CC BY
16УДК 550.348. (574.1)
УЧАЛИНСКОЕ ТЕХНОГЕННОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ 5 сентября 2012 г. с КР=9.5, Ml=3.4, I0=5 (Башкоторстан) РА. Дягилев1, Т.В. Злобина2, Н.С. Гусева2
1ФИЦЕГСРАН, г. Обнинск, [email protected] 2ГИ УрО РАН, г. Пермь
Аннотация. 5 сентября 2012 г. в 20h11m в районе г. Учалы (Республика Башкортостан, Россия) произошло землетрясение с магнитудой ML=3.46, А"Р = 9.5. Землетрясение было зарегистрировано 11 ближайшими станциями России и Казахстана. После события был проведен сбор макросейсмических данных в районе эпицентра. По результатам опроса выявлено значительное отклонение инструментального эпицентра от макро-сейсмического, который попал в границы подземной разработки карьера ОАО «Учалинский ГОК». Учитывая большую ошибку определения инструментального эпицентра (~20 км), обусловленную редкой сейсмической сетью в Башкортостане, окончательные параметры очага следует принять по результатам макросейсми-ческих обследований. Таким образом установлено, что очаг землетрясения является неглубоким (h<1 км) и имеет техногенную природу, а сам карьер является новой сейсмогенерирующей зоной на Южном Урале.
Abstract. On 5 September 2012 at 20h11m GMT, an earthquake of magnitude ML=3.4 near Uchaly town (Republic of Bashkortostan, Russia) happened. The earthquake was recorded by 11 nearest seismic stations in Russia and Kazakhstan. After event a macroseismic data had been held and collected near epicenter. Results of poll had revealed considerable deviation of calculated epicenter from macroseismic one that was inside the boundaries of underground mining part of open pit «Uchalinsky GOK». Considering the big error of definition of instrumental epicenter (~ 20 km) caused by rare seismic network in Bashkortostan, final parameters of the source should be accepted by results of macroseismic data. Thus, it is established that the seismic source is superficial (h<1 km) and caused by mining, and the open pit is a new seismogenerating zone in the Southern Urals.
Техногенная сейсмичность достаточно распространена на Урале, поскольку регион является крупнейшей горнорудной и металлургической базой страны и многие месторождения полезных ископаемых отрабатываются закрытым способом (шахтами и рудниками). Техногенная сейсмичность имеет различные формы проявления: от слабых толчков до наиболее опасных и разрушительных техногенных землетрясений, число которых растет с увеличением глубины ведения горных работ и масштабов разработок. Такие события имели место на бокситовых месторождениях Южного Урала и происходят до сих пор на Североуральских бокситовых месторождениях, на железорудных шахтах Нижнего Тагила и на калийных рудниках Верхней Камы [1, 2, 3].
При разработке некоторых месторождений открытым способом техногенная сейсмичность менее интенсивна, но с увеличением глубины отработки и последующим переходом на подземную отработку она также дает о себе знать в виде тресков, которые нередко бывают слышны непосредственно в выработках. Наиболее сильные из них могут приводить и к разрушениям. Очевидно, именно таким событием стало землетрясение, произошедшее 5 сентября 2012 г. в 20 11m (6 сентября в 02h11m по местному времени) в районе г. Учалы. Поскольку подземные толчки ощущались людьми как в самом г. Учалы, так и в соседних населенных пунктах, событие вызвало тревогу среди населения. Люди звонили в муниципальные органы власти, МЧС и спрашивали о причинах данного явления.
Инструментально это землетрясение было зарегистрировано сетью сейсмических станций Урала и Казахстана. Сейсмические записи по землетрясению были получены с 11 ближайших станций, из которых восемь уральских («Арти» (ARU), «Верхнечусов-ские Городки» (PR0R), «Кунгур» (PR3R), «Власы» (PR4R), «Соликамск» (SOKR), «Северо-уральск» (SVUR), «Оренбург» (ORR), «Оренбург-2» (OR2) [4]), две - Казахстанского национального центра данных («Боровое» (BRVK), «Акбулак» (ABKAR) [5]) и одна временная станция «Нижнекамск» (NKMK), установленная в г. Нижнекамск (Республика Татарстан). Наиболее четкие сейсмограммы получены лишь на пяти станциях (рис. 1). Параметры события, рассчитанные с помощью системы обработки сейсмических данных WSG [6] по записям региональной сети, приведены в табл. 1. Глубину очага h по инструментальным данным определить не удалось из-за отсутствия близких станций.
