системы с гасителями колебаний.

Каждая из этих групп подразделяется на подгруппы по принци­пам конструктивной реализации или характеру динамического взаимодействия с защищаемой конструкцией сооружения. Приме­нение на практике перечисленных выше мер повышения устойчи­вости зданий и сооружений позволяет снизить сейсмическую реак­цию сооружений в два-три раза и вести проектирование с расчет­ной сейсмичностью на 1 балл ниже.

Теоретически из всех перечисленных систем наиболее хорошо разработаны адаптивные системы, сущность которых заключается

в том, что они в процессе землетрясений могут менять свои дина­мические характеристики в регулируемых пределах и избегать ре­зонансных явлений. Система с включающимися связями (рис. 7.14, Л) работает наиболее эффективно в районах с преобладанием вы­сокочастотных составляющих землетрясений. К недостаткам этих мер повышения устойчивости сооружения относится необратимое разрушение антисейсмических конструкций (выключение связей), требующих немедленного восстановления. В то же время как в системах с включающимися связями (рис. 7.14, Б) конструкции не разрушаются и нет необходимости их восстановления. Антисейс­мические мероприятия такого типа широко применялись при строительстве зданий проекта 122-й серии в г. Северобайкальске на БАМе. В качестве примера мы охарактеризовали лишь одну систему сейсмозащиты, другие системы подробно описаны в спе­циальной литературе (Поляков и др., 1988). Вместе с тем необхо­димо подчеркнуть, что в разных странах с помощью этих методов сейсмозащиты пытаются снизить реакцию сооружений на сейсми­ческие толчки различной силы. Наиболее широко в США, Ита­лии, Мексике, Югославии, Новой Зеландии, Японии и других странах применяется сейсмоизоляция сооружений. В Англии, Ар­мении и Грузии при строительстве отдельных сооружений исполь­зованы различные системы демпферов, а на Дрезденской телевизи­онной башне и ряде башенных сооружений и мачт в Чехии при­менены динамические гасители.

Все, что мы говорили об устойчивости сооружений выше, в большей степени относилось к жилым, общественным и производ­ственным зданиям. Проектирование других объектов — железных и автомобильных дорог, мостов, тоннелей, линий электропередач и связи, различных гидротехнических сооружений — должно про­водиться в строгом соответствии со всеми утвержденными норма­тивными документами, руководствами и правилами.

процесса «инициирование» и «возбуждение» (Николаев, 1994). «Инициирование» — это воздействие на очаг готового землетрясе­ния. «Возбуждение» — это воздействие на определенную зону земной коры, вызывающее одно или рой землетрясений, которые без такого воздействия не произошли бы. Причем это могут быть как природные, так и антропогенные (или техногенные) воздейст­вия. К природным факторам наведенной сейсмичности относятся такие, в настоящее время еще не достаточно глубоко изученные факторы, как приливные деформации, связанные с фазами Луны и Солнца, изменение скорости вращения Земли, солнечная актив­ность, инициирование землетрясений землетрясениями, погодные явления. К антропогенным или техногенным факторам наведен­ной сейсмичности относятся возведение и эксплуатация крупных водохранилищ, мощные промышленные и атомные взрывы, добы­ча полезных ископаемых и даже запуски тяжелых космических ракет. В настоящей главе речь пойдет о наведенной сейсмичности, связанной с антропогенными (техногенными) факторами. Причем в данном случае этот термин будет носить двоякий смысл, о кото­ром говорилось раньше, то есть будут рассмотрены как сейсмич­ные районы, так и асейсмичные. В первом случае наведенная сей­смичность является главным образом инициирующим фактором, а во втором случае — возбуждающим фактором.

До сих пор нет единой и законченной физической и математи­ческой теории или модели, которые бы удовлетворительно объяс­няли феномен наведенной сейсмичности. В случае строительства и заполнения крупных водохранилищ на проблему генезиса и ме­ханизма возбужденной сейсмичности имеются разные точки зре­ния. Перечислим некоторые из них: а) влияние веса воды, б) изме­нение напряжений в элементах земной коры, вызванные водной нагрузкой и скоростью изменения уровня водохранилища, в) влия­ние порово-трещинного давления, которое нейтрализует геостати- ческую нагрузку, уменьшает трение в горных породах, изменяет их прочность, нагрузку и т. д.

В случае разработки нефтяных и газовых месторождений при­чиной возбуждения тектонического землетрясения может стать: а) извлечение и закачка флюида (жидкости), б) изменение пласто­вою давления и пластовой температуры, в) прямая просадка (осе­дание) поверхности и т.д. При добыче твердых полезных иско­паемых, при проходке шахт наблюдаются горные удары, то есть внезапное взрывоподобное разрушение горных выработок, сопро­вождающееся излучением сейсмических волн. Но кроме горных ударов наблюдаются сейсмические события, которые не сопро­вождаются разрушением выработок, но происходит излучение сей­смических волн. Эти события называются толчками. Например, на шахтах Североуральского бокситового рудника ежегодно, начиная с 1981 года (год установки сейсмометрической аппаратуры), реги- сзрируются около тысячи сейсмических событий с энергией от 10² до 10⁹ Дж. Согласно представлениям ряда исследователей, появле­

ние наведенной сейсмичности при добыче твердых полезных ис­копаемых обусловлено техногенным внедрением в сильно энерго­насыщенные горные породы (Пономарев и др., 1994). В этом слу­чае вводится новое понятие об активной и пассивной геологичес­кой среде.

Подземные ядерные взрывы (ПЯВ), с одной стороны, могут инициировать тектонические землетрясения, являющиеся резуль­татом триггерного (эффект спускового крючка) высвобождения напряжений, накопленных геологической средой, с другой — под­земные ядерные взрывы могут вызывать обвальные землетрясения, связанные с обрушением подземных полостей, образующихся при взрыве.

Наконец, несколько слов следует сказать о появившихся в пос­леднее время сведениях о влиянии запусков тяжелых ракет на воз­никновение сильных землетрясений. По приближенным оценкам, справедливость которых уже подтверждена частично эксперимен­тальными данными (Рыбников, 1994), при определенных геофизи­ческих условиях техногенно спровоцированные вариации атмо­сферного давления над литосферными плитами могут послужить триггерным, спусковым фактором на их напряженно-деформиро­ванные границы и спровоцировать сейсмические толчки.

НАВЕДЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ, СВЯЗАННАЯ СО СТРОИТЕЛЬСТВОМ И ЗАПОЛНЕНИЕМ КРУПНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ

Накопленные материалы о проявлении наведенной сейсмич­ности, связанной со строительством крупных гидроэлектростан­ций, сопровождающихся заполнением больших водохранилищ, ставят особенно остро проблему возникновения сейсмичности в связи с инженерной деятельностью человека. Особые осложнения при этом возникают из-за необычных параметров этих землетрясе­ний, так как частота повторения и интенсивность наведенных зем­летрясений часто оказывается выше нормальной для данного реги­она, а очаги землетрясений располагаются в непосредственной близости от водохранилищ. При этом в мировой практике извест­но несколько случаев, когда землетрясения, вызванные заполнени­ем водохранилищ, приводили к разрушению строительных объек­тов, плотин, вызывали человеческие жертвы.

Проблема возникновения землетрясений в связи с нагрузкой на геологическую среду от водных масс крупных водохранилищ в разных частях мира стала предметом озабоченности различных исследователей и вызвала значительный международный интерес. В США ей уделяют'внимание такие влиятельные правительствен­ные учреждения, как Национальная океаническая служба, Геоло­гическая служба и т. д. В бывшем СССР были построены такие крупные водохранилища и гидроэлектростанции, как: Ингурская на реке Ингури в Грузии, высота плотины 271 м; Саяно-Щушенс-

кая на реке Енисей в России, высота плотины 245 м; Чиркейская на реке Силак в России, высота плотины 232.5 м; Токтогульская па реке Нарын в Киргизии, высота плотины 215 м; Зейская на реке Зея в России, высота плотины 115 м; Братская на реке Анга­ре в России, высота плотины 126 м и т. д. Следует сказать, что эти водохранилища построены как в высокосейсмичных районах (Ин- гури ГЭС) и в районах с умеренной сейсмичностью (Зейская ГЭС), так и в асейсмичных районах (Братская ГЭС).

Впервые с явлением наведенной сейсмичности, связанной с во­дохранилищами, человечество столкнулось после заполнения во­дохранилища в районе оз. Марафон (Греция) в 1931 году, спустя два года после начала заполнения водохранилища, когда в нем был достигнут максимальный уровень воды. Незначительные по энер­гии, но Ощутимые толчки начали отмечаться людьми сразу после начала наполнения водохранилища, а в 1931 году произошло зем­летрясение с М > 5, которое носило разрушительный характер.

Другой пример связи между вынужденной сейсмичностью и за­полнением водохранилища наблюдался после постройки на реке Колорадо плотины Гувер. Спустя год после начала заполнения во­дохранилища в 1936 году, был зарегистрирован первый толчок. До этого события существенной сейсмической активности в данном районе не наблюдалось. В начале семидесятых годов в районе пло­тины Гувер, где образовалось искусственное озеро Мид, регистри­ровались одно-два землетрясения в день, которые концентриро­вались вдоль разломов, при этом максимальная магнитуда достига- па значения М = 5 (по Рихтеру), глубина очагов 5 км. Здесь впервые была установлена прямая зависимость между проявлением сейсмичности и нагрузкой в водохранилище. Режим (временные фтуктуации) землетрясений, связанных с возбужденной сейс­мичностью, достаточно индивидуален в разных водохранилищах. Однако в некоторых из них устанавливается четко выраженная корреляция между колебаниями уровня воды и изменениями на- 1рузки, выделениями сейсмической энергии и зарегистрированны­ми толчками. Такая связь отмечена для озер Марафон (Греция), Кариба (Африка), Белеча (Югославия), Войонт (Италия) и др. (рис. 8 1).

Документально зафиксированы случаи проявления землетрясе­ний на водохранилищах Кремаста в Греции, Койна в Индии, Ка­риба в Африке. Сразу после заполнения этих водохранилищ было отмечено увеличение значительного количества небольших толч­ков Вслед за слабыми толчками типа форшоков следовали силь­ные толчки с магнитудами: М = 6.2 — для Кремаста (1966 г.), М = 6 3 — для Койна (1967 г.) и М = 6.0 — для Кариба (1963 г.). В Кремасте толчок с М = 6.2 проявился после трех месяцев сейс­мической активности, в Койне толчок с наибольшей магнитудой М - 6 3 произошел после четырех лет существования водохрани- тища, в Кариба толчок с наибольшей М = 6.0 произошел, так же как и в Койна, через четыре года после заполнения водохранилища.

1 11 111

сяч толчков с магнитудами М > 0.2. Глубины очагов, зарегистриро­ванных землетрясений, составляют интервал от 1 до 11 км, пик распределения приходится на глубины 4—7 км. Четко прослежи­вается связь усиления сейсмической активности с поднятием уров­ня воды в водохранилище, при этом наблюдается, что увеличива­ется и скорость освобождения энергии напряжений. В результате проведенных наблюдений была установлена четкая корреляция между уровнем воды, частотой землетрясений и высвобождающей­ся энергией. Как показали исследования, отмечена резкая нерав­номерность высвобождения сейсмической энергии. В течение 28 месяцев до главного толчка с М = 6.1 бьшо зарегистрировано 82 тысячи землетрясений относительно больших и малых энергий, но за 20 дней до этого события сейсмичность резко уменьшилась и не было зарегистрировано ни одного толчка с М > 3.0. Впервые в истории наведенной водохранилищами сейсмичности изучалось отношение скоростей распространения продольных и поперечных волн V_P/V_S. Установлено, что отношения V_p/V_s оказались мень­ше, чем в случае обычных тектонических землетрясений. Анома­лии отношения скоростей V_p/V_s возникли через 18 месяцев после начала сейсмических толчков, при этом объем пород, в которых наблюдались изменения отношений V_p/V_s, был значительно мень­ше, чем объем пород, затронутых аномалиями V_P/V_S при обычных тектонических землетрясениях. Установлено, что глубина макси­мального числа землетрясений увеличивается с увеличением вре­мени с начала сейсмической активности в районе водохранилища, что может быть связано с влиянием проникающей в породу воды.

Если обратиться к существующей на сегодняшний день статис­тике, то обращает на себя внимание крайняя нерегулярность про­явления наведенной сейсмичности. Из эксплуатируемых в настоя­щее время примерно 11 тысяч водохранилищ с высотой плотин более 10 м наведенная сейсмичность отмечена только в 0.63 %. С увеличением высоты плотины количество случаев проявления на­веденной сейсмичности растет следующим образом: для плотин с высотой более 100 м наведенная сейсмичность проявилась в 10%, а для плотин с высотой более 140 м — в 21 % случаев.

Проблемы возможных причин наведенной сейсмичности могут быть очень сложными и связанными не с одним, а с целым набо­ром факторов. К причинам возбужденной сейсмичности следует отнести: особенности геологического строения района, изменение гидрогеологического режима, изменение порового давления воды, параметры и режим работы самого водохранилища. Как уже ука­зывалось выше, крупные по глубине и объему водохранилища имеют массу воды более 1 км³ и глубину более 90 м. Характер эксплуатации водохранилища, скорости его заполнения и сброса воды, а также другие особенности режима, как показали наблюде­ния, могут явиться причиной землетрясений. Вместе с тем доста­точно обоснованные корреляции между водохранилищами и воз­никающими землетрясениями, полученные в одних районах, не

находят подтверждения в других. Данные, собранные американс­кими исследователями, говорят о том, что в 43 случаях исследо­ванных водохранилищ только для 10 можно говорить о причинно- следственных связях между сейсмичностью и водохранилищами (Гупта, Растоги, 1979).

