Геодинамические эффекты предельно напряженного состояния земной коры

Батугин А.С.
Национальный исследовательский технологический университет МИСИС, г. Москва, Российская Федерация
Горная Промышленность №S1 / 2023 стр. 14-21

Резюме: Такие геодинамические явления, как горные удары и сильные техногенные землетрясения с глубиной гипоцентра, намного превышающей глубины ведения горных работ; возникновение сейсмических активизаций на больших расстояниях от объектов освоения недр; локализация эпицентров сильных сейсмических событий на периферии облака форшоков и афтершоков; существование и функционирование блочной структуры земной коры и ее дегазация по реактивированным нарушениям; «медленные» землетрясения; существование силового каркаса земной коры и его реакция на геодинамические процессы в недрах, – требуют дальнейшего исследования. Основная цель публикации – проанализировать примеры проявления перечисленных геодинамических явлений в индустриальных районах с точки зрения гипотезы о существовании в земной коре слоя предельно напряженного состояния мощностью от земной поверхности до некоторой глубины для дальнейшего раскрытия природы взаимодействия глобальных геодинамических и локальных геомеханических процессов в районах освоения недр. Геодинамические эффекты, связанные с предельно напряженным состоянием земных недр, рассмотрены на примерах сильных землетрясений в индустриальных районах (Бачатское (2013, М = 6,1), Нефтегорское (1995, М = 7–7,2), Веньчуаньское (2008, М = 7,8)), техногенная природа которых предполагается и дискутируется, сейсмических активизаций в районах ведения горных работ и районе реализации геотермальных проектов, блочных структур земной коры Кемеровской области.

Ключевые слова: геодинамическое явление, горный удар, техногенное землетрясение, сейсмичность, магнитуда, глубина гипоцентра, предельно напряженное состояние, блоки земной коры, дегазация недр, медленное землетрясение

Благодарности: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект №22-27-00728).

Для цитирования: Батугин А.С. Геодинамические эффекты предельно напряженного состояния земной коры. Горная промышленность. 2023;(S1):14–21. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-S1-14-21

Информация о статье

Поступила в редакцию: 10.02.2023

Поступила после рецензирования: 01.03.2023

Принята к публикации: 04.03.2023

Информация об авторе

Батугин Андриан Сергеевич – доктор технических наук, профессор кафедры безопасности и экологии горного производства, Национальный исследовательский технологический университет МИСИС; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Список литературы

1. Рассказов И.Ю., Федотова Ю.В., Сидляр А.В., Потапчук М.И. Анализ проявлений техногенной сейсмичности в удароопасном массиве пород Николаевского месторождения. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(11):46–56. https://doi. org/10.25018/0236-1493-2020-11-0-46-56

2. Козырев А.А., Семенова И.Э., Журавлева О.Г., Пантелеев А.В. Гипотеза происхождения сильного сейсмического события на Расвумчоррском руднике 09.01.2018. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018;(12):74–83. https://doi. org/10.25018/0236-1493-2018-12-0-74-83

3. Еременко А.А., Машуков И.В., Еременко В А. Геодинамические и сейсмические явления при обрушении блоков на удароопасных месторождениях Горной Шории. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017;(1):70–76.

4. He M., Cheng T., Qiao Y., Li H. A review of rockburst: Experiments, theories, and simulations. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2022. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2022.07.014

5. Keneti A., Sainsbury B.A. Review of published rockburst events and their contributing factors. Engineering Geology. 2018;246:361–373. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2018.10.005

6. Foulger G.R., Wilson M.P., Gluyas J.G., Julian B.R., Davies R.J. Global review of human-induced earthquakes. Earth-Science Reviews. 2018;178:438–514. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.07.008

7. Адушкин В.В., Турунтаев С.В. Техногенная сейсмичность – индуцированная и триггерная. М.: ИДГ РАН; 2015. 364 c.

8. Козырев А.А., Онуприенко В.С., Жукова С.А., Журавлева О.Г. Развитие инструментального и методического обеспечения контроля наведенной сейсмичности на Хибинских апатит-нефелиновых месторождениях. Горный журнал. 2020;(9):19–26. https://doi.org/10.17580/gzh.2020.09.02

9. Мельников Н.Н. (ред.) Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горнотехнических и природных системах. Новосибирск: СО РАН; 2018. Т. 1. 549 с.

10. Петухов И.М., Батугина И.М. Геодинамика недр. М.: Недра коммуникэйшенз; 1999. 288 с.

11. Батугина И.М., Петухов И.М. (ред.) Методические указания по профилактике горных ударов с учетом геодинамики месторождений. Ленинград: ВНИМИ; 1980. 46 с.

12. Петухов И.М. О природе горизонтальных сил в земной коре. В кн.: Норватов Ю. А. (ред.) Изучение и прогноз сдвижений и деформаций массива горных пород, гидрогеомеханических процессов при отработке месторождений подземным и открытым способами. СПб.: ВНИМИ; 1991.

13. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. М.: Недра; 1976. 272 с.

14. Петухов И.М., Сидоров B.C., Раевская Г.Г. О зоне опорного давления. Труды ВНИМИ. 1968;46:208–212.

15. Гзовский М.В. и др. Напряженное состояние земной коры по данным измерений в горных выработках и тектоно физического анализа. В кн.: Кропоткин П.Н. (ред.) Напряженное состояние земной коры. М.: Наука; 1973. С. 50–61.

16. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука; 2003. 270 с.

17. Scholz C.H. The Mechanics of Earthquakes and Faulting. New York: Cambridge Univ. Press; 1990. 439 p.

18. Métivier L., de Viron O., Conrad C.P., Renault S., Diament M., Patau G. Evidence of earthquake triggering by the solid earth tides. Earth and Planetary Science Letters. 2009;278(3–4):370–375. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2008.12.024

19. Ellsworth W.L. Injection-induced earthquakes. Science. 2013;341(6142):1225942. https://doi.org/10.1126/science.1225942

20. Тарасов Б.Г. Запредельные свойства горных пород и их связь с динамикой спонтанного разрушения. Горный журнал. 2021;(1):13–19. https://doi.org/10.17580/gzh.2021.01.03

21. Яковлев Д.В., Лазаревич Т.И., Цирель С.В. Природно-техногенная сейсмоактивность Кузбасса. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2013;(6):20–34.

22. Адушкин В.В. Развитие техногенно-тектонической сейсмичности в Кузбассе. Геология и геофизика. 2018;59(5):709–724. https://doi.org/10.15372/GiG20180510

23. Иващенко А.И. Нефтегорское землетрясение 27(28) мая 1995 года и его значение в сейсмической истории Сахалина. В кн.: Левин Б.В., Лихачева О.Н. (ред.) Геодинамические процессы и природные катастрофы. Опыт Нефтегорска: материалы Всерос. науч. конф. с международным участием, г. Южно-Сахалинск, 26–30 мая 2015 г. Владивосток: Дальнаука; 2015. Т. 1. С. 20–23.

24. Кочарян Г.Г., Кишкина С.Б., Будков А.М., Иванченко Г.Н. О генезисе Бачатского землетрясения 2013 года. Геодинамика и тектонофизика. 2019;10(3):741–759. https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-3-0439

25. Batugin A. A proposed classification of the earth's crustal areas by the level of geodynamic threat. Geodesy and Geodynamics. 2021;12(1):21–30. https://doi.org/10.1016/j.geog.2020.10.002

26. Еманов А.Ф., Еманов А.А., Фатеев А.В. Бачатское техногенное землетрясение 18 июня 2013 г. с ML=6.1, I0=7 (Кузбасс). Российский сейсмологический журнал. 2020;2(1):48–61. https://doi.org/10.35540/2686-7907.2020.1.05

27. Садовский М.А. Избранные труды: Геофизика и физика взрыва. М.: Наука; 2004. 440 с.

28. Petukhov I.M., Linkov A.M. Theoretical principles and fundamentals of rock burst prediction and control. In: 5th ISRM Congress. 1983, pp. D113–D120.

29. Полец А.Ю., Злобин Т.К. Изучение особенностей очаговой зоны разрушительного Нефтегорского землетрясения. В кн.: Левин Б.В., Лихачева О.Н. (ред.) Геодинамические процессы и природные катастрофы. Опыт Нефтегорска: материалы Всерос. науч. конф. с международным участием, г. Южно-Сахалинск, 26–30 мая 2015 г. Владивосток: Дальнаука; 2015. Т. 1. С. 141–145.

30. Yuanzheng L., Jin M., Tong J. Insights gained from the seismicity around the Zipingpu reservoir before the Wenchuan Ms8.0 earthquake. Geodynamics & Tectonophysics. 2014;5(3):777–784. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-3-0154

31. Николаев А.В. О возможном влиянии разработки нефти на параметры Нефтегорского землетрясения. М.: ФССН МЧС России; 1995.

32. Kundu B., Vissa N.K., Gahalaut V.K. Influence of anthropogenic groundwater unloading in Indo-Gangetic plains on the 25 April 2015 Mw 7.8Gorkha, Nepal Earthquake. Geophysical Research Letters. 2015;42(24):10607–10613. https://doi.org/10.1002/2015GL066616

33. Батугин А.С. Общие закономерности проявления сильных горных ударов и индуцированных землетрясений на участках земной коры с предельно напряженным состоянием. Горный журнал. 2021;(1):22–27. https://doi.org/10.17580/gzh.2021.01.04

34. Козырев А.А., Савченко С.Н., Панин В.И., Семенова И.Э., Рыбин В.В., Федотова Ю.В. и др. Геомеханические процессы в геологической среде горнотехнических систем и управление геодинамическими рисками. Апатиты: КНЦ РАН; 2019. 431 с. https://doi. org/10.37614/978.5.91137.391.7

35. Bukchin B.G., Fomochkina A.S., Kossobokov V.G., Nekrasova A.K. Characterizing the foreshock, main shock, and aftershock sequences of the recent major earthquakes in Southern Alaska, 2016–2018. Frontiers in Earth Science. 2020;8:584659. https://doi.org/10.3389/feart.2020.584659

36. Riga G., Balocchi P. How to identify foreshocks in seismic sequences to predict strong earthquakes. Open Journal of Earthquake Research. 2017;6(1):55–71. https://doi.org/10.4236/ojer.2017.61003

37. Орлова А.В. Блоковые структуры и рельеф. М.: Недра; 1975. 232 с.

38. Vidale J.E., Houston H. Slow slip: A new kind of earthquake. Physics Today. 2012;65(1):38–43. https://doi.org/10.1063/PT.3.1399

39. Peng Z., Gomberg J. An integrated perspective of the continuum between earthquakes and slow-slip phenomena. Nature Geoscience. 2010;3:599–607. https://doi.org/10.1038/ngeo940

40. Василенко Т.А., Волошина Н.И., Кольчик И.Е., Молодецкий А.В., Подрухин А.А. Исследование содержания метана в почвенном воздухе в области выхода под наносы геологических нарушений. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016;(7):159–166.

41. Pokryszka Z., Tauziède C., Lagny C., Guise Y., Gobillot R., Planchenault J-M., Lagarde R. Gas migration from closed coal mines to the surface risk assessment methodology and prevention means. In: Symposium Post mining 2005, Nov. 2005, Nancy, France. Available at: https://core.ac.uk/download/pdf/52665588.pdf

42. Гресов А.И., Яцук А.В. Газовая зональность и газоносность многолетнемерзлых отложений угленосных бассейнов восточной арктики и прилегающих регионов. Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2013;(5):387–398.

43. Sibson R.H. Preparation zones for large crustal earthquakes consequent on fault-valve action. Earth, Planets and Space. 2020;72:31. https://doi.org/10.1186/s40623-020-01153-x

44. Batugina I.M., Petukhov I.M. Bibliography of Rock Bursts. Part 1 (1900–1979). Rotterdam: A.A. Balkema Publishers; 1990. 308 p.

45. Еманов А.Ф., Еманов А.А., Лескова Е.В., Фатеев А.В., Семин А.Ю. Сейсмические активизации при разработке угля в Кузбассе. Физическая мезомеханика. 2009;12(1):37–43.

46. Чаплыгин Н. Н. Экологическая перспектива и освоение недр: ресурсный аспект. Экология и жизнь. 2007;(10):16–19.

47. Яковлев Д.В., Цирель С.В., Мулев С.Н. Закономерности развития и методика оперативной оценки техногенной сейсмической активности на горных предприятиях и в горнодобывающих регионах. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016;(2):34–47.

48. Рыбин В.В., Константинов К.Н., Каган М.М., Панасенко И.Г. Принципы организации комплексной системы мониторинга устойчивости объектов горнодобывающего предприятия. Горный журнал. 2020;(1):53–57. https://doi.org/10.17580/gzh.2020.01.10

49. Gvishiani A.D., Tatarinov V.N., Manevich A.I., Kaftan V.I. Geodynamic interpretation of modern geodynamic movements in the southern part of the yenisei ridge (in application to the problems of underground isolation of radioactive waste). Eurasian Mining. 2021;(2):7–11. https://doi.org/10.17580/em.2021.02.02

50. Сидоров Д.В., Пономаренко Т.В. Методология оценки геодинамического состояния природно-техногенных систем при реализации проектов освоения месторождений. Горный журнал. 2020;(1):49–52. https://doi.org/10.17580/gzh.2020.01.09

51. Сергунин М.П., Дарбинян Т.П. Выделение параметров трещиноватости массива горных пород из геологических моделей, построенных в современных геоинформационных системах (на примере Micromine). Горный журнал. 2020;(1):37–41. https://doi.org/10.17580/gzh.2020.01.07

52. Бирючев И.В., Макаров А.Б., Усов А.А. Геомеханическая модель рудника. Часть 1. Создание. Горный журнал. 2020;(1):42–48. https://doi.org/10.17580/gzh.2020.01.08

53. Kobylkin S.S. Pugach, A. S. Rock burst forecasting technique and selecting a safe coal face advance direction. Mining Science and Technology (Russia). 2022;7(2):126–136. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2022-2-126-136