CC BY
13УДК 550.343.9 Камчыбеков М.П., Егембердиева К.А., Камчыбеков Ы.
Институт сейсмологии НАН КР, г. Бишкек, Кыргызстан
СЕЙСМОМИКРОРАЙОНИРОВАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ВЕРХНЕ-НАРЫНСКОГО КАСКАДА ГЭС
Аннотация: В работе приведены результаты работ по микрорайонированию, проведённых на отдельных участках в районе Верхне-Нарынского каскада ГЭС.
Ключевые слова: сейсмичность, землетрясения, интенсивность, инструментальные наблюдения, амплитудно-частотный спектр.
ЖОГОРКУ-НАРЫН КАСКАД ГЭСИНИН КЭЭ БИР УЧАСТКАЛАРЫН СЕЙСМОМИКРОРАЙОНДОО
Кыскача мазмуну: Аталган иште Жогорку-Нарын каскад ГЭСинин кээ бир участкаларын микрорайондоонун жыйынтыктары келтирилген.
Негизги сездер: сейсмикалуулук, жер титирее, интенсивдYYЛYк, курал-жабдыктар менен байкоо жYргYЗYY, амплитудалуу-жыштык спектри.
SEISMIC MICROZONING OF AREAS ON THE UPPER NARYN CASCADE DAMS
Abstract: Results of research on microzoning conducted in some areas of the Upper Naryn dams are presented in this paper.
Keywords: seismicity, earthquake, intensity, instrumental observations, amplitude-frequency spectrum.
Крупное промышленное и гражданское строительство в высокосейсмичных районах, к которым относится вся территория Кыргызстана, требует принятия необходимых научно-обоснованных мер по защите различных сооружений от сейсмических воздействий.
На территории Верхне-Нарынского каскада ГЭС с 15 августа по 15 сентября 2013 г. были проведены работы по сейсмическому микрорайонированию, c целью определения фактических параметров сейсмического воздействия в зависимости от грунтовых условий отдельных участков Верхне-Нарынского каскада ГЭС.
Общие сведения о районе исследования - Верхне-Нарынского каскада ГЭС.
Район исследований расположен в восточной части Нарынской впадины. Участки пунктов исследования занимают площадь в подгорной равнине с уклоном в сторону русла реки Нарын, справа и слева от неё.
Характерной особенностью климата района является его континентальность, отличающаяся большими годовыми и суточными амплитудами температур.
Сейсмичность территории Верхне-Нарынского каскада ГЭС. По карте сейсмического районирования КР территория исследования относится к Сонкуль-Нарынской сейсмогенерирующей зоне [1]. Основу Сонкуль-Нарынской зоны составляют активные разломы широтного простирания. Общая протяжённость Нарыно-Сонкульской зоны разломов достигает около 200 км, если включить в её состав новейшие разломы, проходящие вдоль северного ограничения Кетмень-Тюбинской впадины и являющиеся непосредственным продолжением разломов, отделяющих частную Толукскую впадину от поднятия Суусамырского хребта. Ширина зоны изменяется от 10 км в районе устья Кокомерена до 20 км на меридиане Камбаратинской ГЭС. При этом узкий рамповый грабен шириной 1 -3 км (местами до 10 км), ограниченный разломами, представляет собой основную и, вероятно, наиболее активную часть всей этой зоны. По крайней мере, к этим разломам,
приурочено большинство разрывов, выраженных в рельефе и дешифрируемых на аэрофотоснимках. Участок створа Акбулунской ГЭС располагается непосредственно к югу от южной границы рассматриваемой зоны.
На территории исследования известны несколько достаточно сильных сейсмических событий, произошедших в прошлом. На рисунке 1 приведена карта-схема расположения эпицентров сильных исторических землетрясений в районе строительства Верхне-Нарынского каскада ГЭС, эпицентры сильных землетрясений выделены отдельным цветом и годом происхождения.
К числу сильных землетрясений относятся:
1. Куланакское землетрясение - 1948 г. 28 июля 8 ч. 00 мин. 56 сек. (ф=41.40; Х=75.40), K=13.6, М=5.2, Н=6 км, сила в эпицентре 7-8 баллов.
2. Сонкульское землетрясение - 1958 г. 13 октября 8 ч. 58 мин. 13 сек. (ф=41.60; Х=75.10), K=13.0, М= 5.2, Н=12 км, интенсивность в эпицентре 6-7 баллов.
3. Атбашинское землетрясение - 1962 г. 11 сентября 23 ч. 40 мин. 41 сек. (ф=41.32; Х=75.67), К=12.0, М=4.6, Н=30 км, сила в эпицентре 5-6 баллов.
