STRONG INDUCED EARTHQUAKES IN MINING AREAS
Authors: Кишкина С.Б. , Будков А.М. , Кочарян Г.Г. 
Published: December 2023

Сильные техногенные землетрясения остаются одним из чувствительных для общества информационных поводов, вызывающих обеспокоенность людей. Помимо этого, изучение техногенных землетрясений предоставляет шансы выявить причинно-следственные связи в процессе подготовки и зарождения события, установить параметры, которые могут использоваться для контроля над протекающими процессами. В статье обобщены результаты работ последних лет, посвященных вопросам возникновения сильных техногенных землетрясений в районах добычи твердых полезных ископаемых. Описаны условия инициирования динамических событий сдвигового типа. Проанализированы изменения кулоновских напряжений Δσc на плоскости разлома, а также различные факторы, способные вызвать подобные изменения. Показано, что если изменения кулоновских напряжений достигают нескольких десятых МПа на плоскости разлома значительного размера, существенно превышающего площадь зоны нуклеации землетрясения, то даже небольшой величины Δσc, составляющей единицы процентов от уровня естественных напряжений, может оказаться достаточно для инициирования сейсмогенерирующих подвижек по напряженному разлому. Расчеты, выполненные для больших карьеров, занимающих около 20 км² (как разрез «Бачатский» в Кузбассе), продемонстрировали, что извлечение и перемещение масс горной породы на такой площади может приблизить момент возникновения землетрясения с магнитудой M ~ 6, уже подготовленного естественной эволюцией горного массива. При этом формирование больших отвалов породы в ходе разработки таких крупных карьеров не способствует инициации крупных сейсмических событий. Разветвленная сеть подземных выработок в окрестности тектонического разлома оказывает заметное влияние на эффективную жесткость массива и на возможность возникновения динамических подвижек. Однако практикуемая закладка камер разрушенной породой существенно снижает вероятность такого негативного сценария. Рассмотрен, также, вопрос дискриминации естественных и техногенных событий, поскольку он важен не только для общественного мнения, но и для разделения зоны ответственности государственных структур и страховых компаний, с одной стороны, и компаний, эксплуатирующих недра, с другой. Выделенные типы и параметры антропогенных воздействий помогут обоснованно определять ограничения на те или иные виды работ, что, в свою очередь, понизит вероятность возникновения катастрофических землетрясений в районах горных работ. Кроме того, потенциал возникновения техногенных землетрясений необходимо учитывать при оценке сейсмической опасности, особенно в районах расположения ответственных энергетических и инженерных объектов.

Strong induced earthquakes remain one of the most sensitive information issues for society, causing people’s concern. In addition, the study of induced earthquakes provides chances to identify cause-and- effect relationships in the process of preparation and origin of the seismic event, to establish parameters that can be used to control the ongoing processes. The article summarizes the results of recent years working on the occurrence of strong induced earthquakes in the mining areas in the conditions for initiating dynamic slip-type events (type II) are described. Changes in Coulomb stresses on the fault plane are analyzed, as well as various factors that can cause such changes. It is shown that if the Coulomb stress changes reach several tenths of MPa on the fault plane of a significant size, significantly exceeding the area of the earthquake nucleation zone, then even a small value of one percent of the natural stress level may be sufficient to initiate seismogenerating movements along the stressed fault. Calculations performed for large quarries occupying about 20 km2 (like the Bachatsky quarry in Kuzbass) have demonstrated that the extraction and movement of rock masses in such an area can bring closer the moment of occurrence of an earthquake with a magnitude of M ~ 6, already prepared by the natural evolution of the mountain massif. At the same time, the formation of large rock dumps during the development of such large quarries does not contribute to the initiation of large seismic events. An extensive network of underground workings in the vicinity of a tectonic fault has a noticeable effect on the effective rigidity of the massif and on the possibility of fault slip. However, the practice of laying chambers with destroyed rock significantly reduces the likelihood of such a negative scenario. The issue of discrimination of natural and man-made events is also considered, since it is important not only for public opinion, but also for the separation of the area of responsibility of state structures and insurance companies, on the one hand, and companies exploiting the subsoil, on the other. The identified types and parameters of anthropogenic impacts will help to reasonably determine restrictions on certain types of work, which, in turn, will reduce the likelihood of catastrophic earthquakes in mining areas. In addition, the potential of induced earthquakes should be taken into account when assessing seismic hazards, especially in areas where responsible energy and engineering facilities are located.