ГЛАВА 5. Мониторинг и прогнозирование геологических явлений

Лекционный материал

Согласно ГОСТ Р 22.0.03-95 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Природные чрезвычайные ситуации: термины и определения» под опасным геологическим явлением понимаютсобытие геологического происхождения или результат деятельности геологических процессов, возникающих в земной коре под действием различных природных или геодинамических факторов или их сочетаний, оказывающих или могущих оказать поражающие воздействия на людей, сельскохозяйственных животных и растения, объекты экономики и окружающую природную среду.

Основные положения и общие требования по составу и содержанию работ по мониторингу состояния геологической среды и прогнозированию опасных геологических явлении и процессов (далее — ОГЯ) устанавливаются ГОСТ Р 22.1.06-99 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений и процессов: общие требования».

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

карст: Геологическое явление (процесс), связанное с повышенной растворимостью горных пород (преимущественно карбонатных, сульфатных, галогенных) в условиях активной циркуляции подземных вод, выраженное процессами химического и механического преобразований пород с образованием подземных полостей, поверхностных воронок, провалов, оседании (карстовых деформаций);

просадка в лессовых грунтах: Уплотнение и деформирование при увлажнении (замачивании) лессов с образованием просадочных деформаций (провалов, трещин проседания, воронок);

переработка берегов: Геологическое явление, связанное с размывом и разрушением горных пород в береговой зоне морей (абразия), рек, озер, водохранилищ (береговая эрозия) под влиянием волноприбойной деятельности, колебания уровня воды и других факторов, формирующих береговую линию;

суффозия: Эрозионный процесс вымывания (выщелачивания) фильтрующейся водой микрочастиц из растворимых горных пород, сопровождающийся образованием просадочных деформаций в вышезалегающих породах;

экзогенные геологические процессы: Обусловлены экзодинамическим преобразованием горных пород, происходящим на поверхности Земли и в приповерхностном слое — в зоне действия факторов выветривания, эрозии, склоновых и береговых деформаций, вызванные в большей части внешними по отношению к литосфере силами (солнечной энергией, атмосферными, гидросферными, гравитационными);

эндогенные геологические процессы: Обусловлены эндодинамическим преобразованием горных пород, происходящие главным образом внутри Земли, в зоне действия сейсмотектонических и термодинамических факторов и вызванные в основном внутренними силами Земли и др.

Мониторинг геологической среды является составной частью мониторинга окружающей природной среды (экологического мониторинга) и реализуется через специализированную систему наблюдений — Единую государственную систему экологического мониторинга (ЕГСЭМ), порядок функционирования которой определяется соответствующим Положением, утвержденным Правительством России.

Основной задачей мониторинга и прогнозирования ОГЯ является своевременное выявление и прогнозирование развития опасных геологических процессов, влияющих на безопасное состояние экологической среды, в целях разработки и реализации мер по предупреждению и ликвидации ЧС, для обеспечения безопасности населения и объектов экономики страны в природных ЧС.

Уполномоченные органы по проведению мониторинга и прогнозированию ОГЯ осуществляют наблюдение, сбор, обработку, обобщение, накопление, хранение и распространение информации на объектовом (локальном), местном, территориальном (региональном) и федеральном уровнях, а для мониторинга землетрясений и экзогенных процессов, соответственно, на глобальном уровне и на уровне элементарных форм проявления экзогенных геологических процессов. В соответствии с ГОСТ Р 22.1.01 мониторинг более низкого уровня (ранга) должен функционировать и развиваться как составная часть мониторинга более высокого уровня.

Объектами мониторинга являются территории распространения ОГЯ, выделяемые по данным специализированных геологических исследований как учетные единицы таксономического ряда объектов наблюдений: регион, область, район, участок, временная зона.

Методы наблюдения и контроля ОГЯ, согласно ГОСТ Р 22.1.01, должны содержать:

– описание наблюдаемых процессов, явлений и перечень наблюдаемых параметров;

– значения наблюдаемых параметров, принятых в качестве нормальных, допустимых и критических;

– режим наблюдений- непрерывный или периодический;

– точность измерений наблюдаемых параметров;

– правила (алгоритм) обработки результатов наблюдений и форму их представления.

В свою очередь, методы прогнозирования опасных геологических явлений должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 22.1.01 и содержать:

– описание прогнозируемых процессов, явлений;

– перечень исходных данных для прогнозирования;

– правила оценки репрезентативности исходных данных;

– алгоритм прогноза (включая оценку достоверности результатов) и требования к программному и техническому обеспечению;

– перечень выходных данных.

Общая модель и основные требования к системе мониторинга и прогнозирования опасных геологических явлений и процессов в сокращенном варианте представлены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1. Общая модель и основные требования к системе мониторинга опасных геологических явлений и процессов.

