Підземний барометр

Гірничопромислові розробки можна розглядати як техногенний стимулятор локальних землетрусів.

Значна частина території України — сейсмічно спокійна й безпечна, тому питання будівництва регіональних сейсмологічних станцій раніше ніколи не було нагальним. Але сьогодні, на думку дніпропетровських гео­фізиків, треба зайнятися ретельнішим вивченням процесів, які відбуваються в надрах асейсмічних регіонів, обладнати в кожному з них якщо не повноцінні сейсмо­станції, то хоча б мережу контрольних пунктів із чутливим вимірювальним обладнанням. Вести спостереження пропонується за допомогою глибинних свердловин, які вже є або будуть пробурені спеціально для цих ­потреб.

— Структура геологічного середовища України дуже нерівномірна, — розповідає начальник дніпропетровської геофізичної експедиції «Дніпрогеофізика» Володимир Свистун. — Вона поцяткована розламами й тектонічними тріщинами, що створює передумови для формування різних геологічних явищ, у тому числі землетрусів локального характеру.

Не слід забувати й про людський чинник. Я маю на увазі видобуток залізної руди й вугілля, що пов’язано з переміщенням великих обсягів породи й ґрунту. Там, де земля «звикла» до важкого навантаження, утворюються котловани й підземні пустоти, а в інших місцях, навпаки, нагромаджуються величезні гори відходів, які починають тиснути на землю й змінюють її внутрішній стан адекватно утвореному навантаженню.

Висновки вчених підтверджує статистика землетрусів­­ у Придніпров’ї, кількість яких помітно зростає. Наприклад, поблизу міст із розвиненою гірничорудною промисловістю — Кривого­ Рогу й Павлограда — минулого століття кожні 8—10 років фіксувалося по одному землетрусу силою 3—3,7 бала за шкалою Ріхтера, а за останнє десятиліття сталося вже 3 поштовхи силою від 3,2 до 4 балів.

Сказати напевно, чим спричинені ці поштовхи, неможливо з багатьох причин. Мабуть, головна з них пов’язана з відсутністю постійних спостережних пунктів і відповідного обладнання, за допомогою якого можна відслідковувати розвиток сейсмічних процесів, які відбуваються в земній корі.

Інформаційна глибина

Співробітники експедиції­ «Дніпрогеофізика» три роки­ тому за власною ініціативою почали спостерігати­­ за поводженням води в контрольно-градуювальній свердловині, пробуреній на території їхнього підрозділу — інженерно-геологічного центру в Дніпропетровську. Виміри за допомогою «інтелектуальних датчиків» Mini­Diver велися час від часу й скоріше з цікавості. Однак отримана інформація  спонукала геофізиків перейти до постійних і більш серйозних досліджень. Тепер у їхньому полі зору вже дві свердловини — друга розташована в Кривому Розі.

— Судячи з отриманих даних, що глибша свердловина, то вона інформативніша, —  пояснює головний геофізик організації Петро Пігулевський. — Прилади, установлені в 815-метровій свердловині Кривого Рогу, дозволяють точніше визначити напружено-деформаційний стан підземного середовища, одержати чіткіші характеристики гідродинамічних процесів, що відбуваються в надрах. Поверхня води в цій свердловині перебуває на 106-метровій глибині,­ прилади опускаються ще нижче — на 120 метрів. Друга свердловина — дніпропет­ровська — сягає вглиб лише на 85 мет­рів, а датчики ми опускаємо на 30. Тут інформація менш диференційована, прилади­ не в змозі зафіксувати всі сплески, які «помічає» криворізька вода.

Графічна інформація про тиск води й коливання її рівнів, отримана за той самий період часу, указує на те, що свердловини «працюють» у цілому синхронно. Поява ж асинхронності в моніторингових свердловинах може бути першим провісником землетрусу. Як правило, перед землетрусом (невеликим місцевим або в 7—8 балів, за тисячі кілометрів від української території) датчики відзначають зниження рівня й тиску води. Це пояснюється розкриттям тріщинного простору в масиві гірських порід, що дає воді можливість «розбігтися» в різні боки, заповнити утворені мікротріщини. Але так буває не завжди.

