Способ оценки максимально возможной магнитуды техногенного землетрясения в районах освоения недр и земной поверхности Российский патент 2024 года по МПК G01V1/00 G01V9/00 

Изобретение относится к области геофизики, а именно к сейсмологии, и может быть использовано при геомеханическом мониторинге территорий, на которых осуществляется воздействие на недра и земную поверхность. Изобретение предназначено для прогноза опасных геодинамических процессов и предотвращения геодинамических опасностей, вызванных деятельностью человека.

Известно, что максимально возможную магнитуду землетрясений оценивают на основании анализа геолого-геофизических данных и фактических данных по проявлению сейсмичности. Гораздо менее исследован вопрос об оценке максимально возможной магнитуды техногенных землетрясений.

Известен способ определения максимальной магнитуды землетрясения, основанный на анализе статистических данных по проявлению сейсмичности в изучаемом районе [Федеральный надзор России по ядерной и радиационной безопасности от 28 декабря 2001 г. N16, с 29]. Способ заключается в том, что в анализ вовлекаются данные об уже произошедших сейсмических событиях и максимальная магнитуда возможного землетрясения оценивается по сильнейшему из них.

Недостатком такого способа, основанном на принципе «где что было, там и будет», является то, что оценка максимальной магнитуды землетрясения дается без учета техногенного воздействия на массив.

Известен также способ прогнозирования координат и магнитуд землетрясений в сейсмоопасных зонах [RU 2168749, опубл. 28.02.2001], по которому выделяют сейсмоопасные узлы в точках пересечения линий, которые проводят на карте, соединяя последовательно по времени эпицентры землетрясений, удовлетворяющие условию MP>ML, далее определяют наличие и координаты расположения коровых разломов в том же районе, выбирают сейсмоопасные узлы, местоположение которых не совпадает с положением коровых разломов, и судят о большем значении магнитуд в сейсмоопасных зонах, соответствующих сейсмоопасным узлам, по сравнению с величинами магнитуд в сейсмоопасных зонах, соответствующих местоположению остальных узлов.

Недостатком способа является то, что оценка максимальной магнитуды землетрясения дается без учета техногенного воздействия на массив.

Известен способ прогнозирования тектонических землетрясений [RU 2660771, опубл. 09.07.2018], по которому магнитуда событий рассчитывается по эмпирической формуле по скорости накопления сейсмической энергии, определяемой при режимных площадных наблюдениях за деформациями земной коры или тесно связанных с ними другими геофизическими полями на сейсмоактивной территории через изменения объема формирующегося очага землетрясения, определяемого по значениям глубины гипоцентра h и радиуса зоны подготовки землетрясения Δmax для двух эпох или более, разделенных временным интервалом.

Недостаток этого способа заключается в том, что оценивается магнитуда текущего готовящегося землетрясения, а максимально возможная для данного района при техногенном воздействии остается неоцененной.

Известен способ определения максимальной магнитуды землетрясения, основанный на измерении и учете мощности сейсмоактивного слоя земной коры в изучаемом регионе. [Федеральный надзор России по ядерной и радиационной безопасности от 28 декабря 2001 г. N 16, с 29]. Оценку максимальной магнитуды землетрясения производят с учетом выявленной зависимости энергии землетрясения от размера сейсмического очага. За размеры очага сейсмического явления в известном способе принимают разницу между отметками кровли и подошвы сейсмоактивного слоя земной коры (мощность сейсмоактивного слоя).

Недостаток способа заключается в занижении оцениваемого значения максимальной магнитуды, поскольку сейсмоактивный слой составляет только часть слоя земной коры, находящегося в предельно напряженном состоянии и способного генерировать сейсмическую энергию

Наиболее близким к изобретению прототипом является способ определения максимально возможной магнитуды техногенного землетрясения, основанный на учете размеров активизированных геодинамических блоков [Тряпицын В.М., Шабаров А.Н. Современная тектоника и геодинамика Хибин // Авантитул. - Кострома. 2007. - 146 с]. Для оценки магнитуды М техногенного землетрясения проводят площадные наблюдения, выполняют регистрацию сейсмической активности, находят размеры области сейсмической активизации L, находят соответствующий по размерам активизированный блок площадью S, и по полученным значениям S на основе эмпирической зависимости, Mmax=lg(S)+4,1, определяют максимально возможную магнитуду Mmax техногенного землетрясения.