V, мкм/с
7 ..... "ARU" (242 км) -«----1-.-.- "PR3R" (397 KM*
Ii Ill, "ORR" (413 км> ---Hib» ''»'^lip^W'.....——
Щи "PR4R" (479 км)
20:11:00 20 12-00 20-1300 20 14.00 20 15"00
чч:мм:сс
Рис. 1. Сейсмограммы Учалинского землетрясения 5 сентября 2012 г.
Таблица 1. Параметры Учалинского землетрясения по инструментальным данным
Агент- to, Sto, Гипоцентр Магнитуда Источ-
ство ч мин с с Ф°, N S, км Х°, E S, км h, км Sh, км ник
MIRAS 20 11 01 0.3 54.158 20 59.344 20 1f #р=9.5+0.4, Ml=(3.4±0.2)/6 [7]
Так как ошибка определения координат в данном районе оценивается 5-20 км, изначально природа события была не ясна. С одной стороны, эпицентр землетрясения хорошо согласуется с положением известных природных сейсмогенных зон Урала [8], которые вполне могут создавать условия для возникновения таких землетрясений. Однако здесь же ведется разработка Учалинского месторождения медно-цинковых руд. Месторождение разрабатывается ОАО «Учалинский ГОК» комбинированным способом: открытым (два карьера) и закрытым (рудник глубиной до 400 м). В качестве основной технологии отработки запасов подземным способом принята камерная система отработки пород с последующим заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой [9]. Ранее на месторождении не было крупных техногенных землетрясений и горно-тектонических ударов, ощутимых людьми.Тем не менее, за годы эксплуатации месторождения условия для их возникновения сформировались, и вполне возможно, что событие 5 сентября 2012 г. могло иметь техногенный характер. В то же время руководство предприятия, разрабатывающего месторождение, исключило еще одну возможную причину события - технологический взрыв. Технология добычи на двух карьерах месторождения не предусматривает проведения сильных взрывов. Других действующих горнодобывающих объектов, где могут производиться сильные взрывы, поблизости нет.
Для уточнения природы события в первые дни после его возникновения был организован сбор макросейсмических данных, который в итоге позволил уточнить и параметры гипоцентра, и природу очага. В ходе данного обследования были опрошены более 60 человек, проживающих не только на территории г. Учалы, но и в его окрестностях. Опрашиваемым лицам предоставлялась специальная анкета с вариантами описания характера сейсмического воздействия. Аналогичный опрос проводился также через сеть Internet [10].
Изначально опрос населения проводился в окрестностях г. Учалы, чтобы уточнить границы зоны ощутимых сотрясений и всей области опроса. Установлено, что событие не ощущалось в следующих населенных пунктах: д. Кудашево, д. Урал, п. Межозерный, д. Расулево, д. Базаргулово, д. Истамгулово, д. Ахуново, д. Сайтаково, д. Ильтебаново.
УЧАЛИНСКОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ 5 сентября 2012г. с КР=9.5, МЬ=3.4,10=5 (Урал) РА. Дягилев, Т.В. Злобина , Н.С. Гусева
Самые сильные колебания (до 7=5 баллов) ощущали шахтеры в руднике, а именно находящиеся в его центральной и южной частях. Работавшие в ту ночную смену чувствовали удар из-под ног, слышали сильный звуковой эффект, похожий на взрыв, звонкий хлопок, «стеклянный хруст». В горных выработках на горизонтах с 300 по 580 м осыпалась порода. Имели место вывалы, одним из которых засыпало технику. Сама техника от удара «подпрыгивала».
4-бальные колебания отмечены на большей части г. Учал ы . Наибольшее количество свидетельств получено из района современной застройки города. Здесь люди ощущали сильную вибрацию, тряску, от которой все спящие просыпались, испытывали испуг, но оставались на месте. Многие отмечали дребезжание посуды, перемещение легких предметов (вазы, книги, стулья), дрожание тяжелых предметов быта, мебели, раскачивание люстр. В городской больнице на потолке лопнула штукатурка.
