Введение

Известно, что наибольшую экологическую опасность для населения и окружающей среды представляют промышленные объекты, на которых применяются технологии с использованием радиоактивных материалов. Все подобные предприятия объединяются под общим понятием - объекты ядерно-топливного цикла (ЯТЦ). Оно вклю-чает в себя полную технологическую цепочку производств, начиная от добычи и переработки урановых руд, и кончая объектами долговременного хранения и захоронения радиоактивных отходов высокой степени активности (ВАО), в частности отработанного ядерного топлива (ОЯТ) (рис.1). На объектах ЯТЦ неоднократно возникали аварийные ситуации разной степени тяжести ЯТЦ [8, 27, 33], в том числе с катастрофическими последствиями. Последствия наиболее серьезных из них (Кыштым, Южный Урал; Виндскэйл, Англия; Три Майл Айленд, США; Чернобыльская катастрофа) не ликвидированы до настоящего время. Наиболее опасными объектами ЯТЦ являются атомные станции, хранилища и могильники радиоактивных отходов. Значение обеспечения геоэкологической безопасности последних приобретает все большее значение в связи с накоплением в России больших объемов радиоактивных отходов. Важными факторами риска для хранилищ радиоактивных отходов являются разогрев зон захоронения и опасность проникновением в нее подземных вод. Серьезную опасность представляют внезапные выбросы в атмосферу радиоактивных материалов. Их последствия очень серьезны. Так в результате взрыва хранилища радиоактивных отходов на комбинате "Маяк" (Кыштымская авария 1957 года), шлейф радиоактивного заражения протянулся на сотни кило-метров. Радиоактивное заражение местности выявлено и в районах британских центров по хранению и переработке радиоактивных отходов в Даунри (северная Шотландия) и в Селлафилде (северо-запад Англии). Данные центры имеют важное международное значение, так как здесь перерабатываются и хранятся ядерные отходы не только из Британии, но также из Германии, Бельгии, Австрии, Японии. Здесь же планируется перерабатывать радиоактивные отходы США [34]. Радиоактивное заражение местности связано с повреждением емкостей, хранящих радиоактивные отходы, их взаимодействием с грунтовыми водами и загрязнением этих вод, а также со взрывом на хранилище радиоактивных отходов в Даунри, происшедшим в мае 1977 года. Здесь, на глубине около 65 м скопилось более 1000 т различных радиоактивных отходов плутония, обогащенного урана, натрия и калия, и взрыв сопровождался значительным выбросом радиоактивных материалов [27]. Объемы возникшего заражения весьма зна-чительны и прослеживаются по всему Ледовитому океану вплоть до берегов Канады, причем загрязнение природной среды Арктики британскими хранилищами радиоактивных материалов в 2-3 раза превосходит величину загрязнения, связанного с Чернобыльской катастрофой.

По России наиболее доступна информация по хранилищам ОЯТ АЭС. В табл. 1, по данным [16], приведены объемы ОЯТ, хранившиеся на АЭС России в 1995 г. Из таблицы видно, что проблема хранения радиоактивных отходов стоит достаточно остро в связи с заполнением и потенциальной возможностью переполнения хранилищ, что повышает риск загрязнения окружающей среды. Тяжесть последствий аварий на объектах ЯТЦ делает крайне актуальной проблему их геоэкологической безопасности. Ведь повреждения объектов ЯТЦ и выбросы радиоактивных материалов возможны в результате не только технологических аварий, но и при воздействии природных факторов - например, в результате землетрясений или тектонических деформаций. В первую очередь это касается наиболее потенциально опасных объектов ЯТЦ - АЭС и хранилищ ВАО. Особо подчеркнем, что в последнем случае проблема обеспечения безопасности осложняется большой (до 104 лет) проектной длительностью функционирования хранилищ.

Сложность оценки геоэкологической безопасности столь длительно функционирующих объектов видна из простого сопоставления проектной длительности функционирования хранилищ ВАО с продолжительностью периодов сейсмотектонических наблюдений. Инструментальные каталоги землетрясений охватывают период времени немногим более полусотни лет, а длительность геодезических наблюдений не превосходит первых десятков лет.

Из сопоставления проектных сроков функционирования хранилищ ВАО с длительностью рядов инструментальных наблюдений очевидно, что оценка геоэкологической безопасности объектов ЯТЦ не может строиться путем простой аналогии с инструментально наблюдавшимися в данной местности про-цессами и явлениями. Эмпирические ряды данных слишком коротки и не обеспечивают необходимого описания режима природных воздействий. Необходим комплексный подход на основе глубокого по-нимания особенностей геодинамического режима и теоретических представлений о природе сейсмотек-тонической активности. Однако соответствующие представления в настоящее время разработаны яв-но недостаточно и не обеспечивают решения поставленной задачи в полной мере. В связи с этим мы предлагаем ограничиться ниже обсуждением только некоторых (по нашему мнению наиболее сущест-венных) аспектов указанной проблемы. В качестве иллюстрации привлекаются материалы по рай-онам Ростовской и Нововоронежской АЭС, где коллектив авторов работал в последнее время.

1. Тенденция ужесточения требований к оценке геоэкологической безопасности объектов ЯТЦ.

Выбор местоположения ОЯТЦ на территории России выполнялся на основе российских и международных норм и стандартов, систематически пересматриваемых и дополняемых в соответствии с новыми данными об инженерных параметрах соответствующих объектов и о геодинамических процессах. Исследования сейсмичности и современных движений земной коры (СДЗК), как природных факторов способных привести к повреждению АЭС и авариям, являются обязательным видом изыскательских работ при выборе площадок размещения АЭС. При этом региональные геодина-мические исследования являются неотъемлемой частью работ по детальному сейсмическому районированию. Соответствующие положения неизменно указываются во всех нормативных документах по этой проблеме: "Требования к размещению атомных станций" от 22.10.87, "Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций" (ПИНАЭ Г-5-006-87), "Основные требования по составу и объему изысканий и исследований при выборе пункта и площадки АЭС" (СПИНАЭ п. 4.1.), "Основания реакторных отделений атомных станций" (ПИНАЭ 5-10.87), "Размещение атомных станций. Основные критерии и требования по обеспечению безопасности", (ПНАЭ Г-03-033-93), "Учет внешних воздействий", (ПНАЭ Г-05-035-94) и другие.

Нормы геоэкологической безопасности объектов ЯТЦ систематически пересматриваются, причем явно доминирует тенденция ужесточения стандартов с течением времени. Так, например, современные требования МАГАТЭ предусматривают проведение исследований сейсмотектонического режима в радиусе 200 км от АЭС, что в полной мере не реализовано ни на одной из российских АЭС. Существенно, что международная практика свидетельствует, что ужесточение нормативов не следует трактовать как запрет на сооружение ОЯТЦ в областях с более жесткими природными условиями. В соответствии с последними изменяются нормативы на строительство. Так сооружение хранилищ радиоактивных материалов в Японии обходится в 8 раз дороже, чем во Франции, и в 13 раз дороже, чем в Великобритании [34].

Пересмотр норм геоэкологической безопасности связан не только с более полным осознанием высокой потенциальной опасности объектов ЯТЦ, но и с получением новых данных и развитием новых теоретических представлений о процессе сейсмотектогенеза. В применении к российским условиям это касается, в первую очередь, пересмотра представлений о сейсмичности и характере тектонической активности платформенных областей. Последние, согласно новым данным, представляются существенно менее пассивными и безопасными, чем ранее [1, 2, 4, 6, 15, 20 и др.].

2. Тенденция роста значений ожидаемой балльности.

Строительство большинства российских объектов ЯТЦ велось в соответствии с нормативами СНиП II-7-81, основанными на карте "Общего сейсмического районирования (ОСР-78)". Однако за последующие после издания этой карты годы неоднократно происходили 8- и даже 9-10-ти балльные землетрясения в зонах, сейсмоопасность которых на карте ОСР-78 была обозначена ниже на 2-3 балла. После каждого такого события происходил локальный пересмотр карты ОСР-78 в сторону увеличения сейсмической опасности. Такие поправки носили, естественно, несистематический и случайный характер. Результатом комплексной переинтерпретации данных по сейсмическому районированию явился новый Комплект карт "Общего сейсмического районирования территории РФ (ОСР-97)".

