Сейсмический мониторинг территорий размещения особо

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА «КОМПЛЕКСНАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭНЕРГЕТИКИ» –
ОСНОВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ РОССИИ
Сейсмический мониторинг территорий размещения
объектов атомной энергетики
Институт Динамики Геосфер РАН
Seismicity of Russia and the Former Soviet Union
http://earthquake.usgs.gov
СЕЙСМИЧНОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОЙ И
ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ США
Кумулятивное число
землетрясений с
M≥3в
центральной и
восточной частях
США в 1967 - 2012 гг.
Пунктир соответствует
обычному для
региона уровню 21,2
землетрясения/год.
[Ellsworth W.L. 2013]
1900-2013
M ≥ 3.5
earthquake.usgs.gov
Основные проблемы учета землетрясений при
обосновании безопасности ОИАЭ
Сейсмические станции в странах Скандинавии, Балтии и в России
5
ПЛОТНОСТЬ
2
Количество сейсмических станций на 10000 км
4
3
2
1
Финляндия
Польша
Литва
Эстония
Латвия
Беларусь
Россия
Польша
Литва
Эстония
Латвия
Беларусь
Россия
Дания
Дания
Финляндия
Швеция
100
Швеция
120
Норвегия
140
Норвегия
160
Германия
180
Германия
0
Общее количество сейсмических станций
В отличие от многих
развитых стран, сеть
стационарных
сейсмических станций
на территории России
весьма редка
80
60
40
20
0
(по www.seismo.lv)
Актуальность контроля сейсмобезопасности объектов
использования атомной энергии (ОИАЭ) в пределах
платформенной территории определяется длительными
сроками службы объектов (порядка 1000 лет),
нормативными требованиями по учету редких
сейсмических событий с повторяемостью 1 раз в 1000 и
1 раз в 10000 лет для проектного (ПЗ) и максимального
расчетного (МРЗ) землетрясения и возможным
проявлением в пределах слабоактивных территорий хотя и
редких, но сильных землетрясений.
Необходимость и возможность
контроля сейсмического режима
даже на слабоактивной территории
-
появление новых объектов
контроля;
-
изменение наших
представлений о сейсмическом
режиме территории;
-
прогресс в области
регистрирующей аппаратуры;
-
развитие методов и
возможностей обработки
полученных данных.
Развитие методов и возможностей
обработки полученных данных:
регистрация и анализ слабых событий
Расстояние, км
Уверенная регистрация на
расстояниях 5-10 км
событий с локальной
магнитудой до -1; и на
расстояниях 25-30 км — с
локальной магнитудой 0.
Гранит
Ежегодное число событий
примерно
6 для ML ~ 0,
550 для ML ~ -1 и
ML, Локальная магнитуда
4300 для ML ~ -2.
[Saari, 1999]
Развитие методов и возможностей
обработки полученных данных:
регистрация и анализ слабых событий
[Saari, 1999]
В регионах с низкой
сейсмичностью
требуется длительный
период наблюдения. Так,
для района Loviisa
характерны
чередующиеся периоды
спокойной и более
активной сейсмичности:
новые активные
разломы были
обнаружены даже после
8-13 лет мониторинга.
С другой стороны, в
одной из областей после
четырех лет
относительно заметной
активности наступил
длительный период
тишины.
МАСШТАБНЫЙ ЭФФЕКТ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
Связь излучательной эффективности землетрясений с
масштабом исследуется во всем мире (обзор [Кочарян,
2012]).
По целому ряду данных, для событий с моментными
магнитудами
от -3.6 до 8.5, произошедших в
различных регионах, при изменении сейсмического
момента на 19 порядков — в диапазоне от 103 до 1022
Н·м — практически все данные лежат в диапазоне
от 10-6 до 10-3
Т.е. при рассмотрении всего комплекса данных явной
зависимости отношения от масштаба землетрясения не
обнаруживается.
Регистрация и анализ слабых событий
2
lgNсум (1 год, 1000 км )
0.5
-1.5
-3.5
-5.5
-7.5
1.5
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
Магнитуда, М
На территории пункта
размещения ЛАЭС — в радиусе
30 км от станции — в течение
года может регистрироваться 63
события с М = -1 и только одно
событие с М = 1.
Палеоземлетрясения (10 – 20 тыс. лет назад)
Район размещения ЛАЭС-2 (землетрясения с 1800 по 2005 гг)
Зависимости, полученные по данным для:
Континентального склона и Атлантического побережья Фенноскандии
Западно-Ботнического побережья, Восточно-Ботнической зоны, Кандалакшского
грабена
Срединно-Атлантического рифта
Магнитуда, М
-1
0
1
Количество событий N
в год (радиус 30 км.)
63
6
1
Количество событий N
в год (радиус 300 км.)
[Бугаев, Кишкина, 2009]
2
13
3
• Чувствительность,
необходимая для
регистрации событий
с М = -1
1
• Обеспечение
точности локации
источников событий
СТРУКТУРНАЯ ПОЗИЦИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ,
ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫХ МАЛОАПЕРТУРНОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ГРУППОЙ
“СОСНОВЫЙ БОР”
Локализация источников
событий контролируется
зоной динамического
влияния поперечных зон
концентрации напряжений.
Зеленые, желтые, красные, синие
кружки – эпицентры исторических
землетрясений (за основу взята
карта геодинамически активных зон
района ЛАЭС-2 из отчета Шварева,
2008, ИФЗ РАН).
