Свойства зон тектонических нарушений      =>       ОГЛАВЛЕНИЕ
Геофизика: спектральное сейсморазведочное профилирование; Свойства зон тектонических нарушений при динамических воздействиях (о техногенных землетрясениях) и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

10. Свойства зон тектонических нарушений при динамических воздействиях (о техногенных землетрясениях)

     Как видно из приведенных выше ССП-разрезов, воронкообразный объект или одна его образующая - это, по сути, совокупность из нескольких гармонических составляющих, имеющих повышенную добротность по отношению к другим гармоническим составляющим. Почему так получается, что в ЗТН увеличиваются отдельные гармонические составляющие, мне не вполне понятно. Но раз уж эффект есть, то нужно его учитывать и использовать, даже если мы его пока что не понимаем. Главное в данном случае заключается в том, что в ЗТН сейсмосигнал на отдельных гармонических составляющих имеет повышенную добротность. То есть, в отдельных участках земная толща проявляет свойства колебательных систем с повышенной добротностью. А с повышением добротности колебательной системы усиливаются ее резонансные свойства, которые заключаются в том, что при совпадении частоты внешнего периодического воздействия с собственной частотой колебательной системы (что, собственно, и является резонансом) происходит нарастание амплитуды колебаний. При превышении амплитуды колебаний критической величины, происходит разрушение колебательной системы.
     Для примера, напомню известную историю о том, как в результате прохождения по мосту воинского подразделения произошло разрушение этого моста. Авария произошла по следующим причинам. Ну, во-первых, частота синхронных и синфазных ударов кованых сапог оказалась равной или в целое число раз меньшей одной из собственных частот моста. Однако увеличение амплитуды колебаний моста в результате этих ударов возможно только при достаточной добротности моста как колебательной системы. Если бы были предприняты специальные меры для того, чтобы мост ни на одной из множества его собственных частот не имел высокой добротности, то никакие периодические воздействия не вызвали бы резонансных явлений.
     Для того, чтобы в земной толще, при наличии высокодобротных колебательных систем, возникли резонансные явления, необходимо, чтобы воздействие на грунт носило динамический характер, то есть было бы периодическим. Такое воздействие оказывают разного рода вибрирующие механизмы - насосы, динамо-машины, кузнечно-прессовое оборудование, проходящие поезда и т.п. При этом резонансное увеличение амплитуды завершается резким, удароподобным процессом в виде мгновенно развивающихся провалов, обрушений горных выработок, разрушений опор, насыпей. Это явление известно как горные удары или техногенные землетрясения.
     Нам приходилось наблюдать горные удары в угольных шахтах. Они ощущались как удары по пяткам либо как громоподобные звуковые эффекты. Один из таких ударов подбросил добычной комбайн, который, упав, придавил комбайнера. Мы обратили внимание, что из всех тех горных ударов, которые нам доводилось наблюдать, все они прекращались при остановке механизмов (добычных или проходческих). То есть это подтверждает то, горные удары возникают в результате работы механизмов.
     Кроме того, горные удары происходят в настоящее время на очистных сооружениях в пос. Ольгино (Санкт-Петербург). Там они проявляются по-разному - в главном стакане аэрации3 и в расположении главной насосной станции. В главном стакане аэрации горные удары проявляются в виде громоподобных звуковых эффектов и разрушения элементов этого стакана. Довольно часто в стенках образуются трещины, которые заливаются раствором, стягиваются стяжками, но это не останавливает разрушительных процессов. При остановке насосов, работающих в стакане, удары прекращаются. Насосная же станция (СОО - станция основной очистки) просто периодически проваливается в землю. При этом от нее отрываются подводящие трубопроводы.
     Аналогичным образом идут разрушения и на газпромовских насосных станциях. Причину этого, как оказалось, легко увидеть.

ССП-разрез по профилю, проходящему по западной границе очистных сооружений
(Ольгино, Санкт-Петербург)

ССП-разрез по профилю, проходящему по западной границе очистных сооружений (Ольгино, Санкт-Петербург)
Рис. 10

     На рис.10 приведен ССП-разрез при профилировании в Ольгино, в непосредственной близости от разрушающихся сооружений. Спектральная составляющая с частотой около 13 Гц вынесенного отдельно сигнала имеет добротность, превышающую 100. Вот это и есть природная колебательная система, которая входит в резонанс с работающими механизмами, что, в свою очередь, приводит к разрушению этих механизмов.
     Мощнейшим источником динамического воздействия является движущийся поезд. На пути прохождении поезда в любой точке железнодорожного полотна возникает как бы серия ударов, количество которых равно количеству колесных пар поезда. Частота этого воздействия определяется скоростью поезда и расстоянием между колесными парами. Если на пути поезда имеется участок, в пределах которого сейсмосигнал содержит спектральную составляющую, характеризуемую высокой добротностью, и при этом возникает резонанс, то по мере прохождения поезда через эту зону амплитуда колебаний дорожного полотна от вагона к вагону будет нарастать. И может случиться так, что разрушение насыпи и участка полотна произойдет прямо в момент прохождения поезда. Иными словами, движение поезда может вызвать горный удар.
     Горный удар, возникающий по указанной выше схеме, проявляется таким образом, что первая часть поезда проходит данную зону (ЗТН) нормально, а начиная с какого-то вагона, поезд сходит с мгновенно разрушающейся насыпи. Подобным образом в 1999 году сошел товарный поезд на пикете 1548 участка Москва-Красное (под г. Гагарин). Этот случай интересен для нас тем, что во время профилирования методом ССП вдоль железнодорожного пути, я обратил внимание, что сейсмосигнал имел крайне высокую добротность. То есть, сигнал имел вид, подобный приведенному на рис.10б. После аварии прошло уже несколько месяцев, и при визуальном осмотре этого места никаких следов ее не было видно. Когда я стал объяснять сопровождавшим меня дорожным рабочим, что в данном месте возможен такой сход поезда, когда сходят только последние вагоны, то оказалось, что именно так здесь оно и происходило.
     Аналогичный случай произошел под Клайпедой, на 358-ом км, в октябре 2001г. В результате обследования участка схода поезда методом ССП опять, как и под Гагарином, была обнаружена ЗТН с очень высокими значениями добротности низкочастотных составляющих сейсмосигнала.
     На основании опроса работников, обслуживающих много лет железные дороги, я выяснил, что действительно, время от времени происходят такие аварии, когда первая часть поезда проходит, а начиная с какого-то вагона, поезд с ходит с рельс. Поскольку причина такого явления была неизвестной, а в официальной документации не должно быть никаких неясностей, то в таком вот, фактическом виде эти аварии никогда не описываются. Либо в качестве причины аварии сообщается о неправильно сработавшей стрелке (которой там, естественно, нет), либо о неисправной ходовой части вагонов. И, что очень важно, такие аварии повторяются в одном и том же месте через сколько-то лет.
     В зависимости от характера пересечения рельсами, как правило, удлиненных ЗТН, возникающие при проходе поезда горные удары по-разному разрушают путь. Так, под Орлом я наблюдал, как в результате того, что ЗТН оказалась непосредственно под откосом насыпи, и направление ее было параллельно пути, горный удар проявился так называемым сплывом насыпи. Причем внезапный, одновременно с проходящим поездом сплыв насыпи именно в этом месте уже происходил неоднократно, с периодом 20-30 лет.
     Динамическое воздействие на грунт может возникнуть и случайно, в результате каких-то реконструкций дома, в результате установки в обычном жилом доме настольного прессового оборудования, либо даже при возникновении эксцентриситета стиральной машины. А то и просто в результате быстрых ритмических танцев молодежи. И при наличии ЗТН с повышенной добротностью низкочастотной гармонической составляющей сейсмосигнала может возникнуть горный удар.
     Вот один из примеров. Разрушения в доме N11 по ул. Шпалерной, СПб начались после того как был выпущен плывун, что произошло в результате ремонта канализационной шахты во дворе этого дома. В результате проведения исследований территории этого дома методом ССП оказалось, что под ним находится система плывунов, которые постепенно выходят, обводняют подвалы, и дом поэтому теряет опору. Для нас сейчас, в аспекте настоящего раздела, наибольший интерес представляет ССП-разрез, полученный при профилировании в подвале и приведенный на рис.11. Добротность сигнала, выделенного на рис. 11б, существенно превысила 100.

ССП-разрез по профилю 2
(Шпалерная, 11)

ССП-разрез по профилю 2 (Шпалерная, 11)
Рис. 11

     Выйдя из подвала, где был получен этот ССП-разрез, я непосредственно над серединой лини только что сделанного профиля ударил (топнул) ногой по лестнице, чтобы избавиться от налипшей на обувь в подвале грязи. После чего ощутил колебания пола. То есть дом находится как бы в неустойчивом равновесии, что и является следствием высокой добротности колебательной системы, на которую фактически опирается дом. В отчете, написанном по поводу проделанных измерений, мы предупредили жителей, чтобы они избегали любых динамических нагрузок, находясь в этом доме, и особенно, вблизи выявленного нами V-образного объекта. И действительно, как оказалось, при работе стиральной машины в режиме отжима в квартире, находящейся непосредственно над этим профилем, машина начинает подпрыгивать, а в самом доме начинаются такие вибрации, что у жителей это вызывает беспокойство.
     В общем, жители этого дома находятся в большой опасности. Так, если бы эта машина оказалась привернутой к полу, а не прыгала при отжиме, дом при ее работе разрушился бы.
     При отсутствии понимания физики горного удара, он может быть и нераспознан. Так, в мае 2001 года внезапно разрушился Дворец Торжеств в Иерусалиме, при проведении в нем первой, после его возведения, свадьбы. Разрушение произошло, когда начались быстрые, ритмические танцы. Насколько мне известно, строители были привлечены к уголовной ответственности.
     Из наиболее серьезных последствий горных ударов можно назвать Чернобыльскую аварию. В момент аварии сейсмологи зафиксировали два толчка, эпицентр которых находился непосредственно под 4-м блоком ЧАЭС. Поскольку зона эта не является сейсмоактивной, причины этих толчков были непонятны. Это были горные удары. Они возникли в результате работы (вибрации) генераторов АС, оказавшихся в ЗТН. То, что 4-й блок оказался в ЗТН, подтверждает тот факт, что в настоящее время останки этого блока вместе с саркофагом неуклонно погружаются в грунт.
     Техногенные катастрофы зачастую возникают в результате горных ударов, и распознав их физику, мы можем исключить их из списка опасных для человечества факторов.


3 Главный стакан аэрации представляет собой вертикальный цилиндр, зарытый в землю заподлицо. Высота стакана 60 м, диаметр – 70 м. Толщина стенок достигает 8 м.


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"

Реклама на сайте: