Особенности оценки сейсмических воздействия акваторий

В связи с интенсификацией освоения природных ресурсов шельфа, особенно арктических районов, в сложных природных условиях все чаще возникает необходимость в оценке сейсмических воздействий для морских площадок. Существуют определенные особенности и трудности, которые встречаются на море и отличаются от тех, которые встречаются на суше. За рубежом нюансы оценки сейсмических воздействий на акваториях начали исследоваться раньше, чем в СССР. В работе [Иващенко и др., 1990] представлен обзор основных зарубежных исследований по оценке сейсмических воздействий для морских площадок. Выделяются следующие различия работ на море и на суше:

1 Каталоги землетрясений для морских районов менее полны, чем для районов суши, особенно в области небольших магнитуд.

2 Трудности в достоверном определении основных параметров землетрясений. В частности, ошибки в локализации морских землетрясений обусловлены целым рядом причин: неравномерность азимутального расположения сейсмостанций, неточность скоростных моделей в морских районах, недостаток данных о распределении повреждений и других эффектов.

3 Подводные участки малодоступны для геологических исследований, необходимых для расшифровки деформационной истории зон тектонических нарушений на дне. Сами разломы картируются, в основном, с помощью непрерывного сейсмического профилирования (НСП), относительно быстрой, недорогой методики с высокой разрешающей способностью.

4) Для морских площадок в большей степени, чем для суши, характерно наличие поверхностного слоя рыхлых водонасыщенных осадков. Очень трудно определить влияние этого слоя на сейсмическое воздействие insitu ввиду отсутствия записей сильных движений на дне.

5) Записей сильных движений на дне чрезвычайно мало вследствие того, что регистрация землетрясений с помощью донных сейсмографов стоит достаточно дорого, технологически сложна и трудоемка, поэтому в основном проводятся весьма ограниченные во времени экспедиционные наблюдения.

6) Деятельность, связанная с добычей нефти и газа, может изменить естественную сейсмическую обстановку в окрестностях нефтедобывающего сооружения в море, вызывать значительную сейсмическую активность в районах, считавшихся асейсмичными.

В методических рекомендациях [Лобковский и др., 2003], составленных сотрудниками Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН, имеющих многолетний опыт оценки сейсмической опасности на шельфе, указывается также еще на несколько нюансов работы на шельфе (некоторые из них также в работах [Кузин, 1989, 1990]):

7) Влияние пригрузки водного слоя толщиной до 200 м на интенсивность сотрясений дна.

8) Наличие рыхлых обводненных грунтов увеличивает вероятность проявления таких эффектов, как разжижение и возникновение подводных оползней. Разжижение песчаных обводненных грунтов возникает при сотрясениях 7-8 баллов и выше по шкале MSK-64. Образование остаточных деформаций и оползней возникает при сотрясениях 4-5 баллов и выше.

9) Возможность возникновения гидравлического удара при высокой интенсивности сотрясений дна. В настоящее время недостаточно изучено явление гидравлического удара при сейсмическом воздействии на дно, хотя есть единичные наблюдения гидравлического удара при интенсивности сотрясений 8 баллов и выше.

10) Возможность возникновения волн цунами при сильных подводных землетрясениях.

11) Наличие экзогенных опосредованных неблагоприятных явлений, которые могут инициироваться землетрясениями: быстрых тектонических подвижек при землетрясениях по многочисленным разломам разной ориентировки, а также оползней и турбидитных потоков на континентальном склоне.

12) Наличие эндогенных опосредованных неблагоприятных явлений, которые могут инициироваться землетрясениями: прорывов газов из накопленных в осадках газогидратов и грязевого вулканизма.

13) Возведение морских платформ для добычи нефти и газа на шельфе –весьма дорогостоящее и высокотехнологичное дело. Такие сооружения несут высокую ответственность в силу их существенной потенциальной угрозы для экологии окружающей среды.

Различным аспектам оценки сейсмической опасности морских площадок посвящен целый ряд других исследований. Например, в работе [Ассиновская, Нахшина, 1990] рассматривается проблема применимости уравнений макросейсмического поля, полученных по результатам изучения землетрясений в прибрежных районах, для оценки сейсмических воздействий на акваториях. Результаты исследования указывают на то, что для расчета амплитуд максимальных ускорений в морских грунтах вполне можно использовать соотношения, полученные по макросейсмическим и инструментальным наблюдениям на побережье. Показано, что даже несильные землетрясения (М~5) могут вызывать значительные возмущения на водной поверхности.

В работах [Ковачев и др., 2002; Лобковский и др., 2002а] представлены результаты донных сейсмологических наблюдений и приведены оценки влияния верхней части морских осадков на параметры сейсмического сигнала. Определено приращение сейсмической интенсивности в районе строительства. Данная методика сейсмического микрорайонирования, широко используемая на суше, впервые была применена в морских условиях.

При этом нет необходимости в детальном изучении инженерно-геологических свойств грунтов морского дна, т.к. их динамические характеристики определяются в естественных условиях (insitu). В работах [Лобковский и др., 2002b; Ковачев и др., 2003] решались задачи уточнения сейсмической опасности, в частности, изучались характеристики разрывных нарушений и региональной сейсмичности, выявлялись наиболее опасные сейсмоактивные зоны, строились кумулятивные графики повторяемости для изучаемого района. С помощью результатов донных сейсмологических наблюдений выполнялось выявление микросейсмичностив районе Джубги, а также определение живучести разломов разной ориентировки на шельфе, континентальном склоне и побережье.

Оценка сейсмических воздействий на слабосейсмичных акваториях была описана в работе [Кузин и др., 2009] на примере северо-западной части Северного Каспия вокруг о. Морской Иван-Караул. Особенность исследования заключалась в отсутствии на тот момент сведений о проявлении не только сильных, но и слабых землетрясений вблизи участка строительства как по инструментальным данным, так и по историческим сведениям. Поэтому был проведен тщательный анализ различных данных длявыявления особенностей тектоники, потенциально опасных в сейсмическом отношении: геолого-структурных, геофизических, включая характеристики гравитационного и магнитного полей, данные глубинного сейсмического зондирования. Проведены сейсмологические наблюдения с помощью донныхсейсмостанций для решения задачи сейсмического микрорайонирования динамическим методом. Эксперимент оказался уникальным из-за сверхмалых глубин моря (1-5 м), при которых на уровень сейсмическихшумов влияет поверхностное волнение.