Э. Э. Браун, доктор с х. наук, Г. К. Нургалиева

2. Прогноз мирового баланса производства и потребления зерна в текущем 2008/2009 маркетинговом году. Продовольственная и сельскохозяйственная организация – Информация ФАО, сайт в Интернете, www. FAO. marketing wheat crop. edu. com.

3. Программа первоочередных мер на 2006-2008 годы по реализации Концепции устойчивого развития агропромышленного комплекса Республики Казахстан на 2006-2010 гг. – Алматы: 2006. – 40 с.

4. Есполов, Т. И. Повышение эффективности сельского хозяйства Казахстана в условиях его интеграции с внешними рынками / Т. И. Есполов, Р. Ю. Куватов и др. – Алматы : Экономика. – 2004. – 598 с.

ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ҒЫЛЫМДАРЫ

ЭКОЛОГИЯ

УДК 550.348 (574.1)

Природа сейсмических явлений в геосинклинальных (горноскладчатых) и платформенных областях является неодинаковой. Флюидогеодинамическая концепция природы сейсмических явлений, связанных с геологической деятельностью метаморфогенных вод в геосинклинальных областях, рассмотрена нами ранее [1]. Для лучшего понимания причин и механизма сейсмического процесса в платформенной области укажем вначале геолого-структурные особенности устройства водосборного бассейна и наблюдаемые изменения гидрологического режима озера Шалкар.

доплиоценовую поверхность

III – Aк-мечеть, IV – Безымянный, V – Шолаканкатинский,

VI – Кызылоба, VII – Караоба, VIII – Анкатинский

В геолого-тектоническом строении региона выделяются четыре структурно-тектонических этажа: подсолевой (палеозойский), солевой (кунгурский), надсолевой (верхнепермско-палеогеновый) и покровный (неоген-четвертичный).

По характеру отражающего горизонта П₁, условно соответствующего кровле артинских отложений нижней перми, отмечается моноклинальное падение на юго-запад от изолиний – 3800 до 8500 м, осложненное флексурами северо-восточного простирания, параллельно бортовому уступу. Амплитуда линейных разломов сбросового характера от 300-500 до 1000 м. Одна из флексур зафиксирована под соляным массивом купола Шалкар.

По данным сейсморазведки, мощность соляной толщи самого крупного купола Шалкар достигает 9000 м в его массиве и 4000-5000 м в прилегающих депрессиях. Высота соляных куполов относительно депрессий составляет от 3000 до 5000 м.

Рост куполов и образование разрывных нарушений в покрывающих породах (прорыв) совпадали с эпохами длительных перерывов в осадконакоплении, наиболее значительные из которых были в предтриасовое, предюрское и преднеогеновое время. Наличие этх перерывов обусловило неоднородность строения всего солянокупольного комплекса (гипсы, ангидриты, песчаники, песчано-глинистые отложения) и различную степень дислоцированности слагающих его толщ.

Внутренняя тектоника соляного структурного яруса в пределах массивов характеризуется наличием крутых плотно сжатых антиклиналей и синклиналей с почти вертикальными осевыми поверхностями и мелких куполообразных вздутий – «шипов», осложняющих плоские своды наиболее крупных соляных массивов. Они располагаются в основном по периферии или в перешейках между ними. К группе первичного поднятия Шалкар, возможно, принеадлежат соляные ядра куполов Сантас и Безымянный (рисунок 1).

Отложения поздней перми и триаса составляют значительную часть надсолевого разреза и слагают в основном депрессионные участки, в пределах которых имеют максимальные мощности и спокойное, иногда даже горизонатльное залегание пород. В направлении погружения впадины возрастает мощность мезозойских и палеогеновых отложений и их гравитационной нагрузки на соль.

Характерными особенностями строения надсолевого структурного этажа являются: 1) уменьшение мощности стратиграфических горизонтов по направлению к сводам куполов; 2) последовательное уменьшение углов падения пластов во всех горизонтах снизу вверх; 3) наличие перерывов в осадконакоплении и неогласий в залегании отдельных надсолевых толщ; 4) присутствие нормальных сбросов, образованных под воздействием скачкообразно поднимающихся соляных ядер.

Возраст слагающих свод купола отложений зависит от амплитуды структуры. У куполов с максимальной амплитудой на доплиоценовой поверхности развиты породы кунгурского яруса (прорванные), с меньшей амплитудой – мезозойские (непрорванные). В сводах погребенных структур залегают породы маастрихтского и кампанского ярусов.

Дизъюнктивная нарушенность надсолевых образований находится в прямой зависимости от размеров их и амплитуды. Главные сбросы и присводовые грабены характерны для прорванных и непрорванных куполов. У погребенных структур они имеются лишь в нижней части надсолевого разреза.

Компенсационные мульды всегда замкнуты и интенсивно развивались в палеогене, на заключительном этапе роста куполов, о чем свидетельствует плавное нарастание мощности палеогеновых отложений на крыльях по мере погружения. Образование мульд связывают с перераспределением соли внутри массивов.

В доплиоценовое время структурно-эрозионная поверхность, в общих чертах отражающая соляную тектонику. В тектонически пониженных зонах, соответствующих межкупольным пространствам и крыльям структур, протягиваются притоки палео-Урала (возможно палео-Барбастау и палео-Солянка). В целом доплиоценовый рельеф отличается заметным расчленением с максимальной амплитудой, превышающей 300 м и отдельными останцами (г. Сантас). Над сводами куполов, соляные ядра которых были погребены под мезозойскими образованиями (Шалкар, Сантас, Богатский), возникли положительные структуры (поднятия) в акчагыльских отложениях, фиксируемые по резкому сокращению мощности пород и распространению мелководных фаций.

Амплитуда новейшего поднятия в районе куполов Богатский-Сантас составляет 50 м. Над куполом Шалкар поднятие выражено в рельефе возвышенностью Сасай. Амплитуда поднятия в акчагыле составляла 80-100 м, в апшероне – 60 м, в четвертичном периоде от 125 до 50 м.

Поднятие над куполом Сантас, выраженное в рельефе одноименной возвышенностью, возникло в начале плиоцена и продолжается в наше время, о чем свидетельствует локальное развитