К вопросу (без)опасности Саяно-Шушенской ГЭС

Впервые тема надежности плотины Саяно-Шушенской ГЭС вылилась на страницы средств массовой информации в начале 1990 годов. Объективной почвой для этих дискуссий послужила информация об обнаруженных в теле плотины первых трещинах, когда уровень водохранилища достиг проектной отметки в 220 м.

Работы по залечиванию обнаруженных трещин проводились в 1995-1996 гг. французской компанией «Солитанж», после чего объем воды, просачивающейся через трещины в плотине, снизился в 100 раз. Затем, в 1998 г. «Солитанж» заделывала трещины длиной около 30 м у основания плотины.

Генеральный директор СШГЭС Александр Толошинов, чтобы успокоить население Хакасии, в статье «Саяно-Шушенская ГЭС выдержит землетрясения до восьми баллов, но его не будет» (газета «Шанс» от 13.02.2003 г.) утверждал:
1. Толщина земной коры в этом месте 70 километров, поэтому даже такое водохранилище, как наше, для него не более, чем лужа;
3. Республика благополучна в плане сейсмичности, за всю историю наших наблюдений толчков выше 5 баллов здесь не регистрировалось.

Однако, это умиротворение продержалось недолго: 27 сентября 2003 года раздался первый грозный звонок. Произошло землетрясение на Алтае, которое отозвалось и в наших краях. Хотя для специалистов лукавство успокаивающих слов руководства СШГЭС было понятно изначально, поскольку регион горной системы Саян и Южно-Минусинской межгорной впадины относится к сейсмически активным территориям, испытывающим новейшие тектонические движения.

В этой проблеме надо рассматривать два аспекта:

1. потенциальная сейсмоопасность самого участка земной коры в районе плотины Саяно-Шушенской ГЭС и подпираемого ею водохранилища;
2. техногенное влияние на естественное (природные) процессы водохранилища и плотины.

Проведенные в 1979-1996 годах Минусинской опытно-методической геофизической экспедицией ПГО «Енисейгеофизика» глубинные геофизические исследования методами обменных волн землетрясений (МОВЗ), магнитотеллурических зондирований (МТЗ), зондирований становлением электромагнитного поля в различных модификациях (ЗСБ, ЗС), сейсмическими методами КМПВ, МОГТ показали, что ни о какой земной коре в классическом представлении: «монолитная твердь мощностью в несколько десятков километров» – в случае Южно-Минусинской впадины и северного фаса Западного Саяна говорить не приходится.

Глубинное строение этого региона характеризуется уникальными геофизическими параметрами. До глубин порядка 20-25 км здесь фиксируются два мощных аномально проводящих комплекса горных пород (с аномально низким удельным электрическим сопротивлением, составляющим единицы Ом.м): на глубинах порядка 6-11 км и глубже 20 км. К диапазону 6-11 км приурочены фокусы землетрясений, которые фиксировались в Южно-Минусинской впадине и Западном Саяне, и к этим же глубинам, по результатам работ методом МОВЗ, приурочены точки обмена волн землетрясений. Данный комплекс горных пород продолжает прослеживаться под северным фасом Западного Саяна, свидетельствуя о том, что сочленение котловины с горной системой проходит по мощному субгоризонтальному надвигу со стороны Западного Саяна на Южно-Минусинскую впадину. В долине реки Енисей, кровля аномально проводящего слоя поднимается до глубин 4-5 км от дневной поверхности.

В 1980-е годы экспедиция тесно сотрудничала с несколькими научно-исследовательскими институтами, в т.ч. Москвы и Новосибирска. Чтобы определить природу таких аномальных параметров глубинного разреза, ими предлагалось включить Южно-Минусинскую впадину и Западные Саяны в опорную сеть региональных геофизических профилей с бурением сверхглубокой скважины, аналогичной Кольской. Однако, произошедшие в 90-е годы ХХ века перемены не позволили этим грандиозным планам осуществиться.

По геофизическим характеристикам, аналогичные параметры разреза земной коры встречаются на территории Сибирской платформы и характеризуют сейсмически активную Байкальскую рифтовую структуру: структуру растяжения, находящуюся в новейшее время в активной фазе тектонического развития. К такому же типу структур относится и Южно-Минусинская впадина.

То есть ни о каком благодушии (что «...республика благополучна в плане сейсмичности», «толщина земной коры в этом месте достигает 70 км, поэтому даже такое водохранилище, как наше, для нее не более, чем лужа», как уверяло нас руководство СШ ГЭС) говорить не приходится. Факты свидетельствуют об обратном. Район расположения плотины и водохранилища находится в зоне пересечения мощных активных тектонических разломов субмеридионального (вдоль реки Енисей) и субгоризонтального надвига субширотного простирания, по которому происходит сочленение Западного Саяна и Южно-Минусинской впадины.

В научной литературе, изданной еще в 70–80-е годы ХХ века, приведены сведения о землетрясениях, происходивших в Саянах сравнительно недавно и в отдаленном прошлом силой около 9 баллов, в том числе достоверно зарегистрировано сильное землетрясение, произошедшее 02.04.1902 г. на северо-восточном замыкании Абаканского хребта, интенсивность которого в эпицентре оценивалась в 9 баллов.

За несколько дней до трагедии 17 августа 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС в средствах массовой информации прошло сообщение о землетрясении в Каа-Хемском районе Тувы силой 7,7 баллов.

После этого в Западных и Восточных Саянах фиксируется резкий всплеск сейсмоактивности. Наиболее сильное землетрясение произошло 27 декабря 2011 года в Каа-Хемском районе (в 100 км восточнее Кызыла) силой 9,5 баллов и магнитудой 6,7. Позже было зафиксировано множество повторных толчков.

В том же районе хребта Обручева 26 февраля 2012 года произошло повторное землетрясение магнитудой 6,7- 6,9. Интенсивность землетрясения в эпицентре составила 8,5 балла. Эпицентр землетрясения находился в 101 километре восточнее Кызыла. За ним последовала целая серия более слабых толчков. Общее число афтершоков (повторные сейсмические толчки, меньшей интенсивности по сравнению с главным сейсмическим ударом - Прим. Ред.) после землетрясения 27 декабря 2011 года перевалило за 200. Последние подземные толчки были зарегистрированы 20 и 23 января 2013 года магнитудой 4 и 3,5 соответственно с эпицентром северо-восточнее Кызыла.

Также чаще стали фиксироваться землетрясения на южной оконечности Саяно-Шушенского водохранилища, в районе г. Чадан (26.02.2012 землетрясение магнитудой 3.6; 17.06.2012 землетрясение магнитудой 3.0 и пр.)

Наиболее сильное землетрясение в районе Саяно-Шушенского водохранилища произошло 10 февраля 2011 года в 12 час. 35 мин. 18 сек. местного времени. Эпицентр землетрясения магнитудой 5,5 (около 8 баллов по 12-ти балльной шкале) находился всего в 78 км на юго-восток от Саяно-Шушенской плотины в районе реки Голая (Саянский хребет, Красноярский край) На плотине СШГЭС интенсивность землетрясения составила 5 баллов. Как сообщил эксперт по надежности плотины Саяно-Шушенской ГЭС профессор, доктор технических наук Анатолий Епифанов: «Такой силы землетрясения не было в этих краях более 40 лет».

Таким образом, объективно никто не может дать гарантии, что в районе СШГЭС в обозримом будущем не произойдут землетрясения силой более 7 баллов (проектный максимальный уровень сейсмичности, на который рассчитана плотина СШГЭС).

Другая сторона проблемы

Какое техногенное влияние на сейсмическую активность оказывает плотина и мощнейшее в мире водохранилище?
К сожалению, совсем не то, о котором говорит руководство СШГЭС: «массы воды заставляют смыкаться пустоты» (газета «Шанс» от 13.02.2003). Никогда вода в потенциально сейсмически активном регионе не является стабилизирующим фактором, а только - провоцирующим сейсмическую активность.

В настоящее время установлено, что создание крупных и глубоких водохранилищ с сосредоточием огромных масс воды на сравнительно небольшой территории может вызывать прогибание земной поверхности, на которое накладываются деформации основания, вызванные нагрузками от сооружений. Создаваемые нагрузки способны изменять напряженное состояние горных пород на значительных глубинах. Возникающие деформации земной поверхности распространяются за пределы периметра водохранилища, образуя обширные депрессии. Установлено, что воронка оседания на Братской ГЭС, например, распространилась на 2-3 км в сторону от водохранилища, достигая 9-10 км в поперечнике с глубиной проседания в 56 мм за 5 лет после затопления; в долине реки Замбези (Африка) на водохранилище Кариба максимум прогибания достиг 285 мм и т.д.

Кроме того, медленные тектонические движения могут в определенный момент времени смениться быстрыми (импульсными) тектоническими движениями. Установлена прямая связь между локальным проявлением сейсмичности и нагрузкой воды в водохранилище, причем интенсивность «возбужденных» (т.е. вызванных техногенными причинами) землетрясений усиливается с увеличением высоты плотины и объема водохранилища. Мировой практикой установлено, что опасная сейсмическая активность проявляется, если общий объем воды в водохранилище превышает 10 млрд куб. м и его максимальная глубина достигает 90 м и более. Провоцирующим сейсмическим фактором техногенного плана является не только сама по себе огромная масса воды, но и фильтрация ее в более глубокие горизонты. Наиболее признанным механизмом быстрых (разрывных) движений техногенного плана является заполнение пор и вновь открывшихся трещин водой; внутрипоровое давление при этом является той критической добавкой, которая приводит в действие пусковой механизм с образованием толчка землетрясений. По зонам разломов фильтрация воды в более глубокие горизонты земной коры происходит более интенсивно. В результате насыщения зон разломов водой, служащей т.н. «смазкой», - зоны разломов активизируются, и по ним начинают происходить подвижки земной коры.

И те трещины в плотине СШГЭС, которые появились в 1990 году после того, как заполнение водохранилища достигло проектной отметки 220 м, можно оценивать как факт того, что «процесс пошел». И за медленными движениями земной коры техногенной природы в определенный момент времени могут последовать быстрые (импульсные), катастрофические движения.

Факты постоянно появляющихся и расползающихся в теле плотины трещин характеризуют развитие неотектонических процессов в районе водохранилища и плотины Саяно-Шушенской ГЭС.

И это объективный процесс: огромное гидротехническое сооружение, являющееся уникальным гидротехническим сооружением мирового масштаба: высота плотины – 245 м, проектная площадь водохранилища – 600 кв. км, объем – 31,3 млрд куб.м, входящее в тройку мировых лидеров по установленной мощности в 6,400 миллиона киловатт – не может не оказывать техногенного влияния на геологические, тектонические процессы в регионе.

А какова провоцирующая роль на возникновение землетрясений технических взрывов, которые постоянно производятся на угольных разрезах, расположенных в прибортовой части Южно-Минусинской впадины, и отголоски которых периодически раскатываются и слышны во всех населенных пунктах южных районов Хакасии и Красноярского края, последнее из которых произошло 23.01.2013 в 16:59 магнитудой 3,5 (!) в 22 км от Абакана?

Вопросов очень много. И все они остаются без ответа, пока отсутствует мониторинг отслеживания широкого комплекса геологических, геофизических, геодезических, гидрогеологических и прочих параметров, позволяющих судить о влиянии СШГЭС на глубинные геологические процессы.

Далее. В отношении утверждения руководства СШГЭС: «Методов предсказания этого стихийного бедствия (землетрясений) сегодня в мире просто не существует». Существуют! Так как «вдруг» ничего не происходит, всегда есть «предвестники», тем более у катастрофических событий.

В 1933 г. советскими тектонистами под руководством С.П. Горшкова впервые была установлена связь сейсмических явлений с областями интенсивного проявления новейших тектонических движений, независимо от того, какие элементы тектонической структуры коры ими захватываются.

После катастрофического землетрясения 5 октября 1948 г., разрушившего г. Ашхабад, проблема прогноза землетрясений и поисков их предвестников, стала одной их центральных, которые с 1949 года разрабатывались советскими учеными под руководством Г.А. Гамбурцева и В.В. Белоусова.

Установлено, что перед «резкими» движениями земной коры всегда фиксируется нарастание слабых сейсмических толчков, а также многие другие аномалии. Так, например, за 5 часов до Ташкентского землетрясения 1966 г. наблюдалось сильное изменение естественного электромагнитного поля, самопроизвольно загорались во время землетрясения электрические лампочки, происходило свечение атмосферы, т.к. в период пластических деформаций в зоне готовящегося разрыва возникают мощные электромагнитные возмущения, которые регистрируются не только высоко над землей, но и в глубоких шурфах, штольнях, скважинах. Величина электрического потенциала при этом по данным Ташкентского геодинамического полигона достигала нескольких тысяч вольт и соответствовала десяткам вольт на каждый километр глубины. Перед землетрясением, произошедшим на Алтае в 2007 году, зафиксировано резкое понижение уровня воды в глубоких скважинах, увеличение содержания радона и др.

Принципиальная основа решения проблемы прогноза землетрясений состоит в установленном лишь в 60-70-х гг. ХХ века фундаментальном факте, что перед землетрясением меняются физические (механические и электрические в первую очередь) свойства горных пород. Всего известно свыше 300 предвестников, из них более хорошо изучены 10-15. Трудности в отношении прогноза/времени землетрясения действительно огромны. В сущности, схема прогноза предусматривает три последовательные стадии: долгосрочный, среднесрочный и краткосрочный.

Эта идеальная схема прогноза была реализована при прогнозе сильного Хайченского землетрясения, произошедшего 4 февраля 1975 года на северо-востоке КНР. Вот как это было.

4 февраля 1975 года в 10 часов 30 минут утра было выпущено официальное оповещение о предстоящем сильном землетрясении. К 14 часам относится окончательное требование об эвакуации всего населения из домов, отключении электроприборов, газа и принятии других экстренных мер. В 19 часов 36 минут того же дня в ожидаемом районе с населением примерно миллион человек разразилось сильное землетрясение интенсивностью 9 баллов. Около половины зданий (до 90 процентов в эпицентре) было разрушено и сильно повреждено. Число погибших составило 200-300 человек. Сигнал к эвакуации жителей явился финалом долговременной, разносторонней и массовой работы ученых и энтузиастов по обнаружению признаков готовящегося в этом районе землетрясения и проведению предупредительных мероприятий.

Для реализации таких программ необходима организация геодинамического полигона с оснащением его всей необходимой современной техникой и аппаратурой.

О каком предсказании землетрясений можно говорить при сегодняшнем уровне оснащения сейсмологическими станциями, когда на весь огромный юг Красноярского края, Хакасию и Туву их единицы, причем ведомственно разобщенных.

В этой ситуации мы действительно мало что можем! Мы не можем даже с необходимой точностью установить фокусы, эпицентры и магнитуды происходящих в настоящее время землетрясений.

Для примера, в США при изучении крупных активных разломов системы сложных приборов размещаются с плотностью 20-30 на площади от 100 до 1000 кв.м. В эти системы, кроме сейсмографов, входят также наклономеры, магнитометры, гравиметры, приборы для измерения электрического сопротивления и устройства для записи данных. В районе Йеллоустонского парка, например, система наблюдений состоит более чем из 600 приборов.

К сожалению, когда проектировали самую мощную в мире СШГЭС, не могли представить те глобальные проблемы, какие вызовет строительство самой крупной в мире ГЭС: не было информации ни о глубинном строении региона, не было тех методов и методик изучения глубинного строения, которые имеются сейчас, и, наконец, не было информации о возможных техногенных последствиях таких глобальных проектов.

Однако за эти 60 лет мировая геологическая, гидротехническая наука и практика ушли далеко вперед. Перед нами сейчас стоит задача не оказаться заложниками глобальной техногенной катастрофы – оценить стоящие перед нами проблемы во всей многогранной полноте.

Для того, чтобы постоянно отслеживать весь комплекс признаков, которые являются предвестниками землетрясений, а также с целью выявления влияния гидротехнического инженерного объекта, на эндогенные процессы, в частности, на сейсмический режим с целью предупреждения т.н. вызванных (спровоцированных деятельностью человека) землетрясений необходимо создание постоянно действующего геодинамического полигона.

Задача такого полигона – изучение и прогноз современных быстрых (сейсмических) и медленных движений, прогноз возможного проявления землетрясений, их последствий, прогноз развития сейсмогенерирующих структурно-тектонических форм, выработка оптимального режима эксплуатации СШГЭС.

На первом этапе создания такого полигона необходимо проведение широкого комплекса геолого-геофизических работ на достаточно обширной территории, захватывающей южные борта Южно-Минусинской впадины, с целью изучения и создания модели глубинного геологического строения региона, в котором находится плотина и водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС. Только после этих исследований можно оценить параметры геодинамического полигона в районе СШГЭС, т.к. в период подготовки сильных землетрясений аномальные деформации земной коры проявляются на больших площадях, охватывающих разные геологические структуры.

Только во всеоружии разносторонней и постоянно отслеживаемой информации по широкому комплексу критериев можно выработать правильную стратегию эксплуатации водохранилища, иметь возможность оперативного оповещения населения о надвигающихся событиях, принятии мер, минимизирующих негативные последствия, и чувствовать себя в относительной безопасности.

P.S. С подобным предложением автор обратился в феврале 2010 года к руководству страны, в МЧС и к руководителю Республики Хакасия.

Из администрации Президента РФ поступил ответ:
«…Проведением непрерывных наблюдений через сети сейсмологических станций и полигонов, оценкой сейсмической опасности и прогнозирований землетрясений на территории Сибири занимается Геофизическая служба Сибирского отделения Российской Академии Наук (ГС СО РАН).
ГС СО РАН осуществляет научно-методическое руководство Алтае-Саянской сейсмологической экспедицией СО РАН, в состав которой входит Региональная сейсмологическая сеть на территории Алтае-Саянского региона. Данная сейсмологическая сеть включает в себя двадцать три станции, в том числе станцию «Черемушки», расположенную в п.Черемушки в нижнем бьефе Саяно-Шушенской ГЭС.
Дополнительно сообщаем, что на Саяно-Шушенской ГЭС установлен сейсмометрический комплекс, записывающий собственные колебания плотины в случае наступления сейсмособытия более 2 баллов. Модернизация комплекса запланирована на 2011-2012 годы.
Со своей стороны мы признательны Вам за активную жизненную позицию и обеспокоенность за работоспособность объектов энергетики».

От МЧС России пришел ответ:
«МЧС России рассмотрело Ваше обращение о необходимости создания комплексного прогностического постоянно действующего геодинамического полигона в районе Саяно-Шушенской гидроэлектростанции и сообщает:
... выявление местоположения сейсмоактивных, а, следовательно, и сейсмоопасных геологических структур, тщательное изучение их сейсмогеодинамического режима и сейсмического эффекта, создаваемого ими на земной поверхности, положено в основу сейсмического районирования. Официальным документом для территории Российской Федерации является «Комплект карт ОСР-97», созданный в 1991-1997 г.г. в Объединенном институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук.
Копия Вашего обращения направлена в Российскую академию наук по принадлежности».

В феврале 2012 года тогда еще премьер-министр России Владимир Путин провел в Абакане совещание по вопросам ликвидации последствий землетрясений, которые произошли в конце 2011 года и начале 2012 года, эпицентр которых в обоих случаях был зарегистрирован в Туве, а толчки ощущались в Хакасии, Республике Алтай, Красноярском и Алтайском краях, Иркутской, Кемеровской и Новосибирской областях. В общей сложности в зону опасности попали свыше тысячи населенных пунктов, где проживают около 6 млн человек.

Тогда премьер поручил разработать проект создания межрегионального Центра прогнозирования, мониторинга и оперативного реагирования на ЧС на территории Алтае-Саянского нагорья. Центр должен стать одним из элементов комплексной системы реагирования и предупреждения во всех сейсмоопасных регионах страны. «Основой центра должны стать современные сейсмостанции в республиках Тыва, Хакасия, Алтай, - сказал В.В.Путин, - такие объекты должны быть полностью оборудованы, оснащены техникой и укомплектованы кадрами». По словам премьера, такие центры должны дать возможность вовремя оповещать население о происходящих событиях. Это очень серьезный и долгосрочный проект. Как продвигается столь сложная работа?

На этот вопрос ответил ведущий научный сотрудник Центра сейсмологического мониторинга Тувинского института комплексного освоения природных ресурсов СО РАН Калин-оол Сереевич Кужугет:

«Поручения, которые тогда были даны Путиным и озвучены на всю страну, остались до настоящего времени, к сожалению, только обещаниями. Ничего не сделано. Нам не известно, проводятся ли какие-либо конкретные мероприятия по реализации данного проекта, по выделению финансовых и материально-ресурсных средств на создание этого центра... Поручение Путина до сих пор не выполнено… У меня на руках просто бумага, а Центра никакого нет».
 

М.Михеева, горный инженер-геофизик