О СОВРЕМЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ВОСТОЧНОГО ОРЕНБУРЖЬЯ

О СОВРЕМЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ВОСТОЧНОГО ОРЕНБУРЖЬЯ

Научная статья

Цвяк А.В.^1, *, Нестеренко М.Ю.²

¹ ORCID: 0000-0002-4561-7034;

² ORCID: 0000-0003-1465-0752;

^{1, 2} Оренбургский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Оренбург, Россия

* Корреспондирующий автор (tsviak[at]rambler.ru)

Аннотация

В статье поднята проблема опасных геодинамических процессов, происходящих в восточной части Оренбургской области. Выполнен анализ геодинамического состояния недр Оренбургской области. Предложен и обоснован эффективный мониторинг геодинамических процессов в восточной части Оренбургской области с использованием сейсмологической сети. На этой территории уверенно регистрируются сейсмические события с магнитудой Ml>2.0 и оседания земной поверхности достигающих 50 см в год. По данным многолетнего мониторинга сейсмических событий в восточной части Оренбургской области построен график повторяемости сейсмических событий, который позволил сделать вывод, что причиной повышенной геодинамической активности в этом регионе является высокая техногенная нагрузка на геологическую среду. Для исследования аномально высокой сейсмической активности в Восточном Оренбуржье, выявления ее причин и источников, уровня опасности, разработки мер уменьшения сейсмичности и повышения защищенности конкретных объектов социума, промышленности и энергетики необходимо создать сейсмологическую сеть из 3-4 сейсмических станций на территории сейсмической активности в Гайском и Новоорском районах и вблизи г. Орск и Гай, Ириклинской ГРЭС и Ириклинского водохранилища.

Ключевые слова: геодинамика, сейсмические события, техногенная сейсмичность.

ON THE MODERN GEODYNAMIC PROCESSES OF EAST ORENBURG OBLAST

Research article

Tsviak A.V.^1, *, Nesterenko M.Yu.²

¹ ORCID: 0000-0002-4561-7034;

² ORCID: 0000-0003-1465-0752;

^{1, 2} Orenburg Federal Research Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Orenburg, Russia

* Corresponding author (tsviak[at]rambler.ru)

Abstract

The article addresses the issue of dangerous geodynamic processes occurring in the Eastern part of the Orenburg Oblast. The analysis of the geodynamic state of the Orenburg Oblast subsoil was performed. We propose and justify effective monitoring of geodynamic processes in the Eastern part of the Orenburg Oblast through a seismological network. In this area, seismic events with a magnitude of Ml>2.0 and subsidence of the earth's surface up to 50 cm per year are recorded. Based on long-term monitoring of seismic events in the Eastern part of the Orenburg Oblast, we constructed a graph on the frequency of seismic events, which allowed us to conclude that the reason for increased geodynamic activity in this region is a high man-induced impact on the subsurface. In order to study the abnormally high seismic activity in the Eastern Orenburg Oblast, to identify the causes and sources of risk, and the hazard level, to develop measures of reducing seismicity and enhancing the security of specific social, industrial, and energetics objects, it is necessary to create a seismological network of 3-4 seismic stations in areas of seismic activity in Gaysky and Novooskol areas and near Orsk, and Gai, Iriklinsk GRES (regional power station) and Iriklinsk water-storage reservoir.

Keywords: geodynamics, seismic event, industrial seismicity.

С развитием горнодобывающей и горно-перерабатывающей отрасли в России и Оренбургской области увеличивается техногенная нагрузка на геологическую среду, что вызывает формирование опасных геодинамических процессов и явлений в недрах и на поверхности, и нередко приводит к трагическим последствиям. Особенно остро данная проблема стоит на горнодобывающих объектах. При добычи твердых полезных ископаемых, возрастает количество динамических проявлений горного давления на горнодобывающих объектах. Практически во всех регионах отмечается устойчивое возрастание доли крупных событий типа техногенных землетрясений, которые сопровождаются большими разрушениями в горных выработках и на поверхности с негативными, в том числе трагическими, последствиями. Такие события уже произошли и происходят на горнодобывающих предприятиях в России и в мире. Например, серия землетрясений и катастрофических провалов в Пермском крае в г. Соликамск и г. Березники на шахтных выработках Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей, в Свердловской области в районах разработки Кизельского угольного бассейна, на меднорудном карьере в г. Учалы (Башкортостан), в 2013 году на Кузбасе в районе Багатского разреза зафиксировано сильное землетрясение с МL 6.1 с тяжелыми последствиями и др.

