CC BY
41
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 528.481
СОВРЕМЕННЫЕ СВЕДЕНИЯ О СЕЙСМОДЕФОРМАЦИОННОМ МОНИТОРИНГЕ ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
© В.Н. Пучков,
доктор геолого-минералогических наук,
член-корреспондент РАН,
директор,
Институт геологии,
Уфимский научный центр РАН,
ул. К. Маркса, 16/2,
450077, г. Уфа, Российская Федерация
© Р.С. Мусалимов,
ассистент кафедры,
Башкирский государственный университет, ул. Заки Валиди, 32, 450074, г. Уфа, Российская Федерация, эл. почта: [email protected]
В статье с учетом последних инструментальных сейсмических наблюдений выполнен анализ текущего состояния геодинамического мониторинга на территории Республики Башкортостан.
В последние время произошел пересмотр представлений о роли геодинамического (сейсмодеформационного) фактора при оценке эколого-промышленной опасности объектов недропользования. Оказалось, что даже в несейсмоактивных регионах в связи с интенсивной добычей полезных ископаемых происходит мощное техногенное воздействие на окружающую среду, приводящее к нарушению сложившегося природного напряженно-деформированного состояния массива недр. При этом естественные напряженно-деформационные поля подвергаются техногенному преобразованию и приводят к учащению геодинамической активности. Это нередко приводит к авариям трубопроводных систем, разрушению фундаментов зданий и загрязнению водоносных горизонтов, а в конечном итоге может привести к тяжелым экологическим и социально-экономическим последствиям: оседанию земной поверхности и техногенным землетрясениям.
Установка сейсмической станции «Башкортостан-1» расширила возможности инструментального мониторинга территории РБ. За последние несколько лет был зафиксирован целый ряд сейсмических событий, которые носят как тектонический, так и антропогенный характер. Причинами, провоцирующими геодинамическую активность, являются увеличение объемов добываемого сырья и глубины разрабатываемых месторождений, отбор большего количества попутной воды.
Кроме того, представлен сравнительный анализ учета современной аномальной геодинамики недр в двух соседних республиках: Башкортостане и Татарстане, выделены основные характеристики и их значения.
По результатам выполненных исследований очевидна необходимость в современной системе долговременного мониторинга, позволяющей на основе сейсмических, геодезических, геологических и других наблюдений не только констатировать происходящие события, но и предупреждать развитие неблагоприятных природных техногенных процессов в одном из крупнейших нефтегазовых регионов страны, как Республика Башкортостан.
Ключевые слова: геодинамика, землетрясения, сейс-мика, деформационные процессы, техногенное воздействие, месторождение нефти, мониторинг
© V.N. Puchkov1, R.S. Musalimov2
MODERN DATA ON SEISMIC DEFORMATION MONITORING IN THE REPUBLIC OF BASHKORTOSTAN
12Bashkir State University, 32, ulitsa Zaki Validi, 450076, Ufa, Russian Federation, e-mail: [email protected]
The article deals with the analysis of the current state of geodynam-ic monitoring in the Republic of Bashkortostan based on the latest instrumental seismic observations.
Recent years saw a revision of approaches to the role of geody-namic (seismic deformation) factor in the assessment of environmental and industrial hazard for objects of subsoil use. It has been found out that even in seismically inactive regions, a powerful technogenic impact on the environment can be observed due to intensive mining that leads to disruption of the existing natural stress-strain state of the bowels of the array.
This often leads to accidents in pipeline systems, destruction of the foundations of buildings and pollution of aquifers, and can eventually result in serious environmental and socio-economic effects: subsidence of the earth's surface and man-made earthquakes.
"Bashkortostan-1" seismic station has facilitated and enhanced instrumental monitoring in the Republic of Bashkortostan. A series of seismic events of both tectonic and anthropogenic nature have been recorded over the past few years. The causes inducing technogenic geodynamic
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2016, том 21, № 2 (82) lllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllEU
activity are as follows: an increase in the volume of extracted raw materials and the depth of the producing fields, production of a large amount of associated water.
In addition, a comparative analysis has been undertaken to account for current anomalous subsurface geodynamics in two neighbouring republics of Tatarstan and Bashkortostan with a focus on their main characteristics and values.
The results of the research clearly suggest the need for modern system of long-term monitoring, which allows not only to record the events, but also prevent the development of man-made adverse natural processes on the basis of seismic, geodesic, geological and other observations in such major oil and gas region as the Republic of Bashkortostan.
Key words: geodynamics, earthquakes, seismic survey, deformation processes, technogenic impact, oil field, monitoring
Введение. История сейсмометрического изучения землетрясений в Башкортостане насчитывает несколько десятилетий. В 1970— 1980-х годах лаборатория геофизики Института геологии Башкирского филиала АН СССР под руководством И.С. Огаринова вела наблюдения с помощью сейсмометра, установленного в штольне на берегу р. Уфы под трамплином. Однако в дальнейшем по ряду обстоятельств эту работу пришлось свернуть.
В 1990-2000-х годах вопросами сейсмотектоники занялась группа исследователей института, которую возглавил Ю.В. Казанцев [1; 2; 3 и др.]. Основой сейсмологических исследований этой группы была регистрация микросейсмических колебаний с использованием в основном автономных сейсмических станций (С007 и ПАСС). Обработка полученных сейсмических материалов (в частности, около 5 км лент с магнитной записью на 9 профилях только в Зауралье) велась С.А. Ковачевым по оригинальной методике (Институт прикладных сейсмоакустических исследований РАЕН). В результате этих исследований Ю.В. Казанцевым была построена первая сейсмотектоническая карта Башкортостана [2] и были сделаны общие выводы о сейсмической подвижности территории Башкортостана и коррелируемости интенсивности сейсмических шумов с тектоническими структурами, выделены области тектоносейсмического риска [3]. К сожалению, в связи с болезнью и смертью ученого эти исследования также были свернуты.
В последние время произошла определенная переоценка традиционных представлений о роли тектоногенного и карстогенного фактора в возникновении землетрясений в спокойных платформенных районах в сторону большего значения техногенной составляющей, хотя само это явление и раньше было известно [4]. В частности, даже в платформенно-равнинных
(не сейсмоактивных) регионах в связи с освоением подземного пространства происходит мощное техногенное воздействие на окружающую среду, которое приводит к нарушению сложившегося природного напряженно-деформированного состояния массива недр. Последствиями такого воздействия являются: порыв трубопроводных систем, смятие и срезание буровых колонн, загрязнение водоносных горизонтов, разрушение фундамента сооружений, а в наиболее негативных случаях — обширные оседания земной поверхности и техногенные землетрясения.
До недавнего времени территория Республики Башкортостан в отношении традиционного метода регистрации землетрясений с помощью высокоточных постоянно действующих стационарных сейсмостанций фактически являлась «белым пятном». Вплоть до 2013 г. сейсмичность можно было исследовать только станциями соседних регионов: Республики Татарстан, Пермского края, Свердловской и Оренбургской областей.
Установка первой сейсмической станции в Республике Башкортостан. В 2013 г. силами научного сообщества с привлечением частных инвестиций была введена в эксплуатацию сейсмическая станция «Башкортостан-1» (ВЛ1Я). Перед началом установки были проведены измерения уровня микросейсмического шума. По результатам рекогносцировки было выбрано место близ пос. Лекаревка Уфимского района. Специально для монтажа оборудования и проверки ее функционирования в республику прибыли специалисты Геофизической службы (ГС) РАН.
В специальном павильоне (рис. 1) на 5-метровой глубине установлено 3 сейсмометра высокой чувствительности. Каждый из них регистрирует различные виды колебаний Земли: удаленные — со всего земного шара и местные. Кроме того, станция включена в Уральскую сейсмическую сеть ГС РАН.
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2016 том 21, № 2 (82) IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
СОВРЕМЕННЫЕ СВЕДЕНИЯ О СЕЙСМ ОДЕФОРМАЦИ ОННОМ МОНИТОРИНГЕ ТЕРРИТОРИИ.
Рис. 1 Сейсмическая станция «Башкортостан-1» и антенна референцной станции "BASH"
Станция BA1R совмещена с постоянно действующей базовой станцией BASH, что дает возможность исследовать взаимное влияние сейсмодеформационных процессов на изменение геопространственных данных.
Современные сведения о сейсмичности территории Республики Башкортостан. После установки станции расширились возможности инструментального мониторинга территории РБ. За 2 года работы зафиксирован целый ряд землетрясений, в т.ч. на месторождениях нефтедобывающего комплекса. В общей сложности за период наблюдений с 2007 по 2015 год ГС РАН были зарегистрированы и определены параметры для 14 сейсмических событий (табл. 1).
Первое инструментально зафиксированное тектоническое землетрясение произошло в 2007 г. в районе г. Дюртюли с локальной маг-нитудой ML=3.6. Позже, в 2011 и 2012 гг., произошла серия землетрясений в районе г. Ме-леуз. Наиболее сильное из них с локальной магнитудой Ml=3.8 вызвало большой общественный резонанс и тревогу населения.
По представленным в табл. 1 данным видно, что за последние 2 года увеличилось число фиксаций сейсмических событий локального характера в Чишминском районе РБ (а именно в окрестностях пос. Кляшево, расположенного в 20 км от г. Уфы).
20 мая 2014 г. в 18:26:21 на расстоянии 5 км к юго-западу от сейсмостанции ВАШ было зафиксировано сейсмическое событие с Мг=2.8, а через 1ш31в (в 18:27:52) — его афтершок с М1=1.6. С привлечением студентов географического факультета Башкирского государственного университета был произведен опрос населения и сбор макросейсмических данных (более 70 анкет в 15 населенных пунктах).
Как видно из п.п. 8, 10, 11 и 12 табл. 1, землетрясения с магнитудой от 1,6 до 2,5 баллов регистрировались только станцией «Башкор-тостан-1», что свидетельствует о необходимости увеличения группировки сейсмических станций на территории РБ.
Указанные микросейсмические проявления с магнитудой Мь<3 носят как тектонический, так и антропогенный характер [5; 6]. В пользу последнего выступает целый ряд характерных параметров: события имеют глубину очагов, сопоставимую с глубиной отрабатываемой залежи и периодический характер.
Анализ уровня техногенной нагрузки на территории нефтепромысловых объектов. В целом ряде нормативных документов [7; 8; 9], регламентирующих промышленную и экологическую безопасность объектов нефтегазового комплекса, предписано учитывать геодинамический фактор и вести горно-экологический
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
V
/21
2016, том 21, № 2 (82)
Таблица 1 - Сейсмические события за инструментальный период наблюдений с 2007 по 2015 год
Пункт Дата Положение Время в очаге, UTC h, км Магнитуда, ML Станции, зарегистрировавшие событие
1 21.05.2007 г. Дюртюли 01:52:31 3.6 PR1R, PR3R, PR0R, PR2R
2 11.03.2011 г. Мелеуз 23:15:07 10 3.8 ORR, OR2, OR3,PRl, PR3, PR4, KIZ, KAU, ARU
3 25.11.2011 г. Мелеуз 16:41:22 6 3.3 SOKR, PR1,PR3, SVUR, PR2, PR4, ARU
4 08.04.2012 г. Мелеуз 13:19:35 11 3.3 SOKR, PR1, PR3, PR2, PR4, ORR, ARU
5 05.09.2012 г. Учалы 20:11:03 1 3.0 ARU, PRO, PR3, PR4, SOKR, SVUR, ORR, OR2
6 17.03.2014 с. Уральск 23:00:35 5F 3.1 PR0R, PR1R, PR3R, PR4R, PR7R, SVUR , ARU,BA1R
7 20.05.2014 Чишминский р-н 18:26:21 4 2.8 BA1R, ARU
8 20.05.2014 18:27:52 4 1.6 BA1R
9 01.09.2014 14:51:54 20 2.8 PR1R, PR3R, PR0R, ARU, KAUR, BA1R, PR4R, SVE
10 01.09.2014 21:00:48 4 2.5 BA1R
11 03.09.2014 03:28:48 4 2.4 BA1R
12 06.09.2014 02:12:10 4 2.4 BA1R
13 01.11.2014 г. Учалы 11:13:10 1 2.5 PR1R, PR3R, PR7R, ARU, KAUR, BA1R
14 08.06.2015 Чишминский р-н 22:55:37 20 3.0 ARU, PR0R, BA1R, SVUR
мониторинг. При выявлении сейсмической активности на территории рассматриваемых месторождений необходимо принять непрерывный контроль сейсмической активности.
