CC BY
61
© В.В. Жланович, В.В. Кравцов,
А.И. Никонов, Ю.О. Кузьмин, 2002
УЛК 622.831
В.В. Жланович, В.В. Кравцов, А.И. Никонов,
Ю.О. Кузьмин
ОЦЕНКА ГЕОЛИНАМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ И ГЕОЛИНАМИЧЕСКОГО РИСКА АНАЛЫРСКОЙ ТРУБОПРОВОЛНОЙ СИСТЕМЫ
Один из наиболее существенных видов техногенного воздействия на недра связан с освоением их углеводородных ресурсов. Функционирование нефтегазового комплекса уже приводило к известным негативным экологическим последствиям: в атмосфере к выбросам загрязняющих веществ, на поверхности земли к нарушению и загрязнению земель при строительстве объектов нефтегазодобычи, сбросам в поверхностные и подземные воды при аварийных разливах нефти и нефтепродуктов, захоронении отходов бурения и переработке сырья. Большое внимание и принимаемые в последние годы жесткие требования к охране окружающей среды в районах добычи, переработки и транспортировки углеводородного сырья позволили, в определенной мере, снизить вредное влияние на окружающую среду.
Значительно меньше внимания уделялось процессам, которые происходят в недрах в связи с их освоением. Однако в последние десятилетия получены надежные факты, которые показывают, что роль и масштабы проявления этих процессов явно недооценивались при решении проблем обеспечения промышленной и экологической безопасности приро дно-технических систем нефтегазового комплекса (Кузьмин, 1989, 1996). К таким событиям относятся, в первую очередь, проявления современного аномального геодинами-ческого состояния недр в форме суперинтенсивных деформаций (СД) в зонах асейсмичных разломов (Кузьмин, 1989, 1996, 1999. 2000).
Аномальные геодинамические события природного генезиса надежно зарегистрированы в нефтегазоносных регионах и на отдельных месторождениях УВ, расположенных на обширных платформен-
ных территориях, что радикально меняет представления о современной геодинамике недр этих территорий. Следовательно, природнотехнические системы (ПТС) нефтегазового комплекса (месторождения, скважины, объекты обустройства, нефте- и газопроводы и др.) в период их длительного функционирования находятся в обстановке постоянного, активного воздействия на них природных деструктивных геодинамических процессов (Кузьмин, 2001).
Однако в настоящее время имеется ряд причин, которые, являясь общими для нефтегазового комплекса, не позволяли в должной мере оценить практическую важность решения этой проблемы как на федеральном, так и на отраслевом уровне. Основные причины состояли в следующем:
• недооценивалась роль современной геодинамической активности разломных зон платформенных регионов, которые считались стабильными образованиями.;
• случаи сильных (катастрофических) геодинамических событий на объектах нефтегазового комплекса относились к случайным явлениям, которые имеют ограниченное распространение;
• федеральные органы, ведомства, администрации регионов, руководство предприятий, компаний и фирм не обладали объективной информацией о практической значимости решения проблемы;
• возможности фундаментальной и прикладной науки не в полной мере влияли на решение проблемы, главным образом, в части объяснения причин возникновения геодинамических явлений в районах ПТС нефтегазового комплекса и их связей с геоэкологическими;
• отсутствовала нормативноправовая база на оценку современного геодинамического состояния
недр в районах функционирования ПТС нефтегазового комплекса с обоснованием допустимых уровней геодинамических событий, обеспечивающих устойчивость ПТС и защищенность связанных с ними экосистем.
В этой связи крайне актуальной, как с практической, точки зрения, так и с целью создания позитивных прецедентов, является проведение работ по комплексной оценке геодинамического риска трассы Анадырской трубопроводной системы.
Данная статья представляет собой результат последовательного анализа дистанционной и геоло-го-геофизической информации с последующим выявлением геодинамически активных разломных зон (областей повышенной трещиноватости) различного типа и порядка. Отсутствие данных о повторных геодезических измерениях были компенсированы наличием обширного аналитического обобщения о негативных геодинамических последствиях разработки месторождений УВ и сведениями о базовых пространственно-временных характеристиках современной деформационной активности разломных зон нефтегазоносных регионов.
Широко используя метод аналогий, авторами обосновываются критерии геодинамического районирования трассы Анадырской трубопроводной системы по степени геодинамического риска. Приводится детальное истолкование понятий “геодинамическая опасность” и “геодинамический риск”. В качестве итоговой практической реализации представлены схема районирования трассы по степени геодинамической опасности в масштабе 1:200000 и карта-светофор геодинамического риска трубопроводной системы в масштабе 1:100000. Для решения задач прогнозирования уровня современной геодинамической активизации недр, предложены варианты постановки геодинамического мониторинга трассы и ее объектов в реальном масштабе времени.
Роль дизъюнктивной тектоники при формировании и переформировании залежей нефти и газа отражена в серии работ рядом авторов (Ф.Г. Гурари, К.М. Микуленко, В.С. Старосельцев, В.С. Сурков, Э.Э. Фотиади, А.А. Трофимук и др.). Характерными особенностями тектонических нарушений, проявляющихся в осадочном чехле, на-
пример, Западной Сибири являются их небольшие вертикальные составляющие (от 5 до 15-20 м, редко 50-90 м), а также преобладающие С-В, С-З, меридиональное, реже широтное направления их простираний. Существующие представления о генезисе и истории формирования нефтегазовых месторождений в сочетании с указанными выше методами получения информации отвечают в большей степени пликативным физико-геологичес-ким моделям, не учитывающим зоны тектонических нарушений разного порядка, что при разработке месторождений отрицательно сказывается на характере обводненности продуктивных пластов, неконтролируемости перераспределения закачиваемых объемов воды в пласт, а также экологических и экономических последствиях, связанных с авариями скважин, трубопроводов и т.п., расположенных в этих зонах (Кравцов, Никонов, 1996а). В этой связи опора на аэрокосмические методы, обеспечивающие значительный прирост необходимой информации о делимости земной коры в комплексе с традиционными методами позволяет создавать модели качественно нового содержания (Кравцов, Никонов, 1996б), учитывающие в конечном итоге фактор эколого-геодинамического риска.
Исследования авторов, проводившиеся на месторождениях Западной Сибири (Самотлорское, Федоровское, Ямбургское, Заполярное и др.), в Прикаспийском регионе (Оренбургское, Астраханское), на подземных газохранилищах центральных районов России и на территориях ряда зарубежных стран (Кувейт, Саудовская Аравия, Восточная Африка и др.) с целью выявления неоднородного строения геологического разреза на основе аэрокосмических в комплексе с традиционными геолого-геофи-зическими методами показали, что структурные особенности изученных объектов выражаются в виде слоисто- блокового иерархически соподчиненного строения. Горизонтальный характер геологических объектов связан со сменой тектонических режимов и фаци-альной изменчивостью пород, обусловленных изменением преобладающих ориентировок ортогональных систем дизъюнктивных нарушений на диагональные и наоборот. Вертикальные границы ото-
ждествляются с разноранговыми зонами разломов (региональных и локальных), дешифрирующихся на аэрокосмических снимках как системы регулярных линеаментов определенного ранга и направления. Эти пограничные геологические объекты, обеспечивающие дискретность геологической среды (зоны, разделяющие блоки), представляют собой наиболее опасные участки, в пределах которых оказывается аномальное воздействие как в сторону интенсификации природных (эндогенных и экзогенных) процессов, так и снижения устойчивости геотехнических систем.
Проводимые исследования по оценке геодинамической опасности и геодинамического риска трассы трубопроводов базируются на современных геофизических и геодинамических представлениях о дискретном строении геологической среды (И.И. Чебаненко, 1963; С.С. Щульц, 1964; Г.Н. Каттерфельд, Г.В. Чарушин, 1970; М.А. Садовский, 1989 и др.) и механизмах ее формирования (Н.В. Чигарев, 1980; В.Н. Николаевский, В.И. Шаров, 1985, Ю.О. Кузьмин, 1986).
Имеющийся опыт работ по оценке воздействия объектов нефтегазового комплекса (площадные и линейные сооружения) на окружающую среду с позиций современной геодинамики позволяет говорить о влиянии зон повышенной трещиноватости (разломов) на разрабатываемые месторождения. Длительность этого влияния сравнима с временем эксплуатации объектов. С этих позиций необходим пересмотр представлений на формирование геологических
структур и, как следствие, построение новых геологических моделей (Кравцов, Никонов, Юрова, 2000), существенно отличающихся от традиционных (пликативных).
Как известно, построение физико-геологических моделей нефтегазовых объектов основывается на инструментальных и точечных методах (литологических, стратиграфических, петрофизических, геохимических, геотермических, геофизических и др.) в комплексе с сейсмическими - 2Э и 3Э, позволяющими проводить интерпретацию полученных данных в пространстве. При этом в большинстве случаев сейсморазведка не позволяет выделять малоамплитудные дизъюнктивные нарушения в осадочном чехле из-за слабой разрешающей способности метода (до
100м - региональная, до 20м - локальная) и сложности интерпретации полученного сигнала при различных начальных (поверхностных) условиях и фазовых состояниях геологической среды. При бурении эксплутационных и нагнетательных скважин отбор керна ведется только в интервале продуктивных комплексов пород (верхняя часть разреза остается слабоизученной), а скважной геофизикой не фиксируются сдвиговые деформации с малыми амплитудами. По сейсмическим данным зоны повышенной трещиноватости (флюидопроводности) проявляются в виде полос “размытого” сигнала и имеют различную ширину от 100-200м до 700-1500 м, а при построении границ водонефтяных контактов по скважинам часто обнаруживается их наклонный характер в этих зонах, что позволяет интерпретировать их по комплексу методов как флексур-ные или флексурно-разрывные нарушения.
Рассматривая с учетом имеющегося опыта структуру и генезис формирования Анадырской впадины и прилегающих к ней территорий вулканического пояса на севере, складчатых сооружений на западе, складчато-глыбовых и складчато-покровных на юге в представлениях разных авторов (Ковалева, 1987; Агапитов, 1988; Трубина, 1989; Воронов и др., 1997 и др.) к основным механизмам формирования впадины можно отнести сдви-гово-надвиговую тектонику, предопределившую строение ее структурных комплексов. Как считают многие исследователи, в результате деструкции континентальной коры в зоне перехода (океан-континент) кайнозойский рифто-генез явился продолжением мелового растяжения коры Тихоокеанской окраины Азии, что вначале обусловило формирование Восточно-Азиатского и других вулка-но-плутонических поясов, а затем создание условий для развития рифтов с образованием континентальных депрессий и окраинных морей . Так, на территории Анадырской впадины в процессе локального растяжения под действием региональных сдвиговых деформаций северо-восточного направления, была сформирована рифтовая структура, ограниченная зонами глубинных разломов диагонального простирания (Воронов и др., 1997). В процессе развития (начало - поздний мел, окончание -
эоцен-олигоцен) рифт компенсировался, главным образом, вулканогенными образованиями, а в неогене заполнялся, преимущественно, терригенными отложениями, часто угленосными и нефтеносными. На начальных этапах линейные структуры растяжения, простираясь в северо-западном направлении ориентировались перпендикулярно к системе северо-восточных сдвигов. При этом их развитие в меловое время выполняло функцию магмоконтролирующих структур, а в кайнозойское - осуществлялся контроль депрессий, имеющих линейную морфологию.
Ослабление рифтогенеза привело к формированию пологосклоновых депрессий, что отразилось на постепенном затухании сдвиговых смещений. Заключительные процессы формирования впадин практически полностью уничтожили признаки сдвиговой природы (Воронов и др., 1997, с.480). Особенностью таких наложенных депрессий является накопление осадочных толщ на различных по составу и времени формирования консолидированных участках континентальной коры, компенсированных главным образом отложениями, имеющими большую мощность (до 5-6 км). Аккреционный тип сдвиговых дислокаций, закончившийся на границе позднего мела и палеоцен-эоцена привел к образованию складок с горизонтальными и вертикальными шарнирами и развитием чешуйчато-надвиговых структур (по Воронову П. С. и др.)
Однако нельзя забывать, что в развитии рифтовых зон как древних (рифейских), так и молодых (палеоген-четвертичных) существует ряд общих признаков и процессов, отражающих специфику их внутреннего строения. К ним отно-сятся(по материалам Шахновского И.М., 1988):
• проявление вертикальных движений, приводящих к чередованию резко опущенных и приподнятых блоков с большими амплитудами (от 1 км до 4-6 км) и характерным ступенчатым строением на стадии активизации рифтогенеза;
• формирование эффузивноосадочных толщ на стадии активного рифтогенеза как в самих рифтах, так и в меньшей степени в пределах разделяющих их меж-рифтовых зон;
• формирование пострифто-вых наложенных синеклиз при по-
следующем остывании вещества верхней мантии и общем опускании земной поверхности;
• формирование инверсионных поднятий в пострифтовом комплексе при охлаждении асте-нолита, приводящего к сжатию па-леорифтовой зоны и перераспределению напряжений в ее основании благодаря накоплению большой мощности осадков.
Из этого следует, что на разных этапах развития рифтовых зон преобладающими являются вертикальные смещения блоков фундамента и, что на пострифтовой стадии возникающие вертикальные инверсионные движения этих блоков формируют различного рода положительные (валы, выступы, поднятия, в том числе и локальные) и отрицательные (мульды, прогибы) структуры. Таким образом, в структурно-тектонической модели развития Анадырской впадины необходимо учитывать как горизонтальные движения проявлявшиеся вплоть до олигоцена, так и вертикальные, проявившиеся в пострифтовом комплексе. Вертикальные движения блоков фундамента должны были привести к деформации осадочного чехла впадины, что отразилось на формировании трещин различного ранга и генезиса.
Применение разномасштабных космических снимков и топографических карт, отдешифрирован-ных на основе системно-сопряженного анализа этих и традиционных геолого-геофизических материалов, позволяет решать задачи выявления разноранговых геологических объектов и их границ с учетом физико-геологических закономерностей развития территории (рис. 1). Такой подход базируется на представлении о слоисто-блоковом характере геологической среды и дает новую дополнительную информацию об анизотропии ее свойств (Кравцов, Никонов, 1996аб).
Результатом структурного дешифрирования разномасштабных дистанционных материалов является карта, на которой выделены участки пересечения трассы трубопроводов линеаментами и их зонами, отождествляемых с зонами трещиноватости осадочного чехла и активными разломами фундамента, имеющих иерархию в размерах и проявляющихся в определенных направлениях. Основными направлениями отвечающими современным нарушениям являются
северо-восточные и широтные простирания линеаментов, отраженные в дешифровочных признаках. Не менее важными, по нашему мнению, являются линеаменты северо-западного и меридианального простирания, которые отражают структуру основных элементов фундамента и являются долгоживущими (периодически подновляющимися). Работы, по оценке влияния современных геодинамических процессов на природнотехногенные системы линейных и площадных сооружений, проводившиеся в различных регионах показали, что наиболее опасными (активными) являются зоны повышенной трещиноватости, имеющие размеры от 1,5 км до 0,1 км. На аэрокосмических снимках и материалах инженерно-геологических изысканий рассматриваемой территории к этим участкам приурочены геокриологические процессы и явления выраженные термоэрозией и термоабразией, термокарстом, динамикой старых (спущенных и промерзающих) и молодых хасыреев и т.п., что подчеркивает активность этих зон на современном этапе.
С целью выявления зон структурной неоднородности было проведено обобщение геолого-геофи-зических данных территории и ее тектонического строения, что позволило в дальнейшем на основе материалов топографических карт масштаба 1:10 000 000, 1:2 500 000, 1:1 000 000, 1:200 000, 1:100
000, 1:25 000 и разномасштабных космических снимков определиться с иерархией блоков и разделяющих их зон. Отличительной чертой используемой методики структурного дешифрирования космических снимков и топографических карт является выявление не отдельных, взаимонезависимых и хаотично распределенных линеаментов, а свойственных изучаемому региону закономерно упорядоченных ранжированных систем структурных линий (вложенных друг в друга решеток взаимно перпендикулярных одноранговых линеаментов), отражающих генетически единое и иерархически организованное распределение полей напряжений и отображающихся в деформациях горизонтов осадочного чехла и фундамента (Кравцов
В.В, Никонов А.И., 19966). Под линеаментами авторы понимают системы прямолинейных элементов структуры современного ландшафта, определенным образом органи-
Рис. 1. Схема сопоставления тектонического строения Анадырской впадины с результатами линеаментного анализа МДЗ обзорного уровня генерализации. Системы линеаментов, отождествляемые с зонами разломов в осадочном чехле и структуре фундамента: 1 - ортогональная система линеаментов: а) 11го порядка; б) 111-го порядка; в) 1У-го порядка; 2 - диагональная система линеаментов: г) II го порядка; д) 1У-го порядка
Условные обозначения к схеме тектонического районирования (поданным СибНАЦ)
1 - граница Анадырской впадины со структурами горно-
складчатого обрамления; 2 - положительные структурные элементы 11-го порядка (выступы, поднятия) и их номера на схеме и в списке; 3 - отрицательные структурные элементы 11-го порядка (прогибы, мульды) и их номера на схеме и в списке; 4 - локальные поднятия, выявленные сейсморазведочными работами; 5 - надвиг палеогеновых и докайнозойских образований на Майницкий неогеновый прогиб; 6 - кайнозойские впадины, наложенные на структуры северо-восточного обрамления Анадырской впадины (а - Во-лмихинская, б - Казачинская); 7 - структурные элементы горноскладчатого обрамления, условные границы между ними и номера на схеме и в списке; 8 - оси антиклинальных зон на западном обрамлении впадины, выявленные сейсморазведкой; 9 - наиболее крупные разрывные нарушения, установленные в Анадырской впадине; 10 - южный борт Майницкого прогиба под палеогеновым аллохтоном; 11 - участок с невыясненным (спорным) геологическим строением.
Список структур II порядка в Анадырской впадине:
1 - Мелкореченский структурный нос; 2 - Западно-Канчаланская мульда; 3 - Восточно-Канчаланская мульда; 4 - Малая Великоре-ченская мульда; 5 - Онемвисхий выступ; 6 -Александровский выступ (поднятие); 7 - Большая Великореченская мульда; 8 - Соболь-ковский структурный нос; 9 - Центральный (Кыргопыпьгинский) прогиб; 10 - Трехреченское поднятие; 11 - Тымнинский выступ (поднятие); 12 - Листопадная мульда; 13 - Усть-Чирынайский выступ (поднятие); 14 - Рябиновская мульда (гемисинклиналь); 15 -Проточный прогиб; 16 - Озернинский выступ; 17 - Поворотно-Телекайская антиклинальная зона (зона поднятий); 18 - Подгор-ненская мульда; 19 - Чирынайский выступ (поднятие); 20 - Майницкий прогиб; 21 - Лагунный прогиб.
Список структурных элементов горно-складчатого обрамления: I - антиклинорий хребта Золотой (Золотогорский антиклинорий), II - Рарыткинский актоклинорий. III - Тамватнейский антиклинорий, IV - Чирынайская зона меланжа (по А.А. Александрову и др., 1975 г.) или Чирынайский покров, V - Кэнкэрэнский антиклинорий, VI-Туманский горст (поднятие), VII - Барыковский антиклинорий.
Рис. 2 Схема результатов линеаментного анализа вдоль трассы трубопроводов г. Анадырь-Западно-Озерное месторождение с выделением зон геодинамической опасности ( пояснения в тексте)
зованных под действием тектонических полей напряжений разного ранга и отождествляемых с различными формами нарушений сплошности геологичекой среды (флексурами, флексурно-разрыв-ными деформациями, разломами и
т.д.). Градиенты геофизических полей в этих зонах формируют специфические наборы ландшафтных индикаторов, которые оказывают влияние на отражательные свойства земной поверхности и как следствие, проявляются на материалах дистанционного зондирования (фо-толинеаменты) и топокартах (топо-линеаменты).
В данной работе нами анализировались две известные системы планетарной трещиноватости (рег-мати-ческой, линеаментной сети) ортогональной и диагональной ориентировок (Брюханов В.Н., Меже-ловский Н.В., Буш В.А. и др., 1984). В результате для рассматриваемой территории установлена иерархическая делимость земной коры на блоки следующих размерностей: 320330 км, 100-110 км, 31-33 км, 10-11 км, 3-3,3 км. Сопряженная система
межблоковых зон и участков имеет размеры: 5-7 км, 1,5-2,2 км, 0,5-0,8 км, 0,1-0,2 км.
