Оценка сейсмотектонической активности на Приморском участке трассы нефтепровода
Оценка сейсмотектонической активности на Приморском участке трассы нефтепровода
Аннотация
Изучены тектонические нарушения и сейсмическая активность на территории Приморского края вдоль трассы нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан. Отмечены участки молодых разрывных дислокаций в виде системы или одиночных рвов. Приведены сведения об основных тектонических нарушениях и землетрясениях в Ханкайской и Партизанской подзонах, причины их возникновения, произошедшие за последние 100 лет. Поэтому основным назначением данной работы является оценка современной сейсмической и тектонической активности в крае, в частности на участках трассы нефтепровода ВСТО. В заключении даны рекомендации по детальному изучению геодинамики и изменению физических свойств горных пород на участках тектонических нарушений.
1. Введение
В настоящий момент в России, на западном направлении, появился ряд проблем с экспортом углеводородов. Поэтому безопасная эксплуатация трассы нефтепровода Восточная Сибирь – Тихий океан (ВСТО) стала актуальна в последнее время. Приморский край, на территории которого проложена конечная часть трассы ВСТО, имеет сложные метеорологические, геоморфологические, геологические и инженерно-геологические условия. Это связано с тем, что он находится в «активной переходной зоне» , , от Евроазиатского континента к Тихому океану. Поэтому здесь широко распространены опасные эндогенные и экзогенные процессы , , , , характеризующиеся разнообразием и различной степенью активности.
Многие из них, включая современные движения литосферных блоков земной коры, тектонические нарушения, землетрясения, тайфуны со свойственными им сильными ветрами и обильными осадками, оползни, склоновая и русловая эрозия грунтов, наводнения могут стать причиной катастрофических событий при эксплуатации нефтепровода. Существенную угрозу в этом ряду представляют тектонические нарушения и землетрясения. Беря во внимание напряжённую сейсмическую обстановку в мире, следует уделить должное внимание для проведения различного рода исследований в области сейсмологии, тектоники и строительства, чтобы не произошло подобных трагедий как в Турции в феврале 2023 г.
Цель данного исследования – оценить риск сейсмотектонической обстановки вблизи сложного инженерно-технического сооружения как нефтепровод ВСТО, повреждение которого принесет много ущерба как природного, так и экономического.
Поэтому основной задачей данной статьи является анализ современной сейсмической активности в пределах разломных структур на территории вдоль трассы нефтепровода и оценка полноты информации для определения негативного влияния этих процессов на нефтепровод. Для решения проблемы проведён сбор материалов по сейсмичности, их систематизация, анализ тектонических нарушений и зарегистрированных землетрясений на территории вблизи трассы нефтепровода.
2. Методы и принципы исследования
Известно , , что особенностью сейсмичности являются наличие землетрясений с разными глубинами расположения очагов и связанное с ними разломно-блоковое строение. В соответствии со схемой сейсмотектонического районирования (рис. 1) трасса нефтепровода ВСТО расположена в рифтовой зоне наиболее вероятного возникновения землетрясений (ВОЗ). Здесь происходили и происходят тектонические движения, когда отдельные блоки литосферы перемещаются друг относительно друга по разрывным нарушениям.
Рисунок 1 - Схема сейсмотектонического районирования Приморского края с линией трассы нефтепровода ВСТО
Примечание: с использованием материалов А.В. Олейникова; по ист. [7]
В тектоническом отношении территория представляет собой жесткую глыбовую структуру (Ханкайский срединный массив), сложенную денудированным складчатым фундаментом протерозой-палеозойского возраста и сравнительно маломощным чехлом кайнозойских отложений. Породы фундамента выходят на поверхность в краевых частях и представлены, в основном, интенсивно метаморфизованными и выветрелыми с поверхности образованиями терригенно-карбонатной и гранитоидной формациями. Отложения чехла слагают ряд наложенных кайнозойских впадин с нечеткими границами. Верхний структурный ярус впадин образован четвертичными озерно-болотными и аллювиальными отложениями равнинных рек.
Трасса пересекает крупные тектонические нарушения дочетвертичного возраста (Алчанский, Дальнереченский, Кабаргинский, Среднеханкайский, Западно-Партизанский и Партизанский) и множество мелких разломов (рис. 2). Все они перекрыты кайнозойскими и четвертичными отложениями, и параметры их изучены недостаточно. Разломы, как правило, включают две границы и область дробления (трещиноватости) пород между ними. Мощности зоны дробления изменяются от сантиметров до сотен метров и зависят от многих факторов, главными из которых являются амплитуда смещения блоков, положение плоскости разрыва, вещественный состав и физические свойства пород. Описание разломов в Ханкайской подзоне проведём с севера на юг.
Трасса пересекает Алчанский разлом в предгорьях хребта Стрельникова, западнее села Игнатьевка. Разлом перекрыт кайнозойскими отложениями и в этом районе практически не изучен. По отрывочным данным сочленения блоков происходит не по одной чёткой линии, а представляет зону субпараллельных надвигов шириной до 15 км. Причём варьирование их происходит с северо-запада на юго-восток. Зона характеризуется интенсивным дроблением и истиранием пород, которые нередко превращены в каолинит-гидрослюдистые метасоматиты.
Дальнереченский разлом трасса пересекает восточнее г. Дальнереченска, в районе села Звенигородка. Разлом состоит из серии разрывов северо-восточного простирания, вдоль р. Большая Уссурка. Мощность зоны разломов изменяется от нескольких десятков до сотен метров. Разрывы не обнажены и поэтому слабо изучены.
Рисунок 2 - Схема тектонических нарушений вблизи трассы ВСТО
Среднеханкайский разлом пересекается восточнее посёлка Кировский, причём в этом районе трасса на протяжении 30 км проложена параллельно разлому. В гравитационном поле разлом трассируется цепочкой локальных минимумов, отождествляемых с гранитными интрузиями. На поверхности он выглядит как плутоническая зона шириной 10-20 км, в которой сконцентрированы многие интрузии различного возраста. Зона разлома разбита разнонаправленными разрывами на множество блоков, испытавших значительные вертикальные смещения. О тектонической раздробленности, а, следовательно, и проницаемости разлома свидетельствуют огромное количество даек разного состава. Дайки мощностью 1-20 м чередуются с такими же интервалами вмещающих пород.
На сравнительно небольшой площади Партизанской подзоны ВОЗ (рис. 1) располагаются хребты и плоскогорья южного Сихотэ-Алиня. К этому типу рельефа относятся мало затронутые эрозией базальтовые плато и столовые горы. Например, для Шкотовского плато, по которому проходит трасса нефтепровода, характерен радиальный тип эрозионного расчленения с густой сетью речных долин, верховья которых находятся на плоских поверхностях водоразделов. В краевых частях плато глубина вреза настолько велика, что долины рек в нижнем течении иногда прорезают не только базальты, но и подбазальтовое основание.
В этой подзоне современные тектонические движения отличаются наибольшей активностью. Амплитуда поднятий за четвертичное время здесь и сопредельных территориях составила порядка 100 метров. Отдельные участки побережья Японского моря в районе города Находка опускаются со скоростью 0.5 – 2 мм/год, но некоторые участки поднимаются .
Трасса нефтепровода пересекает здесь два крупных разлома: Западно-Партизанский и Партизанский (рис. 2). Разрывные нарушения сопровождаются многочисленными сдвигами и надвигами. В местах, доступных к наблюдению, зона дробления пород достигает 800 м.
Западно-Партизанский разлом имеет субмеридиональное направление и трасса на протяжении почти пятидесяти километров расположена вблизи него. Она пересекает разлом в районе села Васильевка. Разлом изучен крайне недостаточно и неравномерно. Он фиксируется в виде отдельных зон милонитизации и разгнейсования по смене фаций и степени дислоцированности пермских отложений. Хорошо выражен в рельефе, сопровождается многочисленными сейсмодеформациями, возможно сейсмоактивен.
Партизанский разлом проходит большей частью по долине р. Партизанская. Трасса пересекает его в районе г. Находка. Разлом представлен серией , тесно сближенных сдвигов и наиболее крупные сдвиги выражены мощностью до десятков метров, в пределах которых породы разных формаций превращены в листовые сланцы. Магматические породы чаще всего превращены в тонко-полосчатые милониты, осадочные – в тонколистовые углеродистые динамосланцы. Ширина зоны влияния разлома 4-6 км. Она высокосейсмична, о чём свидетельствуют исторические землетрясения и многочисленные сейсмодеформации.
