Особенности электрических свойств горного массива при "плотинных" землетрясениях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.12 ВАК РФ

. 92/

- АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ЛЕНИНА И НИИ ТУТ ФИЗИКИ ЗЕШШ ни. О.ЮЛШИДТА

На прагах рукописи КАЗАНЬЯНЦ ГЕОРГИЙ СТЕПАНОВИЧ

УДК 550.837:626/627(^-70.67)

ОСОБЕННОСТИ ЗЛЕКТМЧЕСКИХ С£0.1СТВ ГОРНОГО МАССИВА ПЙ1 "ПЛОТИННЫХ" ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ, (на примере Чирнейсного водохранилища)

01.04.12 - Геофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссергации аа соискание ученой сгепени кандидата физино-математичеоних яаун

Поста - 1991.

Работе выполнена в Институте геологии Дагестанского научного центре ан ссср

Научний руководитель -Кандидат физикз-ь:а тематических наук а.!,:. Барсуков

Официальные оппоненты: Лектор физ и кя-ие тематических неук

Ю.П. СкоЕородкик Кандида! геолого-пшералогических наук Е.П. Харин

Вздуцая организация: Ксрпатское отделение Института геофизики ик. Субботина АН Украины.

на гвеедгнки Специавизированною Совета по геофизике К C02.G8.C2 ордена Ленине Института уиаик». ьи.';.и им..1.Ю. Ыуидте '1Н СССР (123810, Москва ¿-2К, Б.Грузинская /г..,

д. 1С, конференц-зал) С диссертацией 1.;скно ознакомиться ь оиОлиэтеке Им АН СССР

А ;тореферет разослан " V " М/1г.

Ученый секретарь Специализированного Совете

доитор .¿•изико-гатеиотических -л су к ¿уЗрзввкгЦ ьЛ.

Защита состоится

ОБЩАЯ ХАРШШСТИХЛ РАБОТЫ Актуальность проблемы» Проблема возникновения зеклетрясе-иий, обусловленных иикенерной деятельностью человека, особенно остро встала з последние годы з связи с расширением строительства гидроэлектростанций, интенсивной эн силуэта дни? нефтяных и газовых месторождений, проходие подземных выработок и других работах, нарушающих прочность массивов горных пород.

На сегодняшний день, наиболее "чистой" з экологической плане является энергия гидроэлектростанций. В сеязи с этим, в соответствии с народнохозяйственными планами, в пашей стране , развернуто строительство ярупных гидротехнических сооружений, в тоа числе и з районах о высокой сейсмической активностью, присущей главны« образом горный регионам. Вслед'сгвки этого большинст-ео створов высононапорных пяотии з сейсмических условиях созываются приуроченными н взиболее тектонически чесднородныи и потенциально опасным участкам земной норы, поэтому позьэьне механизма "плотинных" землетрясений, как ключа а их прогнозу - наиболее актуальная задача современной сейсмодогич.

Цель работы. Цель рзботы - выявление и анализ геолого-гео-|изических пара ветров и особенностей злеитраческих свойств гзе-яогичесяой среды Чирп ейского водохранилища при "плотинных" зеи-иетрксекиях. Данная работа - составная часть проводимых ИГ ДНЦ ЗССР исследований по изучению сейсмического ренина и напряженного состояния горных пород района Чирнейской ГЭС с примененное (омплевса геофизических и геодиюмичесиих методов.

Для осуществления поставленной цели предусматривалось рз-шть следующие задачи:

¿.Изучить сейсмический режим и гидродинамические особеино-:ти проявления Чирвейского водохранилищ.

г.Рэзрзботагь методику исследований электрического предве; -ника "плотинного" землетрясения. . -

3.йзрэботать конструкции и создз!ь писающую электроразв — дочную установку мощностью до 400 нВА, работающую на базе использования злскгроэнергии ГоС и приемную станцию.

4.йзработать концептуальную модель, связывающую формирование сейсккчлсвкх и деформационных процессов с гидродинамический воздействием ш геологическую среду Чиркейского водохранилища.

Научная но ¡зна работы заключаете б следующем: -уса но зле но, чяо электрический предвестник землетрясений -вариации кажущегося сопротивления массива горных пород, является достаточно унйорштивньи в познании особенностей формирования , очагсч гчмлетрясенлй телногенной природы;

-обосновано применение метода становления электромагнитного поля (СП; и его модификации при изучении особенностей формировании очага "плотинного" землетрясения;

-предложен способ гео^лектроразведки методом СП на эквипотенциальной линии;

-рззработанз и внедрена в производство питающая элентрораз-ведочпая усг ноьяа оригинальной конструкции мощностью до 'ЮО кВА;

-разработана и обоснована результатам наблюдений методом СП флюидная модель формирования очага "плотинного" землетрясения. Практическая ценность работы.

I.Разработанный и опробованный в течении длительного промежутка вромени способ ¿'еоэлентроразведки становлением электромагнитного поле на эквипотенциальной линии может использоваться при исследовании гесэлеитрическоя структуры земной коры, а также при поиске полезных ископаемых. Способ повышает информативность исследований путем увеличения продолжительности времени регистра-

ции процесса становления поля в геологичосноа среде.

