Магнитуда сейсмических рисков

Сибири связаны с техногенными факторами, и это требует инновационных разработок в области сейсмического мониторинга и исследования рисков от сейсмической активности, вызванной деятельностью человека. В этом уверен директор Алтае-Саянского филиала Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН» Алексей Александрович Еманов.

– Алексей Александрович, какие приоритеты в работе Алтае-Саянского филиала Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН» намечены на 2025 год?

– Приоритеты в нашей работе останутся прежними. Цель нашей работы – это обеспечение безопасности людей. Мы стремимся сделать жизнь в России безопаснее и счастливее, изучая нашу планету, создать более безопасное место для людей за счет снижения сейсмического и других природных рисков, связанных с литосферой.

Опасность землетрясений очевидна, и важный момент – это проведение постоянного мониторинга сейсмической активности. В Алтае-Саянском регионе такой работой и занимается наш филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН».

Кроме природной опасности землетрясений, следует учитывать, что сейчас серьезно повышается техногенная нагрузка на земную кору. И соответственно растет количество техногенных землетрясений. С ними мы тоже работаем очень много. Только что образован, например, Совет по сейсмике в администрации Кемеровской области, куда мы также вошли. Наши специалисты создали на Кузбассе большую сеть станций для изучения природной и техногенной сейсмичности, которая возникает в местах добычи полезных ископаемых.

Один из интересных моментов нашей работы в последнее время – мониторинг сейсмичности в районе города Ленинск-Кузнецкий. Установленная там сеть станций регистрирует повышенное количество слабых землетрясений. По нашим данным, они ощущаются жителями города примерно также как от проходящего рядом железнодорожного состава. Так что пока никакой опасности от повышенной сейсмической активности в этом регионе не наблюдается. Но тем не менее, мониторинг ситуации мы ведем и изучаем воздействие этих событий на здания и сооружения.

Важнейшая часть нашей работы – оценка сейсмичности инженерно-геологических изысканий, проведение микросейсмического районирования и изучение усиления балльности, которое происходит под зданиями. Грунтовые условия постоянно меняются и так или иначе усиливают возникающие колебания сооружений. А стоит отметить, что в большинстве случаев дома стоят на осадочных слоях. Если взять Новосибирск – это глины, в которых могут происходить резонансы. Важно изучать эти резонансные условия и понимать, как они могут повлиять на строения. Методика, которую мы применяем при этом, – на основе метода стоячих волн – пожалуй, самая совершенная методика в мире на сегодняшний день.

Потому что то, что применяется сейчас и в России, и в других странах, просто дает карту усилений балльности землетрясений на определенной территории. А наши технологии позволяют изучать резонансную картину на каждой частоте и составлять намного более точную прогнозную карту приращения балльности интенсивности сейсмического воздействия землетрясений. Это помогает строить здания с большим запасом прочности, минимизируя риски возможных последствий от сейсмической активности.

Продолжает стремительно развиваться оценка физического состояния различных строений. И сейчас мы работаем над мониторингом зданий и сооружений в режиме реального времени. Сначала мы проводим обследование конструкции, изучаем ее резонансные характеристики с помощью метода стоячих волн. После этого устанавливаем несколько приборов, которые работают непрерывно, и на основе их показаний ведем мониторинг происходящих изменений. Это позволяет оперативно получать данные об изменившихся резонансных характеристиках здания или сооружения после каких-либо сейсмических событий, а также в результате старения в процессе эксплуатации.

Таким образом получается, что мы контролируем полный цикл от сейсмической опасности к сейсмическому риску: изучая сейсмическую опасность, затухание сейсмических волн в среде, грунтовые характеристики и уязвимости сооружений. Цель – минимизация риска для жизни и деятельности людей, прогнозирование вероятного риска сейсмических событий. Вероятный риск – это произведение вероятной опасности на вероятную уязвимость: даже если опасность высокая, можно спроектировать здание с низкой уязвимостью и строить такие сооружения, которые не будут разрушаться. А зная слабые стороны уже построенных зданий, при определении повышенного риска можно задать параметры их ретрофитинга, реконструкции, изменения их резонансных свойств, чтобы усилить их сейсмостойкость.

– Эти приоритеты в вашей работе наверняка будут актуальны и в дальнейшем…

– Конечно, ведь минимизация рисков от природных и технологических катаклизмов – первоочередная наша задача. Вспомните, например, землетрясение в Турции в феврале 2023 года. Почему тогда было разрушено так много зданий и сооружений? Потому что они строились без учета сейсмической опасности для данного региона. Устоял лишь один городок, мэр которого очень жестко требовал соблюдать требования сейсмической безопасности.

Понятно, что при любом строительстве возникает и вопрос экономической целесообразности. Построить здания, которые не будут разрушаться при землетрясениях, можно. Например, таким образом строятся атомные электростанции – в расчете на максимальные возможные сотрясения. Но стоимость такого строительства существенно возрастает. Поэтому очень важно найти баланс между безопасностью строящегося объекта и его экономической составляющей. При сейсмическом районировании наши специалисты, конечно же, учитывают все подобные нюансы. Учитываем активность зон возможных очагов землетрясения, изучаем скорость сейсмотектонического процесса. Получая данные из самых различных источников, мы мониторим даже самые малые землетрясения. Зная, какое количество слабых землетрясений происходит в интересующем нас районе, и наблюдая за зоной, которая может активизироваться, мы оцениваем, как часто могут происходить так называемые характеристические землетрясения, охватывающие всю исследуемую зону.