Согласно ОСР-97, оценки сейсмической опасности многих территорий, в том числе и тех, где расположены объекты ЯТЦ, существенно возросли. В качестве примеров укажем зоны вокруг Воронежа, Екатеринбурга, Новосибирска, на Кольском полуострове, где, как известно, расположены крупные объекты ЯТЦ. Отметим также, что Комплект карт ОСР-97 включает три карты сейсмической опасности, с указанием ожидаемой максимальной балльности на периоды времени 50, 500 и 5000 лет. Для больших периодов времени ожидаемые значения максимальной балльности, вообще говоря, заметно выше. Вряд ли, однако, можно утверждать, что новый вариант карты сейсмического районирования является окончательным. Возможны значительные погрешности как в ту, так и в другую сторону. Причина этого, в первую очередь, заключается в том, что на основе данных о сейсмичности за короткий (меньший характерного периода повторяемости сильнейшего возможного события) период наблюдений не представляется возможным надежно оценить характеристики сейсмического режима для больших интервалов времени. Такая оценка особенно затруднена для платформенных территорий, где землетрясения весьма редки. В последнем случае неизбежна генерализация в представлении результатов. При этом обширные территории могут быть объявлены повышенно сейсмоопасными (или менее опасными) без достаточных к тому оснований. Отметим также, что тенденция роста со временем ожидаемых характерных масштабов катастрофы (в нашем случае максимальной балльности) может быть проинтерпретирована и в более широком смысле. Действительно, известно, что для многих видов природных катастроф эмпирическая плотность вероятности f возникновения катастрофы в зависимости от силы катастрофы x описывается само-подобным распределением вида f ~ x-a [17, 18]. В довольно типичном случае когда a<2 среднее ве-личина катастрофы и суммарный ущерб, описываемые интегралом вида тx f(x)dx становятся беско-нечными. Для конечных экспериментальных выборок это означает, что выборочное среднее значение величины x становится сильно неустойчивым и имеет тенденцию к росту с увеличением длины ряда. Обусловлено это тем, что основной вклад в суммарный эффект обеспечивается редкими сильнейшими событиями, а вероятность реализации таких событий увеличивается с увеличением объема выборки (длительности наблюдений). Иным проявлением этого же эффекта является возникновение статистиче-ской тенденции нелинейного роста суммарного эффекта с увеличением длины ряда наблюдений. Иллюстрацией нелинейного роста суммарного эффекта со временем является рис.2, где по данным мирового Гарвардского [25 и др.] каталога землетрясений представлены характерные значения суммарного сейсмического момента землетрясений за разные интервалы времени (от одного до 20 лет). Гарвардский каталог, базирующийся на обработке данных мировой сети цифровой регистрации и представляющий землетрясения начиная с 1977 года, принято рассматривать [28] как наиболее совершенный из известных мировых каталогов землетрясений, а приводимые в нем сведения о значениях сейсмического момента - как наиболее адекватную характеристику силы землетрясений. Характерная величина суммарного сейсмического момента за n лет оценивалась нами как медиана 500 сумм случайным образом выбираемых n значений годовых величин суммарного момента. Обоснованность такого подхода показана в [24]. Длительность используемого каталога (1977-1996 гг.) определяет максимальный срок (20 лет), на который может быть получена характерная величина суммарного сейсмического момента.

Из рис.2 видно, что величина характерного суммарного сейсмического момента растет со временем нелинейным образом. При этом превышение характерного (реального) суммарного значения сейсмического момента над линейной оценкой роста момента превышает 20%. Иными словами, оценки, получаемые по данным за меньший интервал времени, при экстраполяции на больший срок, оказываются (в статистическом смысле) заметно заниженными. Повторимся, что такая нелинейность не свидетельствует о нестационарности сейсмического режима. Причиной эффекта является то, что за больший срок растет вероятность реализации событий большей силы, дающих решающий вклад в суммарные значения сейсмического момента. Аналогичное построение может быть проведено по данным о выделенной сейсмической энергии, а также по целому ряду других видов природных катастроф. Описанная закономерность весьма типична. Так анализ данных о крупнейших техногенных катастрофах в мире (1900-1998 гг.) различной природы [10] приводит к тому же выводу - ожидаемая суммарная величина ущерба имеет тенденцию нелинейного статистического роста со временем. Хотя мы не располагаем необходимым статистическим материалом, можно предположить, что эта законо-мерность относится и к рассматриваемому частному случаю аварий на объектах ЯТЦ.

Из вышесказанного имеем два существенных заключения. Во-первых, новая карта ОСР-97 дает, во м ногих случаях, большие значения максимальной сейсмической балльности, чем это предполагалось на момент сооружения большинства российских объектов ЯТЦ. Во-вторых, характер распределе-ния многих видов природных воздействий (в частности максимальной ожидаемой балльности) таков, что в широком интервале времени следует ожидать нелинейного роста характерной величины воздействия со временем. Первое из этих заключений (изменение величины ожидаемой балльности) существенно при оценке геоэкологической безопасности всех объектов ЯТЦ. Второе особенно важно учитывать при оценке геоэкологической безопасности объектов с большим проектным сроком функционирования - таких как хранилища ВАО.