2. Передвижная питающая элентрораьведочная установка "Чир-вей-2" мощностью до 400 вВА, повышает инфорьативность исследований и мохет использоваться в любой месте, где есть возможность подключения а источнику промышленного тона. Питаются станция внедрена в прантину опоисаования рудных местороядений в произрод-ственно-геологачесвок объединении Севказгеология с аконсиичесним эффеятоц 5и тыс.рублей в год.

3. Разработанная флюидная модель, связавшая формирование сейсмических и деформационных процессов с гидродинэмичссвим вод-дейсавием на геологичесвую среду области водохранилища позволяет давать правтическив рекомендации по эксплуатация гидротехнического сооружения с целью уменьшения сейсми^есяого риска, а при. разработав модели Сулансиого яаснада ГЭС рекомендовать режим его эксплуатации..

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на Всесоюзном совещании по глубинному элевтроыагнитному зондированию с применением промышленных линий электропередач в 1981 г. (г.Апатиты), Всесоюзном совещании МСССС при Президиума АН СССР в 1984 г. (г.Кишинев), совещании МСССС при Президиуме АН СССР, Каввазская региональная группа в 1987 г. (г.Махачнала), научной сессии Дагестансаого филиала АН СССР в 1988 г. (г.Махачнала), Симпозиуме КАПГ по изучению современных движений земной коры в 1988 г. (п.Дэгомыо).

Публикации. Содержание работы опублиногано в 10 статьях.

Выполнение работы. Результаты излонеяяыа в диссертациии автор получил, работая в лаборатории геодинамики Института проблем геотермии и в лаборатории сейсмологии Института геологии дагестанского филиала АН СССР. Вэботз выполнялась з рэшэх двух

хек ГКНТ: 3.1.К.1Л.1 Й госрегистрации 0052796 "Изучение с -й-смкческого рении и напряженного состояния мзссива горных ¡-род районов Кргакайокой и Чита ейской ГЗС и геотермического гюсяоге-иеза с лркценениен комплекса геофизических и геодикзшческих методов" а 3.1.14.2.3.?-. й госрегистрацик 0009052 "Исследование особенностей геодинамической активизации к тектонических деформаций в областях интенсивного техногенеза .геолого-геофизическими истоками". -,..••■

Автор глубоко благодарен научног.у руководителю кандидату физике •иалекаикческих нзук О.М.Барсукову за помощь при выборе научного направления.!! постоянное внимание к поддержку в ходе ее выполнения.

ОС:.а.м работы, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит страниц машинописного текста, иллюстрирована 5 таблицами и 49 рисунками на страницах, а такае списка использованной литературы на 4Ь страницах из названий, иг них 49 иностранные.

СОДЕЕШШ РАБОТЫ

Глава Г Сейсмичность районов крупных водохранилищ и метод изучения механизма землетрясений.

Связь землетрясений с заполнением крупных водохранилищ в розных частях мира стала 'предметом озабоченности исследователей раз ник с; рак и вызвала значительный международный интерес.

Накопление сведений об усилении сейсмичности, связанной с заполнением водохранилищ, позволила установить ( /?оШг У.г.' 137^) определенные условия ее проявления Ю9м3 и Нт-Юи м), которые считаются кг обходимый;, но не всегда доста точными. Особой значение ^Николаев,1973; имеют геологотентоническое строение

(

региона и его геоморфологическая обстановка, Гс-еапс зозбуядея-ной сейсмичности остается неясный, хотя предположения о возможных причинах этого явления высказаны многими исследователями. ЧЭсгь авторов ( Gouqh3X7,Gou<jh W.7. 1970; Catdet&S. 1970; Лятхер, Капцан, 1974) полагают, что в ряде крупных водохранилищ нагрузка в виде веса воды может объяснить высвобождение сейсмической энергии. В то же время на глубинах более 2-3 нм силы внутреннего трения тая велини, что хрупкий сдвиг для обезвоженных пород становится невозможный { , Напеки 3. I96U). Исследованиями устаьовлено, что высокое давление порово-, трещинных вод уменьшает всестороннее давление и сникает трение при крупных разрывных дислокациях типа: надвигов, сбросов и др. (НиШтк , 1959), что подтверждается лабораторными опытами и натурными наблюдениями,

Рассмотрено современное понимание физических основ подго-товни землетрясений: дилатантно-диффузная модель, модель лавш;-ао-неустойчивого грещинообраэования, скачкообразное движение по разлому (¿M-tfip ).

Установлено, что многие замеченные изменения физико-химических хараитеристин процессов протекающих в горной породе, систематически наблюдаются перед землетрясениями и поэтому могут быть использованы в качестве их предвестников. Автором подробно рассмотрен один из предвестников - вариации нажущегося сопротивления 9К ♦ Подчеркнуто, что наличие в областях крупных водохранилищ условий для формирования кан техногенного, тан и тентонического сейсмогенеза, может проявить эффект изменения электр!-ческого сопротивления пород особенно ярко, т.н. формирование области подготовки очага землетрясения вблизи водохранилища иокзт вызвать проникновение воды из него в массив пород по тектоническим нарушениям на значительную глубину.

Глава 2. Аппаратурное обеспечение.

Наблюдения за вариациями иакуцегося электрического сог тивленлл горных пород д , как предвестника "плотинных" землетрясений, з танке известная минимальная глубина гипоцентров зеклои'рисаний (3 км;, потребовали использования источников электрической анергии соответствующей мощности. Эти обстоятельства привели а создзшш оригинального элентроразьедочного генератора "Чир'чй-Е", отличающегося от серийно выпускаемы^ аналогов типа ЗРС-67 значительно большей мощностью, а от МГД-генерзтсров и ге-иерато.'-оз типа ЭРГУ-600 мобильностью и меньшим весом.