3-бальные колебания ощущались в д. Танычау, д. Имангулово и д. Кунак -баево, с. Буйда и в старой части г. Учалы . Люди спали, некоторые проснулись, ощущали легкую вибрацию с грохотом, как от столкновения машин.
Полный перечень мест опроса с характерной для них интенсивностью и расстояниями до макросейсмического эпицентра представлен в табл. 2 вместе с населенными пунктами, где сотрясений не было.
Таблица 2. Макросейсмические данные об Учалинском техногенном землетрясении 5 сентября 2012 г. с КР=9.5, М[=3.4, /0=5 баллов
№ Пункт А, км Ф°, N Х°, Е № Пункт А, км Ф°, N Х°, Е
5 баллов 3-4 балла
1 Учалинский карьер 0.2 54.308 59.419 10 Буранцы 3.0 54.288 59.385
(380 горизонт) 11 Малые Учалы 6.8 54.367 59.433
2 Учалинский карьер (520 горизонт) 0.3 54.304 59.422 12 Буйда 3 балла 8.0 54.255 59.507
3 Учалинский карьер 0.3 54.309 59.419 13 Имангулово 7.3 54.274 59.321
(300 горизонт) 14 Кунакбаево 7.9 54.336 59.308
4 Учалинский карьер (500 горизонт) 0.5 54.303 59.414 15 Танычау Не ощущалось 12.0 54.208 59.498
4-5 баллов 16 Сайтаково 9.8 54.338 59.559
5 Учалы (юго-восток) 1.7 54.297 59.441 17 Ильтебаново 10.6 54.339 59.266
6 Новые Учалы 3.2 54.320 59.376 18 Урал 12.5 54.200 59.355
4 балла 19 Кудашево 13.9 54.216 59.270
20 Расулово 15.3 54.215 59.242
7 Учалы-2 (север) 2.5 54.301 59.457 21 Ахуново 16.5 54.206 59.608
8 Учалы-2 (юг) 2.7 54.284 59.436 22 Межозерный 17.6 54.150 59.372
9 Учалы (запад) 3.4 54.3155 59.369 23 24 Базаргулово Истамгулово 20.0 24.7 54.197 54.140 59.173 59.166
Эти сведения легли в основу карты изосейст (рис. 2). Согласно собранным данным, макро-сейсмический эпицентр располагался вблизи горных выработок ОАО «Учалинский ГОК», интенсивность в эпицентре составила 70=5 баллов по шкале М8К-64 [11]). Пространственный анализ макросейсмических данных и использование известного уравнения макросейсмического поля:
10=Ь Мэ-уХф+е (1)
с коэффициентами Ь=1.5, к=3.5, е=3.0 [12] при 70= 5 баллов позволили определить, что очаг землетрясения должен располагаться на глубине Л=4.4±3.1 км. Аналогичные оценки по площади распространения 4-бальных (44 км2) и 3-бальных (289 км2) колебаний с помощью формулы:
(2)
дают глубины 1.6±1.1 и 1.9±2.2 км соответственно. Если же использовать иные коэффициенты макросейсмического уравнения (Ь=1.5, к=2.67, е=1.16), полученные в [3] для случаев
приповерхностных источников (что характерно для большинства техногенных очагов), то глубина, определяемая по интенсивности в эпицентре с помощью (1), будет равна 1.4±1.4 км. Глубина, рассчитанная с помощью (2) по площади 4-й и 3-й изосейст, равна 1.2± 1.0 км и 1.2±1.9 км соответственно. В то же время зависимость вида:
Ь =
92 - 9 9
^1+1 11+2
(¿1+2
5 - 25
(3)
1+1
не требующая знаний коэффициентов макросейсмического уравнения и опирающаяся на данные о площадях трех высших изосейст [12] (5, 4 и 3 балла), дает глубину 1.7±0.5 км. Средняя оценка глубины по четырем последним решениям: Ь=1.7±0.7 км.
Рис. 2. Карта изосейст Учалинского техногенного землетрясения 5 сентября 2012 г.