В некоторых случаях, особенно в сейсмических районах, очень трудно отличить природную сейсмичность от наведенной, что при­водит некоторых исследователей 1с определенному пессимизму в изучении причин наведенной сейсмичности. В настоящее время выделяют три типа сейсмической активности, связанной с водо­хранилищами, по величине выделяемой сейсмической энергии. Первый тип — это микросейсмичность, которая регистрируется высокочувствительными сейсмическими приборами, если они были вставлены в момент строительства и заполнения водохрани­лища. В этом случае регистрируются в основном землетрясения с магнитудой М <2. Как правило, процесс проявления такой сей­смичности коррелируется с колебаниями уровня воды в водохра­нилище. Ко второму типу относится усиление локальной сейсмич­ности во время заполнения водохранилища с проявлением уже достаточно ощутимых землетрясений с магнитудами М = 3—5. Землетрясения такой силы до заполнения водохранилища не про­исходили. К третьему типу относятся случаи возникновения силь­ных, разрушительных землетрясений, способных вызвать ката­строфические последствия и людские жертвы. Как правило, эти события сопровождаются длительной серией форшоков и афтер- шоков, связанных с заполнением водохранилища. В целом накоп­ленный к настоящему времени статистический материал говорит о том, что наведенная сейсмичность в большинстве случаев — ес­тественный процесс разрядки напряжений, и водохранилище может его усилить и ускорить или ослабить. Таким образом, сле­дует сделать вывод о том, что связь землетрясений с водохранили­щами весьма сложная и многофакторная.

Геология и сейсмичность районов водохранилищ. Создание во­дохранилища способствует перераспределению полей напряжений в земной коре, что в свою очередь вызывает увеличение числа и частоты повторяемости слабых землетрясений. Это, с одной сто­роны, приближает сроки возникновения сильных землетрясений, а с другой — уменьшает возможность проявления наиболее сильно­го для данного района землетрясения или по крайней мере отодви­гает его сроки. В то же время, чтобы понять причины, почему после заполнения большинства крупных водохранилищ не прояв­ляется никакого сейсмического эффекта, надо выяснить все фак­торы, способствующие появлению наведенной сейсмичности.

Одним из таких факторов является наличие особых геологи­ческих условий. Как правило, районы, возбужденных водохрани­лищами землетрясений, приурочены к двум тектонически-неодно- родным областям планеты: 1) областям материкового орогенеза и рифтогенеза (тектонически-активным), 2) периокеаническим зо­

нам древних платформ (Бразильской, Африканской, Индийской) (Николаев, 1977).

Область материкового орогенеза и рифтогенеза характеризуется неравномерно напряженным состоянием горных пород, аномально высокими пластовыми давлениями, контрастным рельефом, слож­ной структурой слагающих пород. В краевых платформенных об- Iастях, особенно на границах с океаном, выявляются пояса пери- океанических опусканий. Они проявились в древние геологические эпохи и продолжаются на неотектоническом этапе. Следовательно, древние платформы, особенно их краевые части, не являются асей­смическими. В блоках краевых частей древних платформ за счет опускания периокеанических зон накапливаются значительные тек­тонические напряжения. Именно в таких зонах время от времени происходят достаточно сильные землетрясения. Известные силь­ные, наведенные землетрясения в Индии (на водохранилище Кой­на), в Африке (водохранилище Кариба) произошли именно в таких зонах (рис. 8.2). Несмотря на то что отмечена определенная корре­ляция между высотой плотины (90 и более метров) и объемом воды (1 км³ и больше), имеется масса примеров, когда при наличии этих двух параметров сейсмичность не возбуждается и не усиливается, видимо, необходимы дополнительные специфические условия для возникновения наведенных землетрясений. Это прежде всего геоло­гические условия. Сочетание геологического строения района, осо­бой геоморфологической обстановки, тектонических и тектонофи- зических факторов благоприятствует появлению наведенной сейс­мичности (Гупта, Растоги, 1979).

В мягких грунтах, спокойно залегающих осадочных горных пород, не накапливаются напряжения, и это не приводит к выде­лению сейсмической энергии при заполнении водохранилищ во­дой. Подтверждением этому выводу является пример водохранили­ща Серре-Понсон во Французских Альпах. Плотина водохранили­ща располагается в зоне распространения сжимаемых грунтов, накопление напряжений в которых незначительно. После заполне­ния водохранилища здесь не произошло ни одного землетрясения. В отличие от ситуации в районе плотины Серре-Понсон водохра­нилище Койна (Индия) располагается на базальтовых лавах, кото­рые способны накапливать значительное количество скрытой уп­ругой энергии, готовой выделиться в виде землетрясений. Распрос­транение в пределах зон водохранилищ трещиноватых пород с блоковой тектоникой, разломами, с гетерогенными подстилающи­ми породами также способствует возникновению сотрясений зем­ной поверхности. Необходимое условие для проявления землетря­сений в районах водохранилищ — наличие ранее существовавших разломов. Отсутствие таковых в определенной степени объясняет асейсмичность многих эксплуатируемых в настоящее время водо­хранилищ.

К особенностям геоморфологической обстановки относится расчлененный рельеф, который проявляется в виде глубоких кань-

онообразных долин, характерных для горных сооружений. Приме­рами могут служить водохранилища в бывшем СССР: Нурек (Тад­жикистан), Токтогул (Киргизия), Чиркей (Дагестан), Ингури (Гру­зия), которые располагаются в областях, испытывающих интен­сивные современные тектонические нагрузки. Эти же участки характеризуются сложным геологическим строением.

Тектонофизические и тектонические факторы возникновения наведенных землетрясений характеризуются следующими особен­ностями. Во-первых, одно из необходимых условий возникновения наведенных землетрясений заключается в накоплении напряжений в геологической среде еще до строительства в данном районе пло­тины. Уровень напряжений при этом должен быть близок к про­чности среды, в которой они накапливаются. В верхних горизон­тах земной коры выявлены значительные по величине поля геоди- намических напряжений, распределенных неравномерно, что свидетельствует об огромных запасах потенциальной энергии. На­турные определения имеют значительный разброс точек, и осред­нение их какой-либо одной линейной зависимостью невозможно. Величина касательных напряжений в горных породах на разной глубине колеблется от нескольких сотен до 1000кгс/см². Поле ес­тественных напряжений изменяется с глубиной. Поверхность, ниже которой напряжения достигают максимальной величины, лежит на глубинах до 1—2 км. В пределах ранее образованных разломов происходит значительное скачкообразное перераспреде­ление напряжений, при этом изменения полей напряжений зависят от формы разрывов и их ориентировки по отношению к направле­нию главных осей напряжений.

Таким образом, для выделения сейсмической энергии в случае заполнения построенных водохранилищ необходимо сочетание благоприятных для этого факторов. К ним относятся: наличие твердых горных пород с тектоническими неоднородностями в рай­оне водохранилища, особые геоморфологические условия, заранее накопленные значительные напряжения в геологической среде, со- озветствующая тектонофизическая обстановка, связанная с фор­мой разрывов ранее образованных разломов и ориентировкой их по отношению к направлению осей главных напряжений.

Сочетания упомянутых выше геологических факторов могут быть различными и вызывать разные эффекты. Следует напом­нить, что напряжения, накопленные в земной коре, могут высво­бождаться и при воздействии естественных природных сил: боль­ших лунных приливов, увеличений водной массы во время павод­ков, изменений атмосферного давления и т. д.

Возрастание напряжений и прогибание дна водохранилищ. Су­ществует мнение, что в крупном водохранилище дополнительная нагрузка в виде массы воды, заполнившей его, может стать основ­ной причиной освобождения сейсмической энергии. Имеется и другая точка зрения. Многие исследователи считают, что наруше­ние гравитационного равновесия в земной коре под влиянием веса

воды в водохранилищах не может быть главной причиной наведен­ных землетрясений, так как интенсивность вертикальных напря­жений Под распределенной нагрузкой существенно уменьшается с глубиной.

В пользу первой точки зрения говорят следующие факты. По данным нивелировок земная кора в районе крупных водохрани­лищ прогибается под весом воды на 10—15 см, что влечет за собой высвобождение гравитационной энергии, которая превра­щается в энергию упругого напряжения и сейсмическую энергию. Проведенный анализ имеющихся материалов и соответствующие расчеты для известных наведенной сейсмичностью водохранилищ Кариба (Африка), Мид (США) и водохранилища СиньфыньЦзян (Китай) показали, что первоначальное прогибание поверхности дна водохранилища под весом воды до 10 см и более вызывает горизонтальные напряжения по величине меньшие, чем вертикаль­ные, а на глубинах 3—5 км равные нулю. В центральных частях водохранилища Синьфыньцзян рассчитанные максимальные каса­тельные напряжения составляют около 3 кгс/см².

Расчеты напряженного состояния скального основания от гид­ростатического давления, проведенные для двух участков Токто- гульского водохранилища, дали следующие результаты (Ляхтер и др., 1997). Непосредственно у плотины нормальное давление со­ставляет 8.3 кгс/см² на поверхности дна водохранилища. Непо­средственно у плотины, в узком каньоне нормальные и касатель­ные напряжения быстро затухают с глубиной и на глубине 200 м уже имеют значение 3 кгс/см². Ниже, на глубине 5 км касательные напряжения не превосходят 0.12 кгС/см². В районе широкой части водохранилища напряжения затухают медленно (линейная длина водохранилища 10 км). При давлении на поверхности 7 кгс/см² на глубине 5 км касательные напряжения составляют 2 кгс/см², а нор­мальные — б кгс/см². Все эти расчеты носят весьма приближен­ный характер. В виду того что максимальные касательные напря­жения, при которых еще не происходит разрыва в зоне разлома, неизвестны, то есть неизвестна прочность разлома, оценить пол­ное напряжение в земной коре вблизи зон водохранилищ трудно. При заполнении водохранилища происходит изменение порово- трещинного давления, которое воздействует на эффективное нор­мальное напряжение, а эта величина также неизвестна. Тем не менее увеличение или рост напряжений, вызванных весом воды, можно оценить аналитически и определить возрастание касатель­ного напряжения вдоль существующих разрывов, если известна их направленность. Результаты, которые получаются на основании аналитических оценок, показывают, что в процессе создания водо­хранилищ нарастание напряжения редко превосходит величину 10 кгс/см², в то время как прочность кристаллических пород ха­рактеризуется величиной 1000 кгс/см². Тем не менее имеются дан­ные, например по водохранилищу Кариба (Африка), которые пока­зывают, что даже такое малое возрастание напряжения от веса массы

воды может служить триггерным механизмом для проявления на­веденной сейсмичности.

Существуют различные теоретические способы расчета роста напряжений от веса воды (Gough, Gough, 1970а, 1970b). Водохра­нилище аппроксимируется двумерным желобом бесконечной дли­ны, лежащим на упругом основании. Поперечное сечение желоба можно аппроксимировать треугольником или многоугольником, имеющим п сторон. На рис. 8.3 приведен такой многоугольник ABCDN. ВС — проекция на плоскость многоугольника ABCDN одной из граней водохранилища бесконечной длины, перпендику­лярной к сечению, В работе братьев Гоу (Gough, Gough, 1970а, 1970b) получена следующая формула для нормальных о_и, o_v и ка­сательного T_av напряжений, созданных в точке Р в результате дей­ствия сил со стороны элемента ВС (оси и иг соответственно пер­пендикулярны и параллельны элементы ВС):

- Zl^8U-lC^{h + v}>^sin °^^V ~ ^vi^2^-2 + ^viKf² + виу'Н

.- pg«, p + v,sin а)[0м[' - (v - v,) P₂~² - v,/?,-²] 1 °^{v n} |+ sin a In (/?₂²/?f² + u\ sin a (Z?,^-2 - Pf²)) j’

— p

где p — плотность воды; и и v — координаты точки Р (точка В — начало координат); v — длина отрезка ВС; б — угол, противосто­ящий отрезку ВС с вершиной в точке Р и

/?,-² = u} + v\ = (РВ)²; Р₂² = н² + (v - г,)² = (PC)².

Во всех точках вдоль отрезка ВС п = 0, 0 = к и уравнения (8.1) принимают вид

где Е — модуль Юнга; у — коэффициент Пуассона; R — расстоя­ние точки Р от начала координат; F — действующая сила.

Как и в случае с напряжениями, для того чтобы получить общее прогибание d в точке Р от водной нагрузки, необходимо просуммировать элементарные прогибания от всех точечных сил. Для 26 сечений водохранилища Кариба (Африка) по формуле (8.5) были просчитаны величины прогибов. Данные по всем сечениям объединили в карте изолиний вертикальных прогибов, представля­ющих собой сечение на глубине 3 км. Оказалось, что максималь­ная величина прогиба дна в районе водохранилища Кариба (Аф­рика) составляет 23.5 см. Эти расчетные данные прошли проверку точным нивелированием. Первое нивелирование было выполнено в 1953 году до начала строительства, затем в 1968 году нивелиро­вание было повторено по ряду створов. Сравнение расчетных и экспериментальных данных о прогибах вдоль линии, которая про­тянулась на 50 км, показало их удовлетворительное совпадение. Средняя величина прогибания, определенная двумя этими спосо­бами, составляет 12 см.

Все вышеприведенные данные показывают, что дополнитель­ные касательные и нормальные напряжения, возникающие за счет давления воды заполненного водохранилища, незначительны без множества сопутствующих факторов, нарушающих геостатическое равновесие в земной коре. Например, для одного из самых боль­ших водохранилищ в мире, водохранилища Кариба (Африка), до­полнительное вертикальное напряжение составляет 6.7 кгс/см², а дополнительное касательное напряжение за счет массы воды — 2.1 кгс/см² (рис. 8.4).