3. Новое о сейсмотектонической активности платформ - обзор

Традиционно и вполне обосновано особо ответственные объекты, в частности объекты ЯТЦ стараются размещать в тектонически стабильных районах - на платформах. Ранее считалось, что такое размещение практически гарантирует отсутствие заметных вредных геодинамических воздействий на эти объекты. Последующие исследования показали однако, что пренебрегать геодинамической активностью, и, в частности, сейсмотектонической активностью, платформенных областей нельзя. При сравнении карт общего сейсмического районирования ОСР-78 и ОСР-97 легко видеть, что участки наиболее существенного увеличения ожидаемой максимальной балльности зачастую приурочены к платформенным территориям. Здесь, в качестве крайнего варианта решения вопроса о сейсмичности слабосейсмичных территорий, уместно отметить результаты по статистике сейсмического режима, полученные в последние годы широко известным сейсмологом Я.Каганом [29, 30]. Анализ каталогов сейсмических моментов позволил автору заключить об универсальности параметров графика повторяемости для континентальных областей. В этом случае сейсмичность различных континентальных областей различается только интенсивностью потока землетрясений - средним числом событий в единицу времени. Спецификой "асейсмичных" областей в рамках этой модели является не меньшая величина возможных сильнейших землетрясений, а больший период повторяемости таких событий. Вывод Я.Кагана подкрепляется автором ссылками на данные о палеоземлетрясениях и о величинах тектонических деформаций во внутриконтинентальных областях.

Применительно к проблеме геоэкологической безопасности российских объектов ЯТЦ наибольший интерес представляет вопрос геодинамического режима Вос-точно-Европейской платформы (ВЕП) и прилегающих к ней территорий. Геодинамический риск для расположенных здесь довольно многочисленных объектов ЯТЦ связан с разными проявлениями геодинамической активности. В первую очередь отметим потенциальный риск возникновения редких сильнейших (М>6.5) землетрясений. Как известно, только в нашем веке, в слабосейсмичных и, как правило, платформенных областях произошло несколько сильнейших землетрясений (в Северной Америке, Фенноскандии, Китае, Средней Азии (Газли), в Северной Африке, Индии (Койна) и в Австралии). Локализация и природа таких экстраординарных событий не ясна. В целом отмечается приуроченность очагов платформенных землетрясений к древним рифтовым зонам и к областям сильного техногенного воздействия на геологическую среду [1, 4, 6, 15 и др.]. Наиболее известными примерами катастрофических вызванных землетрясений являются землетрясения вблизи высотной дамбы водохранилища Койна в Индии и Газлийские землетрясения на Туранской плите (последние иногда связывают с интенсивными разработками природного газа).

Другим фактором риска для объектов ЯТЦ является повышенная сейсмическая активность, связанная со скоплениями несильных землетрясений (подобных наблюдающимся в восточной части Воронежского массива, вдоль р. Волги между Самарой и Волгоградом, на Кольском полуострове). Отметим также опасность, связанную с медленными (несейсмическими) под-вижками по разломам. Наибольшую опасность представляют недавно выявленные импульсные деформации разломных зон. Импульсные деформации, скорости при которых на порядок и более превышают средние скорости деформаций, эпизодически регистрируются при режимных наблюдениях на платформах [12, 13]. З акономерности пространственного и временного распространения импульсных деформаций не известны.

Из вышесказанного видно, что представления о геодинамической пассивности платформенных областей и возможности в связи с этим ограничиться учетом воздей-ствия на сооружения ЯТЦ удаленных землетрясений не отвечают реальности. Особенно остро вопрос учета сейсмотектонической опасности встает в отношении редких сильных платформенных землетрясений. Такие землетрясения естественно чрезвычайно редки и предсказать их локализацию (не говоря уже о времени) не представляется возможным. В настоящее время общепринят подход при котором сейсмоопасными принимаются все известные разломы на прилегающих к расположению АЭС участках платформ [2]. Такой подход не лишен, однако, очевидных недостатков: во-первых, не все разломы сейсмоопасны, во-вторых, перекрывающий большую часть платформенных территорий осадочный чехол может маскировать некоторые потенциально опасные разломы фундамента. Вероятность такой маскировки возрастает для сдвиговых дизъюнктивов и на части ВЕП, подвергнувшейся сильному воздействию голоцено-вого покровного оледенения.

Пересмотр представлений о потенциальной сейсмотектонической опасности платформенных территорий и, в частности, территории Восточно-Европейской платформы, где сосредоточено значительное число объектов ЯТЦ, предопределяет постановку вопроса о недостаточной сейсмической изученности территории ВЕП. Сеть сейсмических станций на платформе чрезвычайно редкая и не обеспечивает регистрации слабых местных землетрясений. Сеть создавалась в рамках представлений об асейсмичности платформенных территорий. Это представление оказалось ошибочным: как уже отмечалось выше, в аналогичной тектонической обстановке наблюдались редкие сильные землетрясений, а практически во всех слабосейсмичных районах, где разворачивались современные сети наблюдений обнаруживалась слабая сейсмичность, в частности выявилось наличие значительного числа слабых землетрясений в пределах Воронежского кристаллического массива (Старовойт и др., 1998).

Доказательная оценка степени сейсмотектонического риска тех или иных участков территории ВЕП возможна только на основе адекватной сейсмотектонической информации, которая может быть получена в результате разворачивание сетей мониторинга и детальных палеосейсмических работ. Такая информация на настоящий момент, за исключением отдельных районов, отсутствует. Существующие на настоящий момент результаты оценки сейсмотектонической опасности, в частности и обсуждаемые ниже, следует рассматривать как предварительные: они могут быть использованы в качестве ориентировочных (с весьма высоким уровнем погрешности) оценок при принятии нормативных решений и как исходный материал, необходимый при проектировании сетей мониторинга.

4. Проблема локализации платформенных землетрясений

Районы локализации платформенных землетрясений обладают рядом особенностей. В ряде хорошо изученных районов платформенной сейсмичности (например, грабена Осло в Фенноскандии и Нью-Мадридской зоны сейсмичности в Северной Америке) они совпадают с положением погребенных рифтовых структур. Таким об-разом, потенциально сейсмоопасные зоны на платформах могут быть (с определенной долей вероятности) выделены исходя из локализации древних рифтовых структур и шовных зон в фундаменте платформ.

Отмеченная закономерность имеет прямое отношение к сейсмотектонической безопасности района Ростовской АЭС. Действительно, одной из крупных палеорифтовых структур европейской части РФ является вал Карпинского - сегмент обширной девонской Сарматско-Туаркырской палеорифтовой системы [3]. Ростовская АЭС, как известно, располагается на северо-восточном склоне вала Карпинского. При этом имеются указания на развитие в области вала Карпинского системы относительно молодых мезо-кайнозойских грабенов, что, наряду с развитием в земной коре вала Карпинского волновода и области повышенной электропроводности [3], указывает на возможную современную активность вала Карпинского. Вряд ли, однако, приведенные соображения можно рассматривать как убедительные свидетельства современной сейсмотектонической активности района Ростовской АЭС. Палеорифтовая зона имеет весьма древний возраст образования (девон), а возможные мезо-кайнозойские грабены представляются структурами в значительной мере локального характера. Отсюда очевидна необходимость использования также и других подходов к выделению зон ВОЗ.

Среди разных методов выделения зон ВОЗ мы коснемся здесь только некоторых, наиболее информативных для анализа ситуации в районах Ростовской и Нововоронежской АЭС, где нами проводились работы по анализу зон ВОЗ. Интересный подход к решению этой проблемы намечен в работах И.В. Ананьина. Им было показано, что области локализации сильных землетрясений в пределах сейсмоактивных поясов соответствуют узким зонам высокого поглощения сейсмических волн [1]. С физической точки зрения такая корреляция представляется довольно естественной. Действительно, очаги землетрясений принято связывать с крупными разломными зонами; последние ассоциируются с зонами высокой трещиноватости обогащенными флюидными компонентами [31 и многие др.]. Трещиноватость и наличие флюидной компо-ненты, по очевидным физическим причинам, приводят к росту величин поглощения сейсмических волн и электропроводности. Метод выделения зон высокого поглощения сейсмических волн был распространен И.В. Ананьиным на платформенные области в надежде также и здесь выделить потенциально сейсмоопасные структуры. В той мере, в какой это возможно в связи с более редкой сетью сейсмических станций на платформах, такая попытка удалась. Согласно [1], на территории ВЕП были выявлены протя-женные области повышенного поглощения сейсмических волн. При этом суммарные величины поглощения в некоторых из этих зон довольно велики - аналогичные зоны в подвижных поясах совпадают с очагами землетрясений с магнитудой 7 и более.

Этот результат был проинтерпретирован как косвенное указание на возможность возникновения столь же сильных землетрясений и в пределах платформ [1]. Весьма существенно, что при этом выявляется и возможное месторасположение этих потенциальных очагов. Применимость описанного подхода выделения зон ВОЗ на платформах ограничена, однако, двумя обстоятельствами. Во-первых, природа зон высокого поглощения сейсмических волн в сейсмоактивных и в платформенных областях может различаться. В этом случае использованная выше прямая аналогия неправомерна. Во-вторых, точность локализации зон высокого поглощения на территории платформ ограничена крайне низкой плотностью сети сейсмических станций на платформах. В частности, локализация таких зон к югу и востоку от района размещения Ростовской АЭС дана весьма неопределенно. Отсюда видно, что для более определенной локализации зон ВОЗ необходимо использование также и других методов.

Для выделения скрытых шовных зон нами использовалась модель гравитационного потенциала, полученная по спутниковым данным с разрешением до 360 степени по сферическим гармоникам. Анализировались поле высот геоида и аномалии силы тяжести в свободном воздухе. Идея использования данных о высотах геоида состоит в том, что высоты геоида отражают не только различия в суммарной плотности вещества Земли в некотором вертикальном разрезе, но и различия первого момента распределения значений плотности горных пород r по высоте h - т(r(h)h)dh. Поэтому градиенты высот геоида, в отличие от изостатических аномалий (традиционно используемых при оценке сейсмоопасности), чувствительны к существованию также и более древних (и потому изостатически скомпенсированных) контактов различно устроенных блоков литосферы. Такие контакты должны проявляться в виде поясов повышенных значений градиентов высот геоида. Очевидным недостатком такого подхода является то, что выделяются как активные сейсмотектонические структуры, так и уже пассивные. Впрочем, при выявлении зон ВОЗ на платформах достаточно часто не удается выделить активные зоны нарушений, и потенциально опасной предполагается любая четко выраженная зона нарушений [2]. Важным преимуществом метода анализа высот геоида является равная по площади (и довольно высокая) детальностью данных о высотах геоида.

Проверка информативности метода была произведена для 7 сильнейших землетрясений, произошедших в нашем веке на платформах. Для всех этих событий имеет место попадание эпицентральных зон землетрясений на пояса повышенных градиентов высот геоида. В одних случаях эта корреляция очевидна, в других - величина соответствующей аномалии градиентов высот геоида мала или требуется предварительная фильтрация используемого диапазона частотного диапазона сферического разложения. При этом очаги могут располагаться на границе градиентных зон, а также на отрезках зон, где максимальная амплитуда градиентов ниже, чем на соседних. Территории, которые могут быть отнесены, таким образом, к потенциально сейсмоопасным, составляет значительную (до 20-30%) долю площади платформ. Вряд ли все эти территории можно считать реально сейсмоопасными (по крайней мере, на обозри-мых интервалах времени). Остается также (как и для других методов выделения зон ВОЗ) открытым вопрос, все ли сейсмоопасные зоны на платформах выявляются данным методом. В случае метода анализа поля градиентов высот геоида представляется вероятным, что такие аномалии могут не фиксироваться в зонах чисто сдвиговых нарушений.

Метод анализа поля градиентов высот геоида был использован нами для зоны расположения Роcтовской и Нововоронежской АЭС. На рис. 3 представлены поле градиентов высот геоида и расположение основных разломных зон. Видно, что зоны высоких значений градиентов высот геоида приурочены к известным разломным зонам. Отметим также то существенное обстоятельство, что расположение зоны повышенных значений градиентов, приуроченной к Волгоградскому разлому, согласуется с уже упомянутой выше областью повышенного поглощения сейсмических волн по данным [1]. Так как эта последняя, ввиду редкости сети сейсмических наблюдений на ВЕП, дана крайне схематично, то можно считать, что применение нашего метода по-зволило резко уточнить расположение возможной региональной зоны ВОЗ.

Применение метода градиентов высот геоида к району расположения Нововоронежской АЭС (Воронежский щит) также показало корреляцию зон повышенных градиентов с известными разломными зонами. Но в этом случае аномалии располагаются на существенно большем удалении от площадки, чем в районе Ростовской АЭС. Таким образом, предварительная проверка показала, что предложенный метод, основанный на анализе поля градиентов высот геоида теоретически прозрачен, легко реализуем и представляется полезным для предварительного выделения зон ВОЗ слабосейсмичных территорий. Дальнейшее развитие метода предусматривает его стати-стическую проверку по данным о более слабых землетрясениях (4.5 Другим перспективным методом выделения активных шовных зон является выявление областей повышенной электропроводности земной коры. Идея этого метода основана на отмечавшейся выше повышенной флюидонасыщенности разломных зон. Наконец, отметим геохимические способы выделения разломных зон ( в частности по изменениям концентраций и изотопного состава гелия 3He/4He в почвенных водах). Геохимические методы [5] также основаны на повышенной проницаемости и обводненности разломных зон. Применение геохимических методов выявления тектонически активных структур для района Ростовской АЭС не дало однозначного результата, видимо ввиду большой изменчивости параметров природных флюидных систем.

Как мы полагаем, комплексное использование перечисленных методов выделения зон ВОЗ на платформах позволяет если не выделить такие зоны с приемлемой достоверностью, то, по крайней мере, дать четкое "целеуказание" для дальнейших исследований. Окончательное выявление зон ВОЗ является задачей полевых исследований, в первую очередь систем сейсмического мониторинга и GPS измерений. При этом данные по локализации возможных зон ВОЗ используются при проектиро-вании структуры систем мониторинга. Именно такой подход реализован с участием авторов при разработке систем сейсмического и GPS мониторинга района Ростовской АЭС.