Анализ и обобщение опубликованных и фондовых источников, а также обработка (переинтерпрета-ция) геолого-геофизических, морфоструктурных, сейсмогеологиче-ских, и др. данных в комплексе с разномасштабными топографических картами и космоснимками подтвердили представления о блоковом характере строения территории и влиянии неотектонических движений (в большей степени вертикальных), контролирующих границы геологических структур разного порядка. В качестве геологогеофизических материалов использовались мелкомасштабные тектонические (неотектонические) и морфоструктурные карты и схемы разных авторов по территории Северо-Востока РФ, структурные карты по основным отражающим горизонтам в пределах Анадырской впадины масштаба 1:100 000, а также ряд временных разрезов через Западно-Озерную площадь, использованных в качестве эталонных (обучающих) для отождествления установленных элементов глубинной структуры с их локальными проявлениями на земной поверхности. На обзорном и региональном уровнях проводилось изучение взаимосвязей морфоструктурных и геодинамически обусловленных ландшафтных аномалий с сейсмичностью и другими проявлениями новейших и голоценовых тектонических движений
Структурное дешифрирование производилось на основе известного принципа от общего к частному путем последовательного ранжированного выделения систем
линеаментов ортогональной и диагональной ориентировки от трансрегионального до локального уровня генерализации. Среди дешиф-ровочных признаков максимальная информативность в Северо-Восточном регионе без сомнения принадлежит рисунку гидросети, который вместе с орографическими особенностями определяет основные черты морфоструктуры территории. В региональном плане рисунок гидросети однозначно указывает на определяющую роль в неотектоническом строении зон линеаментов северо-восточного простирания протяженностью в многие сотни и более км. Например, долина р. Великой (от истоков в центральной части Корякского нагорья до устья в Анадырском заливе) заложилась в рельефе по цепочке линейно вытянутых депрессий, что, по-видимому, объясняется активизацией здесь в новейшее время одной из зон региональных разломов, осложненных поперечными разрывными нарушениями, по которым коленообразно на ряде участков происходит смещение русла или даже всей долины реки. К другим надежно выделяемым линейным зонам можно отнести региональные линеаменты субширотной (Анадырская зона и др.) и фрагментарно субмеридиа-нальной ориентировок (Чаунско-Олюторс-кая зона и др.).
На схеме сопоставления (М 1:1000000) тектонического строения Анадырской впадины с результатами линеаментного анализа (рис. 1) выделяются две системы взаимосвязанных линеаментных
структур. Наиболее древней из систем линеаментов представляется ортогональная, элементы которой отражают строение глубинных структур до проявления мел-палеогеновых дислокаций и в дальнейшем активизировавшаяся на завершающей стадии формирования впадины. Меридианальные границы структур второго порядка (Боль-шая Великореченская мульда, Центральный прогиб, Трехре-ченское поднятие и Озернинский выступ) контролируются зонами линеаментов Ш и IV порядка (ранжирование линеаментов и ком-плексирование результатов дешифрирования с геологогеофизическими материалами производилось по авторской методике, рассмотренной в ряде работ, приведенных в списке литературы), которые отображаются в изломах русла и долины р. Великой и аномальном рисунке гидросети. Широтные линеаменты III и IV порядков отражают ступенчатое снижение с юга на север структурно-тектонического контроля этими простираниями элементов внутреннего строения Анадырской впадины со стороны Корякского нагорья. Достаточно четкая выраженность широтных линеаментов в характерных дешифровочных признаках в отличии от меридианаль-ных подчеркивает унаследован-ность их развития и активизацию в четвертичное время.
Диагональная система, наложенная на древнюю структуру фундамента в результате неотек-тонической активизации в ряде случаев переработала прежний
Рис. 3. Схема результатов комплексной переинтерпретации геолого-
геофизических данных на основе материалов аэрокосмических съемок с целью оценки геодинамического риска по району Западно-Озерного месторождения: 1 - разведочная скважина и ее номер; 2 - простирание сейсмического профиля и плановое расположение на нем зоны пересечения разлома (треугольник); 3 - трасса коммуникаций и номер угла поворота; 4 - зоны линеаментов ортогональной и горизонтальной ориентировок IV порядка; 5-6 - зоны линеаментов V и VI порядков; 7 -изогипсы структуры месторождения по основному маркирующему горизонту
структурный и играла существенную роль в формировании структур осадочного чехла. Зоны линеаментов III порядка обрамляют впадину и вместе с зонами IV порядка контролируют блоковое строение рифтовой зоны, протягивающейся в С-З направлении, а также определяют границы складчатого обрамления С-З, Ю-З и Ю-В простираний. Этой системой линеаментов контролируются положительные структурные элементы второго порядка (выступы и поднятия), соответствующие разновременным инверсионным движениям блоков фундамента в пострифтовое время. По данным сейсморазведочных работ эти структуры проявляют ступенчатый характер, опускание которых направлено в сторону центральной оси прогиба, ограниченного зонами линеаментов IV порядка северо-западного направления.
В строении разреза Собольков-ского выступа (6) принимают участие литостратиграфические комплексы от палеоцен-нижнеэоце-нового до четвертичного возраста включительно и наблюдается выклинивание майницкой свиты с юга на север. На Александровском выступе, переходящем в Собольков-ский отложения собольской и май-ницких свит не накапливались, что говорит о проявлении положительных вертикальных движений этого блока. В тоже время на Онемен-ском выступе (5), в его южной части, находящейся северо-восточнее Александровского, появляются отложения майницкого горизонта, а в пределах центральной части поднятия под маломощным чехлом плиоцен-
плейстоценовых осадков залегают эффузивные образования палео-цен-раннеэоценового возраста, что предполагает возникновение периодических положительных движений фундамента, приведших к размыву олигоцен-миоценовых отложений (возможно в какие-то периоды они вообще не накапливались) (Трубина, Турченко, 1992).
На схеме структурного дешифрирования М 1:200000 (рис. 2), следуя выявленной иерархии блокового строения , можно проследить уже линеаменты V порядка, сопряженные с границами блоков более мелкого порядка в виде ступеней, носов и террас, отождествляемые с флексурами или флек-сурно-разрывными нарушениями соответствующих размерностей.
На данном уровне детализации в структурном плане Анадырской впадины все более заметную роль играют проявления диагональной системы нарушений.
