Разработка технологии многопараметрового мониторинга сейсмической активности Азово-Черноморского региона комплексом геолого-геофизических методов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат технических наук Бяков, Алексей Юрьевич

• Бяков, Алексей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бяков, Алексей Юрьевич

1.2.1. 1.2.2.

1.2.3.

1.2.4.

1.2.5.

1.2.6. 1.2.7.

1.5.1.

1.5.2.

1.5.3.

1.5.4.

1.5.5.

1.5.6.

1.5.7.

Оглавление

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Бяков, Алексей Юрьевич

3.9. Выводы по главе

1. Материалы, полученные в результате выполненного в период с 2001 г. по настоящее время мониторинга газгидрогеохимических и геофизических полей на Азово-Черноморском сейсмогеодинамическом полигоне, могут являться фактологической информационной основой для осуществления прогноза сейс-могеодинамической активности и сейсмической опасности, а также могут быть использованы для разработки нормативных документов Технических регламентов мониторинга геологической среды.

2. Полученные за последние 10 лет материалы, в целом подтвердили работоспособность комплексной наблюдательной сети в составе применявшихся методов. Мониторинг газгидрогеохимических полей в Азово-Черноморском регионе с развернутым аппаратурно-методическим комплексом позволяет на аппаратурном уровне выполнять оценку сейсмогеодинамического состояния геологической среды, несмотря на то, что существующая сеть водопунктов отбора проб на определение содержания гелия в подземных водах в исследуемом регионе нельзя считать достаточной.

3. Наблюдения за поведением полей гелия и радона в целом по региону позволили определить влияние источников энергетических воздействий на территорию Северного Кавказа. Установлено, что основное энергетическое воздействие на НДС Юго-Восточного и Центрального Кавказа, в большей степени оказывает влияние Гималай-Тибет-Тянынаньской системы нижнемантийных суперплюмов, а на НДС Северо-Западного Кавказа — дополнительно и энергетическое воздействие тектонических движений Аравийской плиты. Такая информация необходима для создания в дальнейшем региональной сети комплексного мониторинга, отвечающей современным геологическим представлениям о тектонической структуре и современной геодинамике Кавказа.

4. Установлено, что выявленное в период наблюдений разнообразие откликов полей гелия и радона на геодинамическую активизацию является чувствительным и надежным предвестником землетрясений. Увеличение вариабельности содержания гелия и радона в подземных водах наблюдается как в случае повышения, так и в случае понижения гелиеносности в период подготовки крупных сейсмособытий. Предвестниковые периоды поведения гелиевого поля варьируют в широких пределах от нескольких месяцев до нескольких суток, что требует более полного исследования данных наблюдений. Интерпретировать изменения содержания гелия и радона в подземных водах следует с определением их геодинамической позиции и связью с конкретными сейсмособы-тиями. А пульсационно-ритмичный характер содержания гелия и радона необходимо учитывать при прогнозе сейсмогеодинамической активности.

5. Проведенная работа позволила оценить перечень основных методов и технических средств, являющихся эффективными для организации прогностической сети мониторинга на Геленджикском геодинамическом полигоне. На основе полученных данных стало возможным определить концептуальную структуру и состав оптимального аппаратурно-методического комплекса для оценки сейсмогеодинамического состояния геологической среды и осуществления прогноза сейсмогеодинамической активности, сейсмической опасности на территории Геленджикского полигона и сейсмоопасных регионов СевероКавказского региона в целом. Опыт проведения комплексных наблюдений показал, что в случае наличия длинных рядов наблюдений, данные комплексного мониторинга дают надёжную информацию для долгосрочного прогноза состояния НДС и, в конечном итоге, землетрясений.

6. Сейсмотектонический анализ и модели глубинного строения в пределах Геленджикского полигона, показали реальную возможность увязки очагов сейсмичности с определенными физико-геологическими условиями и тектонической структурой контролируемых геоблоков. При этом актуальным остается нерешенный вопрос по установке донных или гидрофонных станций в Черном и Каспийском морях с целью более полного контроля НДС морского дна и прилегающей суши.

7. Выполненная работа и полученные результаты подчёркивают необходимость обязательного комплексирования различных методов исследований, что позволит с большей достоверностью прогнозировать время, место и силу сейсмического события. Следующей задачей прогностических работ является повышение достоверности экспериментальных данных и формирования конкретного образа сигнала предвестника. В силу различных геолого-геофизических и орографических особенностей района, геологических свойств очаговых зон, степени тектонической активизации, мозаичности напряженно-деформируемого состояния пород земной коры характер проявления предвест-никовых сигналов может изменяться. Поэтому для надежного прогноза, выявления наиболее общих закономерностей и формирования образов сигналов-предвестников сейсмических событий необходим набор статистического материала в большом объёме (многолетняя база данных).

8. В результате анализа и обработки сейсмических данных выполнено уточнение объемной модели формирования НДС геологической среды для морской (шельфовой) части Азово-Черномоского полигона. Понимание физико-геологических условий возникновения критических напряжений и характера сейсмогеодинамических перестроек становится возможным более уверенное идентифицирование среднесрочных, а, возможно, и краткосрочных предвестников землетрясений. Механизмы генерации сейсмической энергии могут быть подобными и в береговой зоне в районе строительства Олимпийских объектов в г. Сочи. На основе полученной полной трехмерной модели становится возможным реализовать наиболее оптимальную конфигурацию прогностической сети для Геленджикского и, возможно, Сочинского геодинамических полигонов.

9. Мониторинг ЭМИ комплексом «Аларм-Сейсмо-002» пока не выявил однозначных информационных и прогнозных предвестников. Вероятным и пока возможным объяснением этого можно считать то, что пьезо- и магнито-эффекты глубокофокусных землетрясений электрически экранируются высокоминерализованными подземными водами.

10. Опыт мониторинга сейсмической активности Азово-Черноморского региона с использованием комплексов «Дельта —Геон» свидетельствует о достаточно высокой активности региона со значительным количеством событий в диапазоне магнитуд от 2 до 4 баллов. Землетрясения с магнитудой 4 и более баллов имели место достаточно редко, что не исключает их проявления в предстоящее время. Пространственное распределение землетрясений по площади выявляет ряд линиаментов повышенной активности и явления миграции сейсмоактивных зон. В части особенностей глубинной локализации очагов землетрясений наиболее сейсмоактивным является диапазон глубин 10—15 км. Наличие событий, связанных с диапазоном глубин менее 5 км, включая поверхностные, может быть по нашему мнению обусловлено техногенными факторами, в частности, промышленными взрывами в карьерах и при строительстве.

11. В части технических возможностей сейсмологических наблюдений установлено, что пять режимных пунктов (г. Геленджик, г. Анапа, п. Михайловский Перевал, п. Павловский, п. Криница) являются достаточно чувствительными к местным (слабым) землетрясениям и могут быть переведены в ранг стационарных (долговременных) пунктов режимных наблюдений с регистрацией событий минимальной магнитуды 2,8. Три пункта нуждаются в дообустрой-стве (заглублении, бетонировании оснований бункеров) или корректировке местоположения из-за высокого фона помех (акустические шумы, порождаемые грязевыми вулканами, карьерные взрывы, неблагоприятные геологические условия) с занижением порога чувствительности.

12. Впервые для Азово-Черноморского полигона по результатам численного моделирования характеристик локальной сети были получены оценки максимальной среднеквадратичной ошибки локализации гипоцентров землетрясений для верхней и средней коры (глубины 11 км и 22 км) и создан фрагмент трехмерной геодинамической модели. При существующей расстановке станций уверенная локализация очагов землетрясений может быть осуществлена в пределах контура 200 х 170 км (широта-долгота) при глубине 50 км. В свете полученных оценок точности параметров существующая сеть сейсмических станций на основе анализа показателей локальных тектонических напряжений по пространственно-временному распределению слабых местных землетрясений позволяет осуществлять прогноз опасных сейсмических событий (М от 4,5 до 5,0) на Азово-Черноморском полигоне.

13. Таким образом, можно констатировать, что Азово-Черноморский геодинамический полигон отвечает требованиям, предъявляемым к системам наблюдений в составе Государственного Мониторинга Состояния Недр.

4. НАПРАВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

СРЕДСТВ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКОГО РЕГИОНА

Основываясь на результатах проведенных исследований и анализе опыта аналогичных работ в других сейсмоопасных регионах России и мира [117], следует еще раз подчеркнуть, что проблема исследований и, в особенности прогноза сейсмической активности, в том числе отдельных событий, представляется крайне сложной и на сегодняшний день до конца не решенной задачей.

Для эффективного решения этой проблемы, соответствующего уровню наиболее продвинутых в ее решении стран (Япония, Китай, США), потребуется, по мнению автора, комплексный подход, включающий реализацию целого ряда мероприятий не только регионального, но и федерального уровня :

- организационно-правовых,

- инновационно-технологических.

Остановимся более подробно на нашем понимании содержания и сути этих мероприятий.

4.1. Развитие организационно-правового обеспечения мониторинговых работ для прогноза сейсмической активности

Как уже отмечалось нами в первой главе, на территории Северного Кавказа и в Краснодарском крае действует значительное число организаций различного ведомственного и отраслевого подчинения, проводящих мониторинг сейсмологической обстановки и долговременные исследования геологических структур: АО (ГУЛ) «Кубаньгеология», ГНЦ ФГУГП «Южморгео-логия», КубГУ, ЮНЦ РАН, ГУП «Кавказгеолсъемка, Центр ГЕОН и многие другие, а также Геофизическая служба РАН, ведущая глобальный мониторинг сейсмической активности на федеральном и общемировом уровне.

В то же время, получаемая ими информация разрознена и недоступна для большинства исследователей, не сопоставляется и в комплексе не анализируется для воссоздания полной картины природных процессов, происходящих в земной коре. Создание центра прогнозирования землетрясений и оценки сейсмического риска решит главные проблемы в организации системы прогнозирования землетрясений: сбор, формализацию, структурирование, хранение первичной сейсмологической информации в виде соответствующих баз данных; организацию доступа к этим базам данных всем заинтересованным организациям и лицам; обработку первичной информации; анализ и обобщение, формирование и представление прогноза возможных сейсмособытий, а также проведение инструментальной оценки сейсмостойкости зданий и сооружений [4; 13]

В этой связи в функции центра должны входить разработка технического регламента на организацию и функционирование комплексных сейсмологических и геодинамических полигонов и станций.

С точки зрения автора такой региональный центр можно создать на базе Кубанского государственного университета — аттестованного члена мировой ассоциации организаций, ведущих сейсмологические исследования (IRIS), который обеспечивает доступ центра к мировой базе данных сейсмологических наблюдений, либо на базе ГНЦ ФГУГП Южморгеология, обладающей собственным Центром Мировых Геологических данных (ЦМГД), необходимыми вычислительными мощностями и каналами связи, в кооперации с АО «Кубань-геология», располагающей сетью наблюдательных пунктов, а также отделениями МЧС по Краснодарскому краю [118].

Центр должен выполнять функции постоянно действующего органа по осуществлению единой научно-технической политики и региональной системы сбора и обработки сейсмологических наблюдений. Выдавать соответствующие реальной обстановке оперативные сводки о состоянии окружающей среды по аналогии с бюллетенями о прогнозе погоды.

При этом предполагается кооперация такого центра по организации совместной деятельности с сейсмологическими организациями, расположенными как на Северном Кавказе, так и в странах Черноморского экономического сотрудничества (ЧЭС).

Наиболее удобным местом для размещения такого центра с учетом существующей инфраструктуры организаций участников, расположения органов власти, регионального ситуационного центра МЧС является, по нашему мнению, г. Краснодар. Организационно, на наш взгляд, такой центр целесообразно подчинить Департаменту природных ресурсов и экологии Краснодарского края.

4.2. Основные направления инновационно-технического развития средств мониторинга сейсмической активности Азово-Черноморского региона

4.2.1. Развитие сети комплексных наземных станций геофизического и газ - геохимического мониторинга

Как следует из результатов проведенных исследований, для повышения надежности геолого-геофизической и социально экономической эффективности мониторинговых работ принципиально важное значение имеет площадной охват исследуемого региона с достаточно высокой плотностью наблюдательной сети, контролирующей узловые точки литосферных блоков и сейс-могенерирующие структуры.

В этой связи представляется целесообразным дополнить существующую сеть дополнительным количеством постов мониторинга со сгущением их в социально значимых районах и прилегающих территориях, таких как, район Большого Сочи и Красной поляны, как области, слабо охваченные наблюдательной сетью мониторинга, но вместе с тем имеющие высокую плотность населения и застройки техническими сооружениями (тоннели, виадуки, эстакады).

Исходя из опыта работ, общее количество сейсмических станций в Краснодарском крае должно быть не менее 20-25, в том числе не менее 8-10 в районе Большого Кавказского хребта, где в случае событий с бальностью 5-6 по шкале Рихтера могут иметь место значительные разрушения вследствие смещения оползневых масс.

Исходя из реальных экономических предпосылок, целесообразно в структуре сети предусмотреть на 1 этапе (2010-2012 гг.) формирование 4-5 опорных станций в узловых точках, характеризующихся расширенными возможностями сейсмогеодинамического мониторинга. Соответственно, оборудование этих станций, по нашему мнению, должно включать в себя следующий комплекс аппаратурных средств [71] :

- автоматизированные сейсмические станции типа ЗОАБ, «Угра» (разработки ГС РАН), сертифицированные в соответствии с международными стандартами, имеющие высокую тензочувствительность, возможность записи и хранения неограниченного количества информации средствами телеметрии и современное программное обеспечение;

- станциями АИС «Земля» с системой автоматического измерения и телеметрической передачей данных;

- датчиками - анализаторами содержания радона-торона в подпочвенном воздухе;

- измерителями деформаций (акустическим методом по радиальному и продольному резонансу обсадной трубы наблюдательной скважины);

- экспресс - газоанализаторами содержания гомологов метана и углеводородов;

- измерителями акустической эмиссии в диапазонах частот от 0,01 до 0,05 Гц;

- измерителями электромагнитной эмиссии, магнитного и электромагнитного поля Земли;

- автоматизированными системами экспресс - анализа химических компонентов флюидов;

- системами дистанционного измерения деформаций Земной поверхности с применением ОРЭ-ГЛОНАСС технологий по оголовку скважины, либо с установкой уголковых отражателей.

По мнению автора, учитывая опыт ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» в создании мобильных лабораторных комплексов контейнерного типа, техническая реализация могла бы представлять собой мобильный лабораторный комплекс с автономным питанием, местом отдыха персонала и рабочей лабораторной зоной и перечисленным выше оборудованием на базе морского контейнера либо жилого вагончика.

Расположение опорных станций целесообразно определить вблизи крупных городов, таких как: Краснодар, Геленджик, Анапа и Сочи, имеющих на своей территории химико-аналитические лаборатории для углубленного анализа химического состава проб воды наблюдательных скважин и контролирующих основные литосферные блоки и сейсмогенерируюшие структуры района.

Остальные станции, по мере возможности, должны быть оборудованы аппаратурой, позволяющей осуществлять сбор, хранение и передачу информации в автоматизированном режиме с минимальным участием оператора.

Очевидно также, что наряду с промышленной эксплуатацией комплекса многопараметрового мониторинга, должна вестись и научно исследовательская и опытно-методическая работа по разработке, опробованию и внедрению новых технических средств мониторинга, хорошо зарекомендовавших себя в других регионах России и в мире.

4.2.2. Проблема мониторинга района Сочи

В связи с важностью экономико-социального характера мониторинга района Большого Сочи остановимся на этом вопросе более детально.

Крупные землетрясения на Черноморском побережье Кавказа (район гг. Туапсе, Сочи, Сухуми) и в прилегающей высокогорной части Большого Кавказа известны по палеосейсмологическим и историческим данным. За последние 150 лет в прибрежной части района г. Сочи семибальные землетрясения происходили в 1870, 1955 и в 1970 годах [101]. Известный Сочинский рой» 1969-1971 гг. верхнекоровых землетрясений (энергетический класс К=9-13) характеризовался несколькими волнами вспарывания прослеживающегося вдоль побережья северо-западного разлома, распространявшимся с юго-востока на северо-запад и сопровождавшимся смещениями морского дна, цунами, оползнями. В г. Сочи ощущались сейсмические толчки, направленные на северо-восток [103]. О залповых выбросах в окружающую среду глубинных газов и ионных потоков свидетельствуют «запах серы» в воздухе, пепловидные выделения, святящиеся образования в почво-грунтах и асфальте, фосфоресценция морской воды.

Слабая сейсмическая активность в районе возобновилась с конца 1990 годов. Глобальный цикл сейсмической активизации 2002-2004 гг., выраженный на Северном Кавказе Нижнее -Кубанским и другими землетрясениями, отчётливо проявился и в районе г. Сочи. С 29.02.2002 г. сейсмостанциями отмечено заметное усиление сейсмической активности на Большом Кавказе вдоль прибрежной части Чёрного моря в виде роя из более 20 землетрясений, среди которых 6 имели магнитуду 2,7-3,3 и ощущались на территории Большого Сочи силой до 4-5 баллов. Эпицентры роя приурочены к тому же активному тектоническому узлу, в котором имели место землетрясения 19691971 гг. В апреле 2002 года сейсмостанцией Сочи был зафиксирован рой слабых подземных толчков у комплекса Дагомыс и пос. Барановка в горной местности. За период с 20 по 25 апреля 2002 года произошло 20 сейсмических ударов, сопровождаемых подземным гулом. В 2005-2007 гг. в прибрежной и высокогорной части района зафиксированы слабые сейсмические толчки, свидетельствующие о снижении сейсмической активности и накоплении глубинной энергии в сейсмогенерирующих областях.

Район г. Сочи находится в зоне воздействия глубинных энергетических импульсов, поступающих по активным трансрегиональным разломам из центральной части Альпийско-Гималайского пояса с юго-запада, юга и юго-востока. К таким разломам относятся, прежде всего, разломы северозападного (кавказского) и северо-западного (красноморского) направлений, состоящие из серии субпараллельных разрывов и геодинамически связывающие район с высокосейсмичными зонами Восточной Турции, Армении и Северо-Западного Ирана. По разломам северо-восточной (индо-памирской) и субмеридиональной (уральской) ориентировки район имеет геодинамическую связь с сейсмогенными зонами Западной и Центральной Турции. Район г. Сочи находится на продолжении субширотного Пшекиш-Тырныаузского разлома, играющего роль эффективного геодинамического барьера для глубинных энергетических импульсов с юга и юго-запада. Кроме того, следует учитывать влияние внешнего кольцевого разлома Восточно-Черноморской впадины, в центральной части которой в последние годы зафиксированы глубокофокусные землетрясения.

При создании сети мониторинговых наблюдений района г. Сочи целесообразно контролировать сейсмическую активность каждого из указанных разломов. Наиболее сильные сейсмические удары характерны для локальных тектонических узлов, образованных сопряжением активных разломов разных направлений. Поэтому сеть пунктов мониторинга должна быть достаточно густой. Для обеспечения оптимальной сети мониторинга сегмент геодинамического полигона предполагается в составе 2-х частей: прибрежной и морской части.

Мониторинг прибрежной части будет охватывать территорию сейс-моопасных районов, прилегающих к олимпийским объектам. На первом этапе предполагается включение территории мониторинга, заключенной между горой Фишт, Верхнее - Кубанский полигон, Адлер, 30 км от Адлера в море, 30 км от моря к Туапсе, полигон Кубанского госуниверситета - Горячий ключ.

Сейсмический мониторинг. С целью обеспечения регистрации сейсмических событий до магнитуды М =2,5 предполагается установка 8-ми сейсмических станций с обеспечением условий триангуляции. Такая сеть станций будет обеспечивать сбор сейсмический информации в реальном времени по алгоритму обнаружения и определения параметров сейсмических событий. Телеметрическая сеть должна работать в 3-х режимах сбора информации ARGOS, GPRS и на оптоволоконных линиях связи. Центр обработки должен располагаться в пунктах Красная поляна, в г. Сочи - морской модуль.

Мониторинг электромагнитных излучений (ЭМИ). Геологические условия из-за наличия кристаллических пород, не экранированных высоко-минерализированными подземными водами, позволяют организовать мониторинг ЭМИ в низкочастотном диапазоне. Предполагается установка 3-х или 4-х станций типа «Алярм-Сейсмо», включенных в общую систему сбора. Места установки станций с учетом их радиуса действия 130-180 км будут расположены равномерно по побережью от Адлера до Туапсе.

Мониторинг содержания гелия. Практика сейсмологических исследований в России и за рубежом показала, что гелий относится к самым надёжным и чувствительным индикаторам и предвестникам землетрясений, а подземные воды являются основным резервуаром накопления глубинных флюидных компонентов, поступающих из сейсмогенерирующих областей.

Изучение разломной тектонической структуры территории Большого Сочи и наличие известных скважин, а также восходящих родников в разлом-ных структурах позволяет сделать вывод о необходимости организации 10-12 водопунктов для мониторинга содержания гелия в подземных водах.

При проведении такой съёмки рекомендуется опробовать водопункты, расположенные как на побережье (от г. Туапсе до г. Адлер), так и в высокогорной части территории. У г. Туапсе в горах у пос. Холодный Родник, Кирпичное, Георгиевское в родниках и колодцах выявлены аномально высокие содержания гелия. У г. Хадыженск в подземных водах, вскрытых скважинами, обнаружены пузырьки С02 и концентрации гелия до 91-10"5 мл/л. От г.Туапсе к г. Хадыженск прослеживается активный разлом северо-восточного простирания, субперпендикулярный активному разлому, трассирующемуся вдоль побережья. Город Хадыженск находится в зоне активного северозападного разлома Кавказской ориентировки, входящего в систему Большого Кавказского глубинного разлома.

У пос. JIoo в подземных водах скважин содержание гелия составляет 11 • 10"5 мл/л. Целесообразно выполнить повторное опробование.

У г. Сочи при строительстве железной дороги в 1920-1930 годах в тоннеле обнаружены струи водорода, что указывает на наличие здесь активных разломов и очагов разгрузки глубинных флюидных потоков. Рекомендуется опробовать на гелий минерализованные подземные воды. В горах опробовать водопункты, расположенные вдоль шоссейной дороги (ст. Пластунка, Разбитый Котёл и др.).

Особенное внимание следует уделить минеральным водам гг. Мацеста, Хоста и водопунктам, находящимся в горах. Минеральные воды обычно отличаются высоким содержанием гелия.

Необходимо опробовать водопункты района г. Адлер. В поселках Га-лицыно, Красная Скала, Кепша, находящихся в горах выше по течению р. Мзымта, содержание гелия в колодцах составляет 10*10"5 мл/л, что заметно превышает фоновое значение.

Важное значение имеют данные водно - гелиевого опробования в районе Красной Поляны и участках строительства объектов Олимпийских игр 2014 года. По возможности, желательно опробовать водопункты, находящиеся у границы с Абхазией.

Целесообразно было бы в будущем выполнять режимное опробование самоизливающихся скважин в долине р. Уруп (выше рудника по течению и у ст. Преградная), в которых ВИМСом в 1980 годах выявлены высокие содержания гелия. Рудник Уруп находится в узле сопряжения основного шва Болынекавказского северо-западного разлома с разломами северо-восточного и северо-западного направлений, прослеживающихся через район г. Сочи. Юго-восточнее рудника Уруп в зоне Болыпекавказского разлома в 1905 и 1963 годах имели место разрушительные землетрясения.

Рекомендуется следующая последовательность работ по созданию в районе сети режимных гелий-гидрогеохимических наблюдений, отвечающей современным требованиям:

- проведение в районе опережающей водно- гелиевой съёмки масштаба 1:200000 - 1:500000 с опробованием по возможности, всех имеющихся водо-пунктов;

- составление карты поля гелия района масштаба 1:500000 с учётом результатов работ ВИМСа и других организаций, выполненных в предыдущие годы;

- выбор новых водопунктов — кандидатов для постановки режимных гелий-гидрогеохимических наблюдений и осуществление на них дискретного опробования;

- окончательный выбор водопунктов мониторинга, информативных гидрогеохимических индикаторов и предвестников землетрясений.

Желательны также ежесуточное гелий - гидрогеохимическое опробование и комплексирование гелий -гидрогеохимических данных с результатами ГГД-мониторинга, мониторинга ЭМИ и других физических полей Земли.

4.2.3. Мониторинг донных геодеформаций морской части полигона

Исследования, проведенные в рамках гос. Контракта № 10 от 04.05.2005г. «Мониторинг геофизических полей на полигонах и газгидрогео-химических полей в Северо-Кавказском регионе» показывает, что из 120 сейсмособытий, занесенных в каталог, более 70% приходятся на морскую часть бровки шельфа на траверзе городов Геленджик и Сочи. Землетрясения большой магнитуды, происходящие в море, могут представлять опасность для инфраструктуры прибрежной части, в том числе олимпийских объектов и береговых гидротехнических сооружений, в виде схода подводных лавин, селей, турбидитных потоков и образования цунами. Анализ систем прогноза землетрясений в Японии, США, Китае и других странах показывает высокую эффективность мониторинга процессов, протекающих в недрах, в том числе морском дне при геодинамических перестройках геологической среды [119]. В данном случае для создания системы мониторинга геофизических и газ-гидрогеохимических полей с целью прогноза необходимо создание и оснащение морской части полигона как одна из составных частей федерального Сочинского полигона.

Общепризнанным в мировой практике является метод измерения флук-туаций температуры в недрах, к примеру, ГГД -мониторинг. Известно, что осадочная толща Черного моря содержит большое количество газа метан и его гомологов, сероводород, газогидраты и другие газы, которые при изменении геодеформационного состояния морского дна, выделяясь в свободную форму, эманируют в водную толщу.

Важным признаком (параметром) при подготовке землетрясений является изменение температуры недр, в данном случае толщи морского дна. Аналогом ГГД- мониторинга может явиться донный геодеформационный мониторинг (ДГД - мониторинг), составной частью которого является сочетание измерений составляющей газгидрогеохимических полей и тепловых полей (теплового потока). Для выбора мест установки термометрической аппаратуры необходимо провести исследования по составлению карт аномалий теплового потока дна. Данные исследования ранее в рамках различных договоров выполнялись на шельфе Черного моря. На траверзе Голубой Бухты г. Геленджик при участии автора был создан морской термометрический полигон.

Для решения поставленных задач необходимо разработать и создать донные станции модульного типа. Донные станции должны выдавать следующую информацию:

1. Сейсмические данные, зарегистрированные с помощью ориентированных трехкомпонентных сейсмических датчиков, установленных на дне. Кроме этого, должна быть предусмотрена возможность установки гидрофон-ных датчиков или отдельных гидрофонных станций.

2. Результаты высокоточных измерений температуры в осадочной толще, полученные с помощью высокочувствительных температурных градиентометров на основе кварцевых сверхчувствительных (0,001 град.) температурных датчиков.

3. Результаты измерения количества эманирующего со дна газа (метан и его гомологи), полученные с помощью высокоточного накопительного счетчика газовой смеси.

При участии автора разработана и опробована якорно-фиксирующая система для установки Автоматизированной донной сейсмологической станции (АДСС) (рис. 4.1.), состоящая из:

• поплавкового буя, оснащенного, проблесковым маяком, радиолокационным уголковым отражателем и поплавковым такелажным концом;

• буйрепа, включающего: куски цепей марки 16 — 25, длиной по 2 — 3 м; такелажные скобы, вертлюги, капроновый фал;

• якорной отвязки, в состав которой входит: бетонный якорь, 2 куска цепи, скобы, вертлюги и капроновый фал между ними длиной 40 - 70 метров.

Одной из главных задач при постановки АДСС является обеспечение надежной развязки станции от колебаний буя и буйрепа, что позволяет повысить качество сейсмических измерений. Для решения этой задачи нами разработана следующая методика постановки АДСС.

Сначала на воду выводится буй грузоподъемностью 700 кг, и прикрепленный к нему капроновый фал выматывается в море с катушки при движении судна от буя. После того, как необходимая длина буйрепа (на 10 — 20% длиннее, чем глубина дна в точке постановки станции) оказывается в воде, судно останавливается и АДСС, соединенная с якорем отрезком фала длинной 40 — 70 м, имеющим, в свою очередь, отрезок цепи посредине, выводится с борта судна в воду при помощи лебедки. Затем якорь сбрасывается в воду, погружаясь на дно со скоростью около 1,5 м/с. Во время погружения станция и якорь находятся почти в вертикальном положении относительно друг друга, так что после касания дна соединительный фал оказывается в ненатянутом состоянии. Этим достигается отвязка АДСС от держаков буйрепа, привязанного к якорю.

Иногда для экономии времени применяется другая схема постановки АДСС в неглубоких водах. В этом случае сначала станция выводится с борта судна при помощи лебедки и кладется прямо на дно. После этого устанавливается буй и постановка завершается. Этот способ экономит время, но имеет один существенный недостаток — соединительный фал между якорем и АДСС часто оказывается натянутым из-за дрейфа судна в процессе постановки прибора. В результате сейсмический канал регистрации станции оказывается зашумленным.

После постановки АДСС ее автономная работа происходит как в дневное, так и в ночное время. С целью круглосуточной безопасности судовождения на мачте буя установлен радиолокационный отражатель, а в ночное вре

Для более достоверной информации по вариациям гелиевых полей следует получать информацию по содержанию гелия в придонной морской воде в зоне разломных структур. Отбор проб целесообразно проводить с маломерного судна герметичными батометрами с экспресс-обработкой на борту судна. Такой подход обеспечит более полный охват сейсмически опасных районов, прилегающих к городу Сочи, и обеспечит неразрывную связь полей гелия на суше и в море. Отбор проб придонной воды позволит проводить более полный геохимический анализ воды на содержание метана и его гомологов, а также других химических элементов и их соединений. Как показывает практика подобных исследований, такой метод является более «чистым». На основе кластерного анализа возможно будет сделать вывод в пользу какого-либо попутного «сигнального» элемента.

Для выбора мест отбора придонной воды, необходимо проведение на акватории, прилегающей к побережью от Адлера до Туапсе, непрерывной гелиевой съемки масштаба 1:100 ООО.

4.2.4. Развитие и совершенствование телеметрических систем сбора данных и алгоритмов их обработки

Как показала практика эксплуатации аппаратурно-технических средств, участвующих в мониторинге, некоторые параметры, заложенные на этапе создания, существенно отстают от современных требований мониторинга.

Модернизации в первую очередь подлежат технические средства, перечень которых с заявленными техническими характеристиками приведены в таблице 4.1.

Модернизация имеющихся средств многопараметрового мониторинга, создание систем телеметрической связи и сбора информации, основанных на комплексном использовании телефонных сетей, радиорелейной связи и систем на основе GSM, наряду с разработкой современных алгоритмов обработки полученных данных, позволит перейти к оценке состояния среды в режиме реального времени [16].

Комплексный научно-технический подход, позволит решить как задачи мониторинга окружающей среды, так и внести ощутимый вклад в реализацию программы сейсмической безопасности юга России.