"Чирке 11-2" предназначен для глубинного электромагнитного зондкроиаш'ч зекной коры методами: становления поля, вызванной пол!..л12'.цик и дпнольного зондирования.

Установка питается от источника трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, напряженней 380 В и мощностью но менее ЗООкВА.

Аппаратура разке ¡ценз в кузове специальной лаборатории СГК-3 (на ¡насси автомобиля ГАЗ-бб; и состоит из следующих основных элементов:

I «Повышающего трансформатора, поднимающего входное напряженна с 380 до 1000 в.

2.Трехфазного выпрямителя.

З.Однополяркого ключа и устройства защиты от перегрузок и коротких запинаний, объединенных: в один блок. :

^.Тирисюрного инвертора тона.

Б.Блока управлении.

б.Устройства регистрации. ■

Генератор выполнен с соблюдением всех конструктивно-техно- ■ логических требований.

Принцип работы устройства следующий: проь^алеанкй тол частотой >50 Гц выпрямляется 3х фазным вкпряш^елэм и через устройство зациЕы поступает на туистораый ингертор где осуществляется преобразование постоянного тока в знакопеременные инпульск прямоугольной формы. Блон управления задает частоту пвреилючепия импульсов. Ток, поступающий з нагрузку (диполь ДВ), регистрируется визуально с поиоцыо амперметра, а такие нз фоюбушгу шириной 200 sai светолучевыа осциллографов. Диполь АВ выполняй голый зип-мквиввнм проводом, подвеиениш на опорах и заземленным на обоих концах. Длина линий составляет 2700 л, а общее сопротивление ' 5-8 Ом.

Благодаря поввгаюцену трансформатору генератор моязя работать в двух ремнях, В первом, на трехфаэнкй выпрямитель подаете ся напряжение ЗШ В, а выходное напряжение на нагрузке составляет 600 В. Во втором рекиив на вшрякитель, через повшачвдй трансформатор, подается 1000 В и выходное напряжение на нз грузде составляет 1200 В. '

Основные технические характеристик1.: генератора "Чирксй-211 следующие:

Диапазон рабочих частот -0 - 2'Ш Гц

• Напряжение источника питания - 380 В

Напряжение на нагрузка, рекик I 600 В

Напряжение нз нагрузив, реши» Z - 1200 В

Каксшальный той в режиме 2, (дву-полярные иклукьси) - 400 А

Эффективная шжность в дьуполярном роднее - '4S0 кВА

Общий вес установки • - не бозгее 600 кг

■ Генератор работает в оазкнепрерывноа ригима.

Для приема и регистрации сигналов питающего генерзтс,,«» использовалась аппаратура состоящая из блонз управления, усилителя постоянного тона, светолучевого осциллографа, радиостанций и источника питания.

Усилитель собрав на современной эляментаой базе.Применение в пчрвом каскаде операционного усилителя Ш УД 13, благодаря ¿.го високогу сопротивлению, позволило значительно повысить чувствительность и исключить влияние переходных процессов ва электродах. Режекторный фильтр на входе усилителя существенно умень- . ыэет помеху частотной 50 Гц. Погрешность измерения сигнала не более 1%. Приемная станция собрана на базе шзссии автомобиля по-вдаешюй проходимости УАз-4Ьг.

1'лава 5. Се^скимвскид режим и электрические характеристики горных пород рэйоиа Ч/.Ркейского водохранилища. :

Чиркейское водохранилище на река Сулак расположено на северо-восточном уступе Кавказского горного сооругения в зоне Сулак-ского меридионального выступа, который является северо-западным, окончанием Дагестанского нлина. Водохранилище является одним из объектов Сулакского каскада ГЭС в пределах Дагестанского геодинамического полигона.

Са«зл крупная из гидростанций каскада - Цирк ейская, с установленной мощьосгыо 1000 мВт, с высотой плотины 232 к и емкостью во дохрани л/, ад 2.9 кц3. Эксплуатационный рекиы водохранилища предполагает ежегодную сработку уровня на № н, или 1.32 ин3. Нини-иальный уровень устанавливается в апреле каадого месяца, шкси-мальный - в сентябре.

За основу, при изучении глубинного строения территории,принята концепция о стуненчзто-блокозом строен/и фундамента в горно-сии'дчатщ. ос..астях, которое формируется в результате подвижек

по системам глубинных разломов разного аало^ани й результате ин18рпрв5Э1й!к югняхяой сьекви и граж-сейсиоразредви (Рустзпе-VW Д»Н.:С?4ярном Ii.II,, 1575} вьщслясзся рззлс'а? spos оокзванх пзярзвявгЕШ satomoro (общеяаз*зэ esor о), сегвуо-ьсс^пчаого (эь-гнкаш2ьс«ого). «рлвро-гапздного (дагтияытго).

