CC BY
147
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2006, том 49, №3
ГЕОФИЗИКА
УДК 550.34 (575.3)
Академик АН Республики Таджикистан С.Х.Негматуллаев, В.И.Старков ВЛИЯНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩА НА ПРИЛЕГАЮЩИЕ ТЕРРИТОРИИ
Проблема влияния инженерной деятельности человека на изменение сейсмической активности занимает важное место в изучении физических процессов в верхней части земной коры и закономерностей её развития. Разрозненные факты влияния заполнения крупных водохранилищ или закачивания воды в скважины на изменение сейсмического режима имелись давно, но подлинное научное обоснование данная проблема получила с развитием детальных высокочувствительных сейсмических сетей в разных регионах земного шара. Развитие систем сейсмических наблюдений позволяет накапливать длительные и непрерывные ряды однородных представительных данных.
К настоящему времени в различных районах Земли накоплен значительный опыт по исследованию влияния инженерной деятельности человека на ход сейсмотектонического процесса в верхних слоях земной коры [1-12]. Прошел первый период накопления фактических материалов и анализа данных, позволивший выявить связь заполнения водохранилищ, закачивания воды в скважины, а иногда и интенсивную добычу полезных ископаемых (например, нефти, газа) с изменениями сейсмической активности. Высокая интенсивность некоторых наведенных землетрясений приводит иногда к значительным разрушениям, повреждениям плотин и человеческим жертвам. Например, землетрясения с магнитудой более 6, вызвавшие разрушения строений, зарегистрированы в Индии (плотина Койна), Греции (плотина Кремаста), Африке (плотина Кариба) и др.
Увеличивает ли процесс заполнения водохранилища максимально возможное землетрясение в данном районе? Имеющиеся данные свидетельствуют, что величина скалывающих напряжений в результате повышения порового давления не увеличивается. Кроме того, после заполнения водохранилища уменьшается относительное число «жестких» землетрясений, имеющих высокочастотный состав колебаний, происходит сброс напряжений. Все это свидетельствует в пользу того, что в результате заполнения водохранилищ не следует ожидать увеличения максимально возможных землетрясений. Однако в случае одновременной замочки большей части разлома, простирающегося вдоль водохранилища, создаются благоприятные условия для одновременной подвижки вдоль него на большом протяжении, что может вызвать сильное землетрясение (менее вероятное в случае отсутствия воды).
В связи с этим учет воздействия триггерной (возбужденной) сейсмичности водохранилища является обязательным при проектировании сейсмостойких плотин. В качестве критерия принято, что возбужденная сейсмичность не может превышать ожидаемую (вероятную) максимальную величину естественного землетрясения. Максимальное вероятное землетрясение есть самое большое ожидаемое событие в рамках существующих тектонических условий и определяется состоянием геологической среды. Особенность возбужденных землетрясений проявляется в том, что при малой энергии (К до 10-12) они часто происходят на
небольшой глубине (до 5-10 км), а по характеру развития близки к естественным землетрясениям. Но в некоторых случаях возбужденные землетрясения могут спровоцировать более сильное, даже разрушительное землетрясение.
В связи с продолжением строительства Рогунского гидроузла рассмотрим проблему влияния водохранилищ на прилегающие территории на примере Нурекского водохранилища, объемом 10,5 км .
С целью изучения влияния заполнения Нурекского водохранилища на прилегающие территории были проанализированы данные наблюдений, полученные на наклономерно-деформографических станциях: на левобережном участке нижнего бьефа Нурекского гидроузла (в 1 км от плотины), в сае Пехо (на станции Лангар, в 3.5км от плотины) и на головном участке сооружения проектируемой Рогунской ГЭС (в 70км от плотины).
Рис.1. Система наклономерно-деформографических и деформометрических наблюдений.
I - на левобережном участке нижнего бьефа Нурекского гидроузла, II - в сае Пехо (станция Лангар), III - на участке строительства головного сооружения Рогунской ГЭС.
Измерения наклонов земной поверхности в забое 120-метровой штольни №2453 (рис.1-1), расположенной на расстоянии около 1000 м от оси плотины, проводились с сентября 1968 г. по февраль 1973 г. До момента заполнения водохранилища получен четырехгодичный ряд наблюдений парой наклономеров системы А.Е.Островского, регистрирующих составляющие наклона в направлениях Север-Юг и Восток-Запад. Прибором, установленном в направлении Север-Юг, за 57 месяцев наблюдений зарегистрирован наклон в 7,5^10-5 рад, а по компоненте Восток-Запад прибор зарегистрировал наклон в 10-10-5 рад. Направление наклонов - на Юг и на Восток. Скорость наклона 1,25-10-6 рад в месяц по составляющей Север-Юг и 1,75-10-6 рад в месяц по составляющей Восток-Запад (рис.2).
В процессе заполнения водохранилища с апреля 1972 г. скорости наклона площадки возросли по составляющей Север-Юг до 6,0-10-6 рад в месяц, направление наклона площадки сохранилось. По составляющей Восток-Запад имело место снижение скорости наклона до нулевого значения, которое сохранялось 3 месяца. После чего скорость и направление наклона восстановились до прежнего уровня (рис.2).
