СЕЙСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Сейсмический мониторинг относится к технологиям уменьшения риска опасных природных явлений. Он базируется на организации сети непрерывных долговременных наблюдений на исследуемой территории. В современной трактовке мониторинг включает не только регистрацию, но и дальнейшую оперативную обработку и интерпретацию сейсмологических данных с выходом на прогнозные оценки. В зависимости от размеров охватываемой мониторингом территории он может подразделяться на уровни: мировой, региональный, локальный.

Сейсмический мониторинг является неотъемлемой частью жизнеобеспечения населения регионов с выраженной сейсмической активностью. Он позволяет автоматически детектировать, определять местоположение и наносить на карту даже очень слабые сейсмические события, что способствует изучению динамики тектонических разломов.

Сейсмический мониторинг является также неотъемлемой частью систем обеспечения безопасности ответственных сооружений (в частности, атомных электростанций, скважин, шахт, мостов и др.). Соединенные со средствами коммуникаций системы мониторинга позволяют осуществлять уведомление населения и официальных лиц о происходящих землетрясениях или других сейсмических событиях.

В настоящее время сейсмический мониторинг осуществляется практически во всех странах европейского континента и во многих странах мира, при этом не обязательно расположенных в сейсмически активных поясах Земли.

В связи с развитием промышленности, особенно энергетической сферы, возникла необходимость сейсмического контроля тех участков земной коры, на которых расположены объекты энергетики.

Обычно для сейсмического мониторинга используется сеть сейсмических станций, равномерно распределенная на площади исследований или охватывающая исследуемый участок.

Кроме отдельных сейсмических станций, в некоторых странах Европы, используются также сейсмические группы (seismic array), которые можно назвать сейсмическими «антеннами». Сейсмические группы есть в некоторых странах Скандинавии и Северной Европы — в Норвегии, Швеции, Финляндии, Германии, России.

Прикладными задачами сейсмического мониторинга являются изучение региональной или локальной сейсмической активности данной территории или локального участка (например, района АЭС, ГЭС, рудников, шахт, открытых карьеров и т. д.).

В результате локации сейсмических источников и определения их параметров (времени в очаге, координат эпицентра, глубины гипоцентра — в случае землетрясения и магнитуды) появляются новые, инструментальные данные о современных землетрясениях. Эти данные совместно данными об исторических землетрясениях используются для сейсмического районирования. На основе пространственного распределения гипоцентров землетрясений, оценки их параметров (сейсмической активности, максимальной магнитуды землетрясения) оконтуривают сейсмогенные зоны и оценивают сейсмический риск территории.

Еще одна практическая цель использования сейсмического мониторинга — создание системы сигнализации и предупреждения о сейсмической опасности от тектонических землетрясений вокруг крупных инженерно- технических и экологически опасных объектов, таких как атомные гидроэлектростанции и речные дамбы. Результаты сейсмического мониторинга используются и в научных целях — для изучения внутреннего строения Земли, физических свойств вещества недр и т. д.

Автоматический сейсмический мониторинг реального времени является не только важнейшей, но и одновременно сложнейшей задачей сейсмологической практики. Его важность определяется следующими потребностями:

  • 1) оперативная корректировка карт тектонической активности региона, карт балльности и сотрясаемости;
  • 2) необходимость принятия экстренных мер и исполнения оперативных мероприятий в зависимости от текущей сейсмической обстановки на основе автоматических уведомлений, обеспечиваемых системой мониторинга;
  • 3) автоматическое формирование баз сейсмологических данных, включая их наполнение непрерывными волновыми формами наблюдаемых процессов, бюллетенями сейсмических событий и прочей сопроводительной информацией;
  • 4) обмен информацией с другими сейсмологическими центрами и сетями сбора данных;
  • 5) автоматическое использование непрерывных данных реального времени от других сейсмических сетей с целью улучшения локации сейсмических событий и оценки их параметров.

Для реализации эффективной системы сейсмического мониторинга реального времени требуется высокоразвитое аппаратное и математическое программное обеспечение, отвечающее современным требованиям.

Для построения сетей сейсмического мониторинга могут использоваться автономные регистраторы сейсмических сигналов АРСС.

Автономный регистратор используется для изучения микросейсмического волнового фона при обследовании различных наземных и прибрежных районов и объектов, а также для регистрации и оперативной оценки характеристик сейсмических сигналов от различных источников.

Регистратор предназначен для сейсмического мониторинга и проведения наземных и мелководных геологогеофизических работ (рис. 54). Вот его технические характеристики:

  • • диапазон регистрируемых частот — 0,5-40 Гц;
  • • динамический диапазон — 120 дБ;
  • • количество измерительных каналов — 1 (Z-компо-

нента);

  • • чувствительность (на частоте 1 Гц) — 0,410”9 м/с;
  • • рабочая глубина — до 20 м;
  • • время непрерывной работы — до 20 сут.

Для контроля за интенсивностью сейсмических воздействий в районе особо важного объекта при проведении работ на его территории целесообразна установка локальной сети из 4-5 высокочувствительных сейсмических станций по периметру территории объекта и в ближнем районе, нуждающемся в контроле.

Рис. 54

Автономный регистратор сейсмических сигналов

Вне зависимости от методики регистрации сейсмологической информации на первом этапе выбираются пространственные и аппаратурные характеристики установки — это число датчиков и амплитудно-частотные характеристики каналов регистрации; геометрия расположения датчиков, расстояния между ними. Все эти параметры зависят от поставленных целей и задач, от уровня и характера микросейсмических колебаний в месте установки, от геологического и структурного строения среды в местах установки.