Нз sopie сейсмической аятавносги Дто, ксслздуеннй район эндЕлкетсч иак зона аночальпо-высоисго А-^ = 2.0. 5з-

пол навив крупного, 2.9 млрд if3, годохганклищз s период eosecs-взнпой (1в8»оавчсской природы) аагиЕизадаи овйсмаческай доятсль-носгз яедр отразилось яз сбЛомацясзои регкив. Б перзса полугодии 1974 гагз, HsiioopeiCEEGUHO перад заполненное езПсшчесяая аз-гмваосгй рКокз резяо упала по ерэв но ней с зрвдаеогвукшцш годок. Резкий Есплеся ссПеначвояоЯ 8Вшт?аос;-2 г.оике пзчэззз зеполигвия, г,с Е1йр)й пологаев 12?*§ гогз. подапсяо ocse^e:-: so нзогкх публикациях (РДЛввкоЕИч, Г JC.Двйвега, Сок.Кзегароэ и др.,1982). СвЯсиачеси.чв реош геррагории после значагельннх: Еерхнекарз/п"-езого роя зеилзхрясвпхЗ (окгпйрь 1374 г.), Сазагаусного (деиаорь (IS74 г.) в Буйнансйого ^nasaps 1975 г.) 38мяе1р:тсвн»«й харзнге-рзувюя сгагкзанием очзгов, в яом число наиболее силы«'®, к району водохранилищ . ОюзичимльноЯ оссба-косты) Еерхнензрзнзй-сяого роя и Буйная сиого землетрясения- яглпегся миграция очагов повмрних 20ЛЧК03 е изпрзваетш сверху »низ, 'что кезее? ояугись си15в50Л5сгвок возбуадегшой природы звклетрясенай» Посла спада r IS76 году, свйсксчесзвя авимосм » 1977-1973 гг. воз ре смет, остагзяоь пс-прсапему зизмшй и в последуйте -ми.-

Нзибонеа пркиечэгвлышч соКсдечзсвнк ссбптиеч гсе-Л'-'Г/с-гогс периода в рэйоае Чарнейсной IX-был роя зекдекрксзвиН S-15 августа I?83 года, охвагкетиЧ наиболее глубоко водную чзсть зодо-хрэниливэ и северс-восточнпЯ борт. Хзрэкicpr:o:i осоСенаос^ьх

этого "Ака Италийского" роя является его мелкофонусность ^ocej-ная масса оемлетрясений имеет глубину б км) и высокая плотность эпицентров по площади охваченной сейсмическим событием (150 км ). При точности определения глубины очага £ 2 им, можно считать,что область очагоэ землетрясений имеет объем в пределах 500-600 км в интервале глубин 4-8 ям. Максимальная плотность очагов землетрясений, 1.ыезшх место на глубинах 0-5 им, располагается под локем водохранилища и к северо-западу or плотины. Плотность на глубинах 6-10 t:;i достигает о'ольыихз речений, намного превышая таковур для вышележащей толщи, с характерным стягиванием очагов к центру зодохрэнилиаз. Учитывая интенсивную сейсмическую разрядку практически небольшого объема горных пород под лояем водохранилища, снявших напряжения деформационного поля исследуемого региона до естествеиног уровня критических значений (свидетельством тому было практическое затухание сейсмичности в 1980~1982гг), можно признзть наличие техногенного, г.о отношению к данному объему пород, возбуждения землетрясений.

Для решения поставленных в рабьхе задач наиболее интересен, залегающий под ложем водохранилища, объем горных пород верхней части мезозойского осадочного чехла. Известно, что для осадочных пород характерна ионная проводимость с характерным влиянием на удельное электрическое сопротивление гидрогеологического и гидрохимического резшмов. По вертикальному разрезу покрова, при наличии различных гидрохимических зон, основное значение приобретает степень минералиэацм. подземных вод, а танке наличие й характер тектонических нарушений. Изучеиие геологического строения осадочного чехла, характера тектонических нарушений, гидрогеологи чес- ■ кого и гидрохимического режимов позволило автору оценивь удельное электрическое сопротивление верхней части мезозойского комплекса

пород, подтвержденное затем результатами кэгвигогзллуричес.чого зондирования.

Анализ геотентонини района, а тайна распределение по глубине удельного сопротивления пород, как проявление хзрзнвера гидрогеологического и гидрохимического режимов показывает, что если предположение о проникновении воды из водохранилища з область подготовки очага землетрясения справедливо, то изменений электрического сопротивления пород при этом можно онидагь на глубинах до 1500-2000 ы (вследствие неравномерности залегания регионального водоупора). результаты описанных далее многолетних наблюдений за изменением элентричесного сопротивления исследуемого объема горных пород во времени, как предвестника "плотинного" землетрясения, подтвердили сделанный нами вывод.

Глава 4. Методика исследования к результаты изучения злентричесиого предвестника "плотинного" землетрясения.

Лабораторные исследования зависимости удельного электрического сопроивления осадочных пород от всестороннего давления показывают, что оно варьирует в широких пределах. Для пористых влажных пород сопротивление с увеличением давления увеличивается, для плотных высушенных - несколько уменьшается.

' Чтобы объяснить существование очагов землетрясений в земной нора на глубинах порядка нескольких км, следует предположить наличие на этих глубинах значительного внутреннего (трещинного) давления поровой жидкости. Увеличение поровогэ давления, при прочих равных условиях, понижает сдвиговую прочность породы а хруп-ное разрушение оказывается возможным и на достаточно больших глубинах. Теоретические расчеты (Барсуков, 1965) показывает,что прочность, так же нэк и электрическое сопротивление пород существенно зависит от величины порового давления. Поникание прочности

пород сопровождается уазнкшкаем электрического солротиви' й. Следовательно, при повиаснни норового давления удельное о лек три-чоское сопротивлений становится чувствительным индикатором критического состояния ьатс риала.

Наблйдаег.щз изменения электросопротивления породы перед зен-лчтрксанппмг!, с точки арсаик общаприняпх гипотез ДД и ЛИ механизма подготовки землетрясения, нз позволяют полностью отказаться от рассмотрения проводящих растворов в порах и трещинах. Исследования (Е'ЛСйк.'.Т 1368), а те I'¿со наблюдаемые перед зек-л«трясениями изменения эффективных сопротивлений на ¿5-40$,чго соответствует иного:;равным изменениям истинных удельных сопротивлений, показывай!, что процесс тревинооЗразования перед раз-рутш^м оказывается более сложным, чем простое увеличение, объема грецьн и заполнение их проводящей жидкостью, можно полагать, что этот процесс острагивает структуру погового пространства (извилистость токовых накалов), что оказывает большое влияние на электропроводность,-чем изменение порового объема. Анализ структурного коэффициента П7 , характеризующего извилистость токовых каналов, показывает его уиенмшшз с увеличением сечения и уменьшением длины эквивалентного какала при заданной пористости. Проводники (трещины) в реальной породе, ориентированные в направлении измерения сопротивления, способствуют умень-ыению длины эквивалентного канала, увеличивая его сечение. Совместный учет переориентации проводников, а тзгае дилатансии породы показывает, чт^ изменение удельного электрического сопротивления породи в процессе деформации моаст бить обусловлено не только появлением далатантннх трещин и привносимой в них проводящей жидкостью, но и изменением извилистости токовых каналов без увеличения объема порового га створа.

ческой погрепносги аппаратуры. Среднеквадратичное огкл1нение в сеансе обычно не презызало 0.57а.

Полученный экспериментальный штериал за 1976-1978 гг. позволил отметить, в отдельных случаях, влияние заполнения водохранилища но изменение электрического сопротивления локальных объемов горных пород в его Слизавшей окрестности. Сопоставление ¡¡се кратковременных изменений вариационных кривых нанущегося сопротивления с местными землетрясениями» позволило выявить коррелятивную связь кеяду ними.

Применение метода Да, при всех его достоинствах, показало сложность однозначной интерпретации происходящей перед землетрясениями перестройки геоэлектрическога разреза, т.н. фиксируемые взриации 9„ позволили судить лишь о наличии изменений в происходящей толще горных пород, оставляя в теки глубинность происходящих изменений. Знание же глубины, на которой происходят.наибольшие изменения электрического сопротивления, может определить границы прокиниозения воды из водохранилища в области подготовки очага "плотинного" землетрясения.

К методам электроразведки, позволяющим судить о глубине / происходящих изменений $>„ 30 времени к, кэн следствие, определить механизм связи ыекду флыидодинашческими и сейсмическими процессами, относятся - становление электромагнитного поля (СП) и эстотное зондирование (43). Исходя из аппаратурной базы,описанной з главе 2, был выбран метод СП, суть которого состоит в изучении переходного процесса в электромагнитном поле электрического или магнитного диполей, ток в ноторых ступенчато изменяется от нуля до некоторого конечного значения. Становление поля досит диф$узнкЛ харзнтер и глубина проникновения неустано-гг.-сегося поля однозначно определяется временем становления £ :

Влияние диязгансаа и ди.:$уз¡¡и кадиоста ни удельное сопротивление пород иокно окидать тред землетрясенили:, подготовка которых связана, с наличием зна «цельных .масс воды, например вблизи водохранилищ, в обводненных районах (карсты), при ээкзч-ке воды в скваыны и т.д. В этой случае прок-лкнозение кпдзости по проницаемым породам (например разлоаам) моиет обеспечить за-попнениа дилатаняиых лрзщян и значительно уиньмкть электрической сопротивление горного массива, что подтззрадэзтся многократными измензияями удельного сопротивления, наблюдаемыми перед разрушением образцов.

Результаты полевых регулярные наблюдений эр измванквы кажущихся электрических сопротивлений пород (5) зо гремиал в районе Чираейсиого водохранилища показали кали чае связи мезду этими изизнениями 9К 11 местными землетрясениям:. На начальном этапе исследований (1976-1979 гг.), а качества метода наблюдений за электрическим сопротивлением применялся модифицированный метод дяпольиого электрического зондирования (ДЗ) на постоянном тока. В качества источника тока использовалась установка 11 Чирков-1" мощностью 120 нВА. Питающий диполь АВ длиной 720 и и суммарным электрическим сопротивлением 10 Ом, располагался на северном берегу водохранилища, а приемные диполи Ш - нз южном и восточном берегах.

Начальное значение вычислялось с пог;ощьа формулы для предельной дипольаой-установки при произвольном рзсполоаании приемного и питающего диполей (Альпин Л.!.!.,1950). Полевые измерения 9к состояли из трех-четырех сеансов зондирования з сутки с перерывами 2-3 часа. Многократное измерение ветчины в течение снанса позво.-шо снизить влияние случайных ожбон, б том числе от естественных к промкаленних помех до уровад снстсмчти-

большим временам отвечав! большая глубина исследования, меньшим меньшая. На достаточно больших временах поле в земле совпадает с полем диполя питаемого постоянным тоноы.

