Московский физико-технический институт
г. Москва и Московская область, Россия
Россия
Московский физико-технический институт
Россия
Институт геологии рудных месторождений петрографии минералогии и геохимии Российской академии наук
Россия
Россия
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
УДК 550.34 Сейсмология
УДК 550.383 Главное магнитное поле Земли
ГРНТИ 37.01 Общие вопросы геофизики
ГРНТИ 37.15 Геомагнетизм и высокие слои атмосферы
ГРНТИ 37.25 Океанология
ГРНТИ 37.31 Физика Земли
ГРНТИ 38.01 Общие вопросы геологии
ГРНТИ 36.00 ГЕОДЕЗИЯ. КАРТОГРАФИЯ
ГРНТИ 37.00 ГЕОФИЗИКА
ГРНТИ 38.00 ГЕОЛОГИЯ
ГРНТИ 39.00 ГЕОГРАФИЯ
ГРНТИ 52.00 ГОРНОЕ ДЕЛО
ОКСО 05.00.00 Науки о Земле
ББК 26 Науки о Земле
ТБК 63 Науки о Земле. Экология
BISAC SCI SCIENCE
Интенсификация горных работ всё чаще приводит к появлению крупных природнотехногенных землетрясений и горно-тектонических ударов в ранее слабосейсмичных и асейсмичных областях. Инициирование крупных сейсмических событий связано с проскальзыванием по существующим тектоническим разломам и крупным трещинам, структура которых существенно изменяется вдоль их простирания. В настоящей работе проводится анализ параметров шахтной сейсмичности на Коробковском железорудном месторождении, в пределах которого локализован крупный Северо-Восточный разлом. Анализ проводится с целью оценки вероятности инициирования крупных сейсмических событий на участках разлома с различной структурой осевой зоны. На месторождении применяется технология короткозамедленного взрывания и этажно-камерная система разработки, что вызывает инициирование слабой сейсмичности в пределах шахтного поля. При массовых взрывах во вмещающем массиве сейсмические события локализуются в пределах разрабатываемой камеры. Статистика магнитуд сейсмических событий описывается степенным законом, а значение скейлингового параметра 𝑏-value, как правило, меньше 2. При взрывах в окрестности разлома сейсмические события локализуются вдоль его простирания, а скейлинговый параметр 𝑏-value имеет значение больше 2. Для Коробковского железорудного месторождения главной особенностью индуцированных событий является их низкая приведенная энергия 8,9 × 10−9–4,9 × 10−7, Дж/(Н·м) соответствующая классу «медленных» землетрясений. Ядро Северо-Восточного разлома сложено преимущественно породами со свойством скоростного упрочнения, что, также, обуславливает инициирование именно медленных событий. Совместный анализ данных сейсмического мониторинга и сведений о структурных и реологических свойствах пород, слагающих ядро разлома, позволяет предполагать, что в окрестности Северо-Восточного разлома в пределах шахтного поля накопленные деформации могут реализовываться преимущественно посредством медленных и асейсмичных подвижек.
медленные землетрясения, скоростное упрочнение, шахтная сейсмичность, тектонический разлом, сейсмический мониторинг
1. Беседина А. Н., Кишкина С. Б., Кочарян Г. Г. и др. Характеристики слабой сейсмичности, индуцированной горными работами на Коробковском месторождении Курской магнитной аномалии // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 3. — С. 12—24. — DOI:https://doi.org/10.15372/ftprpi20200302.
2. Востриков В. И., Усольцева О. М., Цой П. А. и др. Особенности развития процессов деформирования и микросейсмической эмиссии при нагружении образцов горных пород до разрушения // Интерэкспо Гео-Сибирь. — 2016. — Т. 2, № 3. — С. 45—49. — EDN: https://elibrary.ru/VXLLAX.
3. Гиляров В. Л., Дамаскинская Е. Е., Кадомцев А. Г. и др. Анализ статистических параметров данных геоакустического мониторинга на месторождении «Антей» // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2014. — № 3. — С. 40—45. — EDN: https://elibrary.ru/SMIDIP.
4. Гридин Г. А., Остапчук А. А., Григорьева А. В. и др. Вариации структурных и физико-механических свойств тектонического разлома в приповерхностной зоне // Физика Земли. — 2025. — № 1. — В печати.
5. Захаров В. Н. Сейсмоакустическое прогнозирование и контроль состояния и свойств горных пород при разработке угольных месторождений. — Москва : ИГД им. А. А. Скочинского, 2002. — 172 с.
6. Змушко Т. Ю., Турунтаев С. Б. и Куликов В. И. Связь шахтной сейсмичности с режимом горных работ на шахтах Воркуты // Динамические процессы в геосферах. — 2011. — № 2. — С. 75—88. — EDN: https://elibrary.ru/TMYUCR.
7. Кейлис-Борок В. И. Исследование механизма землетрясений. — Москва : АН СССР, 1957. — 148 с.
8. Кочарян Г. Г. Геомеханика разломов. — Москва : ГЕОС, 2016. — 432 с.
9. Кочарян Г. Г., Беседина А. Н., Гридин Г. А. и др. Трение как фактор, определяющий излучательную эффективность подвижек по разломам и возможность их инициирования. Состояние вопроса // Физика Земли. — 2023. — № 3. — С. 3—32. — DOI:https://doi.org/10.31857/S0002333723030067.
10. Кочарян Г. Г., Будков А. М. и Кишкина С. Б. Об инициировании тектонических землетрясений при подземной отработке месторождений // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2018. — № 4. — С. 34—44. — DOI:https://doi.org/10.15372/FTPRPI20180405.
11. Кочарян Г. Г., Куликов В. И. и Павлов Д. В. О влиянии массовых взрывов на устойчивость тектонических разломов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 6. — DOI:https://doi.org/10.15372/FTPRPI20190605.
12. Лавров А. В. и Шкуратник В. Л. Акустическая эмиссия при деформировании и разрушении горных пород (обзор) // Акустический журнал. — 2005. — Т. 51. — С. 6—18. — EDN: https://elibrary.ru/HSIMXL.
13. Лобацкая Р. М. Зоны динамического влияния разломов по анализу сопутствующих разрывов // Геология и геофизика. — 1983. — № 6. — С. 53—61.
14. Ловчиков А. В. Сильнейшие горно-тектонические удары и техногенные землетрясения на рудниках России // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2013. — № 4. — С. 68—73. — EDN: https://elibrary.ru/RADOWD.
15. Морозова К. Г., Остапчук А. А., Беседина А. Н. и др. Классификация сейсмических событий, сопровождающих взрывной способ разработки массива горных пород // Сейсмические приборы. — 2022. — Т. 58, № 4. — С. 97— 110. — DOI:https://doi.org/10.21455/si2022.4-6.
16. Опарин В. Н., Усольцева О. М., Семенов В. Н. и др. О некоторых особенностях эволюции напряженнодеформированного состояния образцов горных пород со структурой при их одноосном нагружении // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2013. — № 5. — С. 3—19. — EDN: https://elibrary.ru/RFSKVN.
17. Патонин А. В., Шихова Н. М., Пономарев А. В. и др. Модульная система непрерывной регистрации акустической эмиссии для лабораторных исследований разрушения горных пород // Сейсмические приборы. — 2018. — Т. 54, № 3. — С. 35—55. — DOI:https://doi.org/10.21455/si2018.3-3.
18. Смирнов В. Б., Пономарев A. B. и Завьялов А. Д. Структура акустического режима в образцах горных пород и сейсмический режим // Физика Земли. — 1995. — № 1. — С. 38—58. — EDN: https://elibrary.ru/XGWLWZ.
19. Шебалин П. Н., Гвишиани А. Д., Дзебоев Б. А. и др. Почему необходимы новые подходы к оценке сейсмической опасности? // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. — 2022. — Т. 507, № 7. — С. 91—97. — DOI:https://doi.org/10.31857/S2686739722601466.
20. Шерман C. И., Борняков C. A. и Буддо B. Ю. Области динамического влияния разломов. — Новосибирск : Наука, 1983. — 112 с.
21. Шкуратник В. Л. и Вознесенский А. С. Акустическая эмиссия ультразвукового диапозона частот как инструмент решения задач горной геофизики // Горный журнал. — 2009. — № 1. — С. 54—57. — EDN: https://elibrary.ru/LHOUDT.
22. Adushkin V. V. Technogenic tectonic seismicity in Kuzbass // Russian Geology and Geophysics. — 2018. — Vol. 59, no. 5. — P. 571–583. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.rgg.2018.04.010.
23. Arrowsmith S. J., Arrowsmith M. D., Hedlin M. A. H., et al. Discrimination of Delay-Fired Mine Blasts in Wyoming Using an Automatic Time-Frequency Discriminant // Bulletin of the Seismological Society of America. — 2006. — Vol. 96, no. 6. — P. 2368–2382. — DOI:https://doi.org/10.1785/0120060039.
24. Bolton D. C., Shokouhi P., Rouet-Leduc B., et al. Characterizing Acoustic Signals and Searching for Precursors during the Laboratory Seismic Cycle Using Unsupervised Machine Learning // Seismological Research Letters. — 2019. — Vol. 90, no. 3. — P. 1088–1098. — DOI:https://doi.org/10.1785/0220180367.
25. Boulton C., Carpenter B. M., Toy V., et al. Physical properties of surface outcrop cataclastic fault rocks, Alpine Fault, New Zealand // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. — 2012. — Vol. 13, no. 1. — DOI:https://doi.org/10.1029/2011GC003872.
26. Brune J. N. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // Journal of Geophysical Research. — 1970. — Vol. 75, no. 26. — P. 4997–5009. — DOI:https://doi.org/10.1029/JB075i026p04997.
27. Buijze L., Guo Y., Niemeijer A. R., et al. Effects of heterogeneous gouge segments on the slip behavior of experimental faults at dm scale // Earth and Planetary Science Letters. — 2021. — Vol. 554. — P. 116652. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116652.
28. Carpinteri A., Xu J., Lacidogna G., et al. Reliable onset time determination and source location of acoustic emissions in concrete structures // Cement and Concrete Composites. — 2012. — Vol. 34, no. 4. — P. 529–537. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.11.013.
29. Chalumeau C., Agurto-Detzel H., Rietbrock A., et al. Seismological evidence for a multifault network at the subduction interface // Nature. — 2024. — Vol. 628, no. 8008. — P. 558–562. — DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07245-y.
30. Chester F. M., Chester J. S., Kirschner D. L., et al. 8. Structure of Large-Displacement, Strike-Slip Fault Zones in the Brittle Continental Crust // Rheology and Deformation of the Lithosphere at Continental Margins. — Columbia University Press, 2004. — P. 223–260. — DOI:https://doi.org/10.7312/karn12738-009.
31. Collettini C., Barchi M. R., De Paola N., et al. Rock and fault rheology explain differences between on fault and distributed seismicity // Nature Communications. — 2022. — Vol. 13, no. 1. — DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-33373-y.
32. Collettini C., Tesei T., Scuderi M. M., et al. Beyond Byerlee friction, weak faults and implications for slip behavior // Earth and Planetary Science Letters. — 2019. — Vol. 519. — P. 245–263. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.05.011.
33. Dieterich J. H. Modeling of rock friction: 1. Experimental results and constitutive equations // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. — 1979. — Vol. 84, B5. — P. 2161–2168. — DOI:https://doi.org/10.1029/JB084iB05p02161.
34. Dixon N., Smith A., Flint J. A., et al. An acoustic emission landslide early warning system for communities in lowincome and middle-income countries // Landslides. — 2018. — Vol. 15, no. 8. — P. 1631–1644. — DOI:https://doi.org/10.1007/s10346-018-0977-1.
35. Emanov A. F., Emanov A. A., Fateev A. V., et al. The technogenic Bachat earthquake of June 18, 2013 (ML = 6.1) in the Kuznetsk Basin-the world’s strongest in the extraction of solid minerals // Seismic Instruments. — 2017. — Vol. 53, no. 4. — P. 333–355. — DOI:https://doi.org/10.3103/S0747923917040041.
36. Fagereng A. and Sibson R. H. Mélange rheology and seismic style // Geology. — 2010. — Vol. 38, no. 8. — P. 751–754. — DOI:https://doi.org/10.1130/G30868.1.
37. Foulger G. R., Wilson M. P., Gluyas J. G., et al. Global review of human-induced earthquakes // Earth-Science Reviews. — 2018. — Vol. 178. — P. 438–514. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.07.008.
38. Gibowicz S. J. and Kijko A. Introduction to Mining Seismology / ed. by R. Dmowska. — Elsevier Science & Technology Books, 2013.
39. Hanks T. C. and Kanamori H. A moment magnitude scale // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. — 1979. — Vol. 84, B5. — P. 2348–2350. — DOI:https://doi.org/10.1029/JB084iB05p02348.
40. Ikari M. J., Marone Ch. and Saffer D. M. On the relation between fault strength and frictional stability // Geology. — 2011. — Vol. 39, no. 1. — P. 83–86. — DOI:https://doi.org/10.1130/g31416.1
41. Kanamori H. The energy release in great earthquakes // Journal of Geophysical Research. — 1977. — Vol. 82, no. 20. — P. 2981–2987. — DOI:https://doi.org/10.1029/JB082i020p02981.
42. Kocharyan G., Qi Ch., Kishkina S., et al. Potential triggers for large earthquakes in open-pit mines: A case study from Kuzbass, Siberia // Deep Underground Science and Engineering. — 2022. — Vol. 1, no. 2. — P. 101–115. — DOI:https://doi.org/10.1002/dug2.12028.
43. Kocharyan G. G., Ostapchuk A. A., Pavlov D. V., et al. The Effects of Weak Dynamic Pulses on the Slip Dynamics of a Laboratory Fault // Bulletin of the Seismological Society of America. — 2018. — Vol. 108, 5B. — P. 2983–2992. — DOI:https://doi.org/10.1785/0120170363.
44. Kwiatek G., Plenkers K. and Dresen G. Source Parameters of Picoseismicity Recorded at Mponeng Deep Gold Mine, South Africa: Implications for Scaling Relations // Bulletin of the Seismological Society of America. — 2011. — Vol. 101, no. 6. — P. 2592–2608. — DOI:https://doi.org/10.1785/0120110094.
45. Li B., Li N., Wang E., et al. Discriminant Model of Coal Mining Microseismic and Blasting Signals Based on Waveform Characteristics // Shock and Vibration. — 2017. — Vol. 2017. — P. 1–13. — DOI:https://doi.org/10.1155/2017/6059239.
46. Locchi M. E., Scognamiglio L., Tinti E., et al. A large fault partially reactivated during two contiguous seismic sequences in Central Italy: The role of geometrical and frictional heterogeneities // Tectonophysics. — 2024. — Vol. 877. — P. 230284. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.tecto.2024.230284.
47. Lu C.-P., Liu Y., Zhang N., et al. In-situ and experimental investigations of rockburst precursor and prevention induced by fault slip // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. — 2018. — Vol. 108. — P. 86–95. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2018.06.002.
48. Ma J., Zhao G., Dong L., et al. A Comparison of Mine Seismic Discriminators Based on Features of Source Parameters to Waveform Characteristics // Shock and Vibration. — 2015. — Vol. 2015. — P. 1–10. — DOI:https://doi.org/10.1155/2015/919143.
49. Ostapchuk A., Morozova K., Markov V., et al. Acoustic Emission Reveals Multiple Slip Modes on a Frictional Fault // Frontiers in Earth Science. — 2021. — Vol. 9. — DOI:https://doi.org/10.3389/feart.2021.657487.
50. Oye V. Source Parameters and Scaling Relations for Mining-Related Seismicity within the Pyhasalmi Ore Mine, Finland // Bulletin of the Seismological Society of America. — 2005. — Vol. 95, no. 3. — P. 1011–1026. — DOI:https://doi.org/10.1785/0120040170.
51. Richardson E. Seismicity in Deep Gold Mines of South Africa: Implications for Tectonic Earthquakes // Bulletin of the Seismological Society of America. — 2002. — Vol. 92, no. 5. — P. 1766–1782. — DOI:https://doi.org/10.1785/0120000226.
52. Scholz C. H. Large Earthquake Triggering, Clustering, and the Synchronization of Faults // Bulletin of the Seismological Society of America. — 2010. — Vol. 100, no. 3. — P. 901–909. — DOI:https://doi.org/10.1785/0120090309.
53. Sibson R. H. Thickness of the Seismic Slip Zone // Bulletin of the Seismological Society of America. — 2003. — Vol. 93, no. 3. — P. 1169–1178. — DOI:https://doi.org/10.1785/0120020061.
54. Smith S. A. F., Bistacchi A., Mitchell T. M., et al. The structure of an exhumed intraplate seismogenic fault in crystalline basement // Tectonophysics. — 2013. — Vol. 599. — P. 29–44. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.03.031.
55. Tinti E., Casarotti E., Ulrich T., et al. Constraining families of dynamic models using geological, geodetic and strong ground motion data: The Mw 6.5, October 30th, 2016, Norcia earthquake, Italy // Earth and Planetary Science Letters. — 2021. — Vol. 576. — P. 117237. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2021.117237.
56. Volpe G., Pozzi G. and Collettini C. Y-B-P-R or S-C-C’? Suggestion for the nomenclature of experimental brittle fault fabric in phyllosilicate-granular mixtures // Journal of Structural Geology. — 2022. — Vol. 165. — P. 104743. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.jsg.2022.104743.
57. Walsh F. R. and Zoback M. D. Probabilistic assessment of potential fault slip related to injection-induced earthquakes: Application to north-central Oklahoma, USA // Geology. — 2016. — Vol. 44, no. 12. — P. 991–994. — DOI:https://doi.org/10.1130/G38275.1.
58. Wiemer S. A Software Package to Analyze Seismicity: ZMAP // Seismological Research Letters. — 2001. — Vol. 72, no. 3. — P. 373–382. — DOI:https://doi.org/10.1785/gssrl.72.3.373