Сведений о современных вертикальных и горизонтальных движениях земной коры и возникновения в результате этих движений тектонических нарушений на территории края мало, и они противоречивы. Молодые (четвертичные) нарушения наблюдались немногими исследователями.
Так, А.К. Седых описал многочисленные разрывы вплоть до голоцена на Шкотовском буроугольном месторождении. Другие исследователи , выявили многочисленные сбросы с амплитудой смещения до 40 м в базальтах Шкотовского плато. Ими же установлен тектонических уступ высотой 3 метра в рыхлых отложениях р. Литовка.
В последнее время при проведении геологических съемок на территории края установлены участки молодых разрывных дислокаций в виде системы или одиночных рвов шириной в несколько первых или десятков метров. Иногда рвы и выступы наблюдались на небольшой площади (до 10 км2), часто с зияющими трещинами глубиной до 15 м и шириной до 5 м, а также в виде крупных сброса-обвалов, имеющих форму полу обвальных чаш-котловин.
2.1 Особенности происхождения землетрясений
Наиболее надёжная информация о движениях геологических блоков получена с помощью современных средств GPS-наблюдений. Данные замеров за 1996-2003 гг. и сведения о современной тектонической активности территории обобщены А.В. Олейниковым в работе . Здесь приведены также данные по дешифрированию аэрофотоснимков и выявлению современных активизированных тектонических нарушений и палеодислокаций, сопровождавшихся землетрясениями.
На основе систематизации и анализа материалов разных авторов , , , была составлена схема районирования Приморского края по факторам проявления четвертичной тектоники (рис. 3). На схеме выделены современные активизированные четвертичные разломы и палеодислокации, а также новейшие высокоамплитудные поднятия и области накопления мощных четвертичных отложений.
Рисунок 3 - Схема районирования территории Приморья по факторам проявления четвертичной тектоники:
1 – современные четвертичные активизированные разломы; 2 – четвертичные палеосейсмодислокации; 3 – Новейшие высокоамплитудные поднятия (а) кайнозойские и (б) современные впадины; 4 – Границы, частей (а), зон (б), подзон (в); 5 – Области накопления четвертичных аллювиальных и озёрных отложений; 6 – Области накопления мощных (до 100 м) четвертичных отложений в районах современных понижений; 7 – Области накопления мощных (до 28 м) склоновых отложений в пределах современного низкогорья; 8 – Области накопления склоновых отложений среднегорного рельефа в Западном Приморье; 9 – Области накопления четвертичных склоновых отложений среднегорного рельефа в Сихотэ-Алине; 10 – Склоновые отложения массивного среднегорного рельефа в Сихотэ-Алине; 11 – Области накопления четвертичных морских, аллювиально-морских и склоновых отложений в прибрежной полосе восточного и южного Приморья; 12 – Области распространения четвертичной площадной коры выветривания мощностью до 20 м на базальтовых плато
Примечание: с использованием материалов А.В. Олейникова, Г.А. Белянского
Таблица 1 - Коровые землетрясения в окрестностях нефтепровода ВСТО
Дата и время | Координаты | М | h | Местоположение |
24 июня 1867 г. в 5,12 | 43.4 N 133.3 E | 3,7 | 10 | Партизанский район, |
19 сентября 1939 г. в 4,29 | 43.2 N 133.0 E | 4,5 | 4 | Партизанский район, |
10 декабря 1950 г. в 12,41 | 43.6 N 132.5 E | 4,1 | 14 | Шкотовский район, севернее оз.Артёмовское |
15 августа 1962 г. в 10,06 | 45.2 N 132.5 E | 4,5 | 30 | Северная часть оз. Ханка |
1 сентября 1962 г. в 13,55 | 45.1 N 131.1 E | 5 | 30 | КНР вблизи с границей с РФ |
1 сентября 1962 г. в 14,20 | 43.1 N 133.1 E | 2,7 | 1 | Партизанский район |