На территории соседнего Татарстана, в частности на Ромашкинском месторождении нефти, в районе с близкими сейсмологическими условиями благодаря организации инструментальных наблюдений с 1982 г. зарегистрированы 68 землетрясений. В конце 2005 г. работы были прекращены ввиду отсутствия финансирования, однако после ощутимого землетрясения
2008 г. в г. Альметьевске с магнитудой порядка 5 баллов, вызвавшего серьезную обеспокоенность у населения, при непосредственном участии правительства республики и ПАО «Татнефть» началось восстановление службы сейсмического контроля и расширение сети. В настоящее время система геодинамического мониторинга ПАО «Татнефть» является одной из лучших в России [10; 11].
Ниже приведен сравнительный анализ учета современной аномальной геодинамики недр в двух регионах (табл. 2).
Таблица 2 - Сравнительный анализ учета современной аномальной геодинамики недр в Республике Башкортостан и Республике Татарстан
Основные характеристики Республика Башкортостан Республика Татарстан
Площадь субъекта, км2 142 947 67 847
Численность населения, чел. 4 071 064 3 868 730
Количество геодинамических полигонов, которые представляют собой высокоточную региональную нивелирную сеть, ед. 4 23
Количество сейсмических станций, ед. 1 14
Собственник станций БашГУ Правительство Республики Татарстан, ПАО «Татнефть»
Плотность станций на 10 000 км2 0,002 2,063
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2016 том 21, № 2 (82) IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
СОВРЕМЕННЫЕ СВЕДЕНИЯ О С Е Й СМ О ДЕ Ф О Р М А Ц И О Н Н О М МОНИТОРИНГЕ ТЕРРИТОРИИ.
Данные свидетельствуют о недостаточности станций наблюдений за сейсмодеформа-ционными процессами, что мешает объективному прогнозированию зон геодинамических рисков на территории РБ.
На территории Башкортостана ведется столь же интенсивная добыча углеводородов, что и в Татарстане, расположено порядка 250 нефтяных месторождений и обустроено 40 тыс. скважин, большинство из которых являются действующими. Однако создание и развитие
Рис. 2. Схема современного состояния нефтяных скважин и землетрясе ний на территории РБ. Месторождения нефти: 1 - Арланское; 2 - Манча ровское; 3 - Алкинское; 4 - Туймазинское
комплексной системы долговременного геодинамического мониторинга на уровне Правительства РБ не ведется.
В настоящее время основными районами добычи нефти (см. рис. 2) являются северо-западная, западная и центральная части республики, согласно [12].
Таким образом, сопоставив полученные данные с эпицентрами землетрясений на территории Арланского, Манчаровское и Алкин-ского месторождений, можно предположить, что данные события вызваны интенсивной добычей нефти в указанных районах и являются зонами геодинамических рисков.
Заключение. Выполненные исследования позволяют сделать вывод, что возможность постоянной подробной фиксации локальных сейсмо-событий и их комплексный анализ напрямую связаны с созданием сети сейсмических станций. Подтверждается связь некоторых сейсмособы-тий с интенсивной разработкой нефтяных месторождений. Очевидна необходимость в современной системе долговременного мониторинга, позволяющей на основе сейсмических, геодезических, геологических и других наблюдений не только констатировать происходящие события, но и предупреждать развитие неблагоприятных природных техногенных процессов в таком нефтегазовом регионе страны как Республика Башкортостан.
ЛИТЕРАТУРА
1. Казанцев Ю.В., Казанцева Т.Т., Камалетди-нов М.А., Ковачев С.А., Шакуров Р.К. Сейсмогенез и структура Центрального Башкортостана. Уфа: АН РБ, 1996. 72 с.
2. Казанцев Ю.В. Первая сейсмотектоническая карта Башкортостана // Геология. Изв. Отд-ния наук о Земле и природных ресурсов АН РБ. 2007. № 11. С. 3-28.
3. Казанцев Ю.В К сейсмотектонике Башкирского Зауралья / Материалы VIII Межрегион. геолог. конф. // Геология. Изв. Отд-ния наук о Земле и природных ресурсов АН РБ. 2008. № 12. С. 30-38.
4. Певзнер М.Е., Попова В.Н., Букринский В.А. Маркшейдерия: учеб. для вузов. М.: Изд-во Моск. гос. горн. ун-та, 2003. 419 с.
5. Кутушев Ш. Б., Мусалимов Р.С. Исследование геодинамических процессов на территории РБ по результатам GPS наблюдений (тезис докл.) //
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2016, том 21, № 2 (82) IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIНПНННШШ
21, № 2
