ТЕХНОГЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ КУЗБАССА

ТЕХНОГЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ КУЗБАССА
А.Ф. Еманов1,2,3, А.А. Еманов1,2, А.В. Фатеев1,2, Е.В. Лескова1,2
1
Алтае-Саянский филиал Геофизической службы СО РАН, г. Новосибирск
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, г . Новосибирск
3
Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск
2
Территория промышленных районов юга Западной Сибири всегда проявляла себя в
сейсмичности как район с редкими крупными землетрясениями и умеренной сейсмичностью,
проявляющейся, главным образом, в горных обрамлениях впадин. С самого начала
инструментальных наблюдений исследованию природной сейсмичности рассматриваемого региона
препятствовала проводимая здесь активная добыча полезных ископаемых с проведением
промышленных взрывов. Из-за отсутствия полной информации об активных антропогенных
воздействиях на недра зачастую выделение природной сейсмичности в общей массе промвзрывов
крайне затруднено.
Региональная сеть сейсмических станций Алтае-Саянского региона развивалась с ориентацией
на природную сейсмичность, с размещением станций, в основном, в горном обрамлении в тихих
условиях. Таким образом, слабая сейсмичность в местах добычи полезных ископаемых оставалась
необнаруженной, а более крупные события не выделялись в массе промышленных взрывов.
Свидетельством существования наведенной сейсмичности в Кузбассе послужили исследования
локальными сетями станций, проводимые здесь с 2005 г. в районах активной добычи угля, таких как
г. Осинники, г. Полысаево, шахт «Распадская», «Березовская» и др. Во всех отмеченных районах
получены данные о протекании сейсмического процесса, вызванного техногенным воздействием на
недра. Исследования с временными сетями станций показали, что сейсмический процесс в местах
активной добычи полезных ископаемых приурочен к разрезам и шахтам как по пространству, так и
по времени работы угледобывающего оборудования и локализуется в верхних слоях земной коры (от
сотен метров до нескольких километров) [Еманов и др., 2008, 2009а, 2009б, 2011; Опарин и др., 2012;
Фатеев и др., 2012].
В 2014-2015 гг. Администрацией Кемеровской области совместно с Угольными компаниями и
Алтае-Саянским филиалом Геофизической службы СО РАН запущена программа, нацеленная на
развитие сети сейсмических станций в Кузбассе. Особенности формируемой сети станций в Кузбассе
ориентированы на имеющиеся знания о процессе наведённой сейсмичности, полученные
экспериментальными работами с временными сетями станций в районе отдельных предприятий
Кузбасса. В целом сейсмологическая сеть формируется как сейсмологический полигон для изучения
наведённой сейсмичности, вызванной сильным техногенным воздействием на земную кору [Еманов и
др., 2015].
Созданная система мониторинга с автоматической обработкой позволила обнаруживать
наведенную сейсмичность в Кузбассе. Наиболее сильный процесс в районах населенных пунктов и
городов: Полысаево, Бачатский, Осинники, Междуреченск, Малиновка. Для этих районов, за
исключением пос. Малиновка, имеются подтверждения факта существования наведенной
сейсмичности исследованиями с временными сетями сейсмостанций. Обнаружены сейсмические
активизации меньшего энергетического уровня, требующие подтверждения с использованием
локальных сетей. Однозначно установлено, что наведенная сейсмичность в Кузбассе доминирует над
природной сейсмичностью, и сейсмическая опасность в значительной степени должна
корректироваться с учетом наведенной сейсмичности.
На настоящий момент наиболее изученным в регионе остается сейсмический процесс в районе
крупного угольного разреза Кузбасса – «Бачатского», на борту которого 18 июня 2013 г. в 23:02 по
UTC (19 июня в 06:02 местного времени) произошло одно из сильнейших техногенных
землетрясений в мире – Бачатское с ML = 6.1 [Еманов и др., 2014а, 2014б].
Максимальная интенсивность сотрясений в эпицентральной области составила 7 баллов по
шкале MSK-84. В ближайших к эпицентру посёлках наблюдались разрушение печей, падение
дымовых труб, осыпание штукатурки и образование трещин в стенах панельных и кирпичных зданий.
В шести-, пятибалльную зону попали некоторые города и крупные поселки Кузбасса (ЛенинскКузнецкий, Белово, Полысаево, Гурьевск и др.) Землетрясение ощущалось и за пределами
Кемеровской области: в Новосибирске силой в 4 балла, в Барнауле – 2 балла, Залесово (Алтайский
край) – 3 балла [Еманов и др., 2014а].
Бачатское землетрясение 18 июня 2013 г. сопровождалось мощным афтершоковым процессом,
для его регистрации вблизи карьера была выставлена сеть из десяти временных станций (рис. 1).
Первые сейсмостанции были установлены уже через несколько часов после главного толчка,
полностью запуск сети был завершен к 21 июня. Благодаря такой оперативности сейсмологов
получены уникальные по точности данные об афтершоковом процессе крупного техногенного
землетрясения в первые сутки.
.
Рис. 1 Эпицентры Бачатского землетрясения и его афтершоков за период 18 июня 2013 г. – 23 октября 2014 г. и
положение сейсмостанций временной сети
На настоящий момент сеть из 10 временных сейсмостанций в районе Бачатского разреза
продолжает функционировать в полном объеме. Кроме того, в результате тесного сотрудничества
Алтае-Саянского филиала Геофизической службы СО РАН с Администрацией Кемеровской области и
Угольными компаниями в рамках проекта, нацеленного на развитие сети станций в Кузбассе [Еманов
и др., 2015], в 2014-2015 гг. выставлены дополнительно четыре стационарных сейсмостанции с
передачей данных в центр обработки (в г. Новосибирск) в режиме реального времени. Вследствие
более чем двухлетнего мониторинга сейсмичности в районе разреза получены уникальные как по
точности, так и по длительности данные о протекании сейсмического процесса в эпицентральной
области сильного техногенного землетрясения.
За двухлетний период сейсмологического мониторинга эпицентральной области Бачатского
землетрясения зарегистрировано около 1500 афтершоков в диапазоне магнитуд от 1 до 4, наибольшее
их количество произошло в первые три месяца после главного толчка.
Область, занятая афтершоками Бачатского землетрясения, практически полностью совпадает с
размером Бачатского разреза, размеры которого достигают 10 км в длину, 2.2 км в ширину и 320 м в
глубину.
Положение эпицентров афтершоков, в основном, соответствуют плану разреза, и лишь на юговосточном его окончании к востоку фиксируется ответвление сейсмического процесса за пределы
разреза, в которое входят события с магнитудами 1 – 2. Наиболее сильные события, в том числе и
главный толчок, произошли ближе к западному борту Бачатского карьера и на его южном окончании.
Отдельные слабые события также фиксируются в районе небольшого разреза «Шестаки»,
расположенном на северном продолжении своего крупного собрата (рис. 1).
Глубины афтершоков составляют от сотен метров на северо-западном окончании афтершковой
области до 4-5 км на юго-восточном с постепенным нарастанием глубины вдоль карьера по
направлению с севера на юг. В области эпицентра Бачатского землетрясения фокусируется
наибольшее число крупных событий и, к тому же, наиболее глубоких (большая часть событий имеют
глубину 2 – 4 км и небольшое количество – до 5 км) [Еманов и др., 2014б].
Рассчитанный механизм очага главного толчка (рис. 2) представляет собой практически чистый
взброс; нодальные плоскости, одна из которых является плоскостью разрыва, расположены вдоль
простирания разреза. Фокальные механизмы сильных землетрясений с ML > 2 указывают на
преобладание вертикальных подвижек в очагах. Основной тип механизмов – взбросы с
разноориентированными нодальными плоскостями, также отмечаются сбросы и сдвиго-взбросы
(рис. 2).
Рис. 2 Механизмы очагов главного толчка и сильных афтершоков Бачатского землетрясения. 1 – Эпицентр
главного толчка Бачатского землетрясения; афтершоки: 2 – в 2013 г., 3 – в 2014 г., 4 – магнитуда (ML); 5 –
разрезы
Положение плоскости разрыва в очаге главного толчка вдоль простирания разреза
свидетельствует о техногенном характере Бачатского землетрясения. В пользу техногенной природы
говорит и сила толчка – магнитуда около шести соотносится с размерами очага порядка 10 км, что
сопоставимо с длиной углеразреза и протяженностью области, занятой афтершоками, эпицентры
большинства из которых попадают внутрь карьера.
Таким образом, Бачатское землетрясение 18 июня 2013 г. (ML =6.1), являющееся одним из
крупнейших в мире техногенных землетрясений при добыче твёрдых полезных ископаемых, вызвало
мощный афтершоковый процесс в районе разрезов «Бачатский» и «Шестаки» в Кузбассе.
Пространственно афтершоки сформировали структуру с закономерным изменением глубин от 4 – 5
км на юго-восточном окончании разреза до сотен метров – на северо-западном.
ЛИТЕРАТУРА
Еманов А.Ф., Еманов А.А., Лескова Е.В., Фатеев А.В., Сёмин А.Ю., Демидова А.А., Янкайтис В. В.
Наблюдения с временными сетями. Техногенная сейсмичность в Кузбассе // Землетрясения
России в 2007 году. Обнинск: ГС РАН. 2009a. С.86-93.
Еманов А.Ф., Еманов А.А., Лескова Е.В., Колесников Ю.И., Филина А.Г. Геодинамические и
техногенные процессы в сейсмичности Алтае-Саянской горной области // Современная
геодинамика массива горных пород верхней части литосферы: истоки, параметры, воздействие на
объекты недропользования / Под ред. Н.В. Опарина. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2008. С. 176266.
Еманов А.Ф., Еманов А.А., Лескова Е.В., Фатеев А.В., Сёмин А.Ю. Сейсмические активизации при
разработке угля в Кузбассе // Физическая мезомеханика. 2009б. Т. 12, № 1. С. 37-43.
Еманов А.Ф., Еманов А.А., Фатеев А.В., Лескова Е.В., Корабельщиков Д.Г., Ситников В.В., Дураченко
А.В. Основы системы мониторинга наведенной сейсмичности в Кузбассе) // Физико-технические
проблемы разработки полезных ископаемых. 2015. В печати.
Еманов А.Ф., Еманов А.А., Фатеев А.В., Лескова Е.В., Шевкунова Е.В., Манушина О.А., Демидова
А.А., Ворона У.И, Смоглюк А.С. Наблюдения временными сетями: Экспериментальные
исследования триггерных эффектов в развитии наведенной сейсмичности в Кузбассе //
Землетрясения России в 2009 году. Обнинск: ГС РАН. 2011. С.92-102.
Еманов А.Ф., Еманов А.А., Фатеев А.В., Лескова Е.В., Шевкунова Е.В., Подкорытова В.Г.
Наблюдения с временными сетями: Техногенная сейсмичность разрезов Кузбасса (Бачатские
землетрясения 2012-2013 гг.) // Землетрясения в России в 2012 году. Обнинск: ГС РАН. 2014а.
С. 104-108.
Еманов А.Ф., Еманов А.А., Фатеев А.В., Лескова Е.В., Шевкунова Е.В., Подкорытова В.Г.
Техногенная сейсмичность разрезов Кузбасса (Бачатское землетрясение 18 июня 2013 г., ML=6.1)
// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014б. № 2. С. 59-67.
Опарин В.Н., Еманов А.Ф., Еманов А.А., Лескова Е.В., Фатеев А.В., Колесников Ю.И. и др.
Деструкция земной коры и процессы самоорганизации в областях сильного техногенного
воздействия / отв. ред. Н.Н.Мельников. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2012. 632 с.
Фатеев А.В., Еманов А.Ф., Подкорытова В.Г., Лескова Е.В. Эксперименты по обнаружению
наведённой сейсмичности на севере Кузбасса // Землетрясения России в 2010 году. Обнинск: ГС
РАН. 2012. С.87-89.