С целью выявления локальных взаимосвязей между поверхностными и глубинными геодинамиче-скими процессами в пределах рассматриваемой территории в качестве детального обучающего участка была выбрана эталонная Западно-Озерная площадь, через которую запроектирована трасса трубопроводов. Анализ космоснимков и топокарт масштаба 1:100 000 и 1:25 000 показал, что Западно-Озерное поднятие отчетливо проявляется в современном ландшафте как локальная положительная морфоструктура через центробежный рисунок гидросети. Как показано на рис. 3 поднятие по отражающему горизонту II elk на глубинах 1,0-1,1 км имеет размеры 10х10 кв. км и четкие изометрич-ные очертания, контролируемые ортогональной системой линеаментов. При этом сводовая часть поднятия ассиметрично смещена в западном направлении, что может указывать на сдвиговый характер деформаций, и частично вписывается в следующий более высокого ранга блок размерностью 3х3 км. Все это указывает на то, что как морфоструктура, так и поднятие по горизонтам осадочного чехла унаследованы от локального выступа фундамента штампового типа и сохраняют до поверхности детали строения корневых частей структуры благодаря активности проявления линеаментной тектоники на неоген-четвертичном этапе ее развития. Одновременно можно отметить частичную преоб-разованность юго-восточного борта Западно-Озерного поднятия, где отмечается его локальное осложнение северо-восточной ориентировки, контролируемое линеаментами V и VI порядка диагональной системы. Таким образом, неотек-тоническая обусловленность и ли-неаментный контроль структурных элементов Западно-Озерного поднятия достаточно очевидны, что предопределяет широкое распространение трещиноватости в разрезе и по площади и ее активное проявление в процессе разработки месторождения, тем самым повышая геодина-мический риск его освоения.
Для оценки совпадения зон линеаментов (рис. 3) с выделенными разломами по сейсмическим дан-
ным проводилось их плановое сопоставление с имеющимися временными разрезами. Для этого на карту структурного дешифрирования были вынесены профили и плановое положение разломных зон (красный треугольник). Проведенный анализ показал, что выявленная система линеаментов диагонального простирания совпадает в плане с зонами разломов, выявленных по сейсмическим данным и соответствует рангу линеаментов отраженных в структуре разреза. Пунктирной линией на разрезах (рис. 4) показаны зоны предполагаемых разломов не проявляющиеся на разрезах, но отвечающие в плане линеаментам разного порядка. С нашей точки зрения зоны разломов до глубин 2,0-2,5 км определяются в большей степени вертикальным положением в разрезе и при сдвиговых деформациях проявляют ступенчатый характер. Выполненная оценка по соответствию планового совпадения на тестовом участке линеаментов с зонами разломов позволяет не только уточнить уровень потенциальной опасности этого участка и всей проектируемой трассы, но также установить слабо проявленные зоны неоднородности в разрезе месторождения, уточнить схему его дальнейшего разбуривания и детализировать геологическую модель.
Современный ландшафт данной территории вдоль всей проектируемой трассы трубопроводов с юга на север представлен фрагментами ледниковых и водноледниковых, морских и озерноаллювиальных равнин средне- и верхнеплейстоценового возраста плоских сильнозаболоченных, расчлененных долинами р. Великая и ее молодых притоков голоценового возраста. В качестве сопряженной системы ландшафтных индикаторов тектонического строения, отождествляемых с линеаментами, выявлены:
• протяженные спрямленные отрезки русел и долин крупных рек и их притоков, а также их резкие коленообразные изгибы ортогональной и диагональной ориентировок;
• участки образования внутренних дельт и подпрудных озер в речных долинах и перехватов русла, аномального изменения ширины поймы и русла рек, ориентировок и густоты старичных пониже-
ний, характера меандрирования и степени извилистости русел, ;
• прямолинейные участки бровок речных террас и изменения степени дренированности междуречных равнин в виде полос хасы-реев (аласов) разных стадий развития;
• вытянутые преимущественно в меридианальном и широтном направлениях цепочки крупных и средних озер и болотных понижений;
• цепочки седловин, расположенные на одной прямой с участками резких перегибов склонов и морфотектоническими уступами (в основном в южной части трассы трубопроводов);
• спрямленные границы ненарушенных почвенно-растительных комплексов;
• фототоновые аномалии и
др.
Таким образом, оценка структурной неоднородности территории, проявляющаяся в геоморфологическом, гидрографическом, инженерно-геологическом, геоло-
гическом строении всего участка трассы позволила провести ее районирование на отдельные блоки и выявить потенциальные зоны повышенной трещиноватости (разломов) по комплексу имеющихся признаков. Совместная обработка и интерпретация данных геологогеофизических и дистанционных материалов позволила выявить линеаменты и их зоны II - VI порядка, а по ним потенциально опасные зоны в масштабах 1:1000000, 1:200000 и 1: 100 000 в пределах участков трассы.
Оценка геодинамического риска трассы Анадырских трубопроводов сводится к оценке уровня современной деформационной активности предполагаемых разломных зон. Наиболее эффективный метод определения степени современной активности этих зон состоит в проведении повторных геодезических наблюдений (как наземных, так и спутниковых) с повышенной пространственно-временной детальностью в этих зонах. Однако, учитывая, что для территории трассы отсутствуют данные
Рис. 4. Сопоставления результатов переинтертретации временных сейсмических разрезов на основе структурного дешифрирования материалов аэрокосмических снимков и топографических карт: а) зоны тектонических нарушений выделенные по материалам дистанционного зондирования; в) зоны тектонических нарушений выделенные по материалам сейсмического зондирования (Сибирский научно-аналитический
центр)
по повторным наблюдениям смещений земной поверхности в реальном масштабе времени, то оценка геодинамического риска сводилась к выявлению разломных зон различного типа и порядка на основе детального анализа дистанционной и геолого-геофизической информации. Пользуясь методом аналогии и учитывая, что в авторы располагают огромным массивом повторных геодезических наблюдений, на основе которого выявлены многочисленные аномальные деформации в разломных зонах различных нефтегазоносных регионов (Кузьмин, 2000, 2001), были определены устойчивые типы аномальных смещений земной поверхности (вертикальных и горизонтальных), которые можно распространить для оценки геодинамического риска Анадырской трассы. После выявления основных зон повышенной трещиноватости (разломов) в окрестности трассы в зоне геодинамического влияния оказались как одиночные нарушения, так и узлы пересечения разломов различного ранга.