15 августа 1967 г. в 15,36 | 44.7 N 132.3 E | 5 | 10 | Южная часть оз. Ханка |
15 августа 1967 г. в 17,41 | 44.7 N 132.3 E | 3,2 | 10 | Южная часть оз. Ханка |
15 августа 1967 г. в 12,28 | 44.7 N 132.3 E | 3,8 | 10 | Южная часть оз. Ханка |
18 декабря 1971 г. в 10,48 | 43.1 N 133.2 E | 4,1 | 4 | Партизанский район |
7 сентября 1988 г. в 5,10 | 44.3 N 131.95 E | 3 | 5 | Хорольский район |
22 июня 1990 г. в 6,49 | 43.85 N 132.25 E | - | 25 | Уссурийский городской округ, вблизи с. Боголюбовка |
31 августа 1990 г. в 3,40 | 43.83 N 132.16 E | - | 20 | Уссурийский городской округ, вблизи с. Раковка |
16 ноября 1990 г. в 4,49 | 43.47 N 132.31E | - | 16 | Артёмовский городской округ, с. Заводское |
12 апреля 2014 г. | 45.03 N 133.61,E | 4,3 | 10 | Кировский район, вблизи с. Преображенка |
21 января 2017 г. в 13,22 | 44.66 N 132.48 E | 4,4 | 7 | Южная часть оз. Ханка |
21 января 2017 г. в 13,41 | 44.64 N 132.19 E | 3,5 | 6 | Южная часть оз. Ханка |
24 февраля 2020 г. | 44.16 N 131.82 E | 2,3 | 10 | Михайловский район, вблизи с. Дальнее |
25 мая 2020 г. | 43.32 N 132.17 E | 3,1 | 6 | Артёмовский городской округ |
14 августа 2020 г. | 42.91 N 132.79 E | 2,2 | 22 | Партизанский район, с. Венеция |
17 января 2023 г. | 43.05 N 132.30 E | 3 | 10 | Граница Артемовского и Уссурийского городского округа. |
5 февраля 2023 г. в 11,34 | 44.67 N 132.44 E | 4 | 13 | Южная часть оз. Ханка |
5 февраля 2023 г. в 11,42 | 44.66 N 132.46 E | 4 | 6 | Южная часть оз. Ханка |
Как видно, рассмотренные выше землетрясения характеризуются как коровые с интенсивностью на поверхности до 7-8 баллов, по ощущениям населения, повреждениям и расчётным значениям с использованием характеристик грунтов (рис. 2). Непосредственная близость влечёт угрозу повреждения нефтепровода ВСТО, а также повышает риск негативного влияния на жизнедеятельность населения.
2.2 Изучение тектонических нарушений геофизическими методами
В дальнейшем, для безопасной эксплуатации нефтепровода, рекомендуем детальное изучение элементов залегания и изменений физических свойств горных пород на участках тектонических нарушений, обязательное ведение мониторинговых наблюдений с использованием современных геофизических технологий в комплексе с единичными инженерно-геологическими скважинами. Одной из таких технологий , является электрическая томография, которая с успехом применялась вблизи конечного участка трассы, в районе поселка Козьмино.
Электрическая томография способна обеспечить практически непрерывное определение электрических свойств горных пород в зонах дробления и трещиноватости по трём координатам, а при мониторинговых наблюдениях по четырём (х, у, z, t). В местах бурения скважин определяются связи электрических параметров с литологическими, которые позволяют проводить детальное изучение геоэлектрических разрезов с выделением тектонических нарушений.
Исследования выполнены на 23 прямолинейных профилях длиною 156 м с равномерным расположением 40 электродов через 4 м на каждом профиле. Работа выполнена с помощью цифрового комплекса SARIS производства Scintzex Ltd (Канада), который имеет восемь вариантов опроса установок, набор фильтров подавления помех, контроля условий заземлений и различные способы проверки точности проводимых наблюдений. В процессе работ использовались системы наблюдений с опросом электродов по установкам Веннера (AMNB, AM=MN=NB), осевой (ABMN, NN = 4 м) и Шлюмберже (AMNB, MN=4 м). Такая методика обеспечивала высокую плотность наблюдений и позволила получить в результате интерпретации полевых материалов, в условиях неоднородных сред с крутопадающими границами, достоверные геоэлектрические разрезы.