Рис.2. Ход наклонов площадки в штольне 2453 на левобережном участке нижнего бьефа Нурек-ского гидроузла.
В сае Пехо на сейсмостанции Лангар в 1975 г. построено 120-метровое подземное сооружение, предназначенное для установки наклономерно-деформографического комплекса, а так же другой измерительной аппаратуры, нуждающейся в стабильном режиме работы.
Назначение наклономерно-деформографической службы на сейсмостанции Лангар -непрерывная высокоточная регистрация наклонов и деформаций Земной поверхности в связи с проблемой прогноза землетрясений во времени, а так же слежение за изменениями режима деформаций в связи с заполнением водохранилища.
Подземное сооружение представляет собой У-образную штольню. Подходная часть штольни 40 метров. Две ветви от сопряжения направлены: одна на Север, вторая - на Запад (рис. 1-11).
С января 1976 г. начаты наблюдения за наклонами Земной поверхности одним комплектом наклономеров НФ-М системы А.Е. Островского. Наклономеры установлены в забое
246
северной рассечки. Регистрирующая аппаратура установлена в подходной выработке. Два наклономера ориентированы по меридиану и первому вертикалу. Регистрация ведется с чувствительностью (1,0-1,5)-10- рад на мм записи. Вдоль обеих рассечек смонтированы два луча кварцевых экстензометров с базами по 40 м каждый. Регистрация линейных деформаций обеими составляющими осуществляется на одной кассете в месте сопряжения подходной выработки с рассечками. Регистрация фотооптическая, непрерывная, чувствительность к смещениям по направлению Север-Юг - 2,5^10-9 относительных единиц на мм записи, по направлению Восток-Запад - 22,2-10-9 относительных единиц на мм записи.
С февраля 1976 г. получены трехгодичные ряды наблюдений за наклонами и линейными деформациями. Результаты приведены на рис.3. Из анализа графиков следует: сорокаметровыми деформографами регистрируются сезонные деформации с амплитудами 2,0-10-6 относительных единиц по составляющей Север-Юг и до 2,5-10-6 относительных единиц по составляющей Восток-Запад. По обоим компонентам вычислены остаточные необратимые деформации. Их величины равны:
- по составляющей Север-Юг - 0,5-10-6 относительных единиц,
- по составляющей Восток-Запад - 0,25-10-6 относительных единиц.
Необратимая деформация Земной поверхности, зарегистрированная деформографом в направлении Север-Юг величиной 1,5-10-6 в 1976 г., коррелируется с изменением объема воды в водохранилище и, по-видимому, обусловлено им. По составляющей Восток-Запад возмущения в ходе деформаций, связанные с изменением объема воды, явно не наблюдаются.
Влияние изменения объема воды в 1976 г. на станции Лангар более отчетливо проявилось по регистрации наклонов Земной поверхности. Необратимая величина наклона по составляющей Север-Юг составила 2,5-10-5 рад, а по направлению Восток-Запад наклон составил 1,0-10-5 рад. Начало движения, связанного с изменением уровня воды, отстает от последнего на 2 месяца. После стабилизации нового стационарного уровня воды движение продолжалось по составляющей Север-Юг 6 месяцев, а по составляющей Восток-Запад - 2 месяца. Результирующий аномальный наклон составил 2,7-10-5 рад и направлен на Северо-северо-запад, т.е. в сторону обратную водохранилищу.
Согласно рис.1-11, фундамент, на котором выполнялись измерения наклонов, находится на северо-восточном лежачем борту обозначенных разрывных нарушений. Дополнительное давление, созданное водными массами со стороны глубоководной части водохранилища, разгрузило висячий борт разрывного нарушения. В результате чего висячий борт разлома испытал поднятие, о чем свидетельствует аномальный наклон фундамента в северо-западном направлении.
Результаты наклономерных измерений в зоне влияния Ионахшского разлома на головном участке строящейся Рогунской ГЭС (рис.1 - III).
Рис.3. Графики хода наклонов по наблюдениям в сае Пехо и вариации объема Нурекского водохранилища.
В качестве опорного, для постановки долговременных наблюдений, создан пункт, расположенный на Юго-восточном борту разлома IV порядка, который находится в висячем борту Ионахшского разлома. Рассечка под наблюдения пройдена из транспортной штольни в пачке прочных, хорошо сохранившихся, песчаников без видимых следов тектонических трещин. Для измерений наклонов в забойной части рассечки, длиной 30 метров, залит фундамент. В рассечке выполнены мероприятия по созданию изотермических условий. В устьевой части рассечки установлена тройная система перегородок с закрывающимися дверьми. Регистрация наклонов осуществлялась во втором шлюзе. Удачно выбранное местоположение пункта и созданные «благоприятные» условия выполнения работ позволили получить достаточно длинные ряды наблюдений с 1975 г. по 1983 г. Результаты в виде результирующих векторов годовых наклонов представлены на рис.4.