Опасное геологи-ческое явление	Мониторинг
	Объект, предмет мониторинга	Фактор, обуславлива-ющий активность опасного геологическо-го явления	Наблюдаемый, контролируе-мый параметр, показатель (база данных)	Метод наблюдения, контроля	Частота наблюдений
2. Вулка-ническое изверже-ние	Территории действующих вулканов; фумарольная и газовая активность, вулканофизи-ческие явления; литосферные поля: упругих деформаций и напряжений, сейсмическое, геоэлектричес-кое, геотермии-ческое, элек-тромагнитное, геоакустичес-кое, гидродина-мическое, гид-рохимиическое	Активизация тектонических движений в литосфере и мантии земли; экстремальные циклические и эпизодические процессы во внешних геосферах	Уровень фоновой вулканофизической и сейсмической активности (число событий на единицу площади в единицу времени); интенсивность фумарольной деятельности и газовыделений, температура подземных вод и газов, °С; вертикальные и горизонтальные движения земной коры, мм в год и за более короткий период; физические свойства пород в глубинной зоне вулканического канала (скоростные, плотностные, электрические); динамические характеристики микросейсмического и геофизических полей; компоненты полей напряжений и деформаций, в единицах смещения, скорости, ускорения, напряженности поля; электрическое поле обменных волн от далеких землетрясений; содержание, концентрация микро- и макрокомпонентов газофлюидного поля	Маршрутно-визуальное и аэровизуальное обследование, аэрофотосъемка, вулканофизический, геологический, газохимический, теплофизический, сейсмологический, сейсмического просвечивания, сейсмоакустический, геодезический, электромагнитный, геоэлектрический, гидродинамический, гидрохимический	Регулярные наблюдения с опросом не реже одного раза: в год, для долгосрочного прогноза; в месяц, для средне срочного прогноза; в день, для кратко срочного прогноза
9 Переработ-ка берегов, абразия	Береговые зоны морей, рек, озер, водохранилищ, сложенные горными породами повышенной размываемости; физико-механические и водно-физические свойства пород; геофизические поля; речной сток; современные тектонические движения береговой зоны	Геологическое строение, рельеф, растительность, почвогрунты; гидрологические условия: высокая амплитуда приливно-отливных движений, штормовые ветры и волны, экстремальные колебания уровня воды водохранилищ, озер, рек, сезонные увеличения скорости течения рек; высокая размываемость пород; быстрое заполнение водохранилищ; активизация склоновых процессов в береговой зоне; геодинамический; сейсмический; антропогенный (техногенный)	Протяженность берегового уступа, подвергшегося размыву; средняя скорость отступания береговой линии, метр за шторм, месяц, год; объем размытых пород берегового уступа, м^3 за шторм, месяц, год; скорость течения реки, м/с; колебания уровня вод ной поверхности; скорость поднятия и опускания поверхности береговой зоны, мм/год; компоненты фильтрационного и упругого поля напряжений; уровень грунтовых вод, м; коэффициент фильтрации, м/сут; коэффициент устойчивости берегового склона, компоненты геофизических полей; режим быстроменяющихся факторов	Визуальные и инструментальные наблюдения за перемещением береговой линии с использованием реперов; современных движений земной коры береговой зоны; геологический; гидрологический; гидрогеологический; геофизический; морфоструктурный, долговременные инструментальные наблюдения на ключевых участках	Регулярные наблюдения с периодичностью, определяемой безопасным состоянием береговой зоны и интенсивностью воздействия метеорологичес-ких, гидрологиче-ских, геодинами-ческих и техно-генных факторов

 

Таблица 2. Общая модель и основные требования к системе прогнозирования опасных геологических явлений и процессов.

Опасное геологическое явление	Прогнозирование
	Прогнозируемый показатель, параметр	Метод, способ прогноза	Критерий принятия экспертного решения об опасности геологического явления
эндогенные геологические процессы
2. Вулканическое извержение	Аномальные и критические значения контролируемых параметров, превышающие безопасный уровень фоновых значений и отвечающие существующим моделям процесса развития вулканического извержения	Долгосрочный прогноз: Вулканофизической активности, вулканического цикла, сейсмологический, геофизический, геотермический, аэрокосмический; комплексного анализа пространственно-временного распределения аномалий контролируемых параметров на региональном уровне Среднесрочный и краткосрочный прогнозы: Вулканофизической и сейсмической активности; аномалий короткопериодных вертикальных и горизонтальных движений земной коры; интегрированный анализ пространственно-временного распределения аномалий контролируемых параметров на локальном уровне и на уровне отдельных форм проявления процесса	Решение принимается при условии: количественного обоснования места, времени, интенсивности ожидаемого извержения, комплексности прогнозной оценки, риска для охраняемой территории, обоснования критичности вулканической обстановки или оценки вероятности ожидаемого со бытия, когда интегральная оценка вероятности превышает для долгосрочного прогноза — 0,3, для среднесрочного — 0,5, для краткосрочного —0,7 для прогнозируемого интервала времени (соответственно год, месяц, день или час)
экзогенные геологические процессы:
9. Переработка берегов, абразия	Аномальные и критические значения контролируемых параметров, превышающие безопасный уровень фоновых значений и отвечающие существующим моделям абразивно-эрозионных процессов	Районирование береговой зоны по инженерно-геологическим условиям и степени активности и опасности абразивно-эрозионных процессов; метод аналогий по морфометрическим показателям устойчивости берегов; детерминированные расчеты устойчивости, объема и дальности перемещения разрушенных по род; интегрированный анализ пространственно-временного распределения аномалий контролируемых параметров на региональном, локальном уровнях и уровне отдельных форм проявления процесса	Решение принимается в зависимости от степени активности и опасности процессов эрозии и абразии с учетом прогноза времени, места и величины ожидаемого риска; обосновании необратимости или оценки вероятности ожидаемого события

Практические задания.

Описать процедуру мониторинга и прогноза конкретного опасного геологического явления (включая указание технических средств, посредством которых проводится наблюдение и контроль параметров и характеристик явления) и назвать районы, для которых следует принять экспертное решение об опасности геологического явления.

Вспомогательный методический материал и оборудование:

Полный текст ГОСТ Р 22.1.06-99 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений и процессов: общие требования».

Физическая карта территории Российской Федерации.

Рекомендуемая форма практического занятия:

Разбиение студенческой группы на 9 подгрупп, закрепление за каждой группой одного из опасных геологических явлений и дальнейшая работа по подгруппам.

Исследовательская задача.

Исследовать состояние технического обеспечения мониторинга и прогнозирования опасных геологических явлений, выявить проблемные места, предложить возможные технические решения.