Во всем мире ежегодно фиксируется около 100 тысяч землетрясений различной природы и силы воздействия, и лишь небольшая их часть (около 0,01 %) является причиной значительных повреждений и разрушений существующей наземной инфраструктуры. В зависимости от исходных причин сейсмическая активность территорий может быть: тектонической (до 95 % всех видов землетрясений), вулканической (до 5 %), обвальной (до 1 %) и техногенной (до 1 %).
Особый научный интерес, ввиду недостаточной изученности, вызывает техногенная сейсмичность, обусловленная последствиями ликвидации горнодобывающих предприятий, что особенно актуально для обширных подработанных территорий Восточного Донбасса с сотнями закрытых, в соответствии с программой реструктуризации угольной отрасли, шахт.
Анализ горно-геологических и горнотехнических условий закрытых угольных шахт Восточного Донбасса позволил установить основные факторы, прямо или косвенно влияющие на техногенную сейсмичность подработанных территорий:
– степень и многоуровневость подработки территории подземными горными работами, глубина разработки;
– число и плотность распределения высокоамплитудных дизъюнктивных нарушений — сбросов, взбросов, сдвигов и их комбинаций;
– геометрические параметры и ориентация дизъюнктивных нарушений;
– мощность зон дробления пород в местах расположения дизъюнктивов;
– степень обводненности дизъюнктивных нарушений, зон дробления и горного массива в целом;
– литологическая характеристика рассматриваемого участка;
– наличие и мощность наносов.
При этом одним из ключевых факторов, способствующих трансформации горного массива и активизации его сейсмичности, является вода. При затоплении шахт нарушается геомеханическое равновесие в массиве, при этом накапливаются огромные силы, которые могут проявиться в сдвижении горных пород, прорывов воды и газа на поверхность. Такое сдвижение наиболее вероятно развивается по зонам тектонических нарушений. Причем сдвижение происходит ступенчато или вибрационно, что вызывает эффект техногенного горного землетрясения (рисунок 1).
На примере сейсмоопасных территорий в районе населенных пунктов Новодарьевка и Калиновка Ровеньковского городского совета опишем условия, в которых проявление горных землетрясений имеет наибольшую вероятность.
Рассматриваемая площадь (рисунок 2) в геолого-структурном отношении приурочена к Должано-Садкинской синклинали Донбасса, в географическом отношении примыкает с востока к г. Ровеньки.
Рисунок 1 — Схема формирования геодинамических зон гидроактивизированного породного массива
Рисунок 2 ―Строение сейсмоопасной площади в районе населенных пунктов Новодарьевка и Калиновка
Склонность этой площади к техногенной сейсмичности подтверждается целым рядом зафиксированных подземных сотрясений интенсивностью 5–6 баллов по шкале MSK-64: в мае 2004 года и апреле 2006 года — в пгт Новодарьевка, в апреле 2006 года — в пос. Калиновка.
В геологическом строении принимают участие осадочные отложения среднего карбона, перекрытые осадками четвертичного периода. Четвертичные отложения представлены красно-бурыми глинами и суглинками общей мощностью до 30 м.
Литологический состав пород карбона представлен чередованием песчаников, песчано-глинистых и глинистых сланцев с подчиненным значением известняков и углей. На двух уровнях, по пластам i3 и k2 площадь подрабатывалась бывшими шахтами № 1, 2, 4, 5 «Дарьевская» и рядом других шахт, поля которых приурочены к северному и южному крыльям Должано-Садкинской синклинали.
Площадь характеризуется весьма развитой крупно- и мелкоамплитудной дизъюнктивной нарушенностью. Наиболее крупные разрывные нарушения с запада на восток — сбросы Кленовый I, Калиновский, Дарьевский I, Дарьевский II и Дарьевский III. Ширина нарушенных зон достигает 50–200 м, в пределах которых вмещающие породы характеризуются повышенной трещинноватостью и обводненностью с дебитом до 200 м3/ч.
В связи с тем, что все шахты данного района ликвидировались методом мокрой консервации, техногенная пустотность горного массива является вместилищем огромного количества подземных вод. К примеру, только в западном крыле поля шахты № 5 «Дарьевская» в старых горных выработках находится около 2 млн м3 воды.
Таким образом, высокая степень подработанности территорий Восточного Донбасса создает благоприятные условия для проявлений техногенной сейсмичности, которая, в большинстве случаев, связана с площадями затопленных полей недействующих шахт, отличающихся многоуровневой подработкой, высокой плотностью дизъюнктивных нарушений и массивом легкоразмокаемых пород, а описанные горно-геологические и горнотехнические условия сейсмоактивных территорий являются критериально показательными при прогнозировании на других территориях потенциально возможных техногенных горных землетрясений.