ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НА ЦЕЛОСТНОСТЬ ТРАНССАХАЛИНСКОЙ ТРУБОПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ

Магистральные трубопроводы – сооружения нефтегазовой отрасли, относящиеся к категории опасных производственных объектов. Главной задачей  безопасности является сохранение целостности трубопровода, поскольку разрыв в первую очередь приведет к экономическим потерям: как из-за потерь перекачиваемого сырья и остановки цикла, так и вследствие ликвидации последствий для экологии, поскольку ущерб, наносимый разливами нефти и нефтепродуктов из трубопроводов оценивается крайне высоко.

Одним из сложнейших проектов в этой области является Транссахалинская трубопроводная система проекта «Сахалин-2». Трубопровод уложен подземным способом на 800 км по территории острова в меридиональном направлении, пересекая различные ландшафты и природные объекты, в том числе 19 активных тектонических разломов и более 200 рек.

Основная проблема обеспечения целостности трубопровода – сохранение ландшафтов, а именно его литогенной составляющей, чему угрожает высокая сейсмическая активность.

Сахалин в геологическом отношении еще молод и располагается в пределах Сахалинского сейсмоактивного региона Тихоокеанского сейсмического пояса. Несмотря на то, что до 1995 года регион относился к территориям с умеренным проявлением сейсмической активности, именно здесь регистрируется землетрясения интенсивностью 8-9 и 9-10 баллов по 12-балльной макросейсмической шкале MSK-64.

Как известно, один из важнейших принципов существования конкретного ландшафта по Солнцеву – это неравнозначность взаимодействующих факторов. «Ряд Солнцева» представляет собой комплекс следующих компонентов: геологическая структура – земная кора – рельеф – климат (воздушная масса) – поверхностные воды – почвы – растительность – животный мир – характеризуют "силу" воздействия компонентов друг на друга, которая убывает от начала ряда к его концу, а устойчивость к внешним воздействиям возрастает в обратном направлении.

Следовательно по Солнцеву географический ландшафт - это генетически однородный ПТК, имеющий одинаковый геологический фундамент (одну морфоструктуру), и его основу составляет литогенная основа. Землетрясения же являются процессами, преобразующими ее.

Сила изменения ландшафта в результате землетрясения напрямую зависит от рельефа местности (в горной местности изменения сильнее), пород, на которых он сформировался, а также от глубины очага. Упругие и пластические свойства горных пород существенно влияют на процесс их разрушения.

Основными свойствами горных пород, влияющих на их деформацию при землетрясении являются упругость, хрупкость, пластичность, реологические свойства (для предсказания оползневых эффектов) [1, 3].

24-25 августа 2016 года в Италии в 45 км к северу от города Л’Акуила произошло землетрясение магнитудой 6,2-6,4 по шкале Рихтера, очаг залегал на глубине 10,0 км [5]. Институт электромагнитного зондирования окружающей среды (IREA) Национального исследовательского совета Италии (CNR) c помощью данных радаров космической миссии Sentinel-1 от 20 августа (Sentinel-1B) и 26 августа (Sentinel-1A) построил интерферограммы (рис. 1), которые показали деформации по направлению север-юг около 20 см, в направлении запад-восток с максимальными значениями деформации около 16 см в западном направлении [6-7].

Рисунок 1. Карта со-сейсмической деформации © ESA/ CNR-IREA (Стрелка указывает на локализованную деформацию на стороне Монте-Ветрера, вероятно, связанную с нестабильностью склона)

Также на основе данных полученных на нисходящей орбите до и после землетрясения можно выделить локализованные деформационные эффекты (оползни, реактивированные разломы), такие как, например, смещение грунта,) вероятно, связанное с нестабильностью склона [7].

Очаг землетрясения находился в Северных Апеннинах, основную роль в их строении играют третичные глины, меньшую (в основном в водораздельных частях хребтов) песчаники и конгломераты [8]. Модуль упругости и коэффициент пластичности у глин и песчаников относительно невелик, что объясняет просадку грунта, а смещение грунта вызвано высокой ползучестью глин.

Землетрясение с подобными деформациями сильно изменило внешний вид ландшафта района (рис. 2) – оголились склоны, нарушился почвенный и растительный покров, следовательно, ландшафт не просто изменился, а фактически разрушился. На видоизменной местности далее началось формирование нового ландшафта согласно «рядам Солнцева».

Рисунок 2. Дорога в городе Аматриче, разрушенная в результате землетрясения © РИА Новости / Наталия Шмакова

Другое, более мощное землетрясение магнитудой 7.8 [11] произошло 25 апреля 2015 года в 82 км к северо-западу от Катманду на глубине около 15 км, в результате которого столица Непала, стоящая на блоке земной коры размерами примерно 120 на 60 километров [9], в результате землетрясения сдвинулась более чем на два метра [12] к югу всего за 30 секунд.

Рядом с границей плит наблюдалось поднятие блока Евроазиатской плиты (рис. 3) (синяя область). Далее к северу произошло опускание грунта (красные и желтые области), противодействие, которое часто происходит при землетрясениях в зонах субдукции. Ученые также отметили горизонтальное смещение площади до двух метров в направлении север-юг [10]. Судя по интерферограмме наибольшие сдвиги произошли примерно в 17 км от Катманду.

