Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля

• Название: Катастрофы: неистовая Земля
• Автор: Тони Уолтхэм
• Издательство: Недра
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

В популярной форме рассмотрена геология крупных катастроф: землетрясений, вулканических извержений, оползней, прорывов вод, провалов грунта и других опасных для людей явлений природы. Подробно описаны наиболее крупные катастрофы и их последствия. Автор раскрывает причины этих бедствий, как геологические, так и обусловленные деятельностью человека; описывает способы прогнозирования этих явлений; показывает, что можно предпринять для защиты от катастроф или для уменьшения причиняемых ими разрушений.

---

Куполообразная антиклиналь Инглвуд представляет собой крупное промышленное месторождение нефти; еще с 1924 г. сотни скважин были пробурены в залегающих здесь песках третичного возраста. При разведке нефти было обнаружено множество разломов, в том числе крупный глубоко залегающий разлом Инглвуд Болдуин-Хиллс близ Лос-Анджелеса, где в 1963 г. произошло обрушение водохранилища вследствие подвижек грунта, связанных с разработкой нефтяных месторождений в антиклинали Инглвуд; предполагалось, что один из выявленных разломов является продолжением нарушения Резервуар-Фолт. Извлечение нефти из осадков сделало антиклиналь Инглвуд центром активно проседающей впадины. За период с 1917 по 1963 г. центральная часть этой впадины опустилась на глубину до 3 м; за то же время участок, где находилось водохранилище, осел почти на метр. Кроме того, этот участок входил в кольцевую зону, где за 29 лет максимальное латеральное перемещение грунта составило более метра в сторону центра проседающей впадины.

Все время, пока существовало водохранилище, постоянно наблюдались признаки подвижек грунта. В бетоне, покрывающем разведочные штреки, были обнаружены мелкие трещины, а в стенах водохранилища — сетка еще более мелких трещин; исследования показывали, что проседание и горизонтальное смещение продолжаются. Самым интересным результатом повторных съемок был следующий: с 1947 по 1962 г. участок, на котором располагались водохранилище и плотина, увеличился на 12 см вдоль диагонали северо-восток — юго-запад. В мае 1957 г. на площади юго-востоку от водохранилища стали образовываться крупные трещины, а затем они появились уже вблизи водохранилища. Это были открытые трещины до 750 м в длину, не перемещавшиеся по латерали; они круто падали на запад, протягиваясь параллельно небольшим разломам, имевшимся на этом участке.

Однако никаких признаков повреждений водохранилища не наблюдалось. Все было спокойно. Но в 11 ч 15 мин утра 14 декабря 1963 г. сторож, следивший за режимом водохранилища, обнаружил, что дренажные каналы сбрасывают воду под высоким давлением. Это означало, что вода из водохранилища прорвалась через асфальтовую облицовку в слой глины. Была поднята тревога. К 12 ч 20 мин начали спуск воды из водохранилища, а в 13 ч вода стала просачиваться из-под основания восточного конца плотины. Поскольку к этому времени плотина была уже эродирована изнутри, стало совершенно ясно, что водохранилище обречено. Были приняты экстренные меры к спасению населения: объявления по радио, телевидению и с вертолетов, снабженных громкоговорителями, помогли быстро эвакуировать 1600 человек из домов, расположенных под плотиной.

К 14 ч просачивание воды стало настолько сильным, что у края водохранилища возник водоворот, а девятью минутами позже в основании плотины появилось огромное отверстие. В 15 ч 38 мин в это отверстие обрушилась верхняя часть плотины, в которой образовалась огромная трещина высотой 27 м и шириной 22 м. Первоначально скорость течения воды через эту трещину составляла более 120 м3 в секунду, и через час водохранилище было уже пустым. Волна обрушилась вниз по ущелью, и расположенная внизу равнина скрылась под 2,5-метровым слоем воды, однако благодаря своевременной эвакуации жертв было немного: утонуло пять человек. Сорок один дом был разрушен, почти тысяча строений повреждены, улицы покрылись толстым слоем грязи. Общий ущерб составил почти 15 млн. долл.

Как только вся вода из водохранилища вытекла, сразу же стала ясна причина катастрофы: вдоль обнажения Резервуар-Фолт через асфальтовое покрытие протягивалась трещина, уходившая в пролом в плотине. По разлому произошло такое же движение, как и по ранее образовавшимся трещинам в земной поверхности на юго-востоке участка: разлом открылся на 10 см и сместился к западу почти на 20 см. Вода проникла через разрушенный асфальт, залила систему закрытого внутреннего дренажа и продолжала течь вниз в разлом, размывая рыхлые пески и алевриты под слоем накатанной глины. В конце концов вода прорвалась и под плотину и начала быстро подмывать породу под ней. Однако при движении разлома плотина не разрушилась и даже некоторое время сохраняла перемычку над отверстием, из которого вытекала вода.

Причиной движения по разлому явилось, несомненно, развитие деформаций, сопровождавших проседание антиклинали Ин-глвуд, но именно при таком заключении и началась путаница. Проседание произошло не вследствие удаления воды, поскольку такового не наблюдалось, и не вследствие оползней или землетрясений, так как в этот день они зарегистрированы не были. Предполагали, что движение грунта началось вследствие извлечения нефти из месторождения Инглвуд. Однако начиная с 1957 г. на месторождении перешли к вторичному извлечению полезного ископаемого путем нагнетания в породу рассола, вытесняющего нефть. При этом было зарегистрировано заметное ослабление движения грунтов вокруг месторождения. Возник вопрос, почему же в 1963 г. движение внезапно возобновилось. Полагали, что это произошло вследствие какого-то глубинного тектонического процесса, но никаких подвижек на разломе Инглвуд зарегистрировано не было. При местных же тектонических условиях в антиклинальной области скорее могло начаться поднятие, чем опускание, и, следовательно, на участке водохранилища должно было происходить сжатие, а не растяжение.

Нефтяные компании заплатили городу и его страховым обществам без какого-либо судебного разбирательства почти 3,9 млн. долл., что составляло около 25 % от общего материального ущерба. В результате официального расследования было^сделано следующее обобщенное заключение: «Слишком многого хотели от этого водохранилища, расположенного в краевой части чувствительной системы разломов Ньюпорт-Инглвуд с неустойчивой тектоникой, на краю быстро проседающей впадины, на фундаменте, подвергающемся активному воздействию воды».

Лишь позже стало понятно, какую роковую роль в обрушении плотины на водохранилище в горах Болдуин сыграло вторичное извлечение нефти. Этот вид добычи предполагает выкачивание нефти из одних скважин при нагнетании воды или рассола в другие скважины, благодаря чему повышается давление жидкости в породах на глубине. В настоящее время хорошо известно, что подобное увеличение давления поровых вод может привести к снижению сил сцепления по плоскостям сброса; в ряде случаев это послужило причиной слабых землетрясений. В данном случае увеличением порового давления стимулировалось движение вдоль разлома Резервуар-Фолт, который был вполне устойчивым до того момента, пока в породах не возросло давление воды. Это предположение подтвердилось при сопоставлении скорости нагнетания рассола в породы месторождения Инглвуд с образованием трещин в его краевых частях, а также с потерей флюидов в плоскости сброса.

Хотя проектировщики водохранилища учли сопротивление толчкам и проседанию, они, к сожалению, допустили две ошибки. Предполагалось, что разлом Резервуар-Фолт — небольшой и неглубокий, тогда как в действительности он достигал значительной глубины и пересекал крупные поля напряжений в погружающейся антиклинали. Кроме того, не было учтено неизбежное изменение физических свойств пород, которое сопровождает операции по извлечению нефти. Вопрос о том, кто виноват в катастрофе: нефтедобывающие компании или Министерство водных ресурсов — до сих пор остается открытым. Но нельзя отрицать, что в такой ситуации, которая сложилась в горах Болдуин, нефтяное месторождение и водохранилище были абсолютно несовместимыми.

Обрушения плотин Сент-Франсис, Ле-Шёрфа и Болдуин-Хиллс можно было предсказать при правильной оценке местных геологических условий, на плотине же Мальпассе дело обстояло иначе. Обрушение плотины Мальпассе было обусловлено геологической обстановкой, но ни до катастрофы, ни во время ее механизм обрушения известен не был; лишь впоследствии удалось его установить, отчасти благодаря самой катастрофе.

Плотина, построенная в 1953 г., запрудила реку Рейран в 8 км к северо-востоку от города Фрежюс на западном конце Французской Ривьеры. Это было бетонное сооружение с тонкой аркой высотой 65 м, длина искривленной сводовой части составляла 220 м; плотина удерживала воду в водохранилище длиной 6,5 км и емкостью 25 млн. м3.

Геологическое строение этого места казалось почти идеальным. Коренной породой был каменноугольный гнейс и маломощный аллювий, который полностью удалили во время строительства водохранилища. Гнейс включал пегматитовые жилы, в которых не было ослабленных зон, а также имел густую сеть микротрещин, не отличавшихся каким-либо определенным характером. Никакой тревоги эти трещины не вызывали, поскольку было установлено, что породы фундамента способны вместить при нагнетании лишь минимальное количество цемента. Полосчатость гнейса обусловливалась главным образом слюдой, а также^большим количеством кальцита и серицита, особенно в зоне, расположенной на восточном берегу. Поверхности шелковистого серицита часто смещались, что усиливалось при намокании, но угол сланцеватости в месте возведения плотины был настолько круче склона долины, что не возникало никакой опасности оползания насыпной плотины.