В связи с этим первым шагом при организации сейсмологических наблюдений является выбор мест установки аппаратуры.

Для установки локальной сейсмической сети выбор мест регистрации определяется в основном антропогенной обстановкой в районе установки: необходима максимально возможная удаленность точек наблюдения от оживленных автотрасс, железнодорожных путей, предприятий непрерывного цикла работы и т. д.

В среднем участок для установки малоапертурной группы занимает около 1 км2 площади, перепады высот на участке должны быть незначительными по сравнению с расстояниями между датчиками. При этом проблема выбора конфигурации группы ориентирована на построение рациональной характеристики направленности группы, которая позволила бы благодаря подавлению микро- сейсмических шумов и равномерному пространственному опросу выделять слабые сейсмические сигналы, а также с достаточно высокой точностью оценивать их основные характеристики. Исходя из этого, перед окончательной установкой аппаратуры на выбранном участке должны быть проведены измерения микросейсмического шума с целью изучения уровня, спектрального состава, корреляционных свойств микросейсмических шумов и когерентности сейсмических сигналов.

Оптимальная конфигурация локальной группы для базы наблюдений радиусом до километра — это 7-9 точек наблюдения, расположенных на двух концентрических окружностях. Центральная точка, как правило, оснащается тремя компонентами наблюдений (один трехкомпонентный датчик), на внутренней окружности располагаются три точки с однокомпонентными вертикальными датчиками, на большой внутренней окружности желательно расположить три трехкомпонентных прибора и два однокомпонентных вертикальных датчика (рис. 55).

При долговременном мониторинге должны быть оборудованы специальные стационарные пункты сейсмической регистрации, обеспеченные постоянным элек-

Рис. 55

Пример схемы конфигурации локальной сети тропитанием и защищенные от несанкционированного доступа.

Один из вариантов размещения сейсмологического пункта наблюдения — в грунт заглубляется бетонное кольцо, оборудованное запирающейся крышкой. Диаметр кольца обычно 0,9-1,5 м; величина заглубления зависит от имеющегося набора аппаратуры и условий в месте установки.

К каждой точке наблюдения прокладывается кабель электропитания/сигнальный (углубляется в грунт для предотвращения повреждений).

Рис. 56

Общий вид сейсмического пункта наблюдений:

Общий вид сейсмометрического пункта показан на рисунке 56. Рекомендуется использование трехкомпонентного скважинного акселерометра типа А 17-38 (производитель — ЗАО «Геоакустика», г. Москва, Россия) совместно с программным контроллером ICP DAS ХР-8341 на базе ОС Windows 2009 с тремя слотами расширения.

1 — кольцо колодезное, с люком, датчиком несанкционированного доступа, цементной стяжкой и подушкой из щебня; 2 — пазухи, заполненные извлеченным грунтом; 3 — измерительное оборудование; 4 — трехкомпонентный акселерометр; 5 — дренажная труба.

В соответствии с [10, п. 4.7] с целью получения достоверной информации о работе конструкций при интенсивных землетрясениях и колебаниях прилегающих к зданиям и сооружениям грунтов следует предусматривать установку станций наблюдений за динамическим поведением конструкций и прилегающих грунтов.

На сооружениях при сдаче их в эксплуатацию, а затем через каждые пять лет следует проводить тестовые испытания по определению динамических характеристик этих сооружений (динамическое тестирование) с составлением динамических паспортов.

В процессе динамического тестирования должны быть определены собственные частоты и формы колебаний, декременты по формам, амплитудно-частотные характеристики динамической податливости.

Для возбуждения колебаний могут использоваться следующие естественные и искусственные источники:

  • • микросейсмы;
  • • тестовые взрывы небольших зарядов ВВ;
  • • ударные средства возбуждения колебаний;
  • • воздействия специальной тестирующей вибромашины.

Динамические характеристики сооружения устанавливаются при нормальном подпорном уровне и при уровне «мертвого объема воды» в водохранилище.

Все текущие данные геодинамического мониторинга должны поступать в специальный банк данных для совместной обработки и интерпретации. Данные об изменении геодинамической обстановки должны поступать и анализироваться в режиме, близком к реальному масштабу времени.

Все гидротехнические сооружения независимо от их назначения, класса, конструкции и материала изготовления должны подвергаться обследованию после каждого сейсмического воздействия интенсивностью 5 баллов и выше. При этом должны быть оперативно проанализированы показания всех видов контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), установленной в сооружении, а также проведен осмотр сооружения. На основании установленных фактов проводится экспертная и расчетная оценка прочности, устойчивости и эксплуатационных качеств сооружения.

Осмотр сооружения и аналогичная оценка его состояния (прочности, устойчивости и эксплуатационных качеств) проводится в случае отсутствия в сооружении установленной КИА.

При осмотре сооружения надлежит зафиксировать наряду с другими возможными проявлениями перенесенного сооружением землетрясения наличие или отсутствие в сооружении повреждений в виде трещин и раскрытия швов бетонных сооружений и остаточных деформаций грунтовых сооружений и насыпей.

При наличии видимых повреждений, способных привести к аварии, следует оперативно оценить возникшую опасность и при необходимости оповестить о ней административные органы и МЧС.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >