Саморазвитие природы

Способ предотвращения катастрофических землетрясений

Мной разработан и запатентован способ предотвращения катаст­рофических землетрясений под названием "Способ стабилизации грун­тового массива в сейсмически опасных районах" (МПК 6 Е 02 Д 31/08, патент России, по заявке 98112207/03, приоритет от 24.06.98, решение о выдаче патента от 23.03.99).

Как известно, землетрясение является следствием динамики рас­пространяющегося разрыва в земной коре. Оно возникает в результате внезапной разрядки существующих в горных породах механических напряжений, обусловленных постоянно идущими процессами диффе­ренциации земного вещества, конвективными течениями горных масс, находящихся в неравновесном состоянии по плотности, температуре, давлению. Следовательно, непременным признаком землетрясения яв­ляется разрыв сплошности земной коры в виде тектонического наруше­ния и сопутствующего ему появления микротрещин и пустот.

До настоящего времени все усилия ученых были сосредоточены на поисках способов предсказания землетрясений (Рикитаке, 1979; Моги, 1988; Курскеев, 1990; Соболев, 1993 и др.). Установлено, что подготов­ка землетрясения сопровождается аномальными изменениями слабой сейсмичности района, электрических и магнитных свойств пород, де­формаций и наклона земной поверхности, уровня подземных вод, их химического состава и другими необычными явлениями. Эти явления названы предвестниками землетрясений и усиленно изучаются. На ос­новании этого изучения в настоящее время можно осуществлять долго­срочный и среднесрочный прогнозы землетрясений с вероятностью 0,7­0,8 (Соболев, 1993). В то же время наиболее важный прогноз - кратко­срочный, т. е. предсказание землетрясения за сутки или за несколько часов - почти неосуществим, так как ни одно крупное землетрясение в мире не было уверенно предсказано с такой точностью. Можно сказать, что в этом вопросе наука о землетрясениях оказалась бессильной не­смотря на длительные исследования и многочисленные способы пред­сказания землетрясений. Трудно предсказать даже точное время раз­давливания одного образца горной породы под прессом. Что же тогда Говорить о предсказании времени разрыва в таком сложнейшем чередо­вании горных пород, как земная кора, сложенная из сотен разновидно­стей пород с разными механическими свойствами, формами залегания и объемами.

С целью защиты от землетрясений на поверхности земли люди строят сейсмостойкие здания, мосты и другие сооружения, что значи­тельно удорожает их строительство. Кроме того, как показывает опыт, кардинально и это не защищает от разрушений и гибели людей.

Так что же остается людям в сейсмоопасных районах: продолжать надеяться на способы предсказания землетрясений или искать новые, не будучи уверенным в точности этих предсказаний и со страхом ожидать землетрясения, возводя сейсмостойкие сооружения?

А что если пойти по другому пути: самим активно воздействовать на очаг землетрясения, так чтобы вместо жесткого и сильного тектони­ческого удара он или разрядился слабыми безопасными толчками или вообще не возник. Но как на него воздействовать, если он находится в толще земной коры на глубинах более нескольких километров?

Для ответа на этот вопрос необходимо обратить внимание на так называемый гидрогеодинамический предвестник землетрясений: изме­нение уровня подземных грунтовых вод в скважинах и колодцах. Этот предвестник относится к числу наиболее надежных, так как благодаря ему в большом количестве случаев инструментально зарегистрированы периоды, предшествующие началу землетрясений. Подземные воды циркулируют в большом объеме горных пород, в том числе могут при­сутствовать и в зонах, где создается очаг будущего землетрясения, или в близких к нему участках. Следует учесть, что очаги катастрофиче­ских, наиболее опасных для человека, землетрясений располагаются относительно недалеко от земной поверхности. Поэтому любые изме­нения плотности пород в очаге, связанные с тектоническими движе­ниями горных масс, сказываются на объеме содержащихся здесь под­земных вод, которые или выдавливаются оттуда или, наоборот, увели­чивают свой объем в зависимости от изменения объема трещинных пустот и микропор. В соответствии с этими изменениями происходят и изменения уровня подземных вод в скважинах и колодцах на земной поверхности, которые являются чуткими деформометрами земных недр (Соболев, 1993).

В связи с этим возникает идея: а что если посредством подземных вод, омывающих готовящийся очаг землетрясения или близкие к нему участки, воздействовать на них таким образом, чтобы уменьшить ин­тенсивность нарастающих упругих стрессовых усилий при тектониче­ских деформациях пород? По существу, подземные воды - это единст­венная субстанция, способная проникнуть к глубинному очагу макси­мально близко. В то же время эти воды выходят на поверхность, где человек может изменить их состав, и они будут влиять на физико - химические и тектонические процессы в глубинах земли.

На основе этой идеи я разработал способ стабилизации грунтового массива в сейсмически опасных районах, с помощью которого можно предотвратить катастрофические землетрясения: при наличии средне - или долгосрочного прогноза о готовящемся землетрясении в грунтовые подземные воды добавляют растворимые химические вещества таких типов, чтобы они способствовали снижению упругих напряжений в очаге землетрясения или прилегающих к нему участках за счет увели­чения податливости грунтов к деформациям и/или выравнивания плот­ности в разных его участках.

При выборе химических веществ необходимо учитывать два фак­тора, которые способствуют разрядке напряжений в земной коре.

Первый - это известный механохимический эффект Ребиндера, ко­гда добавка в грунтовую воду поверхностно-активных веществ способ­ствует увеличению микротрещиноватости пород, ослаблению их меха­нических свойств, уменьшению упругости и в конечном счете способ­ствует большей податливости грунтов к деформациям, не позволяя им разрядиться в виде жесткого тектонического удара.

Второй фактор связан с появлением различий в плотности при де­формациях, когда в сильно сжатых участках уменьшаются количество и объем микропор и микропустот за счет их сдавливания, и наоборот: в расширяющихся участках их объем возрастает и породы разуплотняют­ся. Но если выровнять объем микропустот и соответственно плотность пород, то деформация и их упругая сила будут сведены к минимуму.

Выравнивание объема микропор и микротрещинных пустот в зем­ной коре происходит путем заполнения их химическими компонентами, вынесенными из вмещающих пород при гидротермально - метасоматических и диагенетических процессах. Примером этого яв­ляются эндогенные гидротермально-метасоматические месторождения, которые образовались на месте тектонических разломов в земной коре. По существу, образованию каждого такого месторождения предшество­вало землетрясение, в результате которого образовались разломы и трещинные пустоты в нем. Последние затем были заполнены рудным или другого типа минеральным веществом, вынесенным из вмещающих пород; этим плотность пород здесь и во всех близлежащих участках выравнивается. Такие же процессы идут в настоящее время в зонах диа­генеза горных пород и в зонах активной вулканической деятельности, проявлением которой являются сольфатары, фумаролы, гейзеры. Земле­трясение происходит потому, что гидротермально-метасоматические процессы не успевают вовремя выровнять плотность пород и заполнить новообразующиеся микротрещины минеральным веществом.

Если воздействовать на горные породы очага землетрясения или его окружения химически агрессивными растворами, способными про­изводить выщелачивание веществ из вмещающих пород и переотложе­ние их в трещинах и порах, то само катастрофическое землетрясение будет ликвидировано в самом зародыше. Следует отметить, что сам очаг может находиться на глубинах, не доступных подземным водам. Но известно, что очаг возникает как результат геодинамических напря­жений в большом участке земной коры, в том числе и в близповерхно - стных зонах. Поэтому достаточно снять напряжение в этих близповерх - ностных зонах, чтобы или отдалить его на большие глубины и расстоя­ния от населенных пунктов, или ликвидировать совсем.

Последовательность операций по предотвращению землетрясения следующая: при наличии средне - или долгосрочного прогноза земле­трясения на данной территории поперек зоны предполагаемого текто­нического разлома бурят сеть скважин с учетом гидрогеологических данных, охватывая при этом все направления и глубины течения под­земных грунтовых вод; одновременно по скважинам отбирают пробы грунтов и экспериментально определяют тип жидкости, обусловли­вающий максимальное снижение упругих напряжений в грунтовом массиве за счет увеличения податливости грунтов к деформациям и/или выравнивания плотности в разных его участках; затем изменяют состав подземных вод, для чего в грунтовый массив закачивают через скважи­ны соответствующий тип и объем жидкости; достаточность ввода жид­кости контролируют по появлению вводимой жидкости в контрольных скважинах; одновременно фиксируют количество и силу форшоков (не­больших сейсмических ударов, предшествующих землетрясению) или других предвестников землетрясений; при уменьшении их активности закачку жидкости в грунтовый массив прекращают.

Теоретической основой разработки способа предотвращения ката­строфических землетрясений мне послужили новые научные идеи об объяснении механизмов действия эффекта Ребиндера и гидротермаль - но-метасоматических процессов рудообразования: МДК-эффект и дав­ление разуплотнения поверхностного слоя воды. МДК-эффект способ­ствует деятельности гидротермально-метасоматических процессов, поддерживая постоянной проницаемость пород и препятствуя закупо­риванию микропор, сквозь которые идет весь поток минерального ве­щества. Через механизм диффузионного флюидозамещения МДК- эффект выравнивает плотность пород в разных участках горных пород.

Давление разуплотнения способствует созданию эффекта Ребиндера, снижая механическую прочность пород, увеличивая их податливость к механическим деформациям и этим снижая их способность к жестким упругим разрывам, приводящим к землетрясениям. Причем, по моим представлениям, добавка в воду поверхностно-активных веществ, спо­собствующих этому эффекту, только улучшает смачиваемость стенок микропор, благодаря чему вода лучше проникает в них. Само же раз­двигание стенок и разрушение породы производит давление разуплот­нения поверхностного слоя воды.

Возможно, что предложенный способ стабилизации грунтового массива в сейсмически опасных районах с целью предотвращения ката­строфических землетрясений выглядит несколько фантастическим. Но, по существу, это практически единственный доступный людям и наи­более кардинальный способ воздействовать на земные недра, чтобы повлиять на характер происходящих там тектонических движений и таким образом защитить себя от землетрясений.