Роль порового давления в возникновении наведенной сейсмич­ности. Влияние заполнения пор водой на прочность горных пород доказано многочисленными лабораторными экспериментами, а также многомасштабными полевыми экспериментами. Многочис­ленными экспериментами было установлено, что сухая и обвод­ненная породы ведут себя по-разному. Внимание многих исследо­вателей привлек рой землетрясений, возникший в результате сбро­са отработанной воды под большим давлением в скважину Арсенала Скалистых гор в Денвере, штат Колорадо (США) (рис. 8.5). Как показали лабораторные эксперименты, микротве^- дость различных пород под влиянием дистиллированной воды сни­жается на 10—39 % по сравнению с испытаниями сухих образцов. Американскими учеными (Николаев, 1977) была выдвинута ди- латансионно-диффузионная гипотеза возбуждения наведенной сейсмичности. Суть ее заключается в том, что перед разрушением горная порода претерпевает неупругое объемное увеличение вследствие образования множества микроскопических трещин, возникновение которых предшествует разрушению. Это неупругое изменение объема горной породы под нагрузкой было названо ди- латансией. Дилатансия возникает благодаря распространению трещин в горных породах.

дии вода заполняет образовавшиеся трещины и способствует их дальнейшему росту. На третьей стадии скорость продольных волн С_р увеличивается, в результате увеличивается и отношение про­дольных и поперечных волн C_P/C_S, а следовательно, поровое дав­ление растет.

Влияние заполнения пор водой на изменение скоростей рас­пространения продольных С_Р и поперечных C_s сейсмических волн можно показать, рассматривая среду грунт—вода как диффузию, в которой вода полностью окружаеТ'«скелет» фунта. Значение ско­рости распространения продольных волн С_р в двухфазной среде можно определить через константы Ламе и скорости продольных волн Ср в фунте и воде по формулам В. М. Ляхтер с соавторами

При наличии в породе поровой жидкости полное нормальное напряжение О складывается из эффективного напряжения о, и давтения поровой жидкости С₂:

а = а, + а₂. (8.7)

Ввиду того что сопротивление сдвигу зависит от эффективного нормального напряжения, уравнение Мора—Кулона можно запи­сать в следующем виде:

х = С + (а - a₂)f, (8.8)

где х — касательное напряжение сдвига; С — сцепление;/= tg <р — ко­эффициент трения.

Из уравнения (8.8) видно, что напряжение, необходимое для осуществления сдвига, зависит от давления поровой жидкости. С ростом давлений поровой жидкости уменьшается трение на плос­кости сдвига и снижается это напряжение. Многие сейсмологи в настоящее время считают, что преобладающим типом в очагах землетрясений является скол, и признают существенную роль флюидов в этом процессе.- Данные по наведенной сейсмичности под! верждают эту точку зрения.

В работе американского исследователя Дж. Хили и др. (Healy et al., 1970) был проанализирован эффект влияния закачки жид­кости в скважину Арсенала Скальных гор в Денвере (штат Коло­радо, США) на поле напряжений в сейсмических очагах. В основу расчетов было положено вышеприведенное уравнение (8.8). Эти расчеты показали, что при росте давления порово-трещинных вод на 120 кгс/см² фрикционное сопротивление сдвигу (скалыванию) снизилось на 69 кгс/см². Это привело к тому, что сопротивление сдвигу уменьшилось до величины существующих тектонических напряжений и вызвало рой землетрясений.

Следует заметить, что появление дилатансионно-диффузион- ной гипотезы позволило некоторым исследователям (сейсмологам, геофизикам и т. д.) считать, что главный действующий фактор в наведенной сейсмичности не тектонические напряжения, а изме­няющиеся свойства среды и изменение внутрипорового давления, тектоническая же обстановка при этом как бы отодвигается на второй план. Такая постановка вопроса неверна. Теоретической основой дилатансионно-диффузионной гипотезы явились лабора­торные исследования по разрушению образцов горных пород. В то же время возникает вполне законное возражение, а можно ли дан­ные лабораторного эксперимента безоговорочно переносить на природные явления, обусловленные иной более сложной обста­новкой. Имеются данные практических наблюдений, когда перед сейсмическими толчками не было зарегистрировано изменений отношения продольных и поперечных волн C_P/C_S, как того требу­ет гипотеза дилатансии. Дилатансию следует рассматривать как

проявление тектонических напряжений, которые в большинстве случаев связаны с блоковым строением земной коры, что не учи­тывает дилатансионно-диффузионная гипотеза. Авторы первой точки зрения считают, что процессы диффузии — подтока жид­кости со стороны водохранилища — связаны с поровыми трещи­нами, пронизывающими всю породу. Авторы второй точки зрения считают процессы диффузии жидкости со стороны возможно толь­ко по системе трещиноватости, которая в свою очередь связана с потенциальными и существующимн'разломами. Компромисс мне­ний на данном этапе изученности заключается в том, что причины наведенной сейсмичности парагенетически связаны между собой, а начальная причина заключается в стохастической связи всех ге­ологических факторов, которые вызывают деформации и напря­женное состояние горных пород. Одна, сама по себе, без опреде­ленных коррективов дилатансионно-диффузионная гипотеза не Может полностью объяснить феномен наведенной сейсмичности.

Особенности землетрясений, связанных с водохранилищами. Для того чтобы выяснить реальные причины выделения упругой энергии, накопленной земной корой в виде землетрясений, связан­ных с созданием водохранилищ, необходимо знать особенности на­веденной сейсмичности и ее отличие от естественной, природной сейсмичности. Для этого необходимо знать: 1) наклон графиков повторяемости землетрясений с разными магнитудами; 2) отноше­ние магнитуды наибольшего форшока (землетрясения, предваряю­щие главный толчок) к магнитудам главного толчка; 3) пространст­венно-временные распределения форшоков и афтершоков (толчки после главного, наиболее сильного толчка). Эти данные отражают те факторы наведенной сейсмичности, о которых говорилось выше, а именно геологическое строение, механические свойства среды и природу накапливающихся в ней напряжений.

Исследования по изучению зависимости распределения повто­ряемости землетрясений от их магнитуды (Hubbert, Rubey, 1959) позволили получить следующее соотношение:

Ig N = A-bM, (8.9)

где N — число землетрясений с магнитудой М;АиЬ — константы.

Константа* А зависит от площади рассматриваемого района, продолжительности наблюдений и уровня сейсмической активнос­ти, Константа Ь определяется соотношением слабых и сильных землетрясений и характеризует наклон графика повторяемости землетрясений разных энергий.

Константа Ъ может быть вычислена по формуле X. Гупта и Б. Растоги (1979):

[де т — общее число землетрясений; М_тт — наименьшее значе­ние магнитуды зарегистрированных землетрясений.

Как показал дальнейший анализ накопленных данных, конс­танта А в зависимости от района исследований варьирует в дово- чьно широких пределах, в то время как значения константы Ь на­ходятся в пределах 0.5—1.5.

Для графического определения значения b применяют два спо­соба представления повторяемости землетрясений. Первый способ определения Ъ характеризуется тем, что на график наносится число толчков, которые соответствуют различным значениям маг­нитуды, отличающимся друг от друга на 0.1 М. Во втором способе дискретному значению магнитуды приписывается число землетря­сений данной и большей магнитуды.