В качества источника возбуждения поля использовался заземленный электрический диполь длиной 2700 м импульсы юна э ротором переключались с помощью тирисгорной установки "Чирией-2".

Приемный пункт закреплен на расстоянии 9.2 як от питающего диполя и располагался вблизи поселка Н.Чиркей. Для регистрации электрической составляющей электромагнитного поля использовался заземленный на концах с помощью иеполяркзуввдхся электродов диполь длиной 100 и.

. Каждому моменту tj, процесса становления ставилась в соответствие рассчитываемые глубина проникнозепия поля и величина Полученные за несколько лет результаты полевых наблюдений показали характер изменений $г , связанный с сейсмической обста-новяой района исследований. При этом рассматривалась коррелятивная связь с землетрясениями, начиная с 8 энергетического клзсса и выше, зарегистрированными в радиуса 10 км от центра дипольной установки. Изменения кривых Çc на различных временах становления поля в связи с землетрясениями, происшедшими в 1981 году на расстояниях от 4 до 5 км от приемного диполя показали, что землетрясениям предшествовали кратковременные вариации 9с , сами же толчни совпадали с Сухтообртзным его уменьшением. Значительно большие вариации Çr (15-18$) отмечались на кризах характеризующих верхние области геоэлентрического разреза (до 2С00 м).

С'целью улучшения методики обработки результатов наблюдений в 1983-1984.гг. измерения проводились несколько иным способом: импульсы тока в питающей линии по в^зни не перекрывали время 'установления поля, а прерывались нгснолыо раньше. Тэвкм обрэ-

sou, s процессе зокдкровзнкк, при поиощп питающего, ге-.ереюра,

в зеки иосылзлксь серии импульсов различней длительности, длительность импульса каждой серки была короче полного времени уста-Еоэлекия и только длительность. 1:ыпудьсоз одной серки верен ривзяа вреия становления электрокогнкгного поля. L'esos можно назвать кзззичз стояща: зондированием, т.н. он подобен частотному, но в отгичии от неге прке^ная сторона регистрирует сигналы ьсех серий импульсов без дсполншельной фильтрации нз каждой частоте.

Значения рг дся еаадой частоты рассчитывались нзк к рз-асе; результата последуждах измерений сравнивались с. первииачзль-нцл: звачекйяюс, а за геи вычислялись относительные изкейения в . процених. Каибояьзгс кзкеиекия Çr г 1983. году (20-22?;«нз-слид-jЕа:::сся нз временах t-, =0.125 и 0,.25 ce;:, созпздзпт с реек землетрясений, оточенным в непосредственней блсзосги от годо-хракилима к дппелпе* усгзноюи. При этек аа временах стзноглення яреыизк^х 0.25 сга, отмечены изменения О,. не более ч-%.

При оценке но^носгя осадочного слоя, в яогороы отмечены, мзйскшиьные г.аиекевйя удельного электрического сопротивления -горны?: пород, рзечетк показал::, что за згеия t «0.125 сск глубина про.чг.ккогеник ноля составляет около J000 к.

•Е дзльаеЕзем, с це.-ък, повышения чувстн:телькос5И эоЕДИрсвз-. я;:я к мзлиа вариация:: элеитрссспротЕЕЛокия пород, была предпринята мет ода а з сэиерекхй, вогдз направление приемного диполя близко к эк бйпог е кцкз л ьиых «дакай глегтрокзгкЕгного под я. Б Х»8б-IScv гг. способ б га опробоЕгн в полевых условкяхг регулярные ■ нэС.хдек««: за кгкешпмк. сопротивления среди проводились на двух д;:г. ел .та - од::я ¡.'з располагался в той же пункте, ко был

сс-р'-еаткро^а в кзпр-теник Сл:'.з«ои к звипстешдааьноЁ линии, s д:угс2 зйрг.гадикугярпо с г., т.е. по лкнки кэесккяяьеоГ. постопн-

ной составляющей принимаемого сигнала. Результаты показали,что вариации 9Т 3 первой-. случае значительно превосходят взриадак во втором, а наиболее существенные изменения <^(до 100$), з связи с ближайшими землетрясениями, имели место, нэк и раньае, да временах характеризующих вчрхние области геоглектричесного разреза, глубиной до 1500 и. Таким образом, проведенные а течение ряда лет, наблюдения за изиенеш.са ьлситричевкого сопротивления горных пород по глубине, в связи с блиаайаныи землетрясениями, показали наличие некоторой границы максимальных изменений 9Г , которая определяется глубиной прониянозекия воды из. водохранилища. В то же время, поскольку минимальная глубина гипоцентров землетрясений составляет 3 ни, необходимо допустить косвенное влияние проникающей из водохранилища воды на раз ряда у этих очагов. . .

Глава 5. Моделирование техногенных гидрогеологических процессов в связи с сейсмичностью района Чирк ейского водохрзнилиса.

Допущение носвенного влияния воды из разрядку очагов блигай-ших землетрясений требует построения концептуальной модели взаимосвязи этих явлений.

Так нэн вариации электричесного сопротивления горных пород определяются динамикой флюида, которая одновременно влияет и на изменения порового давления, возникает необходимость учета гидрогеологических условий исследуемого района.

