Работы на Саяно-Шушенской ГЭС

Регистрация сейсмических воздействий, вызванных работой гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС

Методика инженерно-сейсмологического мониторинга была применена в научно-исследовательской работе по регистрации динамических воздействий на систему плотина-основание от работы гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС (СШГЭС).

Ниже представлены схемы сейсмических наблюдений в теле плотины и машинном зале СШГЭС, соответственно. Регистрация велась в 13-ти различных пунктах наблюдения: 5 точек регистрации располагались в теле плотины на разных высотных уровнях вдоль водовода 6-го гидроагрегата; 2 точки регистрации устанавливались на крыше машинного зала и 6 точек – в машинном зале и возле ГА-6. Каждый пункт наблюдения состоял из трехкомпонентного сейсмоприемника (СК1П – датчика скорости или А1638 – датчика ускорения) и автономного сейсмического регистратора «Байкал-АС» (разработка ФИЦ ЕГС РАН). Направления осей трехкомпонентных сейсмоприемников следующие: Х – направлены по течению реки, Y – поперек.

Запись сейсмических сигналов проводилась в непрерывном режиме и включала регистрацию колебаний как во время работы ГА-6 на различных режимах, так и работы в штатном режиме и при остановленном гидроагрегате.

Схема сейсмических наблюдений в теле плотины СШГЭС

Схема сейсмических наблюдений в машинном зале СШГЭС

Комплект регистрирующей аппаратуры «Байкал»

Также, в рамках работы использовались данные с сейсмостанции «Черемушки», расположенной на расстоянии 4.43 км от СШГЭС в направлении на северо-восток.

Ниже представлены амплитудные спектры 2-х сейсмических записей (при остановленном и работающем на полную нагрузку 6-м гидроагрегате) с одного из датчиков, расположенных в теле плотины Саяно-Шушенской ГЭС. В низкочастотной части спектра как при работающем, так и при остановленном оборудовании выделяются собственные колебания сооружения. При этом заметно, что амплитуды собственных колебаний возрастают примерно в 2 раза при включении гидроагрегата на полную нагрузку. В высокочастотной части спектра при включенном в работу гидроагрегате выделяются монохроматические колебания, которых не было при остановленном оборудовании.

Амплитудные спектры записей с одного из датчиков, установленного в теле плотины СШГЭС

Обработка результатов исследований

Ниже на иллюстрациях представлены исходная сейсмограмма, полученная с датчика, установленного в здании машинного зала Саяно-Шушенской ГЭС вблизи работающего 6-го гидроагрегата, и результаты применения описанного выше алгоритма: графики изменения амплитуд колебаний на частотах, связанных с работой этого гидроагрегата. Видно, что на разных частотах амплитуды колебаний изменяются по-разному, что демонстрирует различие величин вибраций, вызванных отдельными элементами конструкции гидроагрегата.

            Так же приведены графики изменения амплитуд собственных колебаний плотины Саяно-Шушенской ГЭС за время проведения эксперимента. Видно, что при различных режимах работы гидроагрегата, увеличение и уменьшение амплитуд собственных колебаний сооружения происходит по-разному. Анализ графиков дает информацию о том, на какой именно частоте и при каком режиме работы гидроагрегата происходит увеличение амплитуды собственных колебаний сооружения и на основании этого дается оценка влияния работы оборудования на физическое состояние сооружения. В результате анализа установлено, что увеличения амплитуд колебаний плотины Саяно-Шушенской ГЭС, связанные с работой 6-го гидроагрегата, незначительны.

Результаты применения алгоритма обработки данных к записи с одного из датчиков, расположенных в машинном зале СШГЭСРезультаты применения алгоритма обработки данных к записи с одного из датчиков, расположенных в плотине СШГЭС

Выше представлены исходная сейсмограмма, спектр и график изменения амплитуд колебаний на выбранной частоте, связанной с работой 6-го гидроагрегата, полученные по записям сейсмической станции «Черемушки». Данный пример демонстрирует высокую чувствительность методики – на достаточно большом удалении (около 4 км), на фоне значительных сторонних помех (станция расположена в населенном пункте), можно выделить интересующий гармонический сигнал и при этом извлечь информацию об изменениях режимов работы гидроагрегата.

