Использование данных сейсмологического мониторинга для прогнозирования динамики развития карстового провала в зоне аварии на Березниковском калийном производственном рудоуправлении №1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование данных сейсмологического мониторинга для прогнозирования динамики развития карстового провала в зоне аварии на Березниковском калийном производственном рудоуправлении №1

Начиная с момента возникновения аварийной ситуации на руднике БКПРУ-1, остро встала задача мониторинга процессов, происходящих в районе прорыва водозащитной толщи. Необходимо было определить точное место ее разрушения, а впоследствии - следить за процессами, происходящими на участке размыва солей грунтовыми водами и ростом провала над образовавшейся карстовой полостью на земной поверхности. Значительный вклад в решение этой задачи внесла развернутая на аварийном участке система сейсмологического мониторинга, включавшая в себя в разные периоды времени до 18 одно- и трехкомпонентных сейсмоприемников, установленных на земной поверхности, в скважинах и в горных выработках.

Анализ регистрируемых мониторинговой системой сейсмических сигналов позволил выделить 2 основных типа сейсмических событий [1]:

Тип №1. Импульсные события с четкими вступлениями, имеющие, как правило, небольшую энергию и высокую частоту сигналов, ассоциирующиеся с процессами трещинообразования в плотных породах, главным образом на глубине не менее 100 м.

Тип №2. Низкочастотные сигналы с большой длительностью и отсутствием четких вступлений, связанные с продолжительными процессами разрушения в слабо консолидированных породах верхней части разреза.

Как было установлено в ходе предыдущих исследований [2], наблюдается корреляция между динамикой микросейсмической активности и развитием карстового провала. Подобная связь прослеживается как во временной области (всплески микросейсмической активности приурочены к этапам активного роста провала), так и в пространстве - миграция эпицентров сейсмических событий связана с направлением роста карстовой полости. Целью данной работы было выяснить, насколько устойчивой является подобная корреляция и установить возможность прогнозирования роста карстового провала на основании данных сейсмологического мониторинга.

На первом этапе был выполнен анализ временной динамики сейсмической активности для всей территории, прилегающей к провалу, а также сопоставление ее с динамикой роста карстовой полости. В качестве параметра, характеризующего микросейсмическую активность, было выбрано выделение сейсмической энергии E, рассчитанное в скользящем временном окне. Вполне естественно, что события 1-го и 2-го типов анализировались отдельно, так как они характеризуют различные процессы, по-разному связанные с развитием карстовой воронки.

Для анализа роста провала в качестве рассматриваемой характеристики была выбрана его площадь S. В принципе, объем карстовой полости был бы более информативной величиной, но достоверно определить его не представляется возможным. Кроме того, если в первом приближении считать форму провала конической, то его объем будет линейно зависеть от площади, видимой на земной поверхности. Дополнительно усложняло решаемую задачу то, что у карстовой воронки наблюдается 2 контура - внешний (определяется границами провала на земной поверхности) и внутренний (контур обрушений в консолидированных породах). В дальнейшем все расчеты проводились для обоих контуров, однако предпочтительным представляется анализировать динамику роста внутреннего контура, как менее подверженного влиянию случайных приповерхностных факторов.

Для сопоставления с динамикой сейсмической активности гораздо удобнее брать не саму площадь провала, а ее производную по времени, то есть скорость роста провала S', определяемую как отношение изменения площади к интервалу между сериями наблюдений. Поскольку увеличение площади провала происходило не плавно, а в виде одномоментных обрушений части его бортов, то для получения более сглаженной кривой и частичного устранения случайных факторов, влияющих на наблюдаемые процессы (техногенное, климатическое воздействие и т.п.) производилось сглаживание параметра S' в скользящем окне длительностью 9 суток. Наибольший интерес представляет сопоставление роста провала с динамикой сейсмической активности для событий 1-го типа (глубинных). Поскольку процессы, связанные с этими сейсмическими событиями, происходят на значительной глубине, то они должны предшествовать росту карстовой воронки на поверхности, которая, по сути, является их последствием. Сопоставление временной динамики сейсмической активности и скорости роста провала подтверждает это предположение (рис. 1). Как видно из приведенного рисунка, практически каждому этапу ускоренного роста внутреннего контура провала предшествует всплеск сейсмической активности, опережающий его на величину от 6 до 30 дней.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Полученная закономерность характеризует связь общего роста размера провала с энергией всех сейсмических событий, происходящих в его окрестностях. Более сложной представляется задача сопоставления направления роста карстовой воронки с пространственной динамикой сейсмической активности. Существенной проблемой явился выбор способа, позволяющего формально оценить наличие корреляции между этими явлениями. На данном этапе реализован следующий подход: проанализирован рост контура провала за период с июля 2007 г. по декабрь 2008 г.; на основании этого анализа весь провал и прилегающая к нему территория разделены на 4 сектора, краевые части которых частично перекрываются (рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

водозащитный аварийный рудник сейсмический

Условно эти сектора можно назвать «Северный», «Южный», «Западный» и «Восточный». Для каждого из них отдельно рассчитывалась скорость роста площади провала (внешнего и внутреннего контуров), а также динамика сейсмической активности для событий обоих типов. Затем для каждого из секторов проводилось сопоставление динамики скорости роста провала S' в его пределах с выделением сейсмической энергии E в каждом из 4 секторов. При наличии пространственной связи между микросейсмической активностью и направлением роста карстовой полости максимальная корреляция должна наблюдаться с графиком выделения сейсмической энергии в соответствующем секторе. Сопоставление полученных графиков показало, что закономерность, установленная ранее для всего провала в целом, прослеживается в северном и восточном секторах. Активному росту внутреннего контура воронки в каждом из них предшествует всплеск сейсмической активности 1-го типа именно в этом секторе, причем величина временной задержки составляет от 10 до 30 дней, что хорошо согласуется с полученными ранее результатами. Для западного и южного секторов отсутствие подобной корреляции объясняется, по всей видимости, слабой интенсивностью происходящих в их пределах процессов - провал в этих направлениях рос очень слабо и уровень сейсмической активности в этих секторах также был весьма низок.

Список литературы

1. Локализация и контроль карстовых процессов в соляном массиве /

2. Д.А. Маловичко, Р.А. Дягилев, Д.Ю. Шулаков, П.Г. Бутырин, А.С. Пересыпкин // Горное Эхо. - 2007. - №3 (29). - С. 29-36.

3. Технология сейсмологического мониторинга карстовых процессов (на примере рудника БКПРУ-1 Верхнекамского месторождения калийных солей) /

4. Маловичко Д.А., Дягилев Р.А., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г. // Изменение окружающей среды и климата: природные и связанные с ними техногенные катастрофы: в 8 т. т. 1: Сейсмические процессы и катастрофы / ИФЗ РАН; под ред. А.О. Глико. ? М., 2008 ? С. 237-254.

Размещено на Allbest.ru