СПОСОБ ВЫБОРА МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ТРАССЫ МАГИСТРАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ В СЕЙСМООПАСНЫХ РАЙОНАХ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ОТ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
METHOD FOR SELECTION OF MAIN STRUCTURES ROUTE LOCATION IN SEISMIC REGIONS FOR PREVENTION OF DISASTROUS CONSEQUENCES OF EARTHQUAKES

Изобретение относится к сейсмологии, геофизическим и геологическим методам исследования Земли и может быть использовано при выборе местоположения трассы магистральных сооружений в сейсмоопасных районах для предотвращения катастрофических последствий от землетрясений, а также для изучения строения территории по глубине, выделения зон тектонических нарушений с уточнением их простирания по глубине, оценки современной активности выделенных нарушений, выделения в массиве областей действия сжимающих и растягивающих механических напряжений, оценки кинематики разрывов с выделением лево- и правосторонних динамических сдвигов, оценки сейсмотектонической обстановки исследуемой территории.
Известен способ прокладки подземного трубопровода в зонах с повышенной сейсмичностью, включающий укладку в траншею трубопровода, засыпку ее грунтом с предварительным нанесением на трубопровод оберток (RU 2250409, 2005 г.).
Недостатком данного способа является то, что при прокладке подземного трубопровода не учитываются силы, действующие на магистральное сооружение в процессе землетрясения, а учитываются только общие сейсмогеологические условия прокладки трассы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ прогноза сейсмотектонических смещений по активным разрывам на трассе магистрального трубопровода, включающий проведение геофизических и геологических исследований на исследуемой территории для выделения участков активных разломов на пути прохождения трассы (Несмеянов С.А., Рогожин Е.А., Севостьянов В.В., Военкова О.А. Прогноз возможных сейсмотектонических смещений по активным разрывам северо-западного Кавказа на трассе магистрального трубопровода «Голубой поток». Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2004, №4, с.351-360).
Недостатком данного способа является то, что при прокладке подземного трубопровода не учитываются силы, действующие на магистральное сооружение в процессе землетрясения, а учитываются динамика сейсмического режима и процессы повторяемости и силы землетрясений в районе прохождения трассы магистрального сооружения, что приводит к неточному выбору местоположения магистральных сооружений.
Техническим результатом является повышение точности выбора местоположения магистральных сооружений за счет снижения техногенной нагрузки на магистральные сооружения и уменьшения катастрофических последствий от землетрясений.
1
1
Технический результат достигается в способе выбора местоположения трассы магистральных сооружений в сейсмоопасных районах для предотвращения катастрофических последствий от землетрясений, включающем проведение геофизических и геологических исследований на исследуемой территории для выделения участков активных разломов на пути прохождения трассы и размещение магистральных сооружений, дополнительную аэрокосмическую съемку исследуемой территории, выделение на снимках линеаментов, составление сводной карты выделенных линеаментов данной территории, разбивку ее на элементарные ячейки, последовательно увеличивая площадь ячеек для анализа глубинного строения, определение удельной длины линеаментов в каждой ячейке с последующим составлением карт поля удельной длины линеаментов, выделение правосторонних и левосторонних динамических сдвигов, размещение трассы магистральных сооружений по азимуту β=α-(45°±20°) к левостороннему динамическому сдвигу и по азимуту
2
2
1
1
2
2
β=α+(45°±20°) к правостороннему динамическому сдвигу, где β - азимут трассы магистрального сооружения для левостороннего динамического сдвига, α - азимут левостороннего динамического сдвига, β - азимут трассы магистрального сооружения для правостороннего динамического сдвига, α - азимут правостороннего динамического сдвига.