Результаты применения алгоритма обработки данных к записи сейсмостанции «Черемушки»

Выводы

Таким образом, получаемые в результате непрерывного инженерно-сейсмологического мониторинга параметры динамических характеристик колебаний объекта в виде графиков изменения амплитуд колебаний для выбранного набора частот, позволяют проводить непрерывный мониторинг влияния работающих механизмов на физическое состояние здания и/или сооружения и непрерывный мониторинг физического состояния работающего промышленного оборудования и его элементов.

В результате проведенных исследований по регистрации динамических воздействий на систему «плотина-основание» СШГЭС от различных режимов работы ГА-6, установлено следующее:

• По данным регистрации сейсмической аппаратурой определен набор частот колебаний, связанных с работой ГА-6. Изменения режимов работы гидроагрегата отражаются на графиках изменения амплитуд колебаний для частот, кратных частоте вращения агрегата. При этом характер изменения амплитуд во времени на разных частотах колебаний, различен. Наиболее выразительные и высокоамплитудные изменения наблюдаются на «лопастной» и кратной ей частотах (38.095 Гц и 76.190 Гц, соответственно).
• Установлено, что при изменении режимов работы ГА-6 происходит незначительное изменение амплитуд собственных колебаний плотины.
• Установлена связь между работой ГА-6 на различных режимах и данными сейсмологической станции «Черемушки», которая заключается в том, что моменты значительных изменений нагрузки гидроагрегата уверенно выделяются по изменениям амплитуд колебаний на «лопастной» частоте 38.095Гц и соответствуют им по времени.

Сейсмологический филиал ФИЦ ЕГС РАН в последние восемнадцать лет активно производит сейсморазведочные работы в Западной Сибири (опытные работы в 2000 году на р. Обь в районе г. Нижневартовска, производственные работы по заказу МПР России в 2001 году на акватории р. Вах).

В Европейской части России: участвовал в речных работах на р. Кама (2002 год), на Волгоградском водохранилище (2004 год).

С 2003 по 2006 гг. работы проводились по нижнему течению р. Енисей – от г. Дудинка до Енисейского залива

С 2006 по 2008 год работы проводились на р. Лена – от границы с республикой Саха, от г. Витим, далее по всей Иркутской области – по траектории Витим – Коршуново – Киренск – Усть-Кут – Жигалово.

Работы проводятся с большим спектром регистрирующего оборудования – от станций Интромарин-L первого и второго поколений, до телеметрической станции MarshLine, последней разработки компании «СиТехнолоджи», г. Геленджик.

В своей работе филиал использовал, особенно в сложных условиях верхнего течения р. Лена, собственную разработку УРАН ГС СО РАН – трехканальные сейсмостанции «Байкал-АС».

В качестве источников возбуждения упругих колебаний использовались пневматические источники возбуждения упругих колебаний «Пульс-6», на малых глубинах – источники «Малыш».

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого подхода к сейсмическим исследованиям стоит принимать полное соблюдение всех экологических норм в районе водоохраных зон рек, отсутствие на исследуемых профилях тяжелого оборудования, характерного для классической наземной сейсморазведки, более дешевую себестоимость работ, по сравнению с наземными.

Области применения  также являются самыми широкими – от малоглубинных исследовании на акваториях малых лет, вплоть до исследованиях в глубоких водах до границы Мохоровичича.

Уровень практического применения можно проиллюстрировать следующими примерами.

Получены сейсмические разрезы на р. Вах, которые хорошо сопоставляются с наземными профилями.

На разрезах, полученных на работах в Енисейском заливе выделяются отражения со сверхглубоких горизонтов.

В сложных условиях Восточной Сибири в 2007-2008  годах получены временные разрезы высокого качества.

Электроразведочные работы

Сейсмологическим филиалом был проведен широкий комплекс исследований, в ходе которого был решен большой спектр задач, на основании которого:

Получены новые полевые данные и определены основные геоэлектрические характеристики разреза методами ВЭЗ, ЗС, в эпицентральной зоне Чуйского землетрясения.

Район проведения работ.

Карта фактического материала с размещением профилей и пунктов измерений комплексом электромагнитных методов ВЭЗ, ЗС, МТЗ на территории Горного Алтая; 1 – ЗС (2009-10 гг.), 2 – ЗС (2007, 2008 гг.), 3 –архивные ЗС, 4 – измерения ЗС с генераторной линией АВ, 5 – МТЗ (2009-2010 г.), 6 – МТЗ (2008 г.), 7 – ВЭЗ.Схема измерений ВЭЗ в долине реки Чаган (западная часть Чуйской впадины)

Построены детальные геоэлектрические модели строения литосферы Чуйской и Курайской впадин Горного Алтая с целью выявления зон аномального положения проводящих горизонтов.