Для района водохранилища после ззполнекля, характерно образование в геологической среде более сложного комплекса техногенных гидрогеологических процессов при которых нарушается ес-теотъеиний режим поверхностного и подземного сюков, изменяются взаимодействия иеяду поверхностными и подэеанкии водами, условия их форьшропанкя, перераспределение областей питания и рззгруэни,

возникают новые водоносные горизонты и типы подземных вод. В целом для геологической среды характерны:

- фильтрационная неоднородность горных пород, слагающих его

лоае;

- значительная трощановатость всего разреза мезозойского комплекса пород, обуславливающая различие их фильтрационных сзойстз как по площади, так и с глубиной;

- изменчивость характера питания подземных вод, как в сезонное, так и а гл'сголлнеи разрезе, з гакке филвтрзцЕОНных свойств пород под воздействием процессов суффозии и кальмэтацик;

- наличие на глубине зоны контзктз высок отешеротурных,силь-кошшерег.пзованных, напорных глубинных и инфильтрационных пресных подземные вод в области Сула ясного глубинного разлома.

До создания зодолрзнилища в верхнзмеловык отложениях по бортам реки Сулак наблюдались источники напорных глубинных вод. Пзиекенйя.гидродонэкичвокого реаиш после его заполнения, согласно основным положениям предлагаемой концептуальной модели выглядят следующим образом:

- из водохранилища происходит инфильтрация воды в подстилающие породы, создающая даьление Рр

- зз счет существования напорных глубинных вод одновременно происходит фильтрация флюида в вышележащие породы, с давлени-

- при зстречноы движении жидкостей сверху к снизу можно предположить существование некой гипотетической области динамического равновесия, где давданив флюида при инфильтрации из во-дох^нилпда (,РТ), уравновешивается давлением-флюида снизу (,р£> аз счет напорных глубинных год; при Э20к в зоне контакта Р1 =Р2«

для ее решения необходим количественный учет мнохест_я факторов, часть которых иоаег быть, с определенной степенью достоверности, определена натурными наблюдениями, а часть описана в рамках теории вероятностей. Штыатичаская модель является попыткой объединения мнонсствз факторов в единое целое. Анализ математического аппарата существующих моделей показал, что наиболее приемлемой в этой плана является численная модель, позволяющая описы-взгь динамину флюида в среде с учетом поведения источников флюидов во времени, а такая поведение горной породы, нэя перемещение плотных взаимодействующих блоков и определять состояние геоло-гичесной среды во времени последовательностью лонально определенных состояний динамического равновесия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Усгэновлено, что электричесний лредвесгнин землетрясений - взриации кааущегося электрического сопротивления массива горных пород £ , являются достаточно информативным фактором в познании особенностей формирования очага землетрясения техногенной природы, в условиях воздействия переменной нагрузки водохранилища на окружающий массив.

2. Среда различных методов наблюдений за изменением электрического сопротивления массива во времени, метод становления электромагнитного поля признан более информативным и принят за основу прозеденкюс исследований.

3. Выявлены некоторые особенности формирования очага "плотинного" землетрясения к его электрического предвестника:

а) развитие дефоршционных процессов в массиве горных пород в районе водохрвшшщз, предшествующих "плотинным" землетрясениям, способствует пронинноззнии воды из водохранилища в зону

-глубина этой гипотетической области величина непостоянная и зависит от сезонного хода уровня воды в водохрзы'л-лце;

- в зоне контакта глубиннчх вигсскоминерзлкзокзннък с высоким газовый фактором тершлышх вод с индильтрэ циоьльгт. водакя хз водохранилища (при Рр3^ м тГ потока =0), б силу актиькых химических реакций, обуславливающих выпадение в осадок солей кальция и магния и пальма тацию некоторого трепанного объем горных пород, происходит повышение порозого давления;

- в случае, когда размеры области гомвйкемся гецлесрясз-ния достигают водохранилища, происходив дополнительная инфильтрация воды из водохранилища по трецинзм, зогнмклим пр;; роете локальных напряжений, на глубину порядка ЪОО ы,

. Интенсивная разгрузка напорных вод в виде ёосходяздх зысо-ношкерализовааных термальных источников в русле рек:: резко изменилась или прекратилась вообще в силу заполнения водохранилища и создании условий противодавления в виде "г.гтроЕого отол-

ба воды. Исходя из того, что изменения- § по дэйныу элсктро:а-гнитяого зондирования характерны для глубин до. 1500 и, хохво принять эту зону геологического разреза (аптеки:! к вльбеяий ярусы) за область контакта глубинных и инуильтрзциокнкх подземных вод с установившимся, режимом ГТ услогай. Форшровзнке области подготовки техногенного землетрясения и, как следствии, увеличение проницаемости подстилающих ложе водохранилища горных пород, вызывает дополнительную инфильтрацию воды, что определяет Изменения электрического сопротивления пород перед землетрясением, а также вызывает увеличение порового давления глублккьас вод, провоцирующего разрядку напряжений этого очага.

Акэлиз прозеденных в работ исследований показал, что задача "плотинная сейсмлчлоеть" является комплексной проблемой и

5. Показзно, что задача "плотинная" сейсмичном: является комплексной проблемой и для ее решения необходим количественный учет множества йктороз, а следовательно создание достоверной мзтемзткчеааой модели. Анализ математического аппарата суцест-зукодх моделей показал, что наиболее приемлемой в этом плана является численная модель, позволявшая описывать динамику флюида, а тзяке поведение горной породы.

