Научная статья на тему 'Исследование цикличных короткопериодных геодинамических деформаций территорий при выборе площадок под строительство атомных станций'

Исследование цикличных короткопериодных геодинамических деформаций территорий при выборе площадок под строительство атомных станций Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
190
60
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ / МАССИВ ГОРНЫХ ПОРОД / КРИПОВОЕ ДВИЖЕНИЕ / КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Коновалова Ю. П.

В статье представлены исследования современных цикличных короткопериодных движений. Изложена методика их определения, описано применение данной методики при выборе площадки для строительства сооружений Южно-Уральской атомной станции.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Коновалова Ю. П.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследование цикличных короткопериодных геодинамических деформаций территорий при выборе площадок под строительство атомных станций»

УДК 528.48: 622.83]:621.049 Ю.П. Коновалова

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИКЛИЧНЫХ КОРОТКОПЕРИОДНЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ ТЕРРИТОРИЙ ПРИ ВЫБОРЕ ПЛОЩАДОК ПОД СТРОИТЕЛЬСТВО АТОМНЫХ СТАНЦИЙ

В статье представлены исследования современных цикличных короткопериодных движений. Изложена методика их определения, описано применение данной методики при выборе площадки для строительства сооружений Южно-Уральской атомной станции.

Ключевые слова: геодинамическое движение, массив горных пород, криповое движение, квазипериодическое движение.

Семинар № 12

Лолученные в последнее время с помощью новейших технологий, в частности спутниковой геодезии, данные свидетельствуют о повсеместной распространенности геодинамических движений, которые испытывает массив горных пород и его земная поверхность. Накопленный на сегодняшний день опыт позволяет подразделить эти движения на два больших класса - трендовые и короткопериодные. Под трендовыми понимаются такие современные движения земной коры, которые имеют на протяжении длительного промежутка времени относительно постоянную скорость и направление. Такой вид движений обычно привязан к структурным нарушениям различных рангов. Второй класс - цикличные короткопериодные движения имеют полигармонический цикличный характер с продолжительностью циклов гармоник от нескольких секунд до нескольких часов, концентрируются вблизи тектонических нарушений и в зонах самих нарушений. Амплитуды таких движений в некоторых случаях превосходят величины трендовых подвижек. Таким образом, массив гор-

ных пород находится в непрерывном движении, и данный процесс является одной из распространенных причин аварий и разрушений инженерных объектов, таких как здания и сооружения сложной конструкции, нефте- и газопроводы, транспортные магистрали. Такие ситуации происходят под воздействием движений вследствие возникновения деформаций, превышающих предельные значения, через проявления усталостных эффектов в конструкциях и материалах, а так же изменений прочностных свойств грунтов, находящихся в основаниях объектов.

Особую роль учет геодинамических движений играет в обеспечении безопасности особо ответственных объектов, например АЭС, на всех стадиях их существования. На сегодняшний день нет разработанной комплексной методики геоди-намической диагностики массива при выборе площадок для строительства АЭС, максимально учитывающей сложность явлений, происходящих в массиве, и пригодной для массовой реализации при инженерных изысканиях. Методики исследований территорий под строительство атомных станций, проведенные в послед-

ние десятилетия, были направлены на выявление лишь трендовых современных геодинамических движений, причем не учитывали их в качестве фактора внешнего воздействия, влияющего на устойчивость АЭС. Цикличные короткопериодные движения вообще не брались в рассмотрение. Тем не менее, в Своде правил СП 11-104-97 изложен регламент инженерно - геодезических изысканий для строительства особо сложных и уникальных сооружений (I и II уровня ответственности, включая АЭС) по определению движений земной поверхности в районах развития современных разрывных тектонических смещений (РТС). На основе геодезических наблюдений согласно СП должны быть определены и выявлены скорость РТС и ориентировка смещений, и по результатам комплекса наблюдений должен быть составлен прогноз развития этих смещений.