Пример построения геоэлектрических разрезов по данным ЗС.

Геоэлектрический разрез по профилю 9 (ЗС 50-55)

Высокое качество современных измерений позволило получить наиболее точные геоэлектрические характеристики разреза: послойные удельные электрические сопротивления и мощности осадочного чехла Чуйской депрессии на участке измерений.

Примеры построения геоэлектрических разрезов по данным ВЭЗ Чуйская впадина.

Окно программы СОНЕТ. Пример интерпретации для ВЭЗ 33Геоэлектрический разрез по профилю 3Геоэлектрического разреза по профилям 3 с использованием данных двухмерного моделированияПример 3Dинверсии для южного участка долины реки Чаган.

Примеры построения геоэлектрических разрезов по данным ВЭЗ Курайская впадина.

 рис

Описана пространственно-временная динамика электромагнитных параметров в эпицентральной области Чуйского землетрясения на основе интерпретации данных режимных наблюдений электромагнитного комплекса

Режимные индукционные ЗС в западной части Чуйской впадины

Пункты режимных измерений ЗС в западной части Чуйской впадины

Повторные ежегодные индукционные измерений ЗС с соосными установками начаты в 2004 г. после Чуйского сейсмического события. Современные пункты этих зондирований размещены на старых профилях 80-х гг.

Кривые кажущегося удельного сопротивления за 1980, 2004-2010 гг.,(пункт ЗС 106 в западной части Чуйской впадины)

Построены карты изменения сопротивлений 2-го и 3-го слоев за 3 года измеренийКарта изменений сопротивления 2-го слоя за 3 года измеренийИзменение сопротивления 2-го и 3-его слоев после землетрясения

Результаты анализа режимных наблюдений ЗС и текущей сейсмичности свидетельствует о высокой чувствительности электромагнитных методов к изменению напряженного состояния геологического массива. В общем, реакция электрических параметров разреза на сейсмическое воздействие значительна (при сильном землетрясении вариации параметров достигают 100 и более процентов).
 

Режимные наблюдения методом вертикальных электрических зондирований

Для проведения режимных наблюдений по изучению вариаций электропроводности и анизотропии приповерхностной части (до глубин ~ 300 метров) геологического массива горных пород методом ВЭЗ в 2004 г. был выбран полигон, расположенный в долине р. Чаган, южнее пос. Бельтир, непосредственно примыкающий к зоне основного разрыва Алтайского землетрясения и захватывающий область видимых на поверхности трещин.Участки проведения работ методом ВЭЗ

Результаты режимных наблюдений, связанных с исследованием анизотропных свойств исследуемого геологического массива можно наблюдать в следующих диаграммах.Контурные диаграммы распределения кажущегося удельного сопротивления для кругового ВЭЗ 13-16 в зоне трещин; а – 2004 г., б – 2006 г., с – 2008 г.

Диаграмма за 2004 г., представляет эллипс, большая ось которого вытянута в перпендикулярном направлении относительно простирания трещин. Это свидетельствует о присутствии значительной анизотропии геологического массива трещиноватой зоны сразу после сильного тектонического воздействия. С течением времени анизотропия массива уменьшается и анализ диаграмм, позволяет сделать вывод, что, начиная с 2007 г., отношения осей эллипса начинает приближаться к единице, что свидетельствует о процессах консолидации массива горных пород в области трещин, приповерхностные трещины залечиваются и среда становится более однородной.Контурные диаграммы распределения кажущегося удельного сопротивления для крестового ВЭЗ 19-20 вне зоны трещин; а – 2004 г., б – 2006 г., с – 2008 г.

Как видно из рисунка, характер поведения изолиний удельных сопротивлений подтверждает предположение о симметрии среды на этом участке, соответствующей изотропному разрезу. На участке без трещин изолинии ρ_k по форме приближаются к окружностям, и их форма практически не меняется с течением времени.

По результатам исследований выполненных в Чуйско-Курайской сейсмоактивной зоне, выявлены важные особенности глубинного и приповерхностного строения исследуемых регионов на основе развитой комплексной интерпретации. Получены количественные оценки вариаций геоэлектрических параметров разреза, связанные с сейсмическими событиями. Экспериментально доказано, что оба параметра: удельное электрическое сопротивление и коэффициент анизотропии могут быть использованы при проведении электромагнитного мониторинга в сейсмоактивных районах для оценки воздействия геодинамических процессов на геологическую среду. Установлены закономерности процессов консолидации массива горных пород, подвергнутых сильному сейсмическому воздействию, а также основные факторы (геологические, сейсмологические, гидрогеологические), которые эти закономерности обусловливают.

