An Evaluation of Seismotectonic Activity along the Primorye Oil Pipeline Route
An Evaluation of Seismotectonic Activity along the Primorye Oil Pipeline Route
Abstract
Tectonic faults and seismic activity in Primorsky Krai along the route of the East Siberia – Pacific Ocean oil pipeline have been studied. Areas of young disjuncture dislocations in the form of a system or single trenches are marked. Information is given on the main tectonic faults and earthquakes in the Hankai and Partizansky subzones and the reasons for their occurrence over the last 100 years. Therefore, the main objective of this work is to evaluate present-day seismic and tectonic activity in the region, in particular at sections of the ESPO pipeline route. It concludes with recommendations for a detailed study of geodynamics and changes in the physical properties of rocks in areas of tectonic disturbances.
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.