Введение
Восточная часть Оренбургской области (Южное Зауралье) – одна из ведущих областей страны по добыче твердых полезных ископаемых (ТПИ) с возросшей сейсмической активностью территории [1, 2]. На площади выявлены проявления минерализации, относящиеся к семейству колчеданных формаций (медь, цинк, свинец); известны проявления и пункты минерализации других цветных металлов (никеля, кобальта, молибдена, вольфрама, алюминия, висмута), черных металлов, редкоземельных элементов иттриевой и цериевой группы. Благородные металлы представлены мелкими золоторудными объектами различного генезиса.
Важнейшими месторождениями Южного Зауралья являются:
− по запасам меди и цинка – Гайское, Джусинское, Весеннее, Осеннее (колчеданные объекты с сопутствующими свинцом и золотом);
− по запасам асбеста – Киембаевское;
− по запасам золота – Южно-Кировское, Белозерское.
Месторождения отрабатываются карьерами (Весеннее, Осеннее, Киембаевское, Южно-Кировское, Белозерское) и шахтами (Гайское, Джусинское).
На всех предприятиях по добыче ТПИ применяются буровзрывные работы (БВР) для наиболее эффективного и быстрого извлечения горных пород.
Разработка месторождений ТПИ нарушает природное напряженно-деформированное равновесие в массиве пород [3–5]. Происходит постоянное перераспределение гравитационно-тектонических напряжений в массиве горных пород, что в свою очередь усиливает сейсмичность [6–8]. Горные работы влияют на сейсмическую активность не только самой зоны ведения работ, но и более обширных областей [9, 10].
При активном ведении взрывных работ происходит перераспределение напряжений в массиве таким образом, что часть массива разгружается вследствие взрывов и формирования трещиноватости, а в некоторых частях массива могут происходить сильные сейсмические события [11]. Местоположение таких участков характеризует отклик массива на взрывное воздействие и зависит от поля напряжений, которое формируют различные природно-техногенные факторы (тектонические напряжения, геологическое строение массива, технические и технологические характеристики БВР и др.) [12].
Цель исследования – выявить наиболее сейсмоактивные участки Южного Зауралья и провести геоэкологическое районирование Ясненского района по степени сейсмической опасности и возможных рисков.
Материалы и методы исследования
Место проведения исследования – восточная часть Оренбургской области (Южное Зауралье). В основу анализа сейсмической активности Южного Зауралья положены данные инструментальных наблюдений Казахстанского национального центра данных (КНЦД) и данных сейсмологической сети Оренбургского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук (ОФИЦ УрО РАН) с 2006 по 2024 г. [13, 14]. Для уточнения сейсмичности в с.Еленовка Ясненского района была установлена сейсмостанция «ELN-Еленовка». Все зарегистрированные сейсмические события собраны в электронный каталог. Работа с пространственными данными осуществлялась в программах ArcGIS и Mapinfo. Статистический анализ экспериментальных данных был проведен с применением эмпирической модели Шебалина – Блейка.
Результаты исследования и их обсуждение
Возросшая техногенная нагрузка на сейсмичность в Южном Зауралье при проведении БВР при добыче ТПИ отмечена в работах [1, 2, 13].
Сейсмические события в Южном Зауралье фиксируются на территории неравномерно. Схема распределения зарегистрированных сейсмических событий, полученных КНЦД и ОФИЦ УрО РАН за 2006–2024 гг. представлена на рис. 1. Преимущественно события тяготеют к промышленным площадкам по добыче ТПИ [1, 2, 13].
Карта плотности сейсмических событий на 1 км2 за 2006–2004 гг. построена на основании зарегистрированных сейсмособытий при помощи программы ArcGIS (инструмент «плотность точек») и показывает участки сгущения событий. Сгущение происходит у Киембаевского карьера, Осеннего, Весеннего, а также Джусинского и Гайского горно-обогатительного комбината. Самыми сейсмоактивными областями по плотности сейсмических событий являются Ясненский и Домбаровский районы, а также Гайский район, южная часть Орского района, северная часть Новоорского района и центральная и западная часть Адамовского района (рис. 2).
В Ясненском районе располагается Киембаевский рудник, активно ведущий промышленную деятельность по добыче полезных ископаемых, соответственно, с проведением сопутствующих БВР. Область, попадающая под самую сейсмоактивную, приходится на окружность радиусом от 10 до 25 км. Также здесь располагаются Осенний и Весенний рудники на территории Домбаровского района.
Наиболее точной характеристикой сейсмических воздействий является сейсмическая интенсивность, поскольку она напрямую связана с повреждаемостью строительных объектов. Необходимо отметить, что действующая шкала ГОСТ Р 57546-2017 [15] однозначно связывает баллы шкалы сейсмической интенсивности со степенями повреждений различных типов зданий.
Рис. 1. Схема распределения эпицентров сейсмических событий, произошедших с 2006 по 2024 г. в Южном Зауралье Источник: составлено авторами на основании собственных данных, полученных в ходе данного исследования
В то же время повреждаемость объектов определяется не только параметрами сейсмических или динамических воздействий, но и геологическим или геоэкологическим состоянием исследуемой территории.
Для оценки геоэкологического риска целесообразно использовать макросейсмическую интенсивность в баллах [16].
Для определения сейсмической интенсивности в баллах (I) на территории Ясненского городского округа была применена эмпирическая модель Шебалина – Блейка, адаптированная для природно-техногенных событий в Уральском регионе [17]:
I =1,5М – 3,5lg(r) + 3,
где M – магнитуда землетрясения; r = 5 км – гипоцентральное расстояние (расстояние от очага взрыва до высотной застройки г. Ясный).
По результатам проведенных расчетов в таблице приводится итоговое количество землетрясений, совпавших со взрывами по регламентному времени и вызвавших землетрясения на территории г. Ясный.
Южное Зауралье является асейсмичным районом. Однако по результатам расчетов интенсивности по модели Шебалина – Блейка для уральского региона по шкале Медведева – Шпонхойера – Карника (MSK-64) выявлено 7 землетрясений интенсивностью 6 баллов на территории Ясненского района. Это является превышением порога сейсмической безопасности по картам общего сейсмического районирования 2015 г. (ОСР-2015) на 1 балл.
Рис. 2. Карта плотности сейсмических событий на 1 км2 за период с 2006 по 2024 г. Источник: составлено авторами на основании собственных данных, полученных в ходе данного исследования
Итоговое количество землетрясений, совпавших со взрывами по регламентному времени и вызвавших землетрясения на территории г. Ясный
|
Год |
Сейсмособытий за год |
Из них по интенсивности: |
|||||
|
1 балл |
2 балла |
3 балла |
4 балла |
5 баллов |
6 баллов |
||
|
2006 |
58 |
– |
– |
9 |
25 |
21 |
3 |
|
2007 |
43 |
– |
1 |
8 |
20 |
12 |
2 |
|
2008 |
70 |
– |
– |
12 |
52 |
6 |
– |
|
2009 |
69 |
– |
– |
11 |
52 |
6 |
– |
|
2010 |
63 |
– |
– |
5 |
39 |
19 |
– |
|
2011 |
40 |
– |
– |
1 |
26 |
12 |
1 |
|
2012 |
33 |
– |
– |
2 |
25 |
6 |
– |
|
2013 |
40 |
– |
– |
5 |
23 |
12 |
– |
|
2014 |
52 |
– |
– |
4 |
33 |
14 |
1 |
|
2015 |
52 |
– |
– |
5 |
42 |
5 |
– |
|
2016 |
33 |
– |
– |
1 |
32 |
– |
– |
|
2017 |
62 |
– |
– |
9 |
50 |
3 |
– |
|
2018 |
34 |
– |
– |
6 |
24 |
4 |
– |
|
2019 |
42 |
– |
– |
4 |
37 |
1 |
– |
|
2020 |
65 |
– |
– |
4 |
59 |
2 |
– |
|
2021 |
48 |
– |
– |
6 |
36 |
6 |
– |
|
2022 |
37 |
– |
– |
2 |
26 |
9 |
– |
|
2023 |
32 |
– |
– |
– |
16 |
16 |
– |
|
Всего |
873 |
– |
1 |
94 |
617 |
154 |
7 |
Источник: составлено авторами на основании собственных данных, полученных в ходе данного исследования.
Рис. 3. Максимальная величина интенсивности землетрясений от технологических взрывов Источник: составлено авторами на основании собственных данных, полученных в ходе данного исследования
Рис. 4. Схема 6-балльной сейсмичности на территории г. НВГ Ясный Источник: составлено авторами на основании собственных данных, полученных в ходе данного исследования
Даже небольшие подвижки земной коры могут привести к катастрофическим экологическим последствиям и человеческим жертвам, поскольку большинство гражданских и промышленных объектов в Оренбургской области рассчитаны при строительстве лишь на 5-балльные сотрясения.
Чтобы наглядно представить сейсмическое влияние ВБР на исследуемой территории, были проведены расчеты максимальной интенсивности землетрясений по шкале MSK-64 в зависимости от гипоцентрального расстояния. Изосейсты максимальной интенсивности землетрясений представлены на рис. 3. Из представленной схемы видно, что под влияния проведения БВР на Киембаевском карьере попадают г. Ясный, п. Комаровский с общей численностью населения около 12 тыс.
Согласно положению о территориальном планировании Ясненского района в зону 6-балльной сейсмической активности попадают жилые, общественно-деловые, производственные зоны, а также зоны сельскохозяйственного использования и лесного фонда (рис. 4).
Невозможно точно сказать, где именно в будущем будут происходить сильные землетрясения и какое влияние окажет это воздействие на геоэкологическое благополучие Южного Зауралья. Важно наиболее точно спрогнозировать те территории, которые подвержены наибольшему риску проявления сейсмической активности.
Для полного изучения уровня техногенной сейсмической активности на территории Ясненского городского округа, необходимо создание опорной сейсмологической сети, состоящей из четырех-пяти стационарных сейсмических станций. Сеть позволит с высокой точностью фиксировать сейсмические события с минимальным погрешностями. Высокая плотность населения и опасных производственных объектов повышает риск техногенных катастроф, связанных с сейсмоактивностью [18].
Заключение
Увеличение сейсмичности Южного Зауралья – важная геоэкологическая проблема.
Полученные результаты исследования показывают, что текущая сейсмичность территории не соответствует установленной картами ОСР-2015. В зону 6-балльной сейсмической активности в Ясненском районе попадают жилые, общественно-деловые, производственные зоны, а также зоны сельскохозяйственного использования и лесного фонда. Сведения о сейсмической интенсивности используются при проектировании и строительстве зданий и сооружений. Важно использовать только достоверные данные о сейсмичности территории для безопасности объектов постройки и жизни населения.
Для обеспечения геоэкологической безопасности Южного Зауралья необходимо создание сети сейсмических станций для полного и точного анализа влияния БВР на геодинамичность территории.
Библиографическая ссылка
Галеева Э.Р., Нестеренко М.Ю., Белов В.С., Соломатин Н.В. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ЮЖНОГО ЗАУРАЛЬЯ В РАЙОНАХ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ // Успехи современного естествознания. 2025. № 5. С. 38-44;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38394 (дата обращения: 19.06.2025).
DOI: https://doi.org/10.17513/use.38394