Для обсуждавшихся методов выделения зон ВОЗ более характерны ошибки типа "ложного срабатывания", чем ошибки "пропуска цели". В число "потенциально высокосейсмоопасных" попадает значительная часть территории платформ, что видимо не оправданно. Такого рода информация может быть эффективно использована в рамках нижеследующей схемы выбора места строительства особо важных объектов. Для этого примем во внимание, что все перечисленные методы позволяют не только указать потенциально сейсмоопасные участки, но и выделить области, где возникновение очагов землетрясений наименее вероятно. Центральные части таких областей (относительно изометричных по форме) резонно рассматривать как оптимальные площадки под строительство объектов. Окружающие площадку потенциально сейсмоопасные пояса, в соответствии с используемым в настоящее время подходом [2], резонно рассматривать как зоны ВОЗ. При этом их относительная удаленность от площадки обеспечивает не только меньшую расчетную сотрясаемость площадки, но и делает менее существенной неизбежную большую погрешность в определении величи-ны максимально возможного расчетного события (МРЗ).

5. Анализ поля современных тектонических деформаций (на примере района Ростовской АЭС)

Описанные выше подходы нацелены на выделение древних шовных зон и палеорифтов. Они полезны для выявления потенциально сейсмоопасных областей, но не позволяют охарактеризовать современную тектоническую активность территории. Для исследования современной активности удобно использовать данные о рельефе (формируемого современной тектоникой) и результаты GPS наблюдений за СДЗК. В строении верхней части земной коры в районе Ростовской АЭС выделяются два структурных этажа: нижний - кристаллический фундамент, сложенный докембрийскими образованиями, и верхний - осадочный чехол, представленный домезозойскими и мезо-кайнозойскими отложениями [22]. В региональном плане район приурочен к борту кряжа Карпинского [3], и характеризуется сочленением разновозрастных тектонических элементов древней Восточно-Европейской платформы и эпигерцинской Скифской плиты. По системе глубинного Донбасско-Астраханского разлома кряж Карпинского сочленяется с северо-запада и с севера с Воронежской антеклизой и Прикаспийской синеклизой, а с юга, по Манычскому глубинному разлому, - с системой Манычских прогибов (Тузлов-Манычский и Маныч-Гудиловский). По значению в тектоническом строении района Ростовской АЭС и размерам (протяженность, ширина) разломы (рис.4) рядом авторов разделяются на три группы:

- важнейшие глубинные разломы - Донбасско-Астраханский и Северо-Ростовский;
- прочие глубинные разломы - Северо-Манычский, Донецкий, Волгоградский, Западно-Ставропольский;
- региональные разрывы - Северо-Донецкий, Ремонтненский.

Основные разломные структуры имеют девонский возраст и в последующем неоднократно активизировались. Разломы образуют две четко выраженные основные системы. Одна - западного и северо-западного простирания, характерного для складчатых структур Донбасса; другая - субмеридионального. Взаимодействие этих систем разломов обусловливает сложное блоковое строение кристаллического фундамента и осадочного чехла рассматриваемого региона, в последнем развиты также тектонические нарушения, связанные с оперяющими обрамлениями глубинных разломов.

Ближайший крупный разлом (Донбасско-Астраханский) проходит на расстоя-нии 20-30 км от площадки АЭС. В июне-июле 1991 г. силами Нижегородского отделения института "Атомэнергопроект" выполнены гелиометрические съемки в пределах до 10 км от площадки Ростовской АЭС и вдоль юго-восточного берега Цимлянского водохранилища до зоны Донбасско-Астраханского разлома. Было установлено спокойное распределение приповерхностного поля гелия без выраженных аномальных зон, что свидетельствует в пользу стабильной тектонической обстановке описываемой территории. Охваченный гелиометрическими работами участок Донбасско-Астраханского разлома также не выявил признаков современной мантийной активизации.

Согласно современным представлениям, разломы важны при определении геодинамической и сейсмической опасности не сами по себе, но как мера активности территории в новейшее время. Активными считаются такие разломы, по которым проявляются смещения (за последние сотни, десятки тысяч и тысячи лет, вплоть до современности, хотя это не всегда может быть доказано) со средними скоростями не менее 0,01 мм/год [19, 20].

Отсюда встает задача определения современной активности разломной сети в окрестности РоАЭС. О собенно трудно выявлять активные разломы в платформенных областях с относительно малыми величинами СДЗК и соответственно, замаскированными признаками новейшей активности. К таким областям относится и район Ростовской АЭС. Специальные работы по оценке активности разломов, насколько известно, здесь не проводились. Как следствие этого, выделяемые на картах зоны разломов не сопровождаются характеристиками их современной активности. Соответственно и степень опасности этих разломов для АЭС (прямая и косвенная) не определена.

