привлекает широкое внимание как в России, так и за рубежом.

Несмотря на большое количество исследований, посвященных индуцированной и триггерной сейсмичности, проблема прогноза, предупреждения и снижения риска крупных или, как их иногда называют, "площадных" явлений — горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений —далека от своего решения [Маловичко, 2000]. Как отмечалось выше, одной из очевидных причин такого положения дел является недостаточная изученность механических свойств разломных зон и тектонических трещин, закономерностей их деформирования и степени подверженности влиянию экзогенных воздействий.

Об этом свидетельствует большое количество работ по этой тематике, выходящих ежегодно в ведущих изданиях мира: “Science”, “Nature”, “Journal Geophysical Research”, “Geology” и др. Проблема “How do fault slip?” (Как скользят разломы?) названа “Grand challenge #1” среди десяти основных задачах сейсмологии на ближайшие 10–20 лет [Lay T., et al. 2009].

Одной из важнейших является нерешенная проблема влияния сейсмических колебаний от взрывов и землетрясений на механические свойства нарушений сплошности массива горных пород и на сейсмичность. Хотя факты инициирования динамических событий сейсмическими колебаниями можно считать надежно установленными, механизм влияния слабых динамических импульсов на деформационные процессы пока не ясен. Это первый вопрос, который будет находиться в центре нашего внимания в ходе выполнения проекта.

Другим аспектом проблемы является вопрос о том, какая доля энергии деформирования излучается в виде сейсмических волн — фактора, наносящего основной ущерб при землетрясениях, в том числе техногенных. Известно, что при тектонических землетрясениях величина приведенной сейсмической энергии (отношение излученной очагом энергии к величине сейсмического момента) изменяется в широких пределах: от 10-7 до 10-3. Более того, если рассматривать такие явления, как «медленные» или «низкочастотные» землетрясения, «события медленного скольжения» как естественное продолжение ряда «нормальных» землетрясений [Peng, Gomberg, 2010; Кочарян и др., 2014] то нижний предел величины приведенной сейсмической энергии стремится к 0. Вопрос о том, можно ли техногенным воздействием снизить долю энергии землетрясения, идущую в излучение сейсмической волны, будет вторым ключевым вопросом предлагаемого проекта.

Третье направление исследований — изучение антропогенного влияния на сейсмичность в платформенных районах. Согласно карте сейсмического районирования ОСР-97, территория ВЕП считается практически асейсмичной. Тем не менее, за последние 20 лет сейсмической сетью Геофизической службы РАН здесь было зарегистрировано свыше 60 сейсмических событий тектонической и, предположительно, - тектонической природы с магнитудами в диапазоне 1.5≤М≤4.5. География тектонических событий различна: Ростовская область, Калининградская область, Кольский полуостров, Донбасс, Кировская область, Воронежский кристаллический массиве, Архангельская область, Балтийский щит и т.д. Последними примерами являются Криворожские землетрясения 25.12.2007 г., 23.06.2013 г. и Полтавские землетрясения 14.05.2010 г. и 03.02.2015 г. с магнитудами от 3.5 до 4. Они произошли в районе, где широко распространены и интенсивно эксплуатируются месторождения полезных ископаемых, а, следовательно, ведутся взрывные работы [Землетрясения России, 2009, 2011, 2015].

Сформулированные выше проблемы будут решаться при помощи лабораторных, численных и натурных экспериментов.

Влияние динамических нагрузок (вибраций) на режим сдвигового деформирования будет исследовано на «геомеханическом стенде» лаборатории «Деформационных процессов в земной коре» ИДГ РАН.

Экспериментальный метод разработан в лаборатории «Деформационных процессов в земной коре» ИДГ РАН и неоднократно применялся при решении различных задач. Аналогичные установки для исследования свойств нарушений сплошности нам неизвестны. Подобная установка, но существенно меньших размеров, в 2012 г. создана в LFPL (Лозанна, Швейцария) для исследования процесса динамического нагружения трещин. Мы используем этот подход с 1990 г. Второй особенностью является использование лазерных датчиков ILD2220-10 (Германия), позволяющих проводить измерения динамических перемещений с точностью 0.1мкм в диапазоне частот 0-4 кГц. Это дает нам возможность исследовать процесс формирования межблоковой подвижки в динамике.

Основные натурные эксперименты будут проводиться на территории Курской магнитной аномалии, где находятся крупнейшие в Европе предприятия по добыче железной руды.

Адушкин Виталий Васильевич

д.ф.-м.н., академик РАН (руководитель проекта)

Кочарян Геворг Грантович

д.ф.-м.н., проф., зав. лабораторией Деформационных процессов в земной коре ИДГ РАН

Санина Ирина Альфатовна

д.ф.-м.н., зав. лабораторией Сейсмологических методов исследования литосферы ИДГ РАН

Павлов Дмитрий Вячеславович

к.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник ИДГ РАН

Кишкина Светлана Борисовна

к.ф.-м.н., вдедущий научный сотрудник ИДГ РАН

Остапчук Алексей Андреевич

аспирант, младший научный сотрудник ИДГ РАН

Беседина Алина Николаевна

к.ф.-м.н, научный сотрудник ИДГ РАН

Виноградов Евгений Александрович

к.ф.-м.н., научный сотрудник ИДГ РАН

Непеина Ксения Сергеевна

младший научный сотрудник ИДГ РАН

Батухтин Иван Вячеславович

магистр МФТИ (ГУ)

Кочарян Геворг Грантович
gevorgkidg@mail.ru
+7 (495) 939 7527
Кишкина Светлана Борисовна
vetlank@gmail.com
+7 (495) 939-7573
при поддержке