Подземный барометр
Горнопромышленные разработки можно рассматривать как техногенный стимулятор локальных землетрясений.
Значительная часть территории Украины — сейсмически спокойная и безопасная, поэтому вопрос строительства региональных сейсмологических станций ранее никогда не стоял на повестке дня. Но сегодня, по мнению днепропетровских геофизиков, необходимо заняться более тщательным изучением процессов, происходящих в недрах асейсмичных регионов, оборудовать в каждом из них если не полноценные сейсмостанции, то хотя бы сеть контрольных пунктов с чувствительным измерительным оборудованием. Вести наблюдения предлагается с помощью глубинных скважин, которые уже существуют или будут пробурены специально для этих целей.
— Структура геологической среды Украины очень неравномерная, — рассказывает начальник днепропетровской геофизической экспедиции «Днепрогеофизика» Владимир Свистун. — Она испещрена разломами и тектоническими трещинами, что создает предпосылки для формирования различных геологических явлений, в том числе землетрясений локального характера.
Не следует сбрасывать со счетов и деятельность человека. Я имею в виду добычу железной руды и угля, что связано с перемещением больших объемов породы и грунта. Там, где земля «привыкла» к тяжелой нагрузке, образуются котлованы и подземные пустоты, а в других местах, наоборот, вырастают огромные горы отходов, которые начинают давить на землю и меняют ее внутреннее поведение адекватно образовавшейся нагрузке.
Выводы ученых подтверждает статистика землетрясений в Приднепровье, число которых заметно растет. Например, вблизи городов с развитой горнорудной промышленностью — Кривого Рога и Павлограда — в прошлом веке каждые 8-10 лет происходило по одному землетрясению силой 3-3,7 балла по шкале Рихтера, а за последнее десятилетие зафиксировано уже 3 толчка силой от 3,2 до 4 баллов.
Сказать наверняка, чем вызваны эти толчки, невозможно по ряду причин. Пожалуй, главная из них связана с отсутствием постоянных наблюдательных пунктов и соответствующего оборудования, с помощью которого можно отслеживать развитие происходящих в земной коре сейсмологических процессов.
Информационная глубина
Сотрудники экспедиции «Днепрогеофизика» три года назад по собственной инициативе начали наблюдать за поведением воды в контрольно-градуировочной скважине, пробуренной на территории их подразделения – инженерно-геологического центра в Днепропетровске. Замеры с помощью «интеллектуальных датчиков» MiniDiver велись от случая к случаю и скорее из любопытства. Однако полученная информация оказалась настолько интересной, что геофизики перешли к постоянным и более серьезным исследованиям. Теперь в их поле зрения уже две скважины – вторая расположена в Кривом Роге.
— Судя по полученным данным, чем глубже скважина, тем она информативнее, — поясняет главный геофизик организации Петр Пигулевский. – Приборы, установленные в 815-метровой скважине Кривого Рога, позволяют точнее определить напряженно-деформационное состояние подземной среды, получить более четкие характеристики происходящих в недрах гидродинамических процессов. Поверхность воды в этой скважине находится на 106-метровой глубине, приборы опускаются еще ниже – на 120 метров. Вторая скважина – днепропетровская — уходит вглубь всего на 85 метров, а датчики мы опускаем на 30. Здесь информация менее дифференцированная, приборы не в состоянии зафиксировать все всплески, которые «замечает» криворожская вода.
Графическая информация о давлении воды и колебаниях ее уровней, полученная за один и тот же период времени, указывает на то, что скважины «работают» в целом синхронно. Появление же асинхронности в мониторинговых скважинах может быть первым вестником приближающегося землетрясения. Как правило, перед землетрясением (небольшим местным или в 7—8 баллов, за тысячи километров от украинской территории) датчики отмечают понижение уровня и давления воды. Это объясняется раскрытием трещинного пространства в массиве горных пород, что дает воде возможность «разбежаться» во все стороны, заполнить образовавшиеся микротрещины. Но так бывает не всегда.
Понять, что от чего зависит, помогут более длительные наблюдения с помощью высокоточной аппаратуры, считают сотрудники «Днепрогеофизики». Лучший выход – в каждой области построить 2—3 сейсмостанции. Тогда на основе получаемой информации можно будет научиться выстраивать логические цепочки, выявлять причинно-следственные связи между глубинными и поверхностными процессами, заниматься прогнозированием землетрясений.
Все упирается в матчасть
Особенно важно попытаться выявить закономерные связи между слабыми локальными землетрясениями (магнитудой до 2 баллов) и промышленными взрывами в горнорудных карьерах или угольных шахтах, другими техногенными нагрузками на конкретной территории.
Последнее январское землетрясение в Кривом Роге (4 балла) было зафиксировано сейсмостанциями, находящимися в Киевской, Полтавской, Львовской областях, в Симферополе, а также Европейской службой сейсмологических наблюдений и приборами, установленными в скважинах сотрудниками «Днепрогеофизики».
Но на основании полученных показаний никому не удалось точно определить эпицентр землетрясения, а значит и выявить его причину. Приборы, установленные в криворожской скважине, не предназначены для решения такого рода задач, а «чужие» сейсмостанции выдали погрешность в 20—30 км. Вот если бы хорошо укомплектованная сейсмическая станция находилась в Кривом Роге, то при определении эпицентра землетрясения погрешность можно было снизить до 1—2 км, объясняет Петр Пигулевский.
С другой стороны, даже простейшие приборы «Днепрогеофизики» смогли распознать надвигающееся землетрясение за 6 суток до того, как оно произошло. Сначала датчики зафиксировали резкое повышение давления в грунте на территории Центрального горно-обогатительного комбината, а затем уровень воды в скважине в течение 40 минут упал на 7—8 см, что служит явным признаком будущего землетрясения.
В принципе, целесообразность строительства сейсмостанций очевидна. Но вопрос, как всегда, упирается в матчасть. Закупка одного импортного сейсмологического комплекта может составить кругленькую сумму от $100 до $200 тыс. Понятно, что таких денег ни вышестоящее руководство, ни областной бюджет не выделят, поэтому специалисты «Днепрогеофизики» планируют приобрести отечественное оборудование для оснащения небольшой станции слежения. Обойдется это примерно в 20 тыс. грн. Главное, чтобы все приборы обладали повышенной чувствительностью и четко отображали нелинейные колебания. Первую такую станцию планируется установить в Днепропетровске.
— Наличие хотя бы трех контрольных точек (в Кривом Роге, Днепропетровске и Павлограде) позволит фиксировать все подземные колебания на территории области с максимальной точностью, — убежден П.Пигулевский. — Получаемая информация будет доступной не только специалистам. Мы планируем выводить ее в Интернет, чтобы любой желающий смог наблюдать за поведением земли в нашем регионе в режиме онлайн. Что касается реакции горнорудных массивов и городских территорий на взрывы в шахтах и карьерах, с минимальным набором контрольных точек и оборудования можно наблюдать только «волны» от крупных взрывов. Но если у руководства Кривого Рога или владельцев предприятий появится желание, мы сможем установить еще одну станцию непосредственно в Кривом Роге, чтобы с ее помощью просматривать абсолютно все взрывы, даже небольшой мощности. Это позволит гораздо точнее определять причины тех или иных разрушений как в промышленных, так и жилых районах.
Интересно также проследить корреляционные связи локальных землетрясений с «заграничными». Сотрудники «Днепрогеофизики» продемонстрировали график периода возникновения японского землетрясения 11 марта: криворожская скважина «сообщила» о надвигающейся угрозе за 2 часа до того, как Японию тряхнуло. Вначале уровень воды опустился на 2 см, а потом произошло настолько сильное сжатие подземных слоев, что вода за 45 минут поднялась на 10 см, чего никогда раньше не было.