Специальные исследования по выявлению и характеристике активных разломов в пределах площади с радиусом 200 км вокруг площадки Ростовской АЭС ранее не предпринимались, но некоторые настораживающие и заслуживающие внимания указа-ния встречаются в отчетах. Так по данным аэрокосмической съемки отчетливо фиксируется протяженный уступ субширотного простирания к югу от нижнего течения р. Дон, который может указывать на активность движений по Северо-Ростовскому разлому. Более определенные (хотя также единичные и не систематизированные) призна-ки молодых (тысячи лет) и современных вертикальных движений обнаружены вдоль Северо-Азовского разлома, который, по мнению А.А.Никонова, сочленяется по руслу р. Дон с зоной Александровского грабена севернее г. Волгограда. Эти разломы марки-руются уступами рельефа, в виде нарушений погребенных почв, смещениями берего-вой линии, а также аномалиями по данным уровнемерных и повторных геодезических наблюдений.

Вышесказанное касается структур регионального масштаба. Однако эти струк-турно-тектонические факторы опосредованно могут определять устойчивость геологической среды и непосредственно в районе РАЭС. Без учета этих факторов регионального плана нельзя охарактеризовать СДЗК в пределах площадки станции. Предварительные данные по сравнительной оценке современной тектонической активности различных сегментов разломной сети в окрестности Ростовской АЭС были получены также в результате анализа числовой модели рельефа. Идея анализа состояла в том, что протяженные линейные зоны активных разломов могут выявиться как зоны повышенных градиентов рельефа, линейных зон повышенной "шероховатости" рельефа и повышенных значений отношения "шероховатость"/градиент высот рельефа. "Тектогенные" зоны аномалий рельефа должны, предположительно, отличаться от обычных "экзогенных" зон своей большей линейностью. Использование ГИС системы позволило легко осуществлять расчет и последующий анализ полей градиентов высот рельефа (как амплитуд так и азимутов) и шероховатости рельефа. Предварительный анализ производных полей рельефа показал, что градиентные зоны являются характерными чертами рельефа, но что такие зоны, как правило, крайне изменчивы по простиранию. Отсюда представляется возможным вычленять проявления современных тектонических нарушений, которые выявляются как более линейно выдержанные высокоградиентные зоны. Таким методом нами по числовой модели рельефа района Ростовской АЭС была выделена протяженная (около 200 км) линейная зона, совпадающая с положением Северо-Маныческого разлома. Для района Нововоронежской АЭС таким методом были выделены вероятные нарушения в области широтной излучины Дона. Расположение этих нарушений коррелирует с эпицентрами известных здесь землетрясений.

Преимуществами использования цифровой модели рельефа, по сравнению с традиционными методами структурного анализа топографии являются возможность работы с производными полями (поля градиентов, шероховатостей, другие) и уменьшение субъективной компоненты в ходе анализа. Недос-таткам является грубость использовавшихся модельных положений (по сравнению с работой опытного дешифровщика топоматериалов).

В настоящее время все большее применение в решении задач геодинамики находят методы, основанные на GPS-технологии [7, 23]. GPS-системы успешно применяются не только для целей глобального тектогенеза, но и при определении меры современной тектонической активности отдельных локальных структур. Так, например, применение GPS наблюдений на короткой (14 км) базе в районе предполагаемого хранилища радиоактивных отходов в Юкка-Маунтин (США) выявило современные скорости деформаций на порядок большие, чем это предполагалось ранее по геолого-тектоническим построениям [35]. Получение таких данных ставит под с омнение обоснованность выбора участка под строительство хранилища. Результатом анализа обстановки в районе Ростовской АЭС стал проект геодинамических наблюдений на основе GPS-технологии. Расположение пунктов GPS-сети в районе АЭС показано на рис.4. Летом 1999 г. была выполнена первая серия GPS-наблюдений, в начале 2001 года планируется повторные наблюдения. В заключении отметим также и региональный аспект применения этой сети GPS наблюдений. В течение 1995-2000 гг. силами ОИФЗ РАН по ряду международных проектов была выполнена с ерия GPS-наблюдений в районе Северного Кавказа и частично затронуты равнинные участки Ставропольского и Краснодарского краев. Проведение полной программы GPS-наблюдений в зоне Ростовской АЭС позволит оценить не только уровень тектонической активности непосредственно на площадке Ростовской АЭС, но и определить характер современных движений на контакте Скифской плиты и Кавказа.

Выводы