На первом, наиболее ответственном этапе интерпретации, формировались фоновые геоэлектрические модели на основе анализа априорной геолого-геофизической информации, установления степени горизонтальной неоднородности среды, выделения и идентификации однотипных блоков и определения, приближенных геометрических и электрических параметров разреза. В процессе формирования моделей проводилось моделирование электрических полей на поверхности двумерных вертикально-слоистых сред . В результате анализа данных моделирования определены закономерные поля на разрезах кажущихся сопротивлений и критерии обнаружения и прослеживания крутопадающих слоёв и границ (рис.4).
Рисунок 4 - Геоэлектрические разрезы по профилям 7 и 8
- на малых разносах установки значения Рn соответствуют удельным сопротивлениям среды, на поверхности которой находится центр установки: здесь уверенно определяется мощность наносов;
- если установка не пересекает линию контактов сред, то значения поля Рn изменяются монотонно, как и в случае слоистых сред; расхождение значений Рn при переходе на большую приёмную линию для установки Шлюмберже не превышают 8% в случае стандартных соотношений MN/AB;
- если установка пересекает линию контакта, то наблюдаются резкие градиенты поля (значения последних зависят от мощности наносов) при переходе линии значений Рк при переходе приёмного электрода линии контакта значительно превышают 8%.
Количественная интерпретация осуществлялась с помощью программы Res 2Dinv , где для моделирования поля также применялась двумерная модель разреза. Использование фоновых моделей и выбор доминирующих объектов при инверсии результатов наблюдений по каждому профилю позволило резко уменьшить объем эквивалентных моделей при подборе и, таким образом, повысить разрешающую способность метода исследования среды. В результате получены геоэлектрические разрезы и в качестве примера на рисунке 4 приведены два типовых разреза по профилям 7 и 8.
На приведённых рисунках отчётливо прослеживаются крутопадающие границы, разделяющие массивы трещиноватых андезитов с удельным сопротивлением от 120 Ом∙м и суглинки с сопротивлением в диапазоне 40-90 Ом∙м. В верхней части разреза повсеместно выделяется не выдержанный по мощности (до 4 м) щебенистый грунт с удельным сопротивлением 90-110 м. Ниже по разрезу, в восточной части на ПР7 и в западной части на ПР8, выделяются суглинки со щебнем с сопротивлением 40-90 Ом м. Подстилающими породами в этих частях являются щебень андезитов и сильнотрещиноватые андезиты. Высокоомные участки разрезов с сопротивлением более 120 Ом м соответствуют трещиноватым андезитам, причём степень трещиноватости с глубиной уменьшается.
В результате геологического истолкования геоэлектрических разрезов и данных бурения построены детальные инженерно-геологические разрезы с выделением инженерно-геологических элементов, их возрастом, консистенцией и влажностью. Получение таких разрезов стало возможным благодаря данным метода электрической томографии.
3. Заключение
Таким образом, проведённые исследования показали возможность проявления современных разрывных дислокаций и новых землетрясений на территориях вблизи трассы нефтепровода ВСТО. Стоит отметить, что в последние годы география сейсмической активности на территории края расширяется, а повторяемость возрастает, о чём свидетельствуют современные коровые землетрясения, ощутимость которых фиксируется всё чаще. Об этом свидетельствует не только регистрация в Партизанской и Ханкайской подзоне, но и всего южного Приморья в целом. Однако недостаточная развитость сети сейсмостанций в Приморье затрудняет точность и своевременность регистрации землетрясений. Для изучения тектонических нарушений предлагается использовать современные геологические, геодезические и геофизические технологии. Причём наибольшую информативность даёт электрическая томография, которая, позволяет выявить не только слоистость изучаемой среды, но и тектонические нарушения.
Поэтому необходимо проводить дополнительно инженерно-геологические изыскания на участках тектонических нарушений с определением геометрических и физических параметров в зоне разломов. В дальнейшем рекомендуется ведение мониторинговых наблюдений на этих участках с использованием геофизических методов по типу электрической томографии.