ОТСЛЕДИТЬ, ЧТОБЫ ПРЕДОТВРАТИТЬ

— Действительно, наша область, включающая Южное Предуралье, южную часть Уральских гор и Южное Зауралье, — слабосейсмичная территория и по карте Общего сейсмического районирования относится к пятибалльной зоне. Однако здесь активно разрабатываются месторождения углеводородов и твердых полезных ископаемых, и это оказывает настолько сильное влияние на геодинамическое состояние и сейсмическую активность земной коры, что техногенные геодинамические процессы становятся соизмеримыми по масштабам с природными.

О нарастании сейсмической активности в районах добычи нефти и газа свидетельствуют и мировой опыт, и наши исследования. В Оренбургской области разрабатываются более 200 нефтегазовых месторождений, среди которых много крупных и крупнейших, например, самое большое в Европе Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение площадью 2500 км², которое эксплуатируется более 50 лет. Мы исследовали техногенные изменения в недрах при добыче нефти и газа в Оренбургской, Ульяновской и Самарской областях и ряде подземных хранилищ газа. Основная причина повышения сейсмичности — техногенные изменения давления в эксплуатируемых пластах месторождений и подземных хранилищ газа и в прилегающих водных системах. Плотность зарегистрированных событий и выделившейся сейсмической энергии в зонах гидродинамических воронок месторождений нефти и газа увеличивается более чем в 10 раз по сравнению с окружающими территориями, удаленными всего на 5 км, а при приближении к зонам тектонических нарушений — более чем в 50 раз. Так, на территории, значительно превышающей площадь самого Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения, образовалась гидродинамическая воронка, где давление падает до 150 атмосфер, что сформировало некомпенсированное напряжение в земной коре, достигающее 1500 тонн на м². Такие техногенно нарушенные области земной коры, расширяясь, объединяются в общую зону, в которой многократно увеличивается вероятность землетрясения.

— Федеральный закон «О недрах» обязывает недропользователей вести наблюдения за геодинамическим состоянием земной коры при разработке месторождений углеводородов и эксплуатации их подземных хранилищ. Ростехнадзор в своих инструкциях и правилах производства маркшейдерских работ предложил использовать для геодинамического мониторинга геометрическое нивелирование по профильным линиям, пересекающим территорию месторождений. Однако традиционные инструменты наблюдений за деформациями земной поверхности оказались неэффективными, так как месторождения углеводородов имеют большие размеры, что приводит к накоплению ошибок и к тому же требует больших финансовых затрат.

— С развитием спутниковых технологий хорошую эффективность показали ГНСС-измерения, однако они также имеют недостатки, прежде всего невозможность использования в лесистой местности, когда деревья закрывают прямую видимость для спутников. В 2016 году в национальном парке федерального значения «Бузулукский бор» возобновилась разработка крупных месторождений нефти и газа, которая была приостановленав 1970-е годы после серьезных аварий, связанных с пожарами. В Бузулукском бору запрещена любая хозяйственная деятельность, в том числе проведение геодезических измерений. При этом спутниковые измерения, как дистанционные, так и наземные, невозможны из-за лесистой местности. И, главное, наблюдения за поверхностью лишь фиксируют уже произошедшие катастрофические явления, но не позволяют регистрировать негативные геодинамические процессы, возникающие в недрах на глубине продуктивных пластов. Таким образом, единственно возможным инструментом отслеживания геодинамического состояния трех разрабатываемых в Бузулукском бору месторождений оказывается сейсмический мониторинг. В 2024 году мы установили там сейсмическую станцию и начали исследования природно-техногенных геодинамических процессов.

Выявив закономерности техногенной сейсмической активности, деформаций земной поверхности и гидрогеодинамики на месторождениях углеводородов, мы обосновали способ построения геодинамического полигона с использованием сети сейсмических станций. Этот способ был принят к использованию Ростехнадзором, и нам удалось внедрить его на ряде месторождений в нефтегазоносной части Оренбургской области и расширить сеть сейсмических станций, а адаптированный способ для подземных хранилищ газа внедрен на ряде хранилищ в центральной России.

— Достаточно значимое. В платформенной части оренбургского Южного Зауралья, где сосредоточено множество разрабатываемых месторождений твердых полезных ископаемых, регистрируется более 700 сейсмических событий в год, в том числе с магнитудой более 4.

Верхняя часть земной коры в районе добычи всегда находится в напряженном состоянии, поскольку здесь систематически происходят изъятие и перемещение горных пород, а периодические динамические воздействия — буровзрывные работы — становятся триггером,запускающим процесс высвобождения накопленной потенциальной энергии между блоками тектонических структур, как региональными, так и субрегиональными.

В зависимости от масштабов взрывов размеры напряженных областей блочных тектонических структур, вовлеченных в движение, могут изменяться. Неравномерное распределение остаточной нагрузки на горный массив, наличие зон трещиноватости и разломов, а также многие другие факторы влияют на сейсмическую и геодинамическую активность в регионе.

— В основу анализа сейсмической активности на этой территории положены данные сейсмологической сети Оренбургского ФИЦ УрО РАН начиная с 2006 года и результаты инструментальных наблюдений Казахстанского национального центра данных.

Проследив расположение и интенсивность всех зарегистрированных землетрясений с магнитудой более 3, можно выявить районы с повышенной сейсмической активностью и риском сильных техногенных землетрясений. Это прежде всего Адамовский и Ясненский районы, где располагаются рудники Джусинский и Киембаевский. В районе Киембаевского хризолит-асбестового месторождения установлена сейсмическая станция «Еленовка-ELN».

По нашим данным, наиболее опасное воздействие на недра Земли оказывают кратковременные динамические нагрузки с магнитудой более 4, источниками или триггерами которых могут служить буровзрывные работы. На поверхности они способны вызывать землетрясения интенсивностью более 6 баллов, а это на один балл превышает прогнозный уровень по карте Общего сейсмического районирования, которая используется строителями и инженерами при проектировании и эксплуатации зданий, строений и инженерно-технических сооружений различного назначения, в том числе и объектов повышенной опасности.

Исследование причин повышенной сейсмической активности и выявление закономерностей ее распределения во времени и пространстве позволяет сформулировать рекомендации недропользователям по проектированию буровзрывных работ и выбору оптимальных параметров взрывов и технологий добычи твердых полезных ископаемых.