CC BY
42
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------------------
Овешников Юрий Михайлович — профессор, доктор технических наук, ЧитГТУ.
Бутин Геннадий Павлович - почвовед Читинского проектного предприятия ВостСибНИИГипрозема. Добрынина Наталия Александровна - кандидат биологических наук, доцент, ЧитГТУ.
Сараєва Мариана Вячеславовна - врач-педиатр.
© Г.А. Марков, В.А. Сушеня, Б.Н. Хованский, 2002
УДК 581:622.8
Г.А. Марков, В.А. Сушеня, Б.Н. Хованский
О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ОЦЕНКЕ РЕГИОНАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ КАТАСТРОФ В ЗОНАХ ВЛИЯНИЯ ГОРНЫХ РАЗРАБОТОК
В
ряд ли сейчас будет правильным накануне 50-летия космической эры ставить проблему целесообразности применения аэрокосмической информации (АКИ) при постановке решений каких-либо пространственных задач. Наука и практика ушли далеко вперед в освещении подобных задач и требований. Сейчас они отрабатывают в основном методические и технологические аспекты космической информации для прикладных решений. И все же возвращаясь к постановке затронутой темы на обсуждение, можно утверждающе сказать, что такая тема уже чрезвычайно актуальна сегодня и еще острее будет стоять завтра. Дело в том, что проблема освоения и разработки горных месторождений чрезвычайно сложна для выявления региональных оценок безопасности территории горных разработок и особенно в приближении их к статусу территорий экологического благополучия.
Масштабы воздействия человека-горняка на природу, в том числе на геологическую среду, огромны и по своему влиянию широко распространяются на атмосферу, гидросферу и биосферу. Некоторые итоговые представления об объемах изменений оболочки литосферы вызванных хозяйственной деятельностью человека можно почерпнуть из литературных сводок (Котлов, 1978; Федосеев, Плахот-ник, 1985; Разумихин, 1987; Лемешев, 1988 и др.).
Особой формой интеграции и накопления данных о всех материальных явлениях, происходящих на земной поверхности, обладает космическая информация. Космические методы позволяют получать пространственно непрерывную и комплексную информацию о различных компонентах природной среды, что дает возможность успешно их применять для разрешения практических пространственно-территориальных задач и учета изменений земной поверхности (Хованский, 1981; Востокова, Шевченко, Сущеня, 1982).
Особый вопрос - взаимодействие инженерных сооружений с окружающей природной средой и ее геологическими параметрами. Его целесообразно рассматривать в контексте с природными свойствами среды и действующими природно-техническими системами и их технологическими особенностями. Однако практика ведения горных работ показала, что кроме вещественных потоков в земной коре необходимо учитывать и энергетические потоки, в частности, тектонические напряжения, геомагнитные поля, геофизические свойства сред для полноты обеспечения экологической безопасности освоения недр. На основании суммирования исходной информации совершенствуется и система мониторинга, разрабатывается действующая модель геологической среды и природно-технических систем. Подобная информация в совокупности с космическими данными позволяет не только правильно организовать мониторинг, но и создать новые условия хозяйствования и управления территории.
Остановимся на конкретных примерах, чтобы показать роль космической информации в действии. Территория горнорудных разработок весьма показательна во многих отношениях. Прежде всего опорным стержнем в решении всех пространственных проблем на ней выступают горногеологические и горно-технологические факторы. На них нанизываются все сопутствующие факторы других воздействий наземных и подземных сред - тектонические, литологические, гидрологические, геохимические, геофизические сейсмиче-
ские, гравитационные, геоэкологические, инженерно-геологи-ческие и т. д. Поэтому, приступая к решению той или иной пространственной проблемы, мы "зрим в корень", чтобы разглядеть прежде всего, как устроен опорный тектонический блок исследуемой территории и каковы его исходные позиции и природа окружения.
Прежде всего первостепенное значение придается нами тектонической структуре территории, на которой ведутся горные разработки. Тектоника - ведущий экологический фактор в биосфере. С этим связано не только распределение горных пород, различия их состава, возраста, плотности, обводненности и изменение условий залегания, но также форма и состояние геологических тел, созданных техногенными усилиями. За ними следуют степень и глубина экологической уязвимости разрабатываемых структур и осваиваемой территории в целом. Тектонические структуры предопределяют динамику хода и развития современного рельефа, энергетический потенциал его поверхности. Вместе с тем сегодня известно, что детальность их изучения достигается космическими методами в совокупности с геофизическими, в особенности с сейсморазведкой и бурением. Космическая информация позволяет взглянуть на это одновременно обзорно и детально с пространственных позиций и сразу увидеть черты особенностей тектонического различия.
Что важно знать о дешифрировании? В методике дешифрирования объектов тектоники есть несколько "подводных камней" или природных особенностей. Это - избирательность сохранения их во времени, ограниченность проявления в ландшафте, инверсионностъ форм выра-
жения в современном рельефе. Отсюда сложности изучения и многообразие признаков дешифрирования прямого и косвенного значения. Так как в природе постоянно совершают работу силы денудации, то исходные тектонические формы разрушаются: одни больше, другие меньше. Одни формы основательно разрушаются экзогенными силами и становятся неузнаваемыми ("скрытыми''), другие избирательно противостоят силам разрушения или деформируются до неузнаваемости, наоборот создавая инверсионные формы. На поверхности Земли, которая отражается на материалах космических съемок, отображение находят только некоторые элементы тектоники, сохранившие еще свои генетические корни. Задача дешифрирования - определить или восстановить соответствующую среду развития. Когда от объекта уцелели только некоторые элементы, то поиск или восстановление других продолжается логическим домысливанием, догадками, интуицией на базе практических знании деталей региона и объекта.
Есть дополнительный, техногенный фактор в механизме образования вертикальных движений, о котором следует всегда помнить. Этот фактор, вызывающий поднятие отдельных участков земной коры, - инверсия плотностей на разных уровнях в земной коре, выраженных в залегании горных пород меньшей плотности под породами большей плотности. Такие условия возникают не только в случаях залегания в осадочном слое коры соленосных толщ или образования фаций глубинного разуплотнения горных пород, но имеют место в случаях возникновения ряда техногенных причин: откачек нефти и газа из продуктивных геологических структур, подземной выработки полезных
ископаемых, приводящих в целом к разуплотнению и снятию давлений в продуктивных горизонтах вмещающих их горных пород и образованию деформаций в верхней части земной коры при выемке горных масс в карьерах и рудниках, приводящих к возбуждению землетрясений, связанных с инженерной деятельностью человека (Николаев, 1977; Турчанинов, Марков, Иванов, Козырев, 1988; Сырников, Тряпицын, 1990; Ловчи-ков, Кузьмин, Коломиец, 2000 и др.).
Рассмотрим всего несколько примеров, где космические данные красноречиво используются или могли бы использоваться для получения особо важных предупреждающих прогнозных сведений или принятия тактических решений.
1. Горнорудные разработки на Кольском массиве
Первые проявления техногеннотектонических нарушений были зафиксированы в Хибинских рудниках в 19б3-1965 гг. Далее, в 19701980 гг. техногенные поднятия фиксировались высокоточными нивелировками в районе разработок Юкспорского рудника и Саамского карьера. В этот период как следствие техногенных причин особенно проявилась активизация техногенной сейсмичности. Например, нивелированием в 1979 г. зафиксировано аномально большое нарастание поднятий коры в припортальной части тоннеля, что превышало средние показания за предыдущие годы в 10-50 раз. В 1981 году было зафиксировано 18 горных ударов с магнитудой 1,5-3,5. Их, безусловно, следует отнести к техногенным причинам (рисунок).
В настоящее время выдвигается несколько техногенных причин, вызывающих сотрясение недр, приближающихся по своему эффекту к природе землетрясений. К их числу чаще всего относят: 1) выемки и перемещения изъятых из недр больших масс горных пород; 2) технические взрывы горных пород на глубине; 3) заполнение водохранилищ водой; 4) откачка флюидов из скважин; 5) закачка флюидов в подземные горизонты; 6) проведение атомных подземных взрывов;
7) большая глубина горных работ;
8) ведение горных работ в сейсмоактивных зонах ; 9) наличие высоких тектонических напряжений в межблоковых разломах и др. (Лов-чиков, Кузмин, Коломиец, 2000).
И последнее. Самый характерный пример техногенного землетрясения зафиксирован на руднике "Умбозеро" в Ловозерском массиве. Здесь 17 августа 1999 года произошло самое сильное из техногенных землятресе-ний в России. Магнитуда землятресе-ния с эпицентром в границах рудного
Распределение эпицентров землетрясении в Хибинах на различных этапах отработки месторождений:
1 - апатито-нефилиновыс руды; 2 - границы Хибинского массива и раиомы; 3 -эпицентры землетрясении с магнитудои М > 2; 4 -изолинии плотности землетрясений
поля составила 4,0—4,4; интенсивность колебаний в эпицентре составила 8 баллов (по 12-балльной шкале). Площадь разрушенного участка - 650 тыс. м2. Площадь выработанного пространства рудника - 6 2,0х0,5 км. Анализ космических материалов обследования подтвердил выводы исследователей, что причина техногенного землятресения кроется в высокой тектонической напряженности участка (Козырев, Ловчиков, Кузьмин, 2000).
Как видно из данных таблицы, техногенное землетрясение на руднике "Умбозеро" как по энергетическим характеристикам, установленным инструментально (по данным сейсмостанций), так и по последствиям в подземных выработках, является наиболее мощным из всех происходивших на российских рудниках.
2. Северо-Муйский тоннель
При строительстве одного из тоннелей БАМ под прокладку железнодорожного полотна под Северо-
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОСЛЕДНИХ, НАИБОЛЕЕ СИЛЬНЫХ, ТЕХНОГЕННЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА РУДНИКАХ РОССИИ
Магнитуда до землетрясения ^^64) Балльность в эпицентре Рудник, месторождение, его местонахождение Дата сильнейшего толчка Сейсмическая энергия, Дж Последствия в руднике
4,0-4,4 8 "Умбозеро", Ловозерское месторождение, Кольский полуостров 17.08.1999 8h44'35" Площадь разрушенных выработок рудника 600-650 тыс м2
-3,5-4,0 5-6 Шахта "Курбазакс-кая", ЮУБР 28.05.1990 6h35' и 8h40' 1010-1011 Площадь разрушения выработок в руднике 450000 м2
3,4-3,6* 5-6 АО "Апатит", Кировский рудник 16.04.1989 Разрушения крепи, поднятия и смещения рельсового пути, выбросы пород до 2 м3 на 3 горизонтах (200 м по вертикали)
3,5-3,8 5-6 Верхнекамское месторождение калийных солей, г. Соликамск 5.01.1995 15И56' Моск. Обрушения кровли в выработанном пространстве 300 тыс м2, мульда на поверхности 650х850 м
2,2-2,6 Рудник "Умбозеро" ОАО "Севредмет", Ловозерское месторождение 3-9.11.91 109 Разрушения в очистных выработках на площади 80000 м2
-2,5 Рудник "Таштагол", Таштагольское железорудное месторождение 31.08.1992 2.5.108 Общая площадь разрушения выработок 420 м2
-2,5 СУБР, шахта 15-15 бис 5 10.1984 15Ы8' 3.9-108 Выброс 40 м3 породы, нарушено 740 м выработок
*По данным Г.Д. Панасенко
Муйским хребтом горными инженерами были затребованы дополнительные данные по количеству размещения глубинных разломов по линии трассы тоннеля. Первоначальные сведения, полученные путем наземных изысканий и разведочного бурения, дали настолько заниженные результаты, что служба проходки тоннеля не выходила из аварийных ситуаций в течение нескольких лет. Передача данных детального дешифрирования космического снимка привела к повышению данных информационного поля о размещении линий разломов и тектонических нарушений, что позволило оперативно откорректировать картину условий проходки тоннеля с точностью до 95 % , что ускорило прохожу и уменьшило опасность работ. Все работы по проходке тоннеля вскоре были завершены успешно.
3. Старо-Планинский тоннель Софийской котловины (Болгария).
Строительство тоннеля первоначально велось обычными методами на основе данных наземных изысканий, которые не обнаружили особых тектонических нарушений горного массива по северному борту нагорья Старой Планины, продолжающего далеко на юг горную цепь отрогов Южных Карпат. Проходка горного массива по линии трассы будущего тоннеля стала вскоре осложнять начатые горные работы в тоннеле, прежде всего, непредвиденными изливами подземных вод, вероятно, по линиям разломов. Маркшейдерская служба вынуждена была уточнить первоначальный план закладки тоннеля и обратилась за помощью к космическим снимкам. Через некоторое время эти данные были получены и переданы инженерной службе проходки тоннеля; работы стали вестись с предупреждающей осторожностью в зонах ожидаемых нарушений. В итоге строительство тоннеля было успешно продолжено и завершено с опережением сроков и без катастрофических явлений.
4. Освоение Старобинского ме-
сторождения калийных солей. Эксплуатация Солигорского калийного комбината.
В границах рудного поля Старо-бинского калийного месторождения всего через несколько лет образовались крупные отвалы - техногеннонасыпные структуры рельефа поверхности, непривычные для Слуцкого ополья: высоко вскинутые вершины насыпных холмов, поднявшись до высоты 120 м, сверкающие на солнце белыми шапками солевых испарин. Ветры сдувают с высоких вершин мелкие частицы соли и далеко разносят по окрестностям, подсаливая тем самым почвы и поверхностные воды. Выпадающие дожди и талые воды углубляют растворимость солей и тоже разносят рассолы по поверхности ополья, поражая потоками солей грунтовые воды и почвы. Возникший ореол загрязнения растекается по поверхности и грунтовым потокам далеко за пределы площадей рудного поля.
Опробование грунтовых вод на засоление на путях активных миграционных потоков подтвердило наши предположения. Вынос солей в подземные воды вышел за радиус 50 км. Использование в этом случае дистанционных данных позволило точно и достоверно определить границы распространения стоков поверхностного засоления и зон подтопления вод по берегам водохранилища. Вся эта несомненно полезная информация позволила выявить истинные площади развития техногенных нарушений и спрогнозировать появление и образование новых, парагенетических процессов в пределах развития рудного поля. Материалы дешифрирования и выполненные по ним тематические карты показали, что динамично растут зоны влияния крупномасштабных разработок, а вместе с ними зреют масштабы техногенных катастроф. Предупредить их развитие - задача нашей науки.
Обозревая постановку проблемы в целом, мы отмечаем, что для освоения недр человеком задействуется не только подземное, но и околоземное пространство, где постоянно курсируют самолеты, ракеты, спутники, запускаются мощные потоки электромагнитных и радиоволн. Поистине в наше время человек пользуется техногенными силами огромной мощности, ежеминутно потрясающими планету, земную кору и наше сознание. До крайности обостряются противоречия между природой и техникой в моменты земных катастроф. А надо бы говорить, между природой и культурой. Ибо техника - это продукт культуры развивающейся цивилизации. И если культура развивается стихийно, то она оставляет после себя пустыню - известный всем постулат. Растущие противоречия между техносферой и биосферой - это одно из тревожных проявлений кризиса мировой гуманизации общества, с которым мы вступили в XXI век.
Так будем ли мы заниматься оценкой региональных катастроф и тщательно изучать их причины? Для чего? Чтобы не повторять ошибки, которые мы проглядели. Чтобы предупреждать будущие, чтобы они не возникали снова и в другом месте. Чтобы внимательно следить за информационными сигналами, поступающими из космоса. Космические масштабы воздействия техногенных катастроф сотрясают планету. Растущие техногенные нагрузки на биосферу грозят вызвать в ней необратимые регрессивные процессы. Отсюда самая насущная задача - научно определять меру допустимости таких нагрузок и поставить их под обоюдный контроль государства и общественности. Неоценимую помощь в этом может оказать космическая информация.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Востокова Е.А., Шевченко Л.А., Сущеня В.А. и др. Картогра-фи-рование по космическим снимкам и охрана окружающей среды. - М.: Недра, 1982, - 254 с.
2. Козырев А.А., Ловчиков А.В., КузьминИА. - Сильнейшее техногенное землетрясение на российских рудниках. Рудник "Умбозеро" (Кольский п-ов) - М.: МГГУ, 2000.
3. Котлов Ф.В. Антропогенные и геологические процессы и явления. - Сб. Вопросы инженерной геологии. - М., 1970.
4. Котлов Ф.В. Земля для людей. Правда, 21.01.1988
5. Ловчиков А.В., Кузьмин ИА., Коломиец А.С. Причины техногенных землятресений в Ловозерском массиве. - М.: МГГУ, 2000.
6. Николаев Н.И. О состоянии изучения проблемы возбужденных землятресений, связанных с инженерной деятельностью. - В кн.: Влияние иннженерной деятельности на сейсмический режим. - М.: 1977. - С. 8-21.
7. Разумихин Н.В. Природные ресурсы и их охрана. - Л.: Изд-во
ЛГУ, 1987, - 270 с.
8. Сущеня В.А. Картографическое обеспечение экологической безопасности территорий горнопромышленных разработок России с использованием материалов космических съемок. Маркшейдерский вестник, 2000, №4, - 12 с.
9. Сущеня В.А. Опыт картографирования ситуаций экологических последствий освоения недр по данным космических фотосъемок. Международная конференция: Освоение недр и экологические проблемы - взгляд в XXI век. - М.: - С. 226-228.
10. Сырников Н.М., Тряпицын ВМ. О механике техногенного землетрясения в Хибинах. Доклады АН СССР, 1990, т. 314, № 4. - С. 830-833.
11. Турчанинов А.И., Марков Г.А., Иванов В.И., Козырев А.А. Поле тектонических напряжений по данным измерений в Хибинском массиве. В кн.: Напряженное состояние земной коры. - М.: Наука, 1973. - С. 50-58.
12. Федосеев И.А., Плахотник А.Ф. Человек и гидросфера. Краткая история взаимодействия. - М.: Наука, 1985, - 166 с.
13. Хованский Б.Н. Космические исследования в сейсмоактивных регионах. Исследования Земли из космоса, 1981, №3, - С. 28-34.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Марков Г.А., Сущеня В.А., Хованский Б.Н. — Госцентр "Природа".
