Важнейшие результаты работ Алтае-Саянского филиала за 2016 г.

1. Сейсмологический мониторинг крупнейшего в мире техногенного землетрясения (18.06.2013 г., ML = 6.1, Кузбасс, Разрез Бачатский)

В Кузбассе создана двухуровневая система мониторинга наведённой сейсмичности, позволяющая обнаруживать и изучать сейсмические активизации. Техногенное Бачатское землетрясение 18.06.2013 г. с магнитудой ML=6.1 является крупнейшим при добыче твёрдых полезных ископаемых в мире. Оно вызвало разрушения в ряде посёлков и было ощутимо в Кузбассе и соседних областях. Экспериментом установлено: сейсмический процесс по площади тесно связан с открытой горной выработкой. Землетрясение вызвано сильнейшим техногенным воздействием, связанным с перемещением масс при добыче угля открытым способом. Сейсмологический мониторинг в районе разреза установил распределение гипоцентров землетрясений на глубинах до 4-5 км и позволил осуществлять контроль за изменением уровня наведённой сейсмичности (рис. 1).

2. Метод стоячих волн для изучения сейсмоизолированных зданий.

Разработаны метод контроля за качеством сейсмозащиты зданий в сейсмоактивных районах. Дело в том, что при землетрясениях часть зданий, которые имеют сейсмозащиту и должны выдерживать воздействия от землетрясений, на самом деле разрушаются. Применён метод стоячих волн для изучения собственных колебаний зданий с системами сейсмоизоляции, а именно на зданиях с нижним «гибким» этажом и резинометаллическими опорами. В результате исследования установлено, что соответствующие собственные частоты здания с «гибким» этажом ниже, чем для здания без «гибкого» этажа. Разница составляет менее 20%, при том, что в теории введение гибкого этажа должно было обеспечить понижение собственных частот в 5 раз. Таким образом, гибкий этаж не обеспечивает снижение сейсмических сил до нужного уровня. Обнаружена на стыке гибкого этажа отражающая граница, что привело к появлению двух дополнительных стоячих волн в железобетонной части этого здания (рис. 2). Дополнительные резонансы увеличивают сейсмическое воздействие землетрясений на здание с гибким этажом и ошибка модели здания приводит к тому, что реальная сейсмостойкость не соответствует расчётной. В табл. 1 приведены собственные частоты двух одинаковых зданий: в одном есть гибкий этаж, в другом нет. Секции 13-14 с сейсмозащитой.

Для сейсмоизоляции в виде резинометаллических опор обнаружено, что причиной неверного расчёта сейсмоизолирующих опор явилась ошибка модели здания. В верху здания обнаружена промежуточная отражающая граница, обеспечивающая дополнительные резонансы, не учтённые в модели для расчёта опор. Созданный метод обследования здания позволяет оценивать надёжность сейсмозащиты зданий.

3. Сейсмический режим Чуйско-Курайской зоны (Горный Алтай).

В результате детального изучения сейсмичности на Алтайском сейсмологическом полигоне установлен факт пространственного изменения сейсмического режима. Если после Чуйского землетрясения 2003 года вся сейсмичность на более чем десятилетие была сосредоточена вдоль линейной зоны афтершокового процесса (рис. 3), то в данный момент произошла сейсмическая активизация смежных геологических структур Чуйско-Курайской зоны. Сформировалась вторая линейная зона сейсмической активности, субпаралельная афтершоковой области (рис. 3). Таким образом, Чуйская и Курайская впадины оказались в промежутке между сейсмически активизированными структурами Курайского и Айгулакского хребтов с одной стороны и Северо-Чуйского и Южно-Чуйского хребтов, с другой стороны. Курайская впадина пересечена линейными цепочками слабых землетрясений, что свидетельствует о крайне напряжённом состоянии впадины. Сейсмическая активность усилилась и в Южно-Чуйском хребте. С юга от афтершоковой области начинает формироваться еще одна сейсмически активная зона.