1
1
2
2
1
1
2
2
Отличительными признаками предлагаемого способа являются дополнительная аэрокосмическая съемка исследуемой территории, выделение на снимках линеаментов, составление сводной карты выделенных линеаментов данной территории, разбивка ее на элементарные ячейки с последовательным увеличением площади ячеек, определение удельной длины линеаментов в каждой ячейке с последующим составлением карт поля удельной длины линеаментов, выделение правосторонних и левосторонних динамических сдвигов, размещение трассы магистральных сооружений по вышеуказанным азимутам. Дополнительная аэрокосмическая съемка исследуемой территории позволяет изучить всю территорию в едином масштабе времени, уточнить блоковое строение земной коры до 50-70 км, выполнить ее тектоническое районирование, выявить морфологию поведения разломов на глубину с их разделением на правосторонние и левосторонние динамические сдвиги либо всбросовые или сбросовые. Составление сводной карты выделенных линеаментов данной территории, разбивка ее на элементарные ячейки с последовательным увеличением площади ячеек, определение удельной длины линеаментов в каждой ячейке с последующим составлением карт поля удельной длины линеаментов позволяет с высокой точностью выделить динамические сдвиги с установлением их морфологии по глубине и их принадлежности к правосторонним или левосторонним динамическим сдвигам. Размещение трассы магистральных сооружений по вышеуказанным азимутам позволяет снизить техногенную нагрузку на магистральные сооружения в процессе возникновения землетрясений, исключая разрывы, изгибы, выдавливания из земли магистральных сооружений (трубопроводов, железнодорожных путей). В момент активизации разлома (землетрясение) на магистральное сооружение действуют две пары сил, одна из которых направлена на разрыв магистрального сооружения, другая вызывает эффект сжатия (приводит к его выпиранию или изгибу). Исходя из этого азимут трассы магистрального сооружения необходимо выбирать с учетом наиболее выгодного действия на магистральное сооружение этих пар сил (одной - на разрыв, другой - на сжатие или изгиб). В результате исследований были установлены зависимости азимутов трассы магистрального сооружения от азимутов левостороннего и правостороннего динамических сдвигов β=α-(45°±20°), β=α+(45°±20°), учитывающих неоднородность и анизотропность природной среды. Для однородной изотропной среды угол составляет 45°. Для случаев неоднородных и анизотропных сред необходимо проводить соответствующие расчеты с учетом действующего в земной коре статического поля механических напряжений, существующего рельефа местности, форм залегания геологических тел, слагающих верхнюю часть разреза, и их физико-механических свойств. Поэтому в зависимости была введена поправка ±20°. При размещении трассы магистральных сооружений по азимуту β=α-(45°±20°) к левостороннему динамическому сдвигу достигается уменьшение усилий на разрыв трубопровода в момент землетрясения. При увеличении поправки будет происходить увеличение крутящего момента (т.е. увеличение пары сил, направленных на разрыв магистрального сооружения) и уменьшение сжимающих усилий (пары сил, вызывающих его сжатие или изгиб). При уменьшении поправки будет происходить уменьшение крутящего момента (т.е. уменьшение пары сил, направленных на разрыв магистрального сооружения) и увеличение сжимающих усилий (пары сил, вызывающих его сжатие или изгиб). При размещении трассы магистральных сооружений по азимуту β=α+(45°±20°) к правостороннему динамическому сдвигу также достигается уменьшение усилий на разрыв трубопровода в момент землетрясения. Увеличение поправки будет приводить к уменьшению крутящего момента (т.е. к уменьшению пары сил, направленных на разрыв магистрального сооружения) и увеличению сжимающих усилий (пары сил, вызывающих его сжатие или изгиб). Уменьшение поправки будет приводить к увеличению крутящего момента (т.е. к увеличению пары сил, направленных на разрыв магистрального сооружения) и уменьшению сжимающих усилий (пары сил, вызывающих его сжатие или изгиб).
Способ выбора местоположения трассы магистральных сооружений в сейсмоопасных районах для предотвращения катастрофических последствий от землетрясений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема расположения магистрального сооружения при левостороннем динамическом сдвиге, на фиг.2 - схема расположения магистрального сооружения при правостороннем динамическом сдвиге.