Для обоснования критериев ранжирования авторами использовались понятия геодинамической опасности и трех уровней геодинамического риска: повышенный
(предельный), приемлемый и низкий. Так как геодинамическая опасность представляет факт подверженности определенной территории воздействию опасного явления природы, что при определенных обстоятельствах может приводить к тяжелым последствиям, то была составлена соответствующая схем зонирования территории трассы (рис. 2).
Для определения размеров зон потенциальной аварийной опасности использовались следующие соображения. Под понятием разлом-ной зоны авторами подразумевается, что зона разломов есть» некий объем земной коры, имеющий аномальное строение и повышен-
ную трещиноватость, возникшую в результате линейной деструкции геологической среды. Поэтому в данной работе термины “разлом”, “разломная зона”, “зона повышенной трещиноватости” рассматриваются в качестве синонимов. Главным здесь является то, что зона разломов есть область, вмещающая породы с аномальными физико-механическими, геологогеофизическими, флюидо-геохи-мическими и т.п. характеристиками. С этих позиций ранг (геометрический размер) разломной зоны определяет область ее динамического влияния (охвата деформационным полем).
Из основ механики деформируемого твердого тела следует, что аномальные деформации затухают на расстоянии в 2-3 размера (ширины) зоны механических неоднородностей (разломов). В этой связи для учета данного фактора варьировался радиус круга, который и характеризовал область аномальной активности СД процессов. В том случае, когда в непосредственной близости с трассой оказывался узел пересечения нескольких разломов, то радиус круга увеличивался в соответствии с принципом линейного суммирования локальных полей напряженно-деформированного состояния.
На схеме (рис. 2) отображены линеаменты III-V порядков ортогональной (синий цвет) и диагональной (красный цвет) систем, имеющие соответствующую размерность ширины зоны. Наибольшую опасность, а следовательно и радиус круга, представляет участок пересечения проектируемой трассы с Западно-Озерным месторождением. Круги среднего радиуса опасности связываются с пересечением трассы крупными зонами линеаментов, меньшего радиуса относятся к пересечению трассы линеаментами более мелкого порядка и узлами их пересечений. Характерно, что на участках потенциальной опасности отмечается ано-
мальная пространственная связь с активным проявлением геокриологических процессов (развитие термокарста, динамики хасыреев, заболачиваемости и пр.)
Детальная оценка участков трассы по степени геодинамического риска была выполнена на топографических картах М 1:100000 по принципу светофора (рис. 3). При этом зоны низкого уровня геодинамического риска - это, как правило, либо зоны находящиеся под влиянием соседних, активных разломов, либо зоны с пассивными разломами, были окрашены в зеленый цвет.
Зоны приемлемого геодинамического риска -это разломные зоны, которые периодически активизируются, но не достигают предельных (пороговых) величин деформации (они соответствуют участкам, окрашенным в желтый цвет).
Зоны повышенного геодинамического риска - это зоны активных разломов, расположенных в пределах разрабатываемых месторождений УВ, а значит подверженные постоянной техногенной нагрузке и представляющие наиболее опасные участки ( соответствуют красному цвету).
Выводы
Как известно, нормативноправовые документы, которые регламентируют строительство особо ответственных и экологически опасных объектов (СП 11-104-97, СНиП 2.01.09-91, СНиП 2.02.01-83 и др.), определяют для относительных деформаций (просадок или наклонов) пороговый уровень в 10-4-10-3. Все превышения этого уровня считаются опасными (Грицков, Киселевский, Кузьмин, 2000).
Приводимые данные об амплитудах и скоростях современных деформаций земной поверхности, свидетельствуют о том, что выявленные разрывные нарушения, которые пересекают трассу трубопроводов, следует отнести к зонам приемлемого риска. В этих зонах возможны пульсационные (перио-
дически повторяющиеся) СД процессы со скоростями порядка 10-5 в год, которые могут за период эксплуатации объекта привести к деформациям, близким пороговым.
Однако самыми экстремальными проявлениями чреваты деформационные процессы в зонах разломов, которые расположены в пределах разрабатываемых месторождений. В этом случае аномальная, деформационная активизация разломных зон интенсифицируется (усиливается) процессами разработки. Именно поэтому тот участок трассы, который пересекает Западно-Озерное месторождение отнесен к зоне повышенного геодинамического риска. В пределах этого участка деформационные процессы в зонах разломов будут резко усиливаться, что может привести к накоплению запредельного уровня деформаций в течение всего периода эксплуатации трубопроводов, и, как следствие, к серьезным аварийным ситуациям.
Для прогнозирования современных аномальных геодинамических процессов и принятия при-вентивных решений, необходимо проведение геодинамического мониторинга для зоны повышенного риска. Реализация этой технологии позволит в существенной степени минимизировать возможные социально-экономические и экологические последствия длительной эксплуатации трассы Анадырской трубопроводной системы.
В целом следует подчеркнуть, что, несмотря на отсутствие явных сейсмических событий в пределах трассы, данный регион является составной частью высоко геодинамически активного Алеуто-
Чукотско -Камчатского сегмента земной коры. В этом регионе имеют место современные аномальные деформационные процессы, обусловленные как высокой сейсмической и вулканической активностью, так и влиянием интенсивного освоения месторождений полезных ископаемых на уровень деформационной активизации разломов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Брод И.О. Опыт применения математической стати-
стики при изучении локальных структур Волго-Уральской нефтегазоносной области. - М.: ЦНИИИТЭИнефтегаз,
1962. - 151 с.
2. Брюханов В.Н., Межеловский Н.В., Буш В.А. и др. Космогеологическая карта СССР масштаба 1:2 500 000 (принципы составления и информативность) // Доклады 27-го межд. геол. конгресса. - 1984. - т.18 - С. 7-18.
3. Воронов П. С. и др. Роль сдвиговой тектоники в структуре литосфер Земли и планет земной группы. С.-П.: Наука, 1997. С. 133-149.
4. Грицков В.В, Киселевский Е.В., Кузьмин Ю.О. Современное состояние нормативно-правовой базы горно-экологического мониторинга//Горный информационно-аналитический бюллетень, № 6 - М.: Изд-во МГГУ, 2000, с. 101-104.
5. Кравцов В.В., Никонов А.И. Геодинамическая цикличность как фактор потенциальной аварийности природно-техногенных систем в нефтегазоносных районах // Нефтепромысловое дело.-1996а. - №8-9 - С. 20-23.
6. Кравцов В.В, Никонов А.И. Системно-иерархическая структура полей напряжений и ее отражение на аэрокосмических снимках на примере Самотлорского месторождения (Черногорская площадь) // Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. - 1996б. - №8-9 -
С. 40-44.
7. Кравцов В.В, Никонов А.И, Юрова М.П. Геодинамиче-ские аспекты оценок воздействий на окружающую среду и экологического мониторинга нефтегазовых объектов // Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности - М.: Наука, 2000, с. 350-358.
8. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломных зон осадочных бассейнов и процессы подготовки землетрясений.// Прогноз землетрясений, №11, - М.: Душанбе: Дониш, 1989, с. 52-60.
9. Кузьмин Ю.О. Современные суперинтенсивные деформации земной поверхности в зонах платформенных разломов.// Геологическое изучение и использование недр.// На-уч.-техн. сб. “ Геологическое изучение и использование недр”, Вып. №4, “Геоинформмарк”, - М.: 1996, с. 43-53.
10. Кузьмин Ю.О. Механизм формирования аномальных деформационных процессов в период подготовки и реали-
зации Ашхабадского землетрясения 1948 года.// Вестник ОГГГГН РАН N2, 1998, с. 135-152.
11. Кузьмин Ю.О, Никонов А.И. Геодинамическая природа аварийности скважин и трубопроводных систем. .// В кн.: Перспективы развития экологического страхования в газовой промышленности. - М.: Газпром, 1998, с. 315-328.
12. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недропользовании// М.: АЭН, 1999, 220 с.
13. Кузьмин Ю.О. Оценка геодинамического риска объектов нефтегазового комплекса.// Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности, -М. : Наука, 2000, с. 334-344.
14. Кузьмин Ю.О. Современное геодинамическое состояние недр.// Горный информационно-аналитический бюллетень, № 6, - М.: Изд-во мГгУ, 2000, с. 55-65.
15. Кузьмин Ю.О. Эколого-геодинамический риск нефтегазовых объектов//Информационное обеспечение рационального природопользования, - М.: Единство, 2001, с. 152-163.
16. Кузьмин Ю.О. Техногенно-индуцированные геоди-намические процессы на месторождениях нефти и газа.// Материалы 6 Международного симпозиума “Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. Специальные вопросы и геомеханика., Белгород.: ВИОГЕМ, 2001, с. 425-436.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ —
Жданович В.В. - МАТЭК.
Кравцов В.В, Никонов А.И. - ИПНГ РАН. Кузьмин Ю. О. - ОИФЗ РАН.
© В.А. Назаренко, А.Л. Рогаткин 2002
УЛ К 622.1 : 622.834
В.А. Назаренко, А.Л. Рогаткин
ГЕОМЕТРИЯ ПОВЕРХНОСТИ МУЛЬЛЫ СЛВИЖЕНИЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
Т
радиционно натурные маркшейдерские наблюдения за сдвижением земной поверхности проводятся по отдельным профильным линиям реперов, а исследования поверхности мульды по площади носят единичный характер. Имеются немногочисленные публикации [1, 2], посвященные описанию поверхности мульд при за-
кончившемся процессе сдвижения в условиях Донецкого, Подмосковного, Карагандинского и некоторых других угольных бассейнов. Эти исследования [3, 4] посвящены в основном изучению конфигурации границ и распределения сдвижений и деформаций земной поверхности по отдельным вертикальным сечениям мульды. Именно они легли в основу утверждения, что на земной
поверхности границы мульды имеют эллиптическую форму, а осями эллипса являются длины полумульд по главным сечениям. Что же касается мульды сдвижения в процессе ее развития над движущимся очистным забоем, то такие исследования вообще не проводились.
Поверхность мульды сдвижения может быть классифицирована как топографическая. С другой стороны, известные общие закономерности процесса сдвижения, дают основание предположить, что поверхность мульды является правильной математической поверхностью или близка к ней. Следовательно, изолинии оседания должны описываться простыми математическими функциями если не по всей длине, то хотя бы на от-