Площадка НИЖЕГОРОДСКОЙ АЭС
СЕТЬ СТАНЦИЙ
МАЛОАПЕРТУРНАЯ ГРУППА ИДГ РАН
Длительность регистрации:
2,5 мес.
11 мес.
Местных
событий
зафиксировано
Зарегистрированы
слабые местные
события
не было
Результат регистрации: 535/11 и 598/2.5 мес
Определены
эпицентры у 2-х
событий
(предположительно
взрывы)
(кол-во событий / период регистрации)
Землетр.
65
11%
2
Не
определено
(взрывы???)
100
Акустика
306
50%
Взрывы
189
32%
435
Далекие землетрясения
Не ясно
22
4%
Близкие
16
3%
Определены
эпицентры
всех событий
Дата
12.09.2013
09.09.2013
02.09.2013
23.08.2013
20.08.2013
13.08.2013
06.08.2013
30.07.2013
18.07.2013
11.07.2013
04.07.2013
27.06.2013
20.06.2013
10.06.2013
30.05.2013
17.05.2013
Магнитуда
Регистрация сигналов от карьерных взрывов
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ КАРЬЕРА по карте
Карьер горно-обогатительного комбината
ОАО «УралАсбест» , Свердловская обл.
Снимок со спутника из сервиса Google
(слева)
Фото (внизу)
10 км
Амплитуда, микрон/с
СЕЙСМИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ ОТ ВЗРЫВОВ
4
Z
2
0
-2
Амплитуда, микрон/с
-4
4 0
20
40
60
80
100
NS
Время, с
2
0
-2
4 0
20
40
60
80
Время, с
100
EW
2
0
-2
-4
0
20
40
60
80
100
Время, с
1,E+01
Спектральная плотность
мощности
Амплитуда, микрон/с
-4
Z, NS, EW
1,E+00
1,E-01
1,E-02
1,E-03
1,E-04
1,E-05
1,E-06
0,1
1
10
Частота, Гц
100
Что затрудняет обнаружение слабых событий
Амплитуда,
мкм/с
30
Z, Бычья Голова
0
-30
Амплитуда,
мкм/с
0
5
10
15
20
Время, с
25
2
30
35
40
Z, Сосновый Бор С00
Один и тот же источник:
-на скале (верхн.график)
0
-2
0
5
10
15
20
Время, с
25
30
35
40
- в рыхлых отложениях
(нижний график)
- мощные отложения рыхлых осадочных пород: вырастает уровень
шумов, быстро изменяется форма сигнала;
- территория густо населена; сопутствующий фактор антропогенной
насыщенности — резкое повышение числа помех (авто- и железные
дороги, промышленные предприятия и т.д.)
Сопоставление
результатов
анализа
сейсмических
данных
с имеющимися
картами
линеаментов
НИЖАЭС
9.5 месяцев
(2011, 2012, 2013)
Регистрация и анализ слабых событий
10000
Расстояние, км
1000
100
10
1
0.1
-3
-2
-1
0
1
Магнитуда, M
2
3
4
Минимальные
регистрируемые М:
М=0(-0.5) — 10 км;
М= -1 — 4 км
ГРУППА, ННАЭС;
М= -2 — 1 км.
9.5 месяцев (лето 2011, 2012, 2013)
М = 1 до 100 км;
местные: 35 сигналов с М от -1.2 до 1.3
М=1.5 — до 200 км;
М=1.7 — до 300 км.
Необходимость и возможность контроля
сейсмического режима даже на слабоактивной
территории
-
появление новых объектов
контроля;
-
изменение наших представлений о
сейсмическом режиме территории;
-
прогресс в области
регистрирующей аппаратуры;
-
развитие методов и возможностей
обработки полученных данных.
Необходимо обеспечить регистрацию
и анализ СЛАБЫХ (М<=0) сигналов
Необходим анализ ВСЕХ сигналов
Оценка параметров «взрывных»
сигналов = ОЦЕНКА
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ регистрации
Сопоставление
результатов
анализа
сейсмических
данных
с имеющимися
картами
линеаментов
НИЖАЭС
9.5 месяцев
(2011, 2012, 2013)
ЯВЛЕНИЯ, СПОСОБНЫЕ ВОЗБУЖДАТЬ
В ОКРУЖАЮЩЕМ МАССИВЕ СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ
Пример локализации
карстовых процессов
методом
сейсмологического
мониторинга
Gilles Hillel Wust-Bloch and Manfred
Joswig, Geophys. J. Int. (2006)
ВЫВОДЫ
Для уверенного контроля территории система
мониторинга должна обеспечивать продолжительную
регистрацию весьма слабых сейсмических событий
(с магнитудой до -1 в нашем случае), поскольку
появление именно таких событий на рассматриваемой
территории наиболее вероятно.
От подобных оценок можно/нужно отталкиваться при
организации и проведении сейсмологического
мониторинга в платформенных условиях: именно
регистрация слабых сейсмических событий позволяет в
обозримые сроки накопить представительную
статистику для оценки основных параметров проектных
основ в пределах слабоактивных территорий.
Е. Г. Бугаев, С. Б. Кишкина, И. А. Санина. Ядерная
и радиационная безопасность. М. 2012, № 3 (65).
Для решения вопросов безопасности объектов с
потенциально высоким уровнем ущерба
(даже для опасностей с малой степенью вероятности)
необходима методика, соответствующая современному
уровню развития сейсмологии