4. Сонкульское землетрясение - 1965 г. 25 сентября 15 ч. 47 мин. 56 сек. (ф=41.53; Х=75.03), К=13.0, М=5.2, Н=25 км, сила в эпицентре 6-7 баллов.
Условные обозначения
К # 11.0-130 0 14.1-150 — Реки Озера
ф 13 1-14 0 ф 151.15 0 - Тектонические разломы ^^В Временный поселок
Рисунок 1. Карта-схема расположения сильных исторических землетрясений в районе строительства Верхне-Нарынского каскада ГЭС.
Район исследования входит в 9 - балльную зону ожидаемых сейсмических воздействий по шкале сейсмической интенсивности МБК-64 [1].
Тектоническое строение. Территория исследования пересекает простирающийся в широтном направлении Центрально-Нарынский тектонический разлом [7], проходящий вдоль поднятия хребта Молдо-Тоо и Нура (рисунок 2).
С целью определения количественных характеристик сейсмических колебаний на отдельных типичных участках, выделенных предварительно на основании инженерно-геологических данных, были проведены инструментальные наблюдения.
Инструментальные наблюдения осуществляются в целях:
а) непосредственного определения спектров приведённых скорости или ускорений;
б) определения спектральных особенностей грунтов; в) прямого сопоставления амплитуд колебаний по записям сейсмических станций во времени.
1Г32,Д1ПС.111.-
Тб'ВХГЕ.Д Тб'Э'ЗСЕ.Д. 7Ъ" 110'ы ТбЧЗГЯтд. Тб'иХГЕ.Д. 76"15,ЗапЕ.Д. ТбЧТХГЕ.Д. 76" ^^"В. Д. Тб-гаи^.д ТВ-З^ЪД Тб'гЗХГВ.Д. Д. ТГЗетЛ.д. 7Ъ'27,:А"ЕД.
^ Лент 2-й { №
Н<Г I. \ \ \ к .1-1-:Л." ■:..
у* '
ШШШ1ШШ
о- р
39!? А Г.СИМ
4452/М — }, ■;
_(_
~1 I I I I I Т I I I I I Г1-1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I1 I г
7бг5иЕ.Д 7бгб'3(ГВ.Д. 76'317'Е Д ТС'Э'ЗСЕ.Д. 76'11 П"ЕД Л" Л 7бги<ТЕ.Д. 76'1717'ЕД 7Г1ВЖГИ.Д. ТЯП-а 7 717 > ,1 Тб'гЗХГВ.Д. 76"21,Я"Е. Д. Тб'ЖХГЕ.Д.
4 Километры
Условные обозначения
Ц База эксплуатации водохранилищ_скпады осн.о&ор | | Производственная &аза | Бетонно-о&огатительное хозяйство ^^Н Временный вахтовый поселок
] Постоянный поселок | | Расходный склад ВМ Участковые хозяйства Разлом
Рисунок 2. Карта-схема расположения Центрально-Нарынского тектонического разлома в районе исследования Верхне-Нарынской ГЭС. (Авторы Камчыбеков М.П. и др.).
я
43
о со о Й
3 «
н о л
Я
сг> Я
к
о
я о о о
3
РЭ
о
я
2 ^ Н ТЗ Р5 о
к й с
Е о КС
о р
ин н
Я я Н8
00
* л к рэ
Н ^ рэ 3 Р* о к
С
Е д
43 о,
к- »
д
а ё
НН Д
К рэ
Я ^
м О
« 3 ^ £
ю я о *
<=> я
ЬО о
ы й о
о о
,_, чЗ
н о Й ег о н со о
а\
Выбор эталонных грунтов. В качестве эталонных грунтов обычно рекомендуется выбирать средние грунты, к которым условно относится величина исходного балла, определённая по карте сейсмического районирования территории Кыргызстана [1]. Такими образом, за эталонные грунты были приняты суглинистые грунты, характерные для верхней части разреза исследуемой площадки строительства и имеющие следующие параметры:
¥р= 200 - 700 м/с; Vs= 128 -624 м/с; р = 1.44 - 1.57 г/см3.
В исследуемом районе к числу главных факторов приращения в пределах верхних террас относятся суглинистые породы и глубина залегания грунтовых вод. Приращение балльности зависит здесь от мощности толщи суглинков и уровня залегания подземных вод. В нижних террасах - галечники и приращение в основном зависит от их распространения. Здесь грунтовые воды решающего значения не имеют.
Расчёт приращения балльности на основе слабых землетрясений производится с помощью следующей формулы:
М = 3.31*^(Д /А0),
где А1 и А0 - амплитуды колебаний исследуемых и эталонных грунтов.
Использование способа в виде регистрации сильных и слабых землетрясений требует организации инструментальных наблюдений в ждущем режиме.
Работа Установка сейсмометрических приборов.
В задачи наблюдений входили:
■ выбор мест (объектов), на которых должна производиться регистрация сейсмических процессов;
■ обустройство мест установки сейсмостанций, исключающее погрешности измерений, обусловленные особенностями состояния исследуемой среды и неполноценностью механической связи измерительной аппаратуры с ней;
■ обеспечение и производство регистрации сейсмического процесса;
■ анализ материалов сейсмометрических наблюдений с учётом метрологических характеристик (АЧХ) сейсмостанций;
■ подготовка научно-технического отчёта, систематизация фактического материала наблюдений.
Установка инженерно-сейсмометрической аппаратуры.
Инженерно-сейсмометрическая аппаратура была установлена на трёх участках со следующими грунтовыми условиями.
Участок 1
■ производственная база в районе строительства каскада;
■ временный поселок;
■ бетонно-обогатительное хозяйство.
Рельеф участка с уклоном с юга на север, поверхность его слабо расчленена ложбинами с глубиной вреза от 2.0 до 3.0 м.
В геолого-литологическом строении участка принимают участие аллювиально-пролювиальные отложения средне- и позднечетвертичного возраста, представленные лессовидными суглинками, супесями и галечниковыми грунтами. Лессовидные суглинки
мощностью 0.5-2.0 м и более покрывают сплошным чехлом галечниковые грунты с возрастанием мощности в направлении к руслу реки Нарын.
Физико-механические свойства крупнообломочных грунтов и лессовидных суглинков, определённые по РСМ-85 [4] таблице 1. «Ориентировочные сведения о плотности и сейсмических характеристиках для различных типов грунтов» (по Назарову с дополнениями), имеют следующие параметры.
1. Суглинки - плотность 1.5-2.1 г/см3, Vp=0.3-1.9 (0.5-0.9) км/с, Vs=0.15-0.5(0.2-0.4) км/с, коэффициент Пуассона 0.15-0.45), декремент поглощения Дp 0.05-2.0, декремент поглощения Дs=0.05-1.0.
2. Валунно-галечниковые и гравийно-щебнистые с песчано-глинистым заполнением -плотность 1.8-2.2 г/см3, Vp = 0.5-1.5 (0.7-1.1) км/с, Vs = 0.35-0.9(0.5-0.7) км/с, коэффициент Пуассона 0.35-0.4), декремент поглощения Дp = 0.05-0.08, декремент поглощения Д=0.1-1.0.
Участок 2
■ ГПП 220/35/10 кв;
■ ПС 35/10 кв (4 площадки);
■ участковые хозяйства (8 по два на каждом гидроузле каскада).
Рельеф участка слегка волнистый, с уклоном в сторону русла реки Нарын. Участок сложен плотными галечниковыми грунтами, перекрытыми лессовидными суглинками мощностью более 2 м.
Участок 3
■ расходный склад ВМ.
Данный участок расположен на возвышенности, сложен плотными галечниковыми грунтами, перекрытыми лессовидными суглинками мощностью более 2 м. Суглинки лессовидные просадочные, тип грунтовых условий по просадочности I.
Таким образом, мощность суглинистых грунтов 2 и 3 участков больше, чем участка 1.
Инженерно-сейсмометрические наблюдения велись идентифицированной аппаратурой, установленной, в-основном, на первом участке. На 2 и 3 участках из-за отсутствия электричества и сжатых сроков проведения работ сейсмометрические приборы не были установлены.
Регистрирующая аппаратура на участке 1 располагалась на трёх уровнях: на дневной поверхности, на уровне -1.5 м и -3 м от поверхности в глубину грунта (рисунок 3). Первый поверхностный уровень - суглинистые грунты, нижние - мощные галечниковые отложения.
№1
Рисунок 3. Расположение регистрирующей аппаратуры на участке 1.
Аппаратурное обеспечение участков наблюдения приведены в таблице 1. В качестве сейсмоприемников использовался трёхкомпонентный акселерометр Guralp CMG- 5^ регистратор - сейсмостанция GSR-18, СМ-3 и СМ-3В.
Размещение пункта наблюдения по регистрации сейсмических колебаний показано на рисунках 3 и 4.
Таблица 1.
Аппаратурное обеспечение участков наблюдения
Сейсмопункт, № Аппаратурное обеспечение Название пунктов наблюдения Географические координаты по GPS
1 Guralp CMG-5T Участок 1 41°27.558' 76°21.324'
2 СМ-3
3 СМ-3В
Условия сейсмических измерений.
В соответствии с принятой методикой для измерений с регистрацией процессов использован аппаратурный комплекс, обеспечивающий неискажённое воспроизведение исследуемых исходных процессов. Сейсмометрическая регистрация осуществлена зарубежными компьютеризированными комплексами трёхосевых акселерографов CMG-5Т (производство Англия) и отечественной аппаратурой, состоящей из одноосевых сейсмоприемников СМ-3, СМ-3В, управляющего блока АЦП и серийного портативного компьютера.
Рисунок 4. Карта-схема размещения пункта наблюдения в районе исследования - Верхне-Нарынского каскада ГЭС. (Авторы Камчыбеков М.П. и др.).
Анализ результатов сейсмометрических наблюдений.
Материалы отработки информации, полученной при сейсмонаблюдениях, показаны на рисунках 5-10.
Данные каталога землетрясений, произошедших в районе исследования за время наблюдений - август-сентябрь 2013 г. приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Данные каталога землетрясений за август-сентябрь 2013 г.
Дата Время Широта Долгота Магнитуда, шЬ
2013-08-27 16:15:35 41.43 79.47 4.3
2013-08-26 03:28:25,3 42.00 77.12 1.4
На рисунках 5-10 приведены сравнение отдельных результатов спектрального анализа (по методу Фурье) полученных записей землетрясений 26 и 27 августа 2013 г., зарегистрированные в пунктах наблюдения № 1,2,3. По оси абсцисс отложено время в секундах (ноль времени является условным), а по оси ординат - скорость в мм/с амплитудного спектра Фурье.
В таблице 3 приведены количественные значения амплитуд записей и спектров Фурье скорости землетрясений 26 и 27 августа 2013 г. и приращения балльности на исследуемом участке строительства.
Наименьшие значения частот для горизонтальных С-Ю, В-З и вертикальных Ъ составляющих сейсмических колебаний соответствуют частоте 24.39 Гц, максимальные значения частот по горизонтальным направлениям С-Ю, В-З - 164.5 Гц, вертикальным -84.79 Гц.
0.04
БУХ^
8УХ2; 8УХ3;
0.02
0.1
10
100
1X10
Рисунок 5. Сравнение амплитудных спектров Фурье записей скорости по составляющей СЮ землетрясения 27 августа 2013 г. (пункты наблюдения №1, 2, 3). бух1; -красная линия, дневная поверхность; Буу2; - синяя линия -1.5 м от дневной поверхности; - зелёная линия - 3 м от дневной поверхности; Г; - частота в Гц.
0
1
Рисунок 6. Сравнение амплитудных спектров Фурье скорости по составляющей В-З землетрясения 27 августа 2013 г. (пункты наблюдения №1, 2, 3). бух1; - красная линия, дневная поверхность; Буу2; - синяя линия -1.5 м от дневной поверхности; БугЗ; - зеленая линия -3 м от дневной поверхности; Г; - частота в Гц.
буЙ; БУгЗ;
4X10
- 3
2X10
0 0.1
10
100
1X10
Рисунок 7. Сравнение амплитудных спектров Фурье скорости по составляющей Ъ землетрясения 27 августа 2013 г. пункты наблюдения №1,2,3. бух1; - красная линия, дневная поверхность; Буу2; - синяя линия -1,5м от дневной поверхности; БугЗ; - зеленая линия -3 м от дневной поверхности; Г - частота в Гц.
0.02
бухЗ;
0.01
0.1
10
100
1X10
Рисунок 8. Сравнение амплитудных спектров Фурье скорости по составляющей С-Ю землетрясения 26 августа 2013 г. (пункты наблюдения №1, 2, 3). бух1; - красная
3
1
0
линия, дневная поверхность; бух2; - синяя линия -1.5 м от дневной поверхности; бухЗ; - синяя линия -3 м от дневной поверхности; Г; - частота в Гц.
Рисунок 9. Сравнение амплитудных спектров Фурье скорости по составляющей В-З землетрясения 26 августа 2013 г. (пункты наблюдения №1, 2, 3), БууЬ - красная линия, дневная поверхность; Буу2; - синяя линия -1.5 м от дневной поверхности; Буу3; - зеленая линия -3 м от дневной поверхности; Г; - частота в Гц.