На большинстве горнодобывающих предприятиях (в том числе в Пермском крае, на Кузбасс и др.) ведутся работы по мониторингу сейсмической и геодинамической активности геологической среды разрабатываемых месторождений полезных ископаемых. Сейсмический мониторинг предполагает создание в районе недропользования сети стационарных и передвижных сейсмических станций с уплотнением сети на выявленных геодинамически и сейсмически опасных участках. Геодинамический мониторинг предполагает высокоточные периодические наблюдения за движением земной поверхности над выработками, бортов и уступов карьеров и др. и в их окрестностях. Геодинамический мониторинг позволяет лишь фиксировать факты проявления опасных геодинамических процессов на поверхности, а сейсмологический мониторинг позволяет в непрерывном режиме выявлять зоны и участки недр, в которых происходит накопление напряжений. На основе комплексного мониторинга сейсмической активности недр и движений земной поверхности обеспечивается возможность прогнозирования опасных геодинамических явлений и снижения риска техногенных и природно-техногенных катастроф.

ФГБУН Оренбургский федеральный исследовательский центр УрО РАН совместно с ГУ МЧС России по Оренбургской области ведет мониторинг сейсмической и геодинамической активности в западной части Оренбургской области с 2005 г. На этой территории уверенно регистрируются сейсмические события с магнитудой Ml>2.0. Для уточнения параметров регистрируемых сейсмических событий используются данные сейсмических станций в Башкортостане и в Пермском крае. Мониторинг сейсмической активности в западном Оренбуржье позволил получить большой объем фактического материала о его геодинамике. Анализ данных позволил сделать вывод о значительном техногенном влиянии на сейсмическую активность недр региона. В районах эксплуатируемых месторождений углеводородов плотность выделившейся сейсмической энергии в три и более раз выше, чем в районах не подверженных техногенному воздействию [1], [4], [5]. На рис. 1 показаны регистрационные возможности существующей сети сейсмических станций.

В Оренбургском федеральном исследовательском центре УрО РАН вызывает обеспокоенность ситуация, сложившаяся на карьерах и шахтах Гайского ГОКа в связи с регистрацией оседаний земной поверхности достигающих 50 см в год [6] и множества сейсмических событий в районе разрабатываемого месторождения с магнитудами M_L 1.5-2.9. Указанные сейсмические события зарегистрированы станциями Оренбургского научного центра Уральского отделения РАН и Казахстанской сейсмологической сети, расположенными на большом расстоянии от района Гайского месторождения. Это не позволяет определять источник сейсмических событий, определять их природу (горный удар, тектоническое событие, взрыв и пр.), выявлять напряженные зоны в массивах горных пород и т.п.

 

Рис. 1 – Регистрационные возможности сети сейсмических станций в западном Оренбуржье

 

Только в октябре 2019 года Казахстанский национальный центр данных зафиксировал более 10 событий, которые произошли на территории восточной части Оренбургской области с магнитудой от 1,5 до 3,2. На рис. 2 отмечены события с магнитудой большее двух единиц, произошедшие с 2016 года.

Используя общеизвестные методы оценки сейсмического режима для природных и техногенных сейсмических событий, зарегистрированных в восточной части Оренбургской области сейсмостанциями, принадлежащими казахстанским коллегам составлено распределение сейсмических событий в зависимости от магнитуды, которое представлено в табл. 1.

 

Таблица 1 – Распределение сейсмических событий в восточной части Оренбургской области в зависимости от их магнитуды

Диапазон магнитуд, Mb	(0; 2)	(2; 2,5)	(2,5; 3)	(3; 3,5)	(3.5; +∞)
Количество сейсмических событий, N	220	529	153	12	2
Логарифм числа сейсмических событий, lnN	5,4	6,27	5,03	2,49	0,69

 

Рис. 2 – Расположение сейсмических событий на карте Оренбургской области, зарегистрированных Казахстанским национальным центром данных за 2019 г.

 

По данным представленным в таблице построен график повторяемости сейсмических событий за период с 2016г. по настоящее время (рис. 3).

Рис. 3 – График повторяемости сейсмических событий в восточной части Оренбургской области

Выделяя линейный участок, получаем следующую зависимость логарифма числа сейсмических событий от магнитуды:

Полученный результат можно интерпретировать следующим образом. Для природных и техногенных землетрясений, зарегистрированных на рассматриваемой территории, наблюдается отклонение от прямой, отражающей линейную взаимосвязь между магнитудой и числом событий (рисунок) в области слабых сейсмических событий с магнитудой менее 2.

Коэффициент наклона графика повторяемости, который является одним из основных показателей сейсмического режима, имеет абсолютное значение b=1,67, значительно превышающее обычную для естественной сейсмичности величину b=0,75, что характерно для техногенной и техногенно-индуцированной сейсмичности. Следовательно, основным источником повышенной сейсмической активности недр в восточном Оренбуржье является техногенная нагрузка.

Для исследования аномально высокой сейсмической активности в Восточном Оренбуржье, выявления ее причин и источников, уровня опасности, разработки мер уменьшения сейсмичности и повышения защищенности конкретных объектов социума, промышленности и энергетики необходим сейсмологический мониторинг. Сейсмические станции Казахстанского национального центра расположены на расстоянии нескольких сотен километров от крупных городов и объектов промышленности и энергетики и не позволяют получать в достаточном объеме и точности информацию о сейсмической активности восточного Оренбуржья. Созданная отделом геоэкологии Оренбургского федерального исследовательского центра УрО РАН сейсмологическая сеть в западном Оренбуржье в связи с удаленностью и по геологическим условиям прохождения сейсмических волн через Уральские горы не может решить поставленные задачи. Для их решения необходимо создать сейсмологическую сеть из 3-4 сейсмических станций на территории сейсмической активности в Гайском и Новоорском районах и вблизи г. Орск и Гай, Ириклинской ГРЭС и Ириклинского водохранилища.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Gibowicz S.J. Seismicity induced by mining: Ten years later / J. Gibowicz, S. Lasocki // Adv. Geophys. – 2001 – № 44. – PP. 39–180.
2. Suckale J. Induced seismicity in hydrocarbon fields / J. Suckale // Adv Geophys. – 2009. – № 51. – PP. 55–106.
3. Tsviak A.V. Modern Technogenic Geodynamics of Platform Territories by Example of Southern Cis-Urals / A.V. Tsviak, M.Yu. Nesterenko, A.M. Nesterenko // Proceedings of the International Symposium “Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research” (ISEES 2018). – DOI:10.2991/isees-18.2018.100
4. Нестеренко М.Ю. Гидрогеологические процессы и их моделирование в районах добычи углеводородов на примере Южного Предуралья / М.Ю. Нестеренко, Ю.М. Нестеренко // Вест. ОГУ. – 2010. – № 9. – С. 122-127.
5. Нестеренко Ю.М. Сейсмичность в районах добычи углеводородов Южного Предуралья / Ю.М. Нестеренко, Нестеренко М.Ю., М.С. Карпюк // Проблемы анализа риска. – 2010. – Т. 7. – № 2. – С. 48-54.
6. Горбунов В.А., Кантемиров Ю.И. Результаты космического радарного мониторинга деформаций бортов и уступов карьеров ОАО «Гайский ГОК» и смещений земной поверхности и сооружений на промышленной площадке предприятия / В.А. Горбунов, Ю.И. Кантемиров // Геоматика. – 2013. – №2. – С. 70-76.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Gibowicz S.J. Seismicity induced by mining: Ten years later / J. Gibowicz, S. Lasocki // Adv. Geophys. – 2001 – № 44. – PP. 39–180.
2. Suckale J. Induced seismicity in hydrocarbon fields / J. Suckale // Adv Geophys. – 2009. – № 51. – PP. 55–106.
3. Tsviak A.V. Modern Technogenic Geodynamics of Platform Territories by Example of Southern Cis-Urals / A.V. Tsviak, M.Yu. Nesterenko, A.M. Nesterenko // Proceedings of the International Symposium “Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research” (ISEES 2018). – DOI:10.2991/isees-18.2018.100
4. Nesterenko M.Yu. Gidrogeologicheskie processy i ih modelirovanie v rajonah dobychi uglevodorodov na primere Juzhnogo Predural'ja [Hydrogeological processes and their modeking in areas of hydrocarbon production on the example of the southern Urals] / M.Ju. Nesterenko, Ju.M. Nesterenko // Vest. OGU. – 2010. – № 9. – P. 122-127. [in Russian]
5. Nesterenko Yu.M. Sejsmichnost' v rajonah dobychi uglevodorodov Juzhnogo Predural'ja [Seismicity in the areas of hydrocarbon production in the southern Urals] / Ju.M. Nesterenko, Nesterenko M.Ju., M.S. Karpjuk // Problemy analiza riska. – 2010. – V. 7. – № 2. – P. 48-54. [in Russian]
6. Gorbunov V.A., Kantemirov Ju.I. Rezul'taty kosmicheskogo radarnogo monitoringa deformacij bortov i ustupov kar'erov OAO «Gajskij GOK» i smeshhenij zemnoj poverhnosti i sooruzhenij na promyshlennoj ploshhadke predprijatija [Results of space radar monitoring of deformations of sides and ledges of open-pit mines of the “Gajskij GOK” company and displacements of the earth’s surface and structures on the industrial site of the enterprise] / V.A. Gorbunov, Ju.I. Kantemirov // Geomatika. – 2013. – №2. – P. 70-76. [in Russian]