7. Создание модели направлено на объяснение явления сохраняющейся зысокой сйскичесиой активности региона, а таняе обоснование надежных предпосылок для разработки основ кратносрочво-го прогноза землетрясений техногенной природы.

Список основных работ опубликованных по теме диссертации:

1.0пыт применения промышленного тона ГЭС для прогноза "плотинных" землетрясений в Дагестане // Глубинное электромагнитное зондирование с применением промышленных линий электропередач: .' Сб.нзуч.гр./АН СССР. Кольский филиал. - 1981 .-С.44-47.(совместно с идэрм-чевым Ь;.Г.).

2. Геодинэмичесаий эффенс создания крупных водохранилищ в . сейсмоактивных областях. -¡Ь:Иауна, 1982.-756.(совместно с Лев-довичем Р.Л.,Де8явгэ Г .И., Кзспэрозым С.А. и др.;.

3.Изучение механизма "плотинного" землетрясения методом частотного электромагнитного зондирования //Сейсмическое рэйо-г'.рсьанпе территории СССР к изучение сильных землетрясений

(::.этер.Всесоюзного с-озеЕрния^-Хикинев, 1984.-С.212-214.(совместно с Ядзрмзчгзья П.Г.,Алигзым М.К.).

4. Результаты использования метода становления электромзг-нагзого полк для :-:зучеш:я электрического предвестника техногенного землетрясения //Геофизические поля Принзсгшйсного региона: Гг./А:: СС2?.£зг.*ил.»'.к-т проблем геотермии.-1984.-Зып.2.-с.117-

подготовки очага. Обводнение пород электропроводящей здкссио (водой) и перераспределение ее по треаг.нзы обуславливав? сьгио нив прочности и уневыаекке электрического сопротивления гзссг.ре в зоно формирования очага землетрясения.

б) измерения методом становления поля показали, что небелое значительные изменения элентричесяого сопротивления, связанные с землетрясениям», характерны для глубин не более I5CC к, что может служить доказательством косвенного воздействия воды, проникающей из водохранилища, на очаги землетрясений, льна я глубина которых 3000 м . Подтверждением юьу служит фи: г наличия разгрузки (встречного_движения) силыюмиисраляаоьзниьсс глубинных напорных вод.

в) использование рэзрзботанного способа гсоэязктрорззагда»; становлением электромагнитного поля на эквипотенциальной г::-.кии, позволило значительно повысить чувствительность, и кйгТгОрьэгав-ность наблюдений за происходящей во времени перестройкой гео-элентриче.сного разреза при изучении механизма "ягохкнвогэ" землетрясения. На способ получено авторское свидетельство.

Разработана, сконструирована и внедрена в производство (Миигоо РСФСР) питающая установка иЧиркей-2" мощностью до -Л0 кВА, работающая .на базе использования про^ыллзнноГ. элек^розкер-гии. Установка позволяет проводки- исследования метода и:: да-польного зондирования, стаковлением. электромагнитного поля к частотным зондированием.

5. Разработана флюидная модель, связэвезя форм ром ни а сейсмических и деформационных процессов с гидродинамически:»: воздействием на геологическую среду района Чиряелсього водохранилища .

122.(совместно с Идармачевым ш.г., Алиевым К.А.;.

5. Оптимизация иетода дипольного электрического зондирования при наблюдениях за вариациями 9К Г0РНЬ!Х пород во зремеак//Гзо-физические поля к геотермический режим складчатого обtaмления Дагестанского нлина: Тр./АН СССР Даг.фил.Ин-т проблем геотермии. -1985. -Вып.3.-С.97-103.(совместно с Ида рма чевым Ш.Г..Крыловым СЛ.). -

. 6. Использование метода эквипотенциальных линий для научения, предвестника землетряс«!ний//йауч.сессия дог.фил.АН СССР (тезисы докладов) .-Ыахзчкала,1988.-С.22-23.(совместно с Z дарма-чевым 111.1'.,Мусиевым А.Р..Алиевым U.M.).

•'/.Вариации кажущегося, сопротивления горных пород, связанные с геодинамическими процессами в районе Чкрвейсаой Г2С//Сим-позиум КАПГ по изучению современных движений земной коры (теаи-сьгдокладов). - Дагомыс,iS88.-C.II8-II9.'4co3MacTHo с Кдзрначе-вым Ш.Г.,Мусиевыи-А.!".,Алиевым й.Е.;. -- - 8. "Способ геоэлен троразведки (авторское свидетельство № 1482428). (совместно с Идармачевым Ш.Г.).

• 9. Моделирование техногенных гидрогеологических процессов в связи с сейсмичностью рз пока Чирк ейского -водохранилища//Бопро-сы сейсмичности Восточного Предкаввззья:Тр./АН СССР.Даг.фил.Ин-т геологии.-1990.-Вып.40.-С.22-34. (совместно с Дейнега Г,К.,Кази-евым К .С.).

ДО.Результаты частотного зондирования с применением промышленного тока при изучении механизма "плотинных" землетрясений в Дате стане//Гдубинные геоэпгктркчесяие исследования с использованием промышленных линий электропередач^.науч.sp./АН СССР Кольский йЦ.-Апатиты, 1990.-С.49-54.(совестно с '¿дарма чезш L'I.Г..Алиевым il.fi..Мусиезш А.Р.).