vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 912 10.31429/vestnik-17-2-42-48 Научная статья Original article Механика Mechanics К моделям оценки наведенной напряженности геологического массива на сейсмоопасных территориях To models for assessing the induced stress of the geological massif in seismically dangerous territories Зарецкая М.В. Зарецкая Марина Валерьевна Zaretskaya Marina V. zarmv@mail.ru

д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры математического моделирования Кубанского государственного университета

 Павлова А.В. Павлова Алла Владимировна Pavlova Alla V. pavlova@math.kubsu.ru

д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры математического моделирования Кубанского государственного университета

 Лозовой В.В. Лозовой Виктор Викторович Lozovoy Viktor V. niva_kgu@mail.ru

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник Южного научного центра РАН

 Кубанский государственный университет, КраснодарKuban State University, Krasnodar Южный научный центр РАН, Ростов-на-ДонуSouthern Scientific Centre of Russian Academy of Science, Rostov-on-Don 27 06 2020 17 2 42 48 28 05 2020 03 06 2020 27 06 2020 Copyright (c) 2020 Зарецкая М.В., Павлова А.В., Лозовой В.В. 2020 Зарецкая М.В., Павлова А.В., Лозовой В.В. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

It is known that the most significant man-made earthquakes are induced by the long-term production of hydrocarbons, existing technologies and features of the organization and implementation of the production process.

Their peculiarity consists in increasing the maximum magnitude of recorded seismic events after some time after the start of production activity.

In this work, we propose a model for studying the dynamics of the natural tension of the geological massif under the direct impact of the production infrastructure. It is shown that the intensity of the process depends on the strength and spatial distribution of anthropogenic impact, geotechnical features of the territories.

A distributed load is applied to the surface of the structure under study, simulating the harmonic signal generated by the surface objects of the production infrastructure. Internal production wells forming a cylindrical surface can perform distributed horizontal and vertical vibrations.

We conducted a study of the amplitude-frequency characteristics, solved the problem of determining the contact stresses arising in the system.

The objects of the surface production infrastructure are modeled by a stamp on which a vertical harmonic load is applied. The stresses under the stamp created by buried inclusions are determined. The nature of the stress distribution under the stamp is determined by the totality of the system parameters: the size of the sources, the type of load distribution on the inclusions, and the oscillation frequency.

The results we obtained are in good agreement with the conclusions made on the basis of long-term observations of the seismicity of territories with intensive exploitation of hydrocarbon deposits, according to which production activity has only a slight change in the background seismic tension.

В настоящей работе предложена модель исследования динамики естественной напряженности геологического массива при непосредственном воздействии производственной инфраструктуры. Показано, что интенсивность процесса зависит от силы и пространственного распределения техногенного воздействия, инженерно-геологических особенностей территорий. На поверхность исследуемой структуры подается распределенная нагрузка, моделирующая гармонический сигнал, генерируемый поверхностными объектами производственной инфраструктуры. Внутренние эксплуатационные скважины, образующие цилиндрическую поверхность, могут совершать распределенные горизонтальные и вертикальные колебания. Проведено исследование амплитудно-частотных характеристик, решена задача определения контактных напряжений, возникающих в системе. Моделируя объекты поверхностной производственной инфраструктуры штампом, на который подается вертикальная гармоническая нагрузка, определены напряжения под штампом, создаваемые заглубленными включениями. Характер распределения напряжений под штампом определяется совокупностью параметров системы: размерами источников, видом распределения нагрузки на включениях и частотой колебаний.

 сейсмоопасная территория индуцированная напряженность техногенное воздействие поверхностная нагрузка внутренняя нагрузка напряженно-деформированное состояние earthquake hazardous territory induced tension technogenic impact surface load internal load stress-strain state Отдельные результаты работы получены при поддержке РФФИ (проекты 18-01-00124, 19-08-00145), РФФИ и Администрации Краснодарского края (проект 19-41-230002). Адушкин В.В., Турунтаев С.Б. Техногенная сейсмичность – индуцированная и триггерная. М.: ИДГ РАН, 2015. 364 с. . IDG RAN, Moscow. (In Russian)] Адушкин В.В., Турунтаев С.Б. Техногенные процессы в земной коре (опасные и катастрофические) М.: ИНЭК, 2005. 252 с. . INEK, Moscow, 2005. (In Russian)] Сибгатулин В.Г., Симонов К.В., Перетокин С.А. Оценка сейсмической опасности юга Центральной Сибири. Красноярск: КНИИГиМС, 2014. 194 с. . KNIIGiMS, Krasnoyarsk, 2014. (In Russian)] McGarr A., Simpson D., Seeber L. Case Histories of Induced and Triggered Seismicity // International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology, Part A. London: Academic Press, 2002. P. 647–661. Suckale J. Induced seismicity in hydrocarbon fields // Advances in Geophysics. 2009. Vol. 51. P. 55–106. Hallo M., Oprsal I., Eisner L., Ali M.Y. Prediction of magnitude of the largest potentially induced seismic event // J. of Seismology. 2014. Vol. 18. Iss. 3. P. 421–431. Маловичко А.А., Маловичко Д.А. Применение методов численного моделирования сейсмических волновых полей для изучения разномасштабных проявлений техногенной сейсмичности // Современные математические и геологические модели природной среды: Сборник научных трудов. М.: ОИФЗ РАН, 2002. С. 120–138. . Sovremennyye matematicheskiye i geologicheskiye modeli prirodnoy sredy: Sbornik nauchnykh trudov . Moscow, Izdatelstvo: OIFZ RAN, 2002, pp. 120–138. (In Russian)] Muir Wood D., Hu W., Nash D.F.T. Group effects in stone column foundations: model tests // Geotechnique. 2000. Vol. 50. Iss. 6. P. 689–698. Ambily A.P., Gandhi S.R. Behaviour of stone columns based on experimental and FEM analysis // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2007. Vol. 133. Iss. 4. P. 405–415. Павлова А.В., Капустин М.С., Зарецкая М.В., Телятников И.С. Моделирование напряженно-деформированного состояния неоднородных геоматериалов при вибрационных воздействиях // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2018. № 4. С. 48–54. . Zashchita okruzhayushchey sredy v neftegazovom komplekse , 2018, no. 4, pp. 48–54. (In Russian)] Павлова А.В., Зарецкая М.В., Капустин М.С., Лозовой В.В. К исследованию волновых процессов в блочной структуре вулканической постройки // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2019. Т. 16. № 2. С. 30–37. . Ekologicheskiy vestnik nauchnykh tsentrov Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva , 2019. vol. 16, no. 2, pp. 30–37. (In Russian)] Пряхина О.Д., Смирнова А.В., Евдокимов А.А., Капустин М.С. Колебания полупространства при наличии системы жестких включений // ДАН. 2003. Т. 389. Вып. 1. С. 193–196. . Doklady akademii nauk , 2003, vol. 389, iss. 1, pp. 193–196. (In Russian)] Капустин М.С., Павлова А.В., Рубцов С.Е., Телятников И.С. К моделированию взаимодействия фундамента с деформируемой грунтовой средой // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2015. № 3. С. 44–51. . Ekologicheskiy vestnik nauchnykh tsentrov Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva , 2015, no. 3, pp. 44–51. (In Russian)] Kapustin M., Pavlova A., Rubtsov S., Telyatnikov I. Model of foundation-base system under vibration load // Communications in Computer and Information Science (CCIS). 2014. Vol. 487. P. 168–173.