4. Оценка сейсмической опасности г. Анжеро-Судженска Кемеровской области и прилегающих территорий.

Осуществлена разработка оценки сейсмической опасности Алтае-Саянской горной области как элемента детального сейсмического районирования. Уточнение балльности площадок под строительство важных объектов осуществляется на основе данных о региональных землетрясениях и о структурных геологических особенностях региона.

Оценка сейсмической опасности территории г. Анжеро-Судженска Кемеровской области проводилась на основе каталога сейсмических событий Алтае-Саянского региона, зарегистрированных в области радиусом ~400 км от площадки исследования за период 1734-2014 гг., с привлечением данных по уточнению сейсмической опасности смежных территорий из других источников, а также рельефа и геоморфологических представлений об исследуемой области. В целом район размещения г. Анжеро-Судженска малосейсмичен, тем не менее, сейсмичность южных, юго-восточных и восточных прилегающих территорий может внести свой вклад при оценке сейсмической опасности.

В результате анализа и сопоставления данных в области радиусом 400 км от г. Анжеро-Судженска составлена линеаментно-доменная модель из десяти доменов и девяти линеаментов (рис. 4). Для выделенных зон ВОЗ определены параметры сейсмического режима: оценена повторяемость землетрясений и значение максимальной магнитуды Mmax.

Расчеты по оценке сейсмической опасности территории г. Анжеро-Судженска проведены на основе параметров уточненных зон ВОЗ и полученных результатов по затуханию колебаний грунта для Алтае-Саянского региона. В результате исследования получено, что для территории города значение интенсивности сейсмических сотрясений в течение 50 лет не превысит: 4.8 балла – с вероятностью 90%; 5.1 балла – с вероятностью 95%; 5.8 балла – с вероятностью 99%.

5. Автоматизированная обработка головных волн при сейсмических исследованиях на опорных геофизических профилях.

Для изучения земной коры на опорных профилях проводится целый комплекс сейсмических исследований отражёнными волнами (ОГТ), преломленными волнами (КМПВ) и глубинные сейсмические зондирования (ГСЗ). Хорошо изучается глубинное строение земной коры и вместе с тем первые километры от земной поверхности практически не изучаются.

Ясно, что информация о скоростном строении верхней части разреза имеется в головных волнах из подсистемы ОГТ, но большая кратность наблюдений и наличие сотен тысяч сейсмических трасс делают практически невозможной “ручную” кинематическую обработку данных преломленных волн на опорных геофизических профилях. Вследствие этого, данные головных волн зачастую остаются “за бортом исследований” и не используются при создании геолого-геофизических моделей верхних горизонтов земной коры (интервал глубин 0 - 2 км).

Для автоматической обработки материалов глубинного ОГТ с целью селекции головных волн в верхней части разреза разработан и применён метод динамического пересчета, обоснованный в статьях С.В. Крылова и В.Н. Сергеева, и усовершенствованный в работах А.Ф. Еманова и В.С. Селезнева - это уникальная технология цифровой обработки данных головных волн, в основе которой лежит свойство пространственной когерентности - параллельность нагоняющих годографов головных волн. С помощью динамического пересчета, из зарегистрированного волнового поля выделяются поля продольных и поперечных головных и кратных головных волн, в то время как другие типы волн, нагоняющие годографы которых не параллельны, а также случайные помехи, подавляются. Временной разрез отображает изменение динамических свойств полей головных волн по профилю при неизменной величине удаления источник-сейсмоприемник.

На рис. 5 приведен временной разрез головных волн для опорного профиля 3-ДВ, в зоне сочленения Сибирской платформы и Верхояно-Колымской складчатой области.

На временном разрезе отражается изменение строения верхней части земной коры с переходом в разные геологические структуры, он является своего рода картиной волнового поля когерентных волн. По ним извлекается информация о глубине преломляющих границ и граничных скоростях. Разработка данного метода позволяет за считанные дни обрабатывать детальные данные на тысячекилометровых профилях с извлечением дополнительной информации о строении земной коры вдоль профиля.