1
1
2
2
1
1
2
2
Способ выбора местоположения трассы магистральных сооружений в сейсмоопасных районах для предотвращения катастрофических последствий от землетрясений осуществляется следующим образом. На исследуемой территории проводят геофизические и геологические исследования для изучения верхней части разреза земной коры (до 5-10 км) и установление степени ее неоднородности и анизотропности, форм залегания геологических тел, слагающих верхнюю часть разреза, и их физико-механических свойств. По результатам исследований выделяют участки активных разломов на пути прохождения трассы магистральных сооружений. Дополнительно проводят аэрокосмическую съемку исследуемой территории для уточнения блокового строения земной коры до глубин 50-70 км, ее тектонического районирования, выявления морфологии поведения разломов на глубину с их разделением на правосторонние и левосторонние динамические сдвиги либо всбросовые или сбросовые. На снимках выделяют линеаменты. Линеаменты выделяют путем выявления узких аномальных зон пониженных значений этого поля или участков его повышенных горизонтальных градиентов. Составляют сводную карту выделенных линеаментов данной территории. Разбивают ее на элементарные ячейки, последовательно увеличивая площадь ячеек для анализа глубинного строения. Определяют удельную длину линеаментов в каждой ячейке с последующим составлением карт поля удельной длины линеаментов. Выделяют правосторонние и левосторонние динамические сдвиги. Размещение трассы магистральных сооружений осуществляют по азимуту β=α-(45°±20°) к левостороннему динамическому сдвигу и по азимуту β=α+(45°±20°) к правостороннему динамическому сдвигу, где β - азимут трассы магистрального сооружения для левостороннего динамического сдвига, α - азимут левостороннего динамического сдвига, β - азимут трассы магистрального сооружения для правостороннего динамического сдвига, α - азимут правостороннего динамического сдвига.
Конкретные примеры осуществления способа выбора местоположения трассы магистральных сооружений в сейсмоопасных районах для предотвращения катастрофических последствий от землетрясений.
Пример
i
i
i
1
1
Исследуемая территория, по которой пройдет проектируемая трасса газопровода, расположена в пределах альпийского горно-складчатого сооружения, характеризующегося значительной сейсмической активностью (с магнитудами до 6 и более баллов и глубинами гипоцентров 15-25 км). На исследуемой территории проводили геофизические (гравимагнитные, сейсмические) и геологические (тренчинг, сейсмотектонические) исследования. В результате были установлены ослабленные зоны земной коры и выделены участки активных разломов. Дополнительно провели съемку исследуемой территории с летательного аппарата. На снимках выделили линеаменты. Составили сводную карту выделенных линеаментов данной территории. Разбили сводную карту линеаментов исследуемой территории на элементарные ячейки. Для данной территории размер одной элементарной ячейки составляет на местности 1×1 км. Последовательно увеличивали площадь ячеек (от 2×2 до 100×100 элементарных ячеек) для анализа глубинного строения; определили удельную длину линеаментов в каждой ячейке (разных площадей). Составили карты поля удельной длины линеаментов для каждой ячейки. В результате было получено 20 карт, освещающих глубины от 1 до 50 км. В таблице 2 приведены параметры карт поля удельной длины линеаментов Ar, полученных в процессе обработки карты линеаментной сети территории исследований. На основе этих карт построен разрез, характеризующий глубинное строение исследуемой территории. Карты и разрез оцифрованы в условных единицах, одинаковых для всех карт и разреза. На основе полученного разреза, геофизических и геологических исследований уточнили глубинное строение и выделили участки активных разломов. Далее с учетом полученных карт поля удельной длины линеаментов (Ar) и результатов проведенных ранее геофизических и геологических исследований среди выделенных разломов выделили динамический сдвиг. По характеру поведения изолиний на картах Ar он характеризуется как левосторонний динамический сдвиг (левосторонний сдвиг - тектонический разрыв в земной коре, крылья которого смещены в горизонтальном направлении вдоль его простирания, а относительное перемещение крыльев направлено против часовой стрелки). В этом случае размещение трассы магистрального сооружения - нефтепровода необходимо осуществлять по азимуту β=α-(45°±20°) к левостороннему динамическому сдвигу.
1
Учитывая азимут левостороннего динамического сдвига α=220°, получаем, что азимут трассы пересечения нефтепровода с этим динамическим сдвигом равен
2
β=220-(45°±20°)=175±20°
Предлагаемый способ выбора местоположения трассы магистральных сооружений в сейсмоопасных районах для предотвращения катастрофических последствий от землетрясений повышает точность и достоверность выбора местоположения трассы магистральных сооружений, обеспечивает снижение техногенной нагрузки на магистральные сооружения, предотвращает возможность разрывов магистральной трассы, снижает вредное воздействие на окружающую среду, приводит к сокращению материальных затрат на восстановление магистрального сооружения и рекультивацию природной среды в случаях возникновения катастрофических землетрясений.