с КР=9.5, М=3.4, 10=5
Характер проявления события в руднике (наличие разрушений; звонкий «стеклянный» звуковой эффект, обусловленный широким спектральным составом колебаний) и небольшая глубина очага указывают, что данное землетрясение является типичным горно-тектоническим ударом, спровоцированным горными работами. Данное заключение подтверждают и другие данные от шахтеров, ставших свидетелями события. Они сообщают, что ощущали не только главный удар, но и удары меньшей силы, которые продолжались после главного толчка в течение всей смены (до 7Ь30Ш местного времени) с интервалом около 5 минут, при этом два из них были несколько сильнее остальных. Данная картина очень похожа по своему описанию на аф-тершоковую активность. К сожалению, регистрации записей сейсмических толчков в эпицен-тральной зоне сразу после события не производилось (из-за отсутствия сейсмических станций), поэтому параметры слабых ударов остались неизвестными. Полученные свидетельства позволяют сделать вывод, что их очевидцы находились непосредственно у очага, и в таком случае именно результаты макросейсмических исследований стоит рассматривать как основные при
УЧАЛИНСКОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ 5 сентября 2012г. с КР=9.5, ML=3.4,I0=5 (Урал) РА. Дягилев, Т.В. Злобина, Н.С. Гусева
определении местоположения гипоцентра: ф=54.306±0.006°Ы, A,=59.419±0.003°E, h=1.4±0.7 км. При этом полученная изначально инструментальная оценка координат эпицентра (ф=54.158°Ы, A,=59.344°E) в табл. 1 является грубой, так как располагает эпицентр в 19 км к юго-западу от карьера. В то же время оценка величины землетрясения, инструментальная магнитуда ML [7], определена достаточно надежно и при смещении инструментального очага к макросейсмиче-скому не меняется.
Выводы. Выполненные исследования показывают, что на Южном Урале в районе г. Учалы сформировалась новая зона очагов техногенных землетрясений с потенциалом, достаточным для возникновения ощутимых макросейсмических проявлений, таких же, какие происходят в течение последних лет в районе г. Североуральск или г. Нижний Тагил, где ведутся открытые и подземные горные работы.
Литература
1. Алфёрова А.С. Воздействие горно-тектонических ударов на окружающую среду на примере Южноуральского бокситового рудника // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. -№ 9. - C. 246-249.
2. Блинова Т.С., Удоратин В.В., Дягилев Р.А., Баранов Ю.В., Носкова Н.Н., Конанова Н.В. Сейсмичность и сейсмическое районирование слабоактивных территорий. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2015. - 178 с.
3. Дягилев Р.А. Макросейсмика техногенных землетрясений Урала // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2017. - № 3. - С. 292-304.
4. Верхоланцев Ф.Г. (сост.). Цифровые станции Уральской сейсмической сети в 2012 г. // Землетрясения Северной Евразии. - Вып. 21 (2012 г.). - Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2018. - Приложение на
CD_ROM.
5. Соколова И.Н. (отв. сост.). Сейсмические группы и станции Республиканского государственного предприятия «Институт геофизических исследований» Комитета по атомной энергии Министерства энергетики Республики Казахстан за 2011 г. // Землетрясения Северной Евразии, 2011 год. - Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2017. - Приложение на CD_ROM.
6. Акимов А.П., Красилов С.А., Пойгина С.Г. Система обработки сейсмических данных WSG. -URL: ftp://ftp.gsras.ru/pub/wsg/WSG/DOC/WSG_adm.doc
7. Дягилев Р.А., Голубева И.В. (отв. сост.), Старикович Е.Н., Чепурова М.А., Верхоланцева Т.В., Варлашова Ю.В, Скоркина А.А., Верхоланцев Ф.Г. (сост.). Каталог землетрясений, горнотектонических ударов и взрывов на территории Урала и прилегающих районов за 2012 г. // Землетрясения Северной Евразии. - Вып. 21 (2012 г.). - Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2018. - Приложение на
CD_ROM.
8. Сейсмичность и сейсмическое районирование Уральского региона. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 124 с.
9. ОАО «Учалинский ГОК». [Сайт] - URL: http://www.ugok.ru
10. Сейсмологический мониторинг Западного Урала. - URL: http://seismo.mi-perm.ru/activity.html.
11. Медведев С.В. (Москва), Шпонхойер В. (Иена), Карник В. (Прага). Шкала сейсмической интенсивности MSK-64. - М.: МГК АН СССР, 1965. - 11 с.
12. Шебалин Н.В. Количественная макросейсмика // Вычислительная сейсмология. - 2003. - № 34. -С. 57-200.
