Л. В. НЕКРАСОВА
ВРЕМЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ СВЯЗИ ТЕХНОГЕННЫХ
СЕЙСМИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ
И ГОРНЫХ УДАРОВ С ПРИЛИВНЫМИ ФАЗАМИ
Глобальная и региональная сейсмичность проявляет пространственно-изменчивый характер зависимости от фазы приливной деформации.
Приливные силы, в зависимости от фазы могут, как способствовать, так и противодействовать развитию геодинамического процесса, оказывая, соответственно, инициирующее или подавляющее воздействие.
Важность земных приливов заключается в том, что это практически единственное явление деформации Земли, для которого известна сила, вызывающая деформацию, и есть возможность ее рассчитать.
Приливные силы действуют непрерывно на любую точку Земли. Меняется направление действия этой силы, причем действие горизонтальной составляющей приливной силы с точки зрения влияния на напряженное состояние литосферы представляется таким же существенным, как и вертикальной составляющей.
На конечной стадии подготовки техногенного сейсмического события, когда достаточно чрезвычайно слабого внешнего толчка, чтобы его инициировать, таким толчком может оказаться приливное напряжение.
Мы исследовали влияние фаз приливной волны на техногенные сейсмические события (в том числе и на горные удары) для крупнейших бассейнов России: Североуральского бокситового (СУБР) и Кизеловского угольного (КУБ) в период с 1985 по годы.
Оценка воздействия приливов на техногенные сейсмические события основывается на:
– расчете теоретических компонент прилива (север-юг, восток-запад, вертикальной) в месте расположения горных выработок и в те моменты времени, когда эти события происходили;
– суммировании количества ударов N - , произошедших в фазе приливной деформации сжатия (приливное напряжение убывает) и N+ в фазе растяжения (приливное напряжение возрастает);
– сопоставлении результатов и оценке статистической значимости.
Неслучайность различия величин N+ и N- будет характеризоваться их отклонениями от среднего значения, соответствующего равной вероятности возникновения техногенного сейсмического события в положительной и отрицательной фазе прилива и подчиняющемуся биноминальному распределению со стандартным отклонением, равным:
s = 0.5 (N+-N-) 0.5.
Для сопоставления результатов и одновременной оценки статистической значимости рассчитываются стандартизованные разности:
t = (N+-N-) / 2s.
Эта величина характеризует отклонение от среднего значения, выраженное в единицах стандартного отклонения. Если модуль t превышает значение 2, то это свидетельствует о неслучайности отклонения с вероятностью 0,955. При исследовании временных изменений приливного триггерного эффекта воспользуемся кумулятивной функцией стандартизованных разностей:
t = S (N+-N-) / 2sN,
где sN – является здесь переменной и пропорциональна корню квадратному из текущей величины общего количества техногенных сейсмических событий N, то есть она изменяется медленнее, чем N.
Данная функция неустойчива при малых значениях числа техногенных сейсмических событий и горных ударов, т. к. является кумулятивной. В то же время, если значения t на каком либо временном интервале, например, превышают +2 или -2, то сразу можно сделать вывод о том, что вероятность неслучайности такого отклонения равна 0,955.
Кизеловский угольный бассейн
На рисунках 1а – 1в изображен временной ход кумулятивных разностей (N+-N-) числа 10230 техногенных сейсмических событий Кизеловского угольного бассейна в фазах сжатия и в фазах растяжения для компонент приливного вектора.
Из трех компонент наиболее выделяется статистически значимая реакция техногенных сейсмических событий на фазы приливной компоненты восток-запад. Отклонение монотонно возрастает и значение кумулятивной функции стандартизованных разностей достигает t = -4 за 3 года – с 1985 по 1987 для 3106 событий, t =-5 – с 1988 по 1990 год для 3669 событий (рис. 1, а), t = -5 – с 1991 по 1993 год для 1776 событий (рис. 1, б) и t = -3 с 1994 по 1997 год для 1779 событий (рис. 1, в). Такое высокое отклонение свидетельствует о чрезвычайно сильно выраженном триггерном процессе.