Что касается повторяемости крупных землетрясений, перерыв между ними может составлять сотни и тысячи лет. Зачастую о них не остается никаких исторических свидетельств. К примеру, первая информация о сейсмических событиях в Новосибирской области относится к 1800-ым годам – Бердское землетрясение. Его описывали жители Бердского острога.

Так что мы оцениваем сейсмическую опасность с учетом множества факторов. При гражданском строительстве, к примеру, в Новосибирске рассчитывается вероятность шестибалльных землетрясений. По нашим оценкам, на протяжении пятидесяти лет с вероятностью на 95 процентов превышения шести баллов в Новосибирске не будет.

– Расскажите о новых достижениях деятельности вашего филиала в 2024 году.

– Интересен в 2024 году ряд работ, которые мы вели с золотодобывающими компаниями. Они используют грунтовые дамбы, и наши специалисты осуществляли мониторинг их сейсмической устойчивости. Составляли их динамические паспорта с использованием метода стоячих волн.

Завершаем работы по договору с Саяно-Шушенской ГЭС и Майнской ГЭС на Енисее. Специалисты нашего филиала развивают там сеть сейсмических станций по самым строгим требованиям.

Большая работа ведется в Кузбассе по мониторингу шахтной сейсмичности. Акцент при этом делается на определение последствий малых землетрясений на строения в заселенных районах региона.

– Как развивается сеть станций постоянного мониторинга сейсмической активности в регионах вашей ответственности?

– Сейчас в сети Алтае-Саянского филиала работает порядка восьмидесяти станций. Практически все станции передают информацию в режиме реального времени, и она сразу же обрабатывается и анализируется.

Один из важных моментов, которым мы начали вплотную заниматься в 2024 году, – работа с компанией «Кузбассразрезуголь». У этой компании – 22 разреза на территории Кемеровской области. Им важно очень быстро получать достоверные данные о любом событии, которое может повлиять на безопасность работ. Контроль сейсмичности включен в многофункциональную систему безопасности Ростехнадзора. Выполняя заказ «Кузбассразрезугля», мы выстроили систему обработки всех данных о землетрясениях, которые могут так или иначе повлиять на безопасность промышленных объектов. Операторы этого мониторинга дежурят круглосуточно, и постоянно происходит обработка поступающей информации. Диспетчер на карьере получает уже проанализированные данные и расчетную вероятность влияния сейсмического события на конкретный разрез. В автоматическом режиме обработка информации о сильном землетрясении занимает около 90 секунд.

Интересным было и участие наших специалистов в международном эксперименте по изучению землетрясений в районе озера Хубсугул на территории Монголии. При этом мы использовали для обработки информации о землетрясениях программное обеспечение с искусственным интеллектом разработки Стэнфордского университета, которую мы адаптировали для конкретных условий изучаемой территории. Это программное обеспечение мы использовали, в том числе, на Горном Алтае. В итоге мы приступили к формированию собственных баз данных и датасетов для обучения нейронных сетей анализу сейсмических событий.

Продолжают специалисты Алтае-Саянского филиала Единой геофизической службы РАН модернизировать оборудование, которое используется в работе. Все регистраторы, которые мы используем, разрабатываются у нас же. Сейчас регистраторы серии «Байкал» можно назвать лучшими в России по всем основным характеристикам. В 2025 году планируем с помощью регистраторов собственной разработки приступить к мониторингу акустических и инфразвуковых сигналов.

– Какими научными разработками будет прирастать сейсмология Сибири в ближайшее время?

– У нас есть четкие государственные задачи, которые мы должны выполнить. Будем заниматься проведением и совершенствованием непрерывного интеллектуального сейсмологического, геофизического и геодинамического мониторинга на глобальном, федеральном и региональном уровнях. Развивать открытые информационные ресурсы о землетрясениях на территории России и сопредельных стран, разрабатывать интерактивные средства сбора, анализа и представления сейсмологических данных. Работать над изучением эволюционной динамики земной коры Сибири и развития сейсмотектонических процессов, предшествующих катастрофическим событиям, по данным мониторинга землетрясений. Продолжим мониторинг полей малоамплитудных геофизических сигналов для контроля над опасными процессами при техногенном воздействии на земную кору.

– На мониторе в вашем кабинете можно видеть сейсмическую обстановку в реальном времени. Сейсмодатчики улавливают малейшие колебания земной поверхности. Как ведет себя земная твердь в последнее время? Что изменилось в колебаниях поверхности?

– За последние пятнадцать лет очень сильно увеличилось количество землетрясений, связанных с деятельностью человека. Но, как правило, они не имеют катастрофических магнитуд. Самое большое землетрясение, которое наблюдалось в 2013 году, – Бачатское, магнитуда – шесть. Оно дало старт более активной сейсмичности на Алтае. Поэтому за техногенными землетрясениями необходимо наблюдать очень внимательно. И, конечно, сбор и анализ информации о землетрясениях нужно проводить в реальном времени, чтобы максимально быстро и эффективно реагировать на них.

Отдельная важная тема наших исследований будет сопряжена с мониторингом литосферы с использованием мощных виброисточников. На нашем сейсмическом полигоне установлены источники, которые могут генерировать искусственное землетрясение, растянутое во времени, и потом запись на окружающих станциях пересчитывается в обычное сейсмическое событие.

Наши специалисты уже много лет изучают возможные риски при самых различных сейсмических характеристиках. Эти исследования также помогут развивать технологическую безопасность при строительстве зданий и сооружений в регионах Сибири. Таким образом мы добиваемся наиболее точных обоснованных оценок опасностей от землетрясений.