Мониторинг сейсмической активности на территории Оренбургской области

УДК 614.8

М.Н. Еремин, Ю.М. Нестеренко, М.С. Карпюк, А.П. Бутолин, М.Ю. Нестеренко

МОНИТОРИНГ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НА ТЕРРИТОРИИ

ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

В Южном Предуралье наибольшее техногенное воздействие на недра оказывает интенсивная добыча газа и нефти. Их извлечение ведет к большим падениям пластового давления, изменяя гидродинамику подземных вод.

В результате интенсивной эксплуатации Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (ОНГКМ) нарушилось природное динамическое равновесие в геологической среде и системе подземных вод

Территория Оренбургской области согласно районированию Российской Федерации отнесена к шестибальной зоне сейсмичности. Это обусловлено геологическим строением осадочных пород и кристаллического фундамента. Интенсивная хозяйственная деятельность в земных недрах нарушает естественные геодинамичес-кие процессы, создавая локальные очаги аномально высоких напряжений в земной коре. Эти очаги могут и часто провоцируют землетрясения, снимающие естественную геодинамическую напряженность в осадочных породах и кристаллическом фундаменте. Сила локальных техногенно-природных землетрясений может значительно превышать прогнозируемую природную сейсмичность.

В районе месторождения на площади до трех и более тысяч квадратных километров уменьшилось пластовое давление. В центральной его части оно уменьшилось с 20.3 МПа до 9 МПа. Под ОНГКМ образовалась гидродинамическая воронка глубиной 600—800 метров и существенно изменилось напряженно-деформационное состояние продуктивных толщ и прилегающих слоев горных пород. Наблюдаемые нами приходы афтершоков дальних землетрясений влияют на напряженно-деформированные блоки горных пород территории. Такое же влияние оказывают взрывы в соляных толщах для создания подземных емкостей и в глубоких параметрических скважинах для изучения глубинного строения земной коры. Добыча нефти и газа на многочисленных их месторождениях в Оренбургском Предуралье расширяет зону возможных техногенно-природных землетрясений.

Мировой и отечественный опыт свидетельствует о возрастании сейсмической активности в районах добычи углеводородов, приводящей к техногенным авариям и разрушениям [1,2,3].

При извлечении больших объемов углеводородов и закачке промстоков большое значение имеют данные об уровне естественной и техногенной сейсмичности территории, выявление и прогнозирование возможных землетрясений. Для этого необходимо создание сети высокоточных сейсмостанций по регистрации интенсивности сейсмических событий и по ее данным районировать территорию по геодина-мической активности с учетом данных о ее геологическом строении, неотектоническом режиме, структуре порово-трещинного пространства горных пород, вовлеченных в техногенез.

История геологического развития, неотектонический режим и интенсивность современных экзогенных и эндогенных процессов являются основными природными компонентами, характеризующими сложившуюся к нашему времени динамику сейсмичности территорий. Техногенная деятельность на освоенных и промышленно-развитых территориях, влияя на естественную сейсмичность, требует специального комплексного их рассмотрения. Блоки земной коры нижнего гидрогеодинамического этажа, вовлеченные в техногенез образуют природно-техногенные системы, подчиняющиеся общим гидрогео-динамическим и гидрогеохимическим закономерностям. Если в ненарушенном состоянии природные системы, находятся в динамическом равновесии, имея соответствующие температурный, газовый, химический режимы гидросферы, атмосферы и биоты, то техногенез изменяет

Научно-технические разработки

Научно-технические разработки

Рис. 1. Сейсмограмма землетрясения, произошедшего в Чили 13 июня 2005г. R = 13986км, МЬ = 6.9.

их динамику. Сложившаяся техногенно измененная геодинамическая обстановка обусловливает необходимость ведения ее мониторинга.

Для организации и ведения мониторинга возможных геодинамических проявлений измененного напряженно-деформированного состояния геологической среды уникального ОНГКМ необходима разработка схемы размещения сейсмостанций и соответствующей методики обработки сейсмограмм для выявления и территориальной привязки техногенных и природных сейсмических событий.