В случае определения b по второму способу получается сгла­женный график, вид которого не зависит от выбранного интервала магнитуд. Было установлено, что в широком диапазоне магнитуд между величинами IgN и М существует линейная зависимость. На рис. 8.6 приведен график повторяемости землетрясений возбуж­денных водохранилищем Кариба (Африка) и естественных зем­летрясений африканского региона. Как видно из этого графика, значение коэффициента b по данным предварительных толчков форшоков (до главного землетрясения) составляет 1.18, по данным толчков, последовавшим за главным землетрясением, — афтершо- ков — 1.02. Для естественного сейсмического процесса африкан­ского региона значение b составляет 0.53. Такие же соотношения между значениями b (угла наклона графика повторяемости земле­трясений различных энергий) для наведенной и естественной сей­смичности сохраняются и для других районов земного шара.

Вторым отличием сейсмического процесса наведенной сейс­мичности от естественного сейсмического процесса является соот­ношение между магнитудами главного толчка и наибольшего аф- тершока. Для сильных мелкофокусных землетрясений получено следующее эмпирическое соотношение (Гупта, Растоги, 1979):

М₀-М_х = 1.2. (8.11)

Для землетрясений, связанных с водохранилищами, оно имеет

следующий вид [3]:

М₀ - М, = 0.6. (8.12)

Эти соотношения существенно различаются между собой. Сле­

довательно, можно сделать вывод, что для землетрясений, вызван­ных водохранилищами, разность М₀ - М_х намного меньше, чем для естественных землетрясений. Иногда вместо разности М₀ - М_х не­которые исследователи используют соотношение магнитуды М_х наибольшего афтершока и главного толчка М₀. В этом случае от­ношение М_х/М₀ для водохранилищ с интенсивными землетрясени­

Как показали расчеты, для афтершоков, возбужденных водо- хранилищами, h имеет относительно меньшие значения, чем для естественных землетрясений, а следовательно, в этом случае аф- тершоковая активность спадает медленнее.

Японский исследователь Моги (Mogi, 1963) объединил частоту появления форшоков и афтершоков и время их появления на одном графике, где по оси абсцисс было отложено время, а по оси ординат — частота появления форшоков и афтершоков (рис. 8.7). В результате им было предложено три типа моделей землетрясе- ний, связанных с особенностями строения геологической среды и пространственного распределения действующих напряжений.

Первый тип землетрясений. Среда считается однородной с равномерно распределенными напряжениями. В этом случае глав- ный толчок сопровождается большим количеством афтершоков и не предваряется форшоками.

Второй тип землетрясений. Геологическая среда имеет неодно- родное строение или же неравномерно распределенное накоплен- ное напряжение. Чаще всего возможно сочетание обоих вышеупо- мянутых факторов. В этом случае главному толчку предшествуют небольшие форшоки, и сопровождается он большим количеством афтершоков.

Третий тип землетрясений. Геологическая среда имеет весьма неоднородное строение или зоны высокой концентрации напряже- ний. При сочетании этих двух факторов наблюдается высокая сей- смическая активность —.рой землетрясений, при этом число событий равномерно растет с увеличением магнитуды и после главного толчка с максимальной амплитудой также равномерно убывает (рис. 8.7).

Три описанные модели землетрясений проявляются как при ес- тественных землетрясениях, так и при землетрясениях, возбужден-

Основной толчок /

/Строение /Распределение

I внешнего

ных водохранилищами. Тем не менее имеющаяся на сегодняшний день статистика говорит о том, что преобладающее количество из­вестных возбужденных водохранилищами сильных землетрясений с магнитудами М > 6 относится ко второму типу. Главные толчки на водохранилищах Кариба (Африка) с М = 6.1, Кремаста (Гре­ция) с М = 6.2, Койна (Индия) с М = 6.0 сопровождались множес­твом форшоков и еще большим количеством афтершоков. Так, например, основной толчок в районе водохранилища Кариба про­изошел 23 сентября 1963 года. За 24 часа до главного толчка про­изошло 20 предварительных толчков, частота которых достигла максимума перед главным толчком. Вслед за главным толчком было зарегистрировано большое количество афтершоков. За пер­вую неделю после главного толчка было записано 36 афтершоков. Основной толчок в районе водохранилища Кремаста произошел 5 февраля 1966 г., он предварялся 17 форшоками и большим коли­чеством афтершоков. В то же время анализ 60 землетрясений для этого же района с М >6 показал, что лишь немногие из этих 60 землетрясений характеризовались немногочисленными форшо­ками. Следовательно, землетрясение 5 февраля 1966 года можно отнести ко второму типу по классификации Моги, а 60 естествен­ных землетрясений с М > 6 можно отнести к первому типу по классификации Моги. Основной толчок в районе водохранилища Койна с магнитудой М - 6.0 произошел 10 декабря 1967 года. В те­чение 10 дней до начала главного толчка землетрясения с магниту­дой М = 6.0 сетью сейсмических станций было зарегистрировано 90 землетрясений — форшоков, а спустя 20 дней после основного толчка было зарегистрировано 400 афтершоков.

Определение механизма очагов землетрясений позволяет найти ориентацию напряжений и плоскостей разрыва, по которым в свою очередь можно определить тип подвижки — сброс, сдвиг и т. д. Так, анализ механизмов очагов наведенных землетрясений на водохрани­лищах Койна (Индия) с М = 6, Кариба (Африка) с М = 6.1 и землет­рясения на водохранилище Кремаста (Греция) с М = 6.2 показал, что все они представляют собой сбросы по падению с нормальным смещением и что водохранилища располагаются на опущенном блоке, то есть смещение по разломам может быть следствием вер­тикальной нагрузки от водохранилища.

ВОЗБУЖДЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ,

СВЯЗАННАЯ С АТОМНЫМИ ВЗРЫВАМИ

Сейсмические явления, наведенные подземными ядерными взрывами, обнаруживаются в виде толчков разной интенсивнос­ти — роя землетрясений. При этом источником роя землетрясе­ний могут служить, как тектонические процессы, связанные с под­вижкой отдельных структурных блоков геологической среды, так и процессы, сопутствующие обрушению камуфлетной плоскости,

так называемые коллапсы. Коллапсом во взрывной сейсмологии называется частичное обрушение пород со свода подземной каме­ры, образовавшейся при камуфлетном подземном ядерном взрыве. Согласно данным, накопленным при регистрации ПЯВ на различ­ных атомных полигонах, например на полигоне в штате Невада (США), на Семипалатинском атомном полигоне (бывший СССР, ныне республика Казахстан), таких коллапсов после взрыва может быть несколько. Например, наиболее полно явление наведенной подземными ядерными взрывами сейсмичности изучено для взрыва Бэпэм. Взрыв Бэнэм был произведен 19 декабря 1958 года, мощ­ность его равнялась 1.1 Мт, глубина взрыва 1380 м, горная порода, в которой произведен взрыв, — туф. В течение первого дня после взрыва было отмечено свыше 1000 сейсмических толчков с магни­тудами М > 1.3. Затем наблюдалось постепенное уменьшение сей­смической активности. Через 15 сут после взрыва Бэнэм сейсмо- сганции регистрировали уже по 15 толчков в сутки. Через некото­рое время число землетрясений возросло до 140 в сутки, и лишь через три месяца число толчков уменьшилось до уровня, который существовал до проведения мегатонного взрыва. За 12 дней до проведения взрыва Бэнэм было зарегистрировано всего 3 микро­землетрясения с магнитудой М > 1.3. Интенсивное нарастание сей­смической активности было замечено и при других атомных взры­вах на полигонах США и на Семипалатинском атомном полигоне в Казахстане.