Выполнен совместный анализ электромагнитных и сейсмических данных.

В целях развития комбинированных речных сейсморазведочных и электроразведочных работ выполнена совместная интерпретация по речному региональному профилю МОВ ОГТ 2Dи пространственно совмещенному с ним электроразведочному профилю (Лено-Тунгусская нефтегазоносная провинция, акватория реки Лена).Сводный сейсмогеоэлектрический разрез МОВ ОГТ и ЗС

Выделены участки аномальной электропроводности, связанные с возможными нефтегазопроявлениями.

Выполнен региональный электроразведочный профиль (предгорья Восточных Саян — Братское водохранилище).

Региональный разведочный профиль начинается в пределах Саянского горного обрамления (на юге) и выходит на Сибирскую платформу.

Результаты электромагнитных зондирований позволили изучить строение осадочного чехла, исследовать региональное распределение горизонтов – коллекторов и, на основании выявленных закономерностей, прогнозировать участки перспективные на углеводородное сырьё.Геоэлектрический разрез по данным электроразведочных работ методами ВЭЗ и ЗС

По результатам работ определена верхняя граница грунтовых вод, выявлены зоны локального подтопления.

 Целью и предметом деятельности Филиала является проведение фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований, направленных на получение новых знаний в области проблем сейсмологии и геофизики.

Филиал осуществляет основные виды деятельности:

1. Проведение фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований по следующим направлениям: 

— проведение сейсмического, сейсмометрического и геофизического мониторинга различных ответственных объектов (АЭС, ГЭС, ГРЭС, плотины, газопроводы, нефтепроводы, мостовые переходы, тоннели, высотные здания и др.);

— разработка экспериментальных методов регистрации малоамплитудных сейсмических сигналов на инженерных сооружениях и в грунтах;

— дистанционный мониторинг технического состояния работающего оборудования крупных объектов: гидроагрегатов ГЭС, промышленного оборудования ТЭЦ и угледобывающих шахт и др., основанного на анализе изменений собственных частот;

— проведение детальных электромагнитных наблюдений в сейсмоопасных регионах Сибири и электроразведочный мониторинг;

— проведение инженерно-геофизических исследований (георадарные, электроразведочные, сейсмические и другие) верхней части земной коры для строительства промышленных и гражданских объектов, изучения залегания угольных пластов, при гидроразрыве нефтяных пластов и др.;

— проведение морских и речных сейсмических и электроразведочных исследований для изучения глубинного строения земной коры и мантии;

— проведение исследований, направленных на развитие методов, технологий и программно-аппаратурного обеспечения для выполнения разномасштабных сейсмологических, геофизических, геодинамических, электромагнитных мониторинговых наблюдений, обеспечения сейсмологических и инженерно-геофизических исследований и моделирования динамических процессов в природных средах и природно-технических системах.

2. Проведение научных и научно-технических экспертиз по профилю деятельности Филиала.

3. Организация и проведение семинаров, симпозиумов, конгрессов, конференций, выставок, конкурсов, в том числе международных, использование других форм распространения знаний и информации.

4. Выполнение научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ по профилю деятельности Филиала.

5. Участие в выполнении федеральных и региональных научных программ и проектов, в разработке научных прогнозов.

6. Проведение научных исследований по проектам, получившим финансовую поддержку государственных научных фондов Российской Федерации, других государственных и негосударственных фондов, фондов международных и иностранных организаций.

7.   Осуществление образовательной деятельности по основным профессиональным образовательным программам высшего образования – программам магистратуры, программам подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре; основным программам профессионального обучения — программам профессиональной подготовки по профессиям рабочих, должностям служащих, программам переподготовки рабочих, служащих, программам повышения квалификации рабочих, служащих; дополнительным профессиональным программам — программам повышения квалификации, программам профессиональной переподготовки.

Филиал вправе сверх установленного государственного задания, а также в случаях, определенных федеральными законами, в пределах установленного государственного задания оказывать услуги (выполнять работы), относящиеся к его основным видам деятельности, для граждан и юридических лиц за плату и на одинаковых при оказании одних и тех же услуг условиях.