Область землетрясения располагается в районе южных предгорий, которые сложены преимущественно песчаниками и конгломератами, коренные склоны и осевая зона — гнейсами, кристаллическими сланцами, гранитами, филлитами и другими кристаллическими и метаморфическими породами [13]. Данные породы обладают достаточно высокой упругостью и пластичностью, что обусловило сохранение относительной целостности пород и смещений блоками.

Рисунок 3. Карта смещений поверхности земли вдоль линии обзора спутника Sentinel-1A ©DLR/EOC

Возвращаясь к острову Сахалин и безопасности Транссахалинской трубопроводной системы, хотелось бы отметить, что за последние 50 лет произошло 4 крупных землетрясения: Монеронское (1971), Нефтегорское (1995), Углегорское (2000) и Невельское (2007).

Рисунок 4. Расположение очагов крупнейших за последние 50 лет очагов землетрясений и возможная зона разгрузки (оранжевая область)

Проанализировав расположение очагов крупнейших землетрясений (рис. 4) можно заметить, что для региона характерна миграция тектонических волн и крупных землетрясений по региональным разломам [4]. Предположительно, ближайшей разгрузки, а значит и крупного землетрясения следует ожидать в центральной части острова между Западно-Сахалинским и Северо-Сахалинским разломами.

В этой области Транссахалинская трубопроводная система проходит по тектонической чешуе Центрально-Сахалинской синклинории, между Центрально-Сахалинским и Хоккайдо-Сахалинскими региональными разломами [2].

Центрально-Сахалинская синклинория вместе с мегаантиклинорией является тылом Восточно-Сахалинской коровой аллохтонной пластины, наряющей по Центрально-Сахалинскому разлому под Западно-Сахалинский антиклинорий [2, 4].

Проведя анализ геологической карты Сахалина, можно сказать, что в зоне прокладки трубопровода Центрально-Сахалинская синклинория имеет мощный осадочный чехол. Трубопровод уложен в терригенно-осадочные образования четвертичной системы. Терригенные породы относятся к пластично-хрупким, степень их растрескиваемости зависит от типа цемента. Наиболее пластичные породы с глинистым цементом.

В районе ожидаемой разгрузки трубопровод пересекает восемь активных тектонических разломов. Учитывая уровень сейсмичности острова, процессы подныривания, наблюдаемые в данном районе, в случае землетрясения возможны горизонтальные и вертикальные подвижки, подобные описанным в Италии и Непале.

В связи с этим необходимо подчеркнуть важность мониторинга сейсмического состояния острова с целью сохранения целостности Транссахалинской трубопроводной системы во избежание экологических и экономических последствий.

Магнитуда последнего крупного землетрясения в Невельске составила 5,6 баллов. Максимальная магнитуда в 9 баллов была зарегистрирована при Нефтегорском землетрясении. Поэтому стоит ожидать следующего толчка в этих границах. Беря во внимание изменения ландшафтов в результате Итальянского и Непальского землетрясений, остается открытым вопрос: выдержат ли специальные переходы трубопровода через разломы в рассматриваемом районе при землетрясении с высокой магнитудой?

Список литературы:

1. Ильницкая Е.И. Свойства горных пород и методы их определения.- М.: Недра, 1973. – с. 54-60.
2. Ржевский В.В. Основы физики горных пород /В.В. Ржевский, Г.Я. Новик.- М.:Недра, 1978.- 390 с.
3. Ломтев В.Л., Никифоров С.П., Ким Чун Ун Тектонические аспекты коровой сейсмичности Сахалина // Вестник ДВО РАН. 2007. No 4. С. 64-71
4. Сейсмическое районирование Сахалина. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1977 г. 140 с.
5. Gismeteo: Землетрясение в Италии вызвало сдвиг ландшафта [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.gismeteo.ru/news/sobytiya/20630-zemletryasenie-v-italii-vyzvalo-sdvig-landshafta/  (дата обращения: 23.12.17)
6. CNR-IREA: Satellite sensing helps to identify the faults of the Amatrice earthquake of 24/08/2016 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.irea.cnr.it/en/index.php?option=com_k2&view=item&id=595:satellite-sensing-helps-to-identify-the-faults-of-the-amatrice-earthquake-of-24-08-2016 (дата обращения: 23.12.17)
7. CNR-IREA: New results on the Amatrice earthquake of August 24, 2016, obtained from Sentinel-1 and COSMO-SKyMed satellites radars [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.irea.cnr.it/en/index.php?option=com_k2&view=item&id=594:new-results-on-the-amatrice-earthquake-of-august-24-2016 (дата обращения: 23.12.17)
8. Geogmap: Европейское Средиземье [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.geogmap.ru/sydols-746-5.html (дата обращения: 24.12.17)
9. N+1: Получены интерферограммы Непала после землетрясения [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  https://nplus1.ru/news/2015/04/29/sentinel-shot-nepal (дата обращения: 24.12.17)
10. DLR. Earth Observation Center: EOC Radar Analysis Reveals Large-scale Ground Displacement Caused by the Nepal Earthquake [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.dlr.de/eoc/en/desktopdefault.aspx/tabid-10192/17388_read-42404/ (дата обращения: 24.12.17)
11. USGS: M 7.8 - 36km E of Khudi, Nepal [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us20002926#origin (дата обращения: 24.12.17)
12. The Sydney Morning Herald: Kathmandu shifts three metres in 30 seconds [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.smh.com.au/world/kathmandu-shifts-three-metres-in-30-seconds-20150426-1mtc5x.html (дата обращения: 24.12.17)