По ориентировке и скорости РТС в данном нормативном документе подразделяются на: криповые движения с постоянным знаком и примерно постоянной скоростью; квазипериодические движения с периодом до одного года и более; кратковременные импульсные подвижки с возвращением во многих случаях в первоначальное (или близкое к нему) положение за период от нескольких часов до одного и более месяцев; мгновенные сейсмо-генные. Таким образом, СП рекомендуется изучение всего спектра современных геодинамических от длиннопериодных трендовых до цикличных короткопериодных.

За последние десять лет коллективом ИГД УрО РАН накоплен опыт в изучении параметров современных трендовых и цикличных короткопериодных современных движений земной коры. Разработана комплексная методика по диагностике геодинамической активности массива горных пород, включающая инженерно-

геодезические и инженерно-геофизические изыскания, позволяющая оценить параметры деформаций, вызванных геоди-намическими движениями, выявить закономерности их распределения по территории и на основе критериев безопасности, указанных в соответствующих нормативных документах, осуществить выбор площадок для безопасного размещения объектов недропользования.

В 2008 году разработанная методика была применена при выборе площадки сооружения Южно-Уральс-кой АЭС. В ходе работы были определены параметры трендовых геодинамических движений за прошедшие 40 лет в районе строительства АЭС размером 110x130 км, позволившие выявить аномальные зоны, не удовлетворяющие требованиям нормативных документов, проведена диагностика цикличных короткопериодных геодинамических движений на выбранном пункте строительства размером 6x7 км с целью выделения на нем приоритетных площадок, проведено изучение структурных особенностей массива геофизическими методами на глубину 100—150 м.

Выявление цикличных короткопериодных геодинамических движений на исследуемых участках района строительства осуществляется методом непрерывного мониторинга комплексами спутниковой геодезии. Непрерывный мониторинг - это длительные (от нескольких часов до нескольких суток) инструментальные наблюдения за изменением пространственных координат реперов мониторинговой сети. Интервал между дискретными измерениями может составлять от нескольких секунд до нескольких десятков минут. Реализация непрерывного мониторинга комплексами спутниковой геодезии обеспечивает получение всех трех координат точки стояния прибора в заданный момент времени. При одновременном использовании нескольких приборов полу-

Рис. 1. Расположение спутниковых приемников при определении цикличных короткопериодных геодинамических движений (В1, В2, В3, В4 - соответствующие серии наблюдений)

чаем пространственное смещение точек, на которых стоят приборы, друг относительно друга с любым заданным временным интервалом (от нескольких десятков минут до нескольких часов). Точность измерения смещений между точками составляет 5 мм. Такую точность обеспечивает дифференциальная технология спутниковой геодезии GPS, при которой два или более одновременно работающих приемника, установленных на концах измеряемых отрезков, позволяют определить величину ионосферной поправки, за счет которой и достигается указанная точность. Основное условие работы в дифференциальном режиме - обеспечение одновременного приема сигналов от одних и тех же спутников обоими приемниками. Обеспечение высокой точности определения смещений достигается за счет особенно тщательного планирования времени наблюдений, т. к. должен обеспечи-

ваться одновременный прием по меньшей мере от семи спутников. Фирменные программы планирования спутниковых измерений позволяют заранее оценить не только количество видимых спутников, но и их расположение, маску угла возвышения, значение коэффициента ослабления точности РЭОР. Эпоха накопления данных от спутников составляет 2 секунды.

Так на исследуемом участке, выбранном приоритетным по различным не гео-динамическим факторам, было проведено четыре серии наблюдений - В1, В2, В3, В4-, образующих сеть, равномерно покрывающую всю территорию. В первых двух сериях непрерывный мониторинг велся шестью приемниками, образуя 15 векторов в каждой из серий, во вторых -семью приемниками, образуя 21 вектор. Схема расположения приемников по сериям представлена на рис. 1.

Рис. 2. Распределение максимальных цикличных горизонтальных деформаций «растяжение -сжатие», £1-10-3

Рис. 3. Распределение минимальных цикличных горизонтальных деформаций «растяжение -сжатие», £2-10-3

Длины векторов в сериях находились в тельность наблюдений в каждой серии, диапазоне от 700 м до 3900 м. Продолжи- обусловленная наилучшим временем

приема спутниковых сигналов, составила 4 часа.

Камеральная обработка полевых наблюдений по реперам за короткопериодными геодинамическими движениями выполняется с применением программного обеспечения фирмы Trimble Navigation Ltd. Обработка данных осуществляется в два этапа. На первом этапе файлы данных определенным образом преобразуются в файлы с дискретными измерениями. Затем преобразованные файлы обрабатываются в модуле обработки базовых линий. В результате получаются векторы между точками, на которых производились непрерывные наблюдения, и их компоненты (компоненты север-юг, запад - восток, превышения) через фиксированный интервал времени. В данном случае был выбран 15-ти минутный интервал дискретизации, при котором фиксируются циклы, оказывающие наибольшее воздействие на объекты, - от получаса и более. Качество получаемых векторов оценивается путем вычисления невязок по замкнутому периметру. Если величины компонент векторов в ходе наблюдения имеют с течением времени изменения, превышающие точность их определения, то становится возможным определить величины смещений интервалов между точками в горизонтальной и вертикальной плоскостях, построить графики изменения этих величин.

В первых двух сериях в горизонтальной плоскости наблюдается преобладание смещений меридианального направления, максимальные амплитуды которых составили 25-28 мм. Максимальные амплитуды смещений в широтном направлении находятся в пределах 8-14 мм. Вертикальные амплитуды составили 27 мм в первой серии и 39 мм во второй.

Наибольшие амплитуды смещений были получены в третьей серии наблюдений, выполненной в юго-восточной части участка, и составили 50 мм в меридиа-

нальном направлении. Минимальные движения наблюдались в четвертой серии, охватывающей севро-восточную часть участка, где максимальные зафиксированные амплитуды меридианальных смещений составили 16-18 мм, широтных - 68 мм, а вертикальных - 23-25 мм.

Полученные максимальные амплитуды горизонтальных и вертикальных смещений при помощи алгоритмов, используемых в механике сплошных сред, были переведены в деформационные поля, поскольку в нормативных документах в качестве критериев безопасности по фактору геодинамической активности выступают деформационные параметры - горизонтальные деформации и наклон (крен). Так СП 11-104-97 устанавливает следующие предельно допустимые деформации в основании объектов массового строительства - относительное горизонтальное сжатие или растяжение - 1 мм/м, наклон (крен) - 3 мм/м, а предельно допустимый крен в основании реакторных отделов АЭС - 0,001, а при особых воздействиях -

0,003 [1].

Распределение главных линейных деформаций «растяжение - сжатие» е1 и е2 представлено на рис. 2 и 3. Максимальные линейные деформации все растягивающие. Наибольшее зафиксированное значение в треугольнике В25-В32-В33 составляет 3,3-10-3. Минимальные деформации в основном сжимающие, их наибольшее значение в этом же треугольнике составляет 2,1-10-3.

Наклон определяется по разности максимальных превышений между точками, ограничивающими векторы. Распределение наклонов на участке представлено на рис. 4. Максимальное значение наклонов составило 0,03-10-3.

Таким образом, исходя из проведенных исследований короткопериодных деформаций на выбранном участке, можно сделать заключение, что западная его часть по геодинамическому фактору явля-

Рис. 4. Распределение наклонов, і'10-3

ется вполне пригодной для строительства сооружений АЭС. Возможно выделение двух равноценных площадок - на северо-западе и юго-западе участка, разграниченных тектоническим нарушением, имеющим субширотную направленность. Восточная же часть участка, сложенная карбонатными породами, непригодна для строительства АЭС, поскольку там выявлена зона, где деформации в 2-3 раза превышают допустимые значения. К тому же

данная область является зоной потенциальной опасности карстопроявлений.

На следующем этапе выбранные площадки строительства должны быть детально исследованы на меньших базах с целью выбора конкретных мест расположения основных объектов станции. Исследования должны быть продолжены в режиме мониторинга за геодинамически-ми движениями на время проектирования, строительства и эксплуатации АЭС.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства. - М., 1997.

Коротко об авторе ________________________________________________________

Коновалова Ю.П. — младший научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург, е-таіі: ^иІ@таії. ги

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.