Сейсмические события, происходящие на рудниках, обусловлены как природными, так и техногенными причинами. Уникальные фактические данные, полученные при детальных мониторинговых наблюдениях в двух горнодобывающих регионах Северного Урала, позволяют поставить задачу: выявить и сопоставить особенности динамики сейсмических процессов и сделать предположения относительно причинно-следственных связей между внешними воздействиями (техногенными и природными) и сейсмическими событиями.
Многие объемы горных пород являются мультиосцилляторными (полиритмичными) системами, функционирующими в режиме сезонных и других ритмов. По-видимому, горные породы способны как к синхронизации с внешними воздействиями, так и к десинхронизации и ресинхронизации. Возможно, что в какие-то интервалы времени среда не реагирует на какие-то слабые воздействия, а после сильного воздействия (например, землетрясения) — реагирует.
В ряде случаев сейсмологи пытаются исследовать воздействия на горные породы, связанные не только с внутренними тектоническими процессами, но и с другими, в частности приливными, гео- и гелиомагнитными и техногенными воздействиями. Мы также делаем такую попытку.
Режимы изменений различных показателей в разных сферах и разных временных масштабах индивидуальны, имеют характерные особенности, которые изменяются во времени. Эта изменчивость часто непредсказуема; нет видимых внешних причин, вызвавших ее. Часто имеет место нелинейная реакция объектов на внешние воздействия, например неожиданно сильная реакция на очень слабые воздействия (триггерный эффект). Поэтому важно определять критические ситуации, при которых наступают такие явления.
Большую роль играет множественность воздействий, тогда объект «выбирает» то воздействие, на которое он будет реагировать в первую очередь. Могут происходить явления, обусловленные цепочками сложно связанных между собой событий. Особенно сложно установить причинно-следственные связи в природно-технических системах, например в горнодобывающих объектах.
В таких системах породные массивы испытывают сильные техногенные воздействия, которые действуют наряду с природными, и определить причину возникновения сейсмического события трудно. В то же время при наблюдениях на горных выработках исследователь знает, где именно может произойти сейсмическое событие; в этом его преимущество перед сейсмологом, которому местонахождение будущего гипоцентра часто неизвестно даже приблизительно.
Уральский регион относится к числу наиболее развитых горнодобывающих регионов России. Здесь уже длительное время ведется крупномасштабная разработка самых различных месторождений. Влияние горных работ привело к развитию в недрах интенсивных техногенных процессов, прежде всего разномасштабных проявлений сейсмичности.
Техногенные землетрясения происходили в Кизеловском бассейне, на Североуральском, Южноуральском бокситовых рудниках и Верхнекамском месторождении калийных солей.
По частоте и характеру проявления горных ударов Кизеловский угольный бассейн (КУБ) в середине 1950-60-х годов был признан наиболее опасным угольным бассейном СССР. В 70-80-с годы прошлого века наиболее удароопасным бассейном СССР стал Североуральский бокситовый рудник (СУБР).
Для контроля и прогнозирования горных ударов в обоих бассейнах были установлены автоматизированные системы сейсмического контроля — для КУБа в зоне 1.8 х 1.8 км2, а для СУБРа — в полосе примерно 2×10 км2, т.е. на более обширной площади. За более чем 20 лет сформированы уникальные базы данных, которые открывают широкие возможности для исследований закономерностей проявления техногенной сейсмичности.
Нами выполнены исследования возможного влияния разных факторов — техногенного (взрывы) и природного (гео- и гелиомагнитной активности, приливных сил, скорости вращения Земли и т.д.) на особенности динамики сейсмичности для обоих названных выше горнодобывающих районов Урала — КУБа и СУБРа, расположенных в 180 км один от другого (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Географическое положение КУБа и СУБРа