Следует отметить так же весьма значительные (t =3) увеличение количества техногенных сейсмических событий Кизеловского бассейна в фазах растяжения, как вертикальной компоненты (с 1988 по 1990 год (рис. 1, а)), так и компоненты север-юг (t =2). К 1990 году положение выравнивается и, в дальнейшем, эти компоненты не влияют на техногенные сейсмические события.
Североуральский бокситовый бассейн
Вся сейсмичность разделена на две группы – условно природная и условно техногенная. Всплески сейсмичности в течение суток, связанные с трех сменной работой на СУБР, положены в основу разделения сейсмоактивности. События, приуроченные к максимумам отнесены к условно техногенным, а события, произошедшие в оставшееся время – к условно природным. Затем отдельно проанализированы события каждой из этих групп.
На рисунках показаны графики кумулятивных разностей (N+ - N-) для 12300 сейсмических событий Североуральского бокситового бассейна, произошедшие в различные фазы компонент приливного вектора. Яркой особенностью является изменение напряжений в направлении восток – запад. С самого начала наблюдений начинает увеличиваться количество техногенных сейсмических событий в фазе сжатия. К 1995 году отклонение кумулятивных стандартизованных разностей достигает на 15 шахте t = -7,5 для 4590 событий (рис. 1, г). На 14 шахте – t = -4,5 для 2905 условно техногенных событий (рис. 1, д) и t = -7 для 2502 условно природных событий (рис. 1, е).
На 13 шахте – t = -4 для 1359 условно техногенных событий (рис. 1, ж) и t = -1,2 для 943 условно природных событий (рис. 1, з). Сейсмические события, практически ни как не реагируют на фазы приливной компоненты север-юг. В вертикальном направлении, начиная с 1985 года, наблюдается несущественное растяжение, статистическая значимость которого на уровне – t = 2 и менее
(рис. 1, е).
Рис. 1. Кумулятивная разность (N+ -- N-) числа сейсмических событий и горных ударов, произошедших в фазе сжатия и растяжения компонент приливного вектора. Для КУБ – с 1988 по 1990 годы (а), с 1991 по 1993 годы (б) и с 1994 до 1997 года (в). Для СУБР с 1985 до 1995 годы: на шахте 15 (г), на шахте 14 и 13 для условно техногенных событий (д и ж, соответственно) и условно природных событий (е и з, соответственно). Для СУБР на момент возникновения горно-тектонических ударов 26.02.1987 и 20.08.1987 года (и) и 16.06.1992 года (к). Стрелками указаны моменты горных ударов
Дальнейшие наши исследования были направлены на изучение связи крупнейших горно-тектонических ударов Североуральского бассейна с фазами приливных волн. С 1985 года в перечень крупнейших горно-тектонических ударов, произошедших на шахтах СУБР, вошли удары с энергией 1,3*108 Дж от 01.01.2001 года на шахте 15, также удар от 01.01.2001 года на границе шахт 14 и 15, и удар от 01.01.2001 года на шахте 13. Нами рассмотрены еще два наиболее крупных горных удара седьмого энергетического класса: от 01.01.2001 на шахте 15 и от 01.01.2001 на шахте 14 седьмого энергетического класса. Все горно-тектонические удары произошли в фазе сжатия горизонтальной компоненты восток-запад приливной волны (рис. 1, и и 1, к), кроме одного события от 01.01.2001 года, которое приурочено к фазе сжатия компонент север-юг и вертикальной, и несущественного кратковременного растяжения компоненты восток-запад.
Таким образом, временные изменения связи сейсмичности и приливов, являются своеобразным мониторингом напряженного состояния литосферы. Обнаружено, что на шахтных полях различных горнодобывающих предприятий есть участки, где сейсмические события и горные удары высокочувствительны к приливным фазам. Яркой особенностью для обоих бассейнов Североуральского бокситового и Кизеловского угольного является реакция сейсмических событий и горных ударов на фазы горизонтальной приливной компоненты восток-запад. Особенно чувствительными сейсмические события и горные удары, как сильные, так и слабые, оказались к фазе сжатия компоненты восток-запад.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Николаев напряженного состояния литосферы на основе анализа связи земных приливов и сейсмичности / . – М.: ИФЗ, 2003. – 234 с.