Продолжительно^¹- ^по времени существования наведенной сейсмичности, инициированной подземными ядерными взрывами, связана со многими факторами (в частности, с мощностью взры₍ва и парушенностью среды в месте его проведения). Это время, как показывают многочисленные наблюдения, составляет в разных эк­спериментах от 5—7 сут до 3 месяцев (Пасечник, 1977; Адушкин и др., 1994). Изменение напряженно-деформированного состояния геолого-геофизической среды сопровождается релаксационными процессами, стремящимися восстановить динамическое равно­весие среды. В этом плане наибольший интерес, с точки зрения поведения геолого-геофизической среды, выведенной мощным взрывом из равновесия, представляют не обрушения полости — коллапсы, а афтершоки тектонического происхождения. Иниции­рованная ядерными взрывами сейсмичность, как любой релаксаци­онный процесс, носит нестандартный характер, заключающийся в юм, что амплитуда сейсмических событий, их повторяемость ме­няются во времени. На рис. 8.8 приведено изменение наведенной афтершоковой эмиссии со временем на Семипалатинском полиго­не при ядерном взрыве 8 июня 1989 года. Как указывалось ранее, одной из важнейших характеристик афтершоковых последова­тельностей, отражающих напряженное состояние среды, является регулярность распределения сейсмических событий во времени. Приведенное на рис. 8.8 временное распределение сейсмических толчков можно аппроксимировать зависимостью (8.13).

по Семипалатинскому полигону, можно разложить амплитуды аф- тершоковой эмиссии во временные ряды до главного события (аф- тершока с максимальной амплитудой) и после него. Оказалось, что эти последовательности могут иметь как независимый, так и корре­лированный с главным событием характер. Если взять за основу 3 модели японского исследователя Моги (Mogi, 1963), которые оп­ределяют характер сеймического излучения в зависимости от одно­родной среды и действующих в ней напряжений, о которых говори­лось выше, то можно сделать вывод, что формирование последова­тельных афтершоков подземных ядерных взрывов происходит в целом в соответствии с моделью 3.

НАВЕДЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ,

СВЯЗАННАЯ С ДОБЫЧЕЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

При эксплуатации месторождений полезных ископаемых — жидких (нефти, подземных вод), газообразных (природного газа), твердых (угля, различных руд и т. д.) — возникает наведенная или техногенная сейсмичность, которая имеет свои специфические особенности и к настоящему времени еще недостаточно изучена.

Многие публикации по этой проблеме носят констатационный характер, и единая теоретическая база для этих явлений пока не создана. В настоящее время только делаются попытки проанализи­ровать имеющиеся по техногенной сейсмичности материалы, свя­занные с добычей полезных ископаемых, и дать им какую-либо систематизацию. B.JI. Барабанов (1994) предложил внутри класса техногенных, связанных с добычей полезных ископаемых, сейсми­ческих событий выделить четыре типа землетрясений А, Б, В и Г, соответствующие четырем различным по отношению к эксплу­атируемому горизонту сейсмогенным зонам.

К землетрясениям типа А относятся наведенные землетрясе­ния, происходящие в породах над зоной, в которых идет добыча полезного флюида. Они связаны с оживлением тектонических смещений по границам блоков с самой верхней частью разреза над полезным ископаемым. Главная причина наведенных землетрясе­ний типа А — это нарушения геостатического равновесия за счет отбора флюида или твердой породы из пласта. В результате отбо­ра породы или флюида из пласта происходит снижение сцепления на границах блоков либо за счет разгрузки, либо за счет фильтра­ции подземных вод вдоль оживляющихся магистральных трещин. В случае наведенных землетрясений типа А механизмы очагов могут быть различными (сдвиг, сброс, подвиги и т. д.). Механизм очага в каждом конкретном случае определяется тектонической структурой верхней части разреза над залежью полезного ископа­емого. Как правило, наведенные землетрясения типа А, возникаю­щие при добыче полезных ископаемых, сопровождаются оседани­ями земной поверхности.

Наведенные землетрясения типа Б связаны непосредственно с продуктивным пластом. Классические случаи техногенных земле­трясений — это горные удары, а также гидроразрыв пласта при увеличении порового давления в пласте, при нагнетании в пласт жидкости. Причинами возникновения техногенных землетрясений типа Б являются: 1) изменение порового и трещинного давления жидкости и вследствие этого изменение эффективных напряжений в пласте; 2) формирование трещинных зон за счет быстрых геохи­мических реакций, а также температурных деформаций; 3) изме­нение коэффициента трения вдоль трещин сдвига, ориентирован­ных в соответствии с региональным полем напряжений.

Землетрясения типа В происходят в зоне, которая располагает­ся ниже залежи полезного ископаемого, как правило, между резко дифференцированными по образованию й залеганию горными по­родами. Эта зона характеризуется повышенной концентрацией дизъюнктивных нарушений различного типа по сравнению с ниже­лежащими кристаллическими породами. Поверхность кристалли­ческого фундамента имеет мозаично-блоковое строение и может быть насыщена погребенными рассолами. Как показывает статис­тика, именно эта зона является сейсмогенной и в ней возникают наведенные землетрясения, инициированные эксплуатацией выше­лежащих горизонтов с полезными ископаемыми в осадочных тол­щах.

Землетрясения типа Г связаны с сейсмогенными зонами, рас­положенными на глубинах 10—20 км, и их в какой-то степени можно условно отнести к типу наведенных землетрясений. Зем­летрясения, произошедшие нд глубине 10—20 км, относятся к на­веденным землетрясениям по факту совпадения времени их проис­хождения с техногенным воздействием на вышележащие пласты. Большинство исследователей считают, что техногенные воздейст­вия в данном случае выполняют роль «триггера» или «спускового крючка» сильного тектонического землетрясения, связанного с не­обратимыми тектоническими процессами.

В качестве примера наведенных Землетрясений типа А можно привести пример проявления сейсмической активности на нефте­газовом месторождении Лак в Южной Франции. Сейсмическая ак­тивизация в районе месторождения началась через 10 лет после начала добычи газа. За три года с 1976 по 1979 год было зарегис­трировано более 220 землетрясений, из них 120 землетрясений с М> 1.0. Максимальное по энергии землетрясение имело магнитуду М = 4.2. Проведенные на месторождении Лак исследования пока­зали, что основная часть наведенных землетрясений в данном рай­оне связана с оседанием блока горных пород, находящегося над газовой залежью.

Примером наведенных землетрясений типа Б, связанных с гид­роразрывом пласта при закачке жидкости, являются землетря­сения, которые произошли на участке Мане де Монтана (Цент­ральная Франция). В результате наблюдений были определены

азимут и угол падения трещины гидроразрыва, определены такие параметры землетрясений, как сейсмические моменты и величина сброса напряжений, а также величины трещин, которые составля­ли 4--8 м.

Одним из классических примеров наведенных землетрясений типа В, вызванных повышением порового давления и закачкой жидкости в пласт, являются знаменитые денверские землетрясе­ния, которые произошли при закачке воды в скважину Денвер (штат Колорадо, США) и о которых уже говорилось. В результате закачки жидкости в скважину глубиной 3.7 км за три года наблю­дений было зарегйстрировано 710 толчков. Причем магнитуды не­которых толчков достигали значений М = 5.0. Сейсмическая ак­тивность проявлялась вдоль плоскости, которая проходит под скважиной на глубине около 10 км. Следует сказать, что глубина 10 км достаточно большая и эти землетрясения можно было бы отнести и к типу Г, но асейсмичность района до закачки жидкости в скважину и отсутствие разломов позволяют отнести эти земле­трясения к типу В.

Примером наведенных землетрясений типа Г являются сильные Газлийские землетрясения в 1976 и 1984 годах. Возможной причи­ной Газлийских землетрясений является резкое изменение напря­жений вследствие смещения по разлому, залегающему ниже газо­вой залежи.

вующих геологических периодов, а иногда и превосходят их. Так, в пределах Казахского шита скорости вертикальных движений в донеотектонический этап составляли 1—3 мм в 1000 лет, в кайно­зойское время они возросли в 2—4 раза (Инженерная геология СССР, 1990). Более высокие значения вертикальных скоростей характерны для горно-складчатых регионов. По данным Е. М. Сер­геева (1978), а районе Тянь-Шаня поднятия происходят очень ин­тенсивно (до 10 см в год), а в Восточном Предкавказье опускание днища Терской впадины идет со скоростью 5—7 мм/год.

Формирование инженерно-геологических условий в их совре­менном состоянии во многом определено современными неотекто- ническими движениями. Именно им принадлежит главная роль в оформлении современного рельефа и формировании конкретных типов геодинамической обстановки (Теоретические основы..., 1985). Т. Ю. Пиотровская считает, что геодинамические условия включают в себя тектогенный рельеф, неотектоническую нару- шенность массивов пород и современное напряженное состояние приповерхностной части земной коры. Закономерности развития этих условий определяются типами континентальных неострук­тур высшего ранга, среди которых выделено 8 главных типов, сформировавшихся на определенных формационных комплексах пород субстрата:

• эпигеосинклинальные орогены;

эпиплатформенные орогены;

рифтогены;

сводовые структуры щитов и срединных массивов;

активизированные платформы;

плиты, платформы;

компенсированные прогибы;

компенсированные впадины.

Большое значение для общего развития геологической среды имеют геодинамические режимы ее состояния, под которыми понимается сочетание эндогенных процессов на определенном уровне напряженности земной коры, характеризующее геодинами- ческое состояние пород — неотектонической нарушенное™, сжа­тия—растяжения, частоты сотрясаемости, подверженности воздей­ствию теплового потока. Т. Ю. Пиотровская (Теоретические осно­вы..., 1985) по уровням тектонической напряженности выделяет четыре типологических ряда геодинамических режимов. В ее ин­терпретации каждый из них имеет следующие характеристики.

Интенсивно напряженные. Высокая сейсмическая активность, изостатическая некомпенсированность верхних частей горных со­оружений. Для высокогорных частей орогенов возможно разуплот­нение массивов и преобладание напряжений растяжения. В риф­тогенных областях проявляется вулканизм, отмечается резкая смена изостатически компенсированных и некомпенсированных частей массивов. Для последних с увеличением высоты плотность пород уменьшается. Характерен высокогорный крутосклонный

рельеф с высокой энергией. Геодинамическое состояние пород оп­ределяется растягивающими горизонтальными напряжениями. К таким регионам относятся горные районы Прибайкалья, Забай­калья, Камчатки, Кавказа, Памира и др.

Напряженные. Сейсмичность 8—10 баллов, в том числе под воздействием транзитных сотрясений, изостатическая компенси- роваиность, активное развитие напряжений растяжения—сжатия в соответствии с особенностями неоструктурного плана. Более по­логосклонный, чем в первом случае, рельеф с меньшей глубиной расчленения. Геодинамическое состояние пород также определя­ется высокими горизонтальными напряжениями. Это районы Саян, Восточного Забайкалья, Верхоянья и др.

Умеренные. Главным образом асейсмичные территории с изо- статической компенсированностью, которая определяется напря­жениями дифференцированных поднятий и некомпенсированных опусканий. Сюда входят низко- и среднегорные сооружения с ши­рокими междуречными поверхностями и невысоким коэффициен­том расчленения, а также части платформ и плит, испытывающие послеледниковые изостатические поднятия. Геодинамическое со­стояние пород определяется разной степенью их трещиноватости, которая в свою очередь уменьшается со снижением напряженно­сти (низко- и среднегорные районы Саяно-Байкальской и Удока- по-Становой горных областей, горы Урала и Алтая, север Русской платформы и др.).

Слабые. Эти режимы характеризуются асейсмичностью или слабой сейсмичностью, развитием локальных деформаций, кон­центрацией напряжений на границах горстов и грабенов. Это тер­ритории с плоскогорным холмисто-равпинным или низменным рельефом. Геодинамическое состояние пород определяется трещи­новатостью и процессами разуплотнения, в целом породы недоста­точно и мало прочные, хрупкие. К таким территориям относятся Западно-Сибирская плита, Сибирская платформа, юг Русской платформы, Прикаспийская впадина и др.

Выделенные геодинамические режимы неоструктур являются основой оценки активности геологических процессов, возникаю­щих и развивающихся в настоящее время. С взглядами Т. Ю. Пи­отровской на геодинамические обстановки и типы геодинамичес- кпх режимов следует согласиться, ибо рассмотрение и оценка ак­тивности современных геологических процессов имеет прямой выход на инженерную геодинамику.

Особенности геодинамических режимов неоструктур во мно­гом определяют развитие современных геологических процессов (табл. 9.1). Основными признаками, характеризующими актив­ность экзогенных геологических процессов являются интенсив­ность и экстенсивность.

К показателям интенсивности Т. Ю. Пиотровская относит ско­рости протекания процессов, их объемы и частоты повторяемости. Скорости развития процессов подразделяются на следующие гра-

Примечание'. А — интенсивность (шкала I—IV), Б — экстенсивность (шкала 1—3).

3. — средняА интенсивность — сочетание средних скоростей со средними и малыми объемами при любом характере проявле­ния во времени, кроме внезапного;

4. — слабая интенсивность — сочетание малых скоростей с малыми объемами смещающихся масс.

Экстенсивность подразумевает оценку процессов по характеру распространения их по площадям и проценту занятости терри- юрии процессом. При этом рассматриваются только процессы и явтения, развивающиеся длительное время и характеризующиеся малыми объемами перемещающихся земляных масс. Характер рас­пространения процессов по площади предполагает выделение сле­дующих категорий: сплошное, прерывистое, спорадическое, еди­ничное, а по занятости территории процессом — 100%, 100— 50 %, 50—10 %, менее 10 %.

По сочетанию приведенных выше показателей предложена от­носительная шкала экстенсивности проявления процессов с выде- юнием:

1. -—

— средней экстенсивности;