Зрозуміти, що від чого залежить, допоможуть триваліші спостереження за допомогою високоточної апаратури, уважають співробітники «Дніпрогеофізики». Кращий вихід — у кожній області побудувати 2—3 сейсмо­станції. Тоді на підставі одержуваної інформації можна буде навчитися складати логічні ланцюжки, виявляти причинно-наслідкові зв’язки між глибинними та поверхневими процесами, прогнозувати землетруси.

Уся річ у матчастині

Особливо важливо спробувати виявити закономірні зв’язки між слабкими локальними землетрусами (маг­­ні­тудою до 2 балів) і промисловими вибухами в гірничорудних кар’єрах або вугільних шахтах, іншими техногенними навантаженнями на конкретній території.

Останній січневий землетрус у Кривому Розі (4 бали) було зафіксовано сейсмо­станціями у Київській, Полтавській, Львівській областях, у Сімферополі, а також Європейською службою сейсмологічних спостережень і приладами, установленими у свердловинах співробітниками «Дніпрогеофізики».

Але на підставі отриманих показань нікому не вдалося точно визначити епіцентр землетрусу, а отже й виявити його причину. Прилади, установлені в криворізькій свердловині, не призначені для вирішення таких завдань, а «чужі» сейсмостанції видали похибку в 20—30 км. От якби добре укомплектована сейсмічна станція була в Кривому Розі, то, визначаючи епіцентр землетрусу,­ похибка становила б 1—2 км, пояснює Петро Пігулевський.

З іншого боку, навіть найпростіші прилади «Дніпрогеофізики» змогли розпізнати наближення землетрусу за 6 діб до того, як він стався. Спочатку датчики зафіксували різке підвищення тиску в ґрунті на території Центрального гірничо-збагачувального комбінату, а потім рівень води у свердловині протягом 40 хвилин знизився на 7—8 см, що є безперечною ознакою майбутнього земле­трусу.

У принципі, доцільність будівництва сейсмостанцій­ очевидна. Але проблема,­ як завжди, в матчастині. ­Закупівля одного імпортного сейсмічного комплекту може коштувати кругленьку суму від $100 до $200 тис. Зрозуміло, що таких грошей ні вище керівництво, ні обласний бюджет не виділять, тому фахівці «Дніпрогеофізики» планують придбати вітчизняне обладнання для оснащення невеликої станції спостереження. На це потрібно приблизно  20 тис. гривень. Головне, щоб усі прилади мали підвищену чутливість і чітко відображали нелінійні коливання. Першу таку станцію планується встановити в Дніпропетровську.

— Наявність хоча б трьох контрольних точок (у Кривому Розі, Дніпропетровську й Павлограді) дозволить фіксувати всі підземні коливання на території області з максимальною точністю, — переконаний П.Пігулевський. — Одержувана інформація буде доступна не тільки фахівцям. Ми плануємо виводити її в Інтернет, щоб будь-хто зміг спостерігати за станом землі в нашому регіоні в режимі онлайн. Що ж до реакції гірничорудних масивів і міських територій на вибухи в шахтах і кар’єрах, із мінімальним набором конт­рольних точок і обладнання можна спостерігати тільки «хвилі» від великих вибухів. Але якщо в керівництва Кривого Рогу або власників підприємств буде бажання, ми зможемо встановити ще одну станцію безпосередньо в Кривому Розі, щоб з її допомогою переглядати абсолютно всі вибухи, навіть невеликої потужності. Це дозволить набагато точніше визначати причини тих або інших руйнувань як у промислових, так і в житлових районах.

Цікаво також простежити кореляційні зв’язки локальних землетрусів із «закордонними». Співробітники «Дніпрогеофізики» продемонстрували графік періоду виникнення японського землетрусу 11 березня: криворізька свердловина «повідомила» про загрозу за 2 години до того, як Японію труснуло. Спочатку рівень води опустився на 2 см, а потім сталося таке сильне стиснення підземних шарів, що вода за 45 хвилин піднялася на 10 см, чого ніколи раніше не було.