Недостаток способа заключается в трудности выбора геодинамического блока, который потенциально в будущем был бы активизирован в результате инженерной деятельности.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности оценки сейсмической опасности при техногенном воздействии на недра или земную поверхность.

Технический результат достигается следующим образом.

В способе оценки максимально возможной магнитуды техногенного землетрясения в районах инженерного освоения недр и земной поверхности проводят площадные наблюдения геофизических параметров, связанные с сейсмичностью этих районов, и определяют по полученным данным на основе эмпирической зависимости максимально возможную магнитуду Mmax техногенного землетрясения.

Отличие способа заключается в том, что в районе осуществляемого или планируемого освоения недр или земной поверхности по результатам регистрации сейсмичности определяют максимальную глубину Hmax гипоцентра возможного техногенного землетрясения, за которую принимают максимальную глубину гипоцентров зарегистрированных сейсмических явлений, после чего определяют максимально возможную магнитуду Mmax техногенного землетрясения по соотношению:

Hmax - максимальная глубина гипоцентра возможного техногенного землетрясения (см, м, км),

а и b - предварительно установленные эмпирические коэффициенты, величины которых зависят от районов площадных наблюдений (см, м, или км).

Для определения эмпирических коэффициентов а и b, в способе предварительно по результатам проведения площадных наблюдений геофизических параметров, включающих регистрацию деформаций земной коры или сейсмической активности, устанавливают эмпирическую зависимость магнитуды происходящих землетрясений М от размеров их очагов по соотношению:

L - размер очаговой зоны землетрясения (см, м, км),

а и b -устанавливаемые эмпирические коэффициенты.

Реализация предлагаемого способа основана на том, что земная кора находится в предельно напряженном состоянии под воздействием горизонтального сжатия от земной поверхности до некоторой глубины H_max, ниже которой породы находятся в упругом или пластичном состоянии. Поэтому инженерная деятельность человека является воздействием с поверхности непосредственно на зону предельно напряженного состояния, что может вызвать землетрясение с большой глубиной гипоцентра, зависящей от мощности слоя предельно напряженного состояния. Чем больше мощность слоя предельно напряженного состояния в земной коре, тем больше запасено в ней потенциальной энергии и тем сильнее может быть землетрясение, максимальные размеры очага которого будут определяться мощностью этого слоя.

Глубина Hmax изменяется от 0 до всей мощности земной коры в зависимости от геодинамического состояния массива, которое различно в географических регионах. В соответствии с этим и максимально возможная магнитуда техногенных землетрясений может быть разной в различных регионах. Признаками предельно напряженного состояния массива являются: сейсмичность, дискование керна скважин, заколобразование и шелушение обнаженных поверхностей, смещение элементов рельефа по разломам и другие.

При осуществлении изобретения для оценки максимально возможной магнитуды техногенного землетрясения в районах осуществляемого или планируемого инженерного освоения недр и земной поверхности проводят площадные наблюдения геофизических параметров, связанных с сейсмичностью этих районов.

По результатам регистрации сейсмичности определяют максимальную глубину Hmax гипоцентра возможного техногенного землетрясения, за которую принимают максимальную глубину гипоцентров зарегистрированных сейсмических явлений.

Затем находят или принимают предварительно установленную по результатам проведения площадных наблюдений геофизических параметров, включающих регистрацию деформаций земной коры или сейсмической активности, эмпирическую зависимость максимально возможной магнитуды землетрясения М от размера его очага по соотношению (2):

L - размер очаговой зоны землетрясения, размерность которого (см, м, или км), выбирают в соответствии с принятой методикой обработки данных для исследуемого района,

а и b -эмпирические коэффициенты.

После этого принимают L=2Hmax и определяют максимально возможную магнитуду Mmax техногенного землетрясения по соотношению (1):

Hmax - максимальная глубина гипоцентра возможного техногенного землетрясения, размерность которой (см, м, или км), принимают в соответствии с принятой методикой обработки данных для исследуемого района,

а и b - предварительно установленные эмпирические коэффициенты, величины которых зависят от геодинамических условий районов площадных наблюдений

Пример 1.

В Кузбассе в результате площадных геофизических исследований установлено проявление сейсмичности с максимальной магнитудой М=6. Для районов с таким геодинамическим состоянием известна эмпирическая зависимость размеров очага землетрясения L, см, от его магнитуды М

или

[Садовский М.А., Писаренко В.Ф., Штейнверг В В. О зависимости энергии землетрясения от объема сейсмического очага //Докл. АН СССР. 1983. Т. 271. №3.С. 598-602]:

Принимая L=2Hmax, максимальную магнитуду M_max возможного техногенного землетрясения оценивают по формуле:

Для района Бачатского (2013) техногенного землетрясения по данным регистрации сейсмичности принимаем H_max=4-6 км (4-6×10⁵см)

По формуле (5) получаем:

Поскольку магнитуда Бачатского техногенного землетрясения М=6,1, то делаем вывод, что произошедшее техногенное сейсмическое событие было максимально возможным в данном районе.

Пример 2.

В южной части Кузбасса, в районе г. Осинники в 2005 г. были установлены сейсмо-приемники, зарегистрированы десятки сейсмических событий и получены их записи в виде сейсмограмм. По анализу сейсмограмм оценена максимальная глубина гипоцентров - 5 км ((5×10⁵см) и максимальная магнитуда 2,7. На основании того, что для данного района максимальная глубина гипоцентров сейсмических событий равна 5 км, принимаем H_max=5 км=500000 см. По соотношениям (3) (4) зависимость магнитуды землетрясения М от размеров его очага L, см:

или

Далее, принимая L=2Hmax, максимальную магнитуду Mmax возможного техногенного землетрясения оценивают по формуле:

В соответствии с изобретением максимально возможная магнитуда техногенного землетрясения из соотношения (5) в этом районе составит:

Можно сделать вывод, что опасность техногенных землетрясений в данном районе недооценена: максимально зарегистрированная магнитуда составляет 2,7. а в соответствие с заявляемым способом максимально возможная магнитуда составляет 5,9, что необходимо учитывать при техногенном воздействии на недра или земную поверхность.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для оценки максимально возможной магнитуды техногенного землетрясения в районах освоения недр и земной поверхности. Сущность: в районе осуществляемого или планируемого освоения недр или земной поверхности по результатам регистрации сейсмичности определяют максимально возможную глубину гипоцентра техногенного землетрясения. Затем с использованием эмпирической зависимости определяют максимально возможную магнитуду техногенного землетрясения. Технический результат: повышение достоверности оценки максимально возможной магнитуды техногенного землетрясения в районах инженерного освоения недр и земной поверхности. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ оценки максимально возможной магнитуды техногенного землетрясения в районах инженерного освоения недр и земной поверхности, в котором проводят площадные наблюдения геофизических параметров, связанных с сейсмичностью этих районов, и определяют по полученным данным на основе эмпирической зависимости максимально возможную магнитуду M_max техногенного землетрясения, отличающийся тем, что в районе осуществляемого или планируемого освоения недр или земной поверхности по результатам регистрации сейсмичности определяют максимально возможную глубину H_max гипоцентра техногенного землетрясения, после чего определяют максимально возможную магнитуду M_max техногенного землетрясения по соотношению:

(1)

где H_max – максимально возможная глубина гипоцентра техногенного землетрясения (см, м, км),

а и b - предварительно установленные эмпирические коэффициенты, величины которых зависят от районов площадных наблюдений (см, м, км).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно по результатам проведения площадных наблюдений геофизических параметров, включающих регистрацию деформаций земной коры или сейсмической активности, устанавливают эмпирическую зависимость магнитуды происходящих землетрясений М от размеров их очагов по соотношению:

(2)

где L - размер очаговой зоны землетрясения (см, м, км),

а и b – предварительно установленные эмпирические коэффициенты, величины которых зависят от районов площадных наблюдений (см, м, км).