Более наглядно развитие сдвиговых деформаций во времени на площадке наблюдений представлено на рис.4 в виде векторной диаграммы. Как следует из рисунка, наклон площадки в 1975-1976 г.г. происходил в направлении Юго-юго-восток. В 1976-977 г.г. произошла смена направления наклона с Юго-юго-восточного на Северо-западное, которое сохранялось до 1980 г. В 1980-1981 г.г. формируется инверсионные процессы, которые с 1981 г. восстановили направление наклона площадки к существующему положению до 1976 года. Принимая во внимание, что синхронные наблюдения в сае Пехо (Нурекская ГЭС) и на головном участке Рогунской ГЭС выполнены в зонах влияния Ионахшского разлома, аномальные процессы 1976-1980 г.г. в Рогуне, по-видимому, являются следствием заполнения Нурекского водохранилища.
Рис.4. Пункт 11, штольня 1002, рассечка нижняя. НФ-М: № 80 составляющая Север- Юг, №79 составляющая Восток- Запад (масштаб - одно деление соответствует 5-10"5радиан).
Воздействие водной нагрузки в ближней зоне проявляется в виде наклонов, в сторону водохранилища.
Воздействие водных масс при заполнении водохранилища на дальние расстояния, соизмеримые с протяженностью последнего, передается вдоль разрывных нарушений, которые проявляются в виде активизации межблоковых подвижек. Этот факт необходимо учитывать при оценке наведенной сейсмичности Рогунского водохранилища
Институт сейсмостойкого строительства и Поступило 07.07.2006 г.
сейсмологии АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. Возбужденная сейсмичность вблизи Нурекского водохранилища (ред. Негматуллаев С.Х.). Душанбе: Дониш,1975, 90с.
2. Мирзоев К.М., Негматуллаев С.Х. - Сов.-амер. работ по прогнозу землетрясений, кн.1, т.2. Ду-шанбе-Москва: Дониш, 1979, с.124-151.
3. Мирзоев К.М., Негматуллаев С.Х. Прогноз землетрясений, № 4. Душанбе - Москва: Дониш,1983, с.365-372.
4. Мирзоев К.М., Негматуллаев С.Х. - ДАН СССР, т.313, № 1, Геофизика, 1990, с.78-83.
5. Мирзоев К.М., Негматуллаев С.Х., Дастури ТЮ. - Сейсмологические исследования в районе строительства крупных водохранилищ Таджикистана. Душанбе: Дониш, 1987, с.101-119.
6. Мирзоев К. М., Негматуллаев С.Х., Симпсон Д., Соболева О.В. Возбужденная сейсмичность в районе водохранилища Нурекской ГЭС. Душанбе-Москва: Дониш, 1987, 403 с.
7. Мирзоев К.М., Негматуллаев С.Х., Виноградов С.Д., Дастури Т.Ю., Старков В.И. Влияние механических вибраций на пластические деформации и сейсмичность. Деп. рук. № 7636-1389, 1989, с.27.
С
8. Симпсон Д., Соболева О.В. - Сов.-амер. работы по прогнозу землетрясений, т.1, кн.1. Москва-Душанбе: Дониш, 1976, с.70-79.
9. Baecker B.G., Keeney R.L. - Bull. Stism. Soc. Am., vol.72, 1982, 553 p.
10. Gupta H.K. The present status of reservoir-induced seismisity investigations with special emphasis on Koyne earthquakes. Tectonophysics, 118, 1985, p.257-279.
11. Molnar P., Tapponnier P. - Science, 1975, p.419-426.
12. Simpson D., Negmatullaev S.Kh. - Bull. Seism. Soc. Am., vol.71, № 5, 1981, p.1561-1586.
С.Х.Неъматуллоев, В.И.Старков ТАСИРОТИ ОБАНБОР ДАР МАСОХАТИ ГИДРУ АТРОФ
Таъсири обанбор хангоми пуршави ба атрофи он дар масоили Неругохи оби барки Норак дида баромада шудааст.
Муаян карда шуда шудааст, ки таъсири обанбор дар даври аввали пуршави ба тулкашии он (ба дарози) ва хамчу массаи он вобаста аст тазъикшави (деформасия) дар мади аввал ба кад-кади таркишхо ва ба фаъолгардонии чумбиши байни плитахо дида мешавад.
Ин далелхо бояд дар мадди аввал хангоми баходихи ба тагирёби холати зилзила-ноки обанбори Рогун ба назар гирифта шавад.
S.Kh.Negmatullaev, V.I.Starkov RESVOIR INFLUENCE ON THE CONTIGUOUS TERRITORIES
A question on influence of reservoir on contiguous territories during fill in process has been examined on examples of Nurek hydropower station. It has been ascertained that the influence of reservoirs on the first stage of infilling is determined by the length of reservoir and by the volume of water mass. The deformations are passed along the bursting breaks, which are showed as an activi-zation of the blocks moving between of each other. This fact is necessary to consider during assessment of the complicated seismicity of Rogun reservoir.
