В работе приняли участие сотрудники Алтае-Саянского филиала Федерального Исследовательского Центра «Единая Геофизическая служба» РАН, Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Центрального отделения Федерального Исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН» и Байкальского филиала Федерального Исследовательского Центра «Единая Геофизическая служба» РАН.

В ходе исследования рассмотрены сейсмические воздействия очаговых зон крупных землетрясений на плотины ряда гидроэлектростанций юга Сибири. Показано, что модель зон ВОЗ, созданная для целей общего сейсмического районирования территории Российской Федерации, не полностью соответствует данным о сейсмической активности на юге Сибири. На основе записей сейсмических станций, расположенных на плотинах Новосибирской, Саяно-Шушенской и Иркутской гидроэлектростанций, проведено изучение сейсмограмм крупных землетрясений. Внимание уделено не только событиям в эпицентральных зонах природной сейсмичности, но и техногенным землетрясениям региона. Исследованы текущие спектры мощности, по которым определен частотный состав сигналов, длительность и уровень воздействия событий на фоне промышленных шумов и микросейсмических колебаний. Определены значения интенсивности сейсмических колебаний плотин Новосибирской, Саяно-Шушенской и Иркутской гидроэлектростанций при разных землетрясениях:

Выполненное исследование – первый шаг к оценке воздействий из наиболее активных очаговых зон на ГЭС Сибири с учетом реальных характеристик сигналов. Определен уровень сейсмического эффекта промышленных взрывов, производимых в Кузнецком и Горловском угольных бассейнах. Исследование нацелено на уточнение и совершенствование методов сейсмического районирования в районах расположения гидроэлектростанций в южной части Сибири. Опубликованные материалы представляют интерес для специалистов служб мониторинга гидротехнических сооружений, студентов и аспирантов, обучающихся по направлению подготовки «Гидротехническое строительство».

Гидроэлектростанции на реках Сибири чаще всего построены в платформенных районах и иногда в районах, примыкающих к горным системам (например, Саяно-Шушенская ГЭС на выходе р. Енисей из горной системы Западного Саяна). Анализ выполнен с использованием алгоритмов цифровой обработки детальных данных, зарегистрированных сетями цифровых станций Алтае-Саянского и Байкальского филиалов ФИЦ ЕГС РАН (рис.1).

Основной результат исследования - созданная база данных сейсмических воздействий на плотины гидроэлектростанций, охватывающая широкий спектр событий разной природы: платформенные землетрясения в Западно-Сибирской низменности, природная сейсмичность в очаговых зонах Алтае-Саянской горной области, промышленные взрывы и техногенные землетрясения, происходящие как ответ недр на техногенное воздействие в районах Кузнецкого и Горловского угольных бассейнов.

Важнейшая проблема, решаемая в статье, состоит в необходимости получения более точных карт сейсмического районирования Сибири. Нормативная и широко используемая в настоящее время карта общего сейсмического районирования ОСР-2015 создана, главным образом, на основе природной сейсмичности. Новизна и актуальность исследования заключается в том, что анализируются данные наиболее детальной в Сибири сети сейсмологических станций, позволяющей определять с высокой точностью не только природные, но и техногенные события, повторяемость которых значительно возросла в последнее время. Например, в последние два десятилетия значительно возросла интенсивность горных работ по добыче угля в Кузбассе, что привело к крупнейшему в мире (магнитуда 6.1) техногенному Бачатскому землетрясению 2013 года. Более того, из-за двукратного увеличения объема добычи антрацита в Горловском угольном бассейне за последние 10 лет, в нем стали происходить 3-4 раза в год техногенные землетрясения с магнитудами свыше 4 [Еманов А.Ф. и др., 2019]. В статье показано, что такие техногенные события оказывают интенсивное (до 4 баллов) воздействие на объекты гидроэнергетики в Сибири, сравнимое с воздействием от природных землетрясений. Поэтому выполненное исследование является первым шагом к созданию карт сейсмического районирования территории юга Сибири нового уровня, с учетом не только природной, но и техногенной сейсмичности.

Выполненные расчеты позволили заключить, что:

1. На плотину Новосибирской ГЭС оказали воздействие как природные землетрясения: Хубсугульское 2021 г. (удаление от эпицентра 1219 км, магнитуда 6.9, интенсивность воздействия – 2.2 балла, спектр частот до 5 Гц), платформенное землетрясение в районе оз. Чаны (удаление - 272 км, магнитуда 4.9, интенсивность менее 1 балла), так и крупные техногенные землетрясения: Кузбасса (Бачатское 2013 г.: удаление 215 км, магнитуда 6.1, расчетная интенсивность – 3.4 балла, спектр сигналов с частотами до 25 Гц; Талдинское 2021 г.: удаление – 270 км, магнитуда 5.6, спектр сигналов с частотами до 15 Гц) и Горловского месторождения угля (землетрясения в разрезе «Колыванский»: удаление – 47 км, магнитуда 4.3, интенсивность – 1.3 балла, воздействие в диапазоне частот до 50 Гц и в разрезе «Восточный»: удаление – 49 км, магнитуда 4.1, интенсивность ниже 1 балла).

2. На плотину Саяно-Шушенской ГЭС заметное воздействие (2 балла) оказали землетрясение с эпицентром в районе хребта Западный Саян (30.03.2022 г., магнитуда 4.8, удаление – 105 км, спектр воздействия 0-90 Гц); Тувинские землетрясения (2011 г., магнитуда 6.7; 2012 г., магнитуда 6.8, расчетные значения интенсивности - 4 и 3.5 балла) и Хубсугульское землетрясение (магнитуда 6.9, интенсивность – 2.5 балла, частоты сигналов до 10 Гц).

3. Наиболее сильное воздействие (5.2 балла) на плотину Иркутской ГЭС оказало Хубсугульское землетрясение и его афтершоки (рис.5). Землетрясение заметным образом повлияло на работу Иркутской ГЭС. Гидроагрегаты Иркутской ГЭС отключались при Хубсугульском землетрясении на 40 минут, поскольку из-за подземных толчков сработала штатная система безопасности гидроэлектростанции по вибрационному контролю.

СПРАВКА

Исследование выполнено в рамках государственного задания ФИЦ ЕГС РАН по проекту № 075-00682-24 и с использованием данных, полученных на УНУ «Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны и комплекс непрерывного сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира».

Полные результаты работы – в научной статье:

Еманов А.Ф., Еманов А.А., Виноградов Ю.А., Чечельницкий Ю.А., Шевкунова Е.В., Фатеев А.В., Полянский П.О., Кобелева Е.А., Бах А.А., Сережников Н.А. Оценка уровня и спектральных характеристик сейсмических воздействий в районах расположения объектов гидроэнергетики в Сибири // Геофизические процессы и биосфера. – 2024. – Т. 23. – № 1. – С. 5–38.