Рисунок 10. Сравнение амплитудных спектров Фурье скорости по составляющей Ъ землетрясения 26 августа 2013 г. (пункты наблюдения №1, 2, 3), -
красная линия, дневная поверхность; - синяя линия -1.5 м от дневной поверхности; -зеленая линия -3 м от дневной поверхности; Г; - частота в Гц.
Выводы
1. На основании обработки записей двух землетрясений на территории участка 1 (производственная база в районе строительства каскада, временный поселок) получены следующие результаты: сейсмичность исследуемых участков имеет приращение - 0.5 баллов в подстилающем слое гравийно-галечниковых отложений при исходной сейсмичности исследуемой территории 9 баллов по шкале сейсмической интенсивности МБК-64 карты сейсмического районирования территории Кыргызской Республики.
Скорость, мм/с Параметры записи
26.08.2013 27.08.2013 Дата
3 2 1 3 2 1 Сейсмопункт наблюдения
0,041 0,088 0,20 0,063 0,140 0,701 С-Ю А я к
0,07 0,097 0,44 0,044 0,067 0,127 В-З ту Й з РЭ Я
0,027 0,16 0,065 0,016 0,031 0,073 N я о Я
24,39-51,0 35,48-108,65 35,48-46,56 42,39-54,86 47,38-164,59 47,38-84,79 Диапазон преобладающих частот, Гц С-Ю А Я Й я ту Й я ег й
51,0 106,43 42,13 49,88 164,59 69,83 Преобладающая частота, Гц с Я о кт 43
35,48-46,56 24,39-46,56 35,48-46,56 14,96-59,85 22,44-184,54 59,85-164,59 Диапазон преобладающих частот, Гц В-З Ф у 43 ег о
35,48 35,48 39,91 39,9 57,36 164,59 Преобладающая частота, Гц
24,39-51,0 28,83-42,13 35,48-46,56 51,86-82,29 37,41-87,28 49,88-172,07 Диапазон преобладающих частот, Гц N
24,39 35,48 42,13 82,32 49,88 84,79 Преобладающая частота, Гц
2.27 1.18 3.46 2.32 С-Ю П 43 я 43 рэ
2.64 2.17 1.52 0.92 В-З О К-ч II и> В сг> Я Я о б рэ Й Й ег я о о
1.26 -1.29 2.18 1.23 >-
2.06 0.69 Среднее значение н я
2. При условии снятия верхнего слоя суглинистых грунтов на участке строительства (производственная база в районе строительства каскада, временный посёлок) позволит снизить значение исходной сейсмичности до 8.5 баллов.
3. Рекомендуется перенести расположение бетонно-обогатительного хозяйства от линии Центрально-Нарынского тектонического разлома на расстояние 30 м.
4. В отношении сейсмичности остальных участков - принять исходную сейсмичность 9 баллов по шкале сейсмической интенсивности MSK-64 карты сейсмического районирования территории Кыргызской Республики.
5. Рекомендуется провести работы по изучению зоны динамического влияния Центрально-Нарынского тектонического разлома инструментальным методом.
6. В связи с короткими сроками проведения работ (в течение одного месяца), не было собрано достаточного количества записей землетрясений согласно рекомендациям РСМ-85, поэтому сейсмометрические наблюдения в районе исследования рекомендуется продолжить.
Литература
1. Карта сейсмического районирования территории Кыргызской Республики (объяснительная записка) / под ред. К.Е. Абдрахматова; НАН КР, Ин-т сейсмологии. -Бишкек, 2013. 51 с.
2. Медведев С.В. Инженерная сейсмология. Стройиздат. 1962. 283 с.
3. Напетваридзе Ш.Г., Одишария А.В. Исходные данные для применения расчётных методов в сейсмическом микрорайонировании. // Сейсмическое микрорайонирование. - М.: Наука, 1977. С.151-157.
4. Рекомендации по сейсмическому микрорайонированию при инженерных изысканиях для строительства. РСМ-85. Москва, 1985. 73 с.
5. СНиП II-81* Строительство в сейсмических районах/ Госстрой СССР.- М.: АПП ЦИТП, 1991. 50 с.
6. СНиП КР 20-02: 2009 Сейсмостойкое строительство. Нормы проектирования. Бишкек, 2009. 103 с.
7. Чедия О.К. Морфоструктуры и новейший тектогенез Тянь-Шаня. - Фрунзе: Илим, 1986. 314 с.
Рецензент: к. г.-м.н. А.Б. Фортуна.