При изучении влияния добычи нефти и газа на сейсмическую активность на территории Оренбургской области необходима регистрация всего спектра сейсмических событий. Для ведения сейсмического мониторинга совместными усилиями ГУ МЧС России по Оренбургской области, Горного института УрО РАН (г. Пермь и г. Оренбург) и Геофизической службы РАН (г. Обнинск) на территории крупнейшего газоконденсатного месторождения в ноябре 2004 г. была введена в эксплуатацию сейсмическая станция «Оренбург». При обработке удаленных событий (обработка ведется в ГИ УрО РАН в г. Пермь и г. Оренбурге) активно используются публикуемые в Интернете каталоги организаций Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS) и National Earthquake Information Center (NEIC).

Результаты обработки наблюдений первого года показывают, что ежемесячно сейсмостанцией «Оренбург» фиксируется около 180 сейсмических событий различной природы. Все регистрируемые сейсмические события можно разделить на два уровня: телесейсмический и локальный. Телесейсмический уровень — это удаленные землетрясения. Сейсмостанцией зафиксированы землетрясения в Индонезии (магнитуды 3—8), на о. Хокайдо (М 4.3—6.5), Тайване (М 4.7—5.9), Чили (М 4.5—6.9, рис. 1) и многие другие.

К землетрясениям второго уровня относятся региональные сейсмические события на расстоянии до 1000 км. Сейсмостанцией зафиксированы сейсмические события в Свердловской, Пермской областях, на востоке Оренбургской области и др.

Из местных сейсмических событий сейсмостанцией «Оренбург» регистрируются локальные события

различного вида и различной природы на расстояниях до 200 километров. В среднем за месяц их фиксируется 6—8. Зарегистрированы сейсмические события на территории месторождения, взрывы в карьерах, сейсмическое событие в районе аварии на трубопроводе в близи г. Бузулук и др.). На их долю приходится около 5 % от общего количества зафиксированных сейсмических событий.

К группе местных сейсмических событий относиться два типа событий:

- первый тип — микроземлетрясения со значительной длительностью, имеется возможность разделения их по группам волн (рис. 2);

- второй тип — события непродолжительные (от 1.5 до 7.0 с) не разделяющиеся по группам волн, названные «импульсами».

Значительная часть сейсмических событий «импульсного» типа пока не идентифицированы. На записи импульсного события (рис. 3) практически невозможно выделить различные типы волн. Для их идентификации необходимо создание сейсмической сети из трех-четырех сейсмостанций. Сеть позволит сделать более точную территориальную привязку сейсмических событий и собрать достаточную базу данных о сейсмических событиях на территории Оренбургской области. Кроме того возможности регистрации слабых локальных событий сильно снижаются при удалении от сейсмостанций.

Мониторинг сейсмических событий за первый год работы сейсмостанций «Оренбург» показал высокую сейсмическую активность на территории Южного Урала, а также наличие значительных техногенных изменений в верхней части земной коры в результате добычи углеводородов и указывает на необходимость создания на территории Оренбургской области сети сейсмостанций. Она даст возможность выявить зависимость сейсмической активности от интенсивности добычи нефти и газа, районировать территорию региона по сейсмической активности. Так можно учитывать сейсмичность при разработке режимов добычи полезных ископаемых, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, снизить вероятность чрезвычайных ситуаций и своевременно информировать население о сейсмической активности в регионе.

Рис. 2. Сейсмограмма локального события

Рис. 3. Сейсмограмма импульсного события

Литература

1. Голубева И.В. Создание сейсмической станции на территории Южного Урала и ее регистрационные возможности // Стратегия и процессы освоения георесурсов. — Пермь: Горный институт УрО РАН, 2005. — С. 161-163.

2. Маловичко А.А., Голубева И.В. Мониторинг природной и техногенной сейсмичности на Урале // Перспективы развития геофизических методов в XXI веке. — Пермь: ПГУ, 2004. — С. 101-103.

3. Сейсмичность и сейсмическое районирование Уральского региона // С.Н. Кашубин, B.C. Дружинин, А.Н. Гуляев и др. — Екатеринбург: УрО РАН, 2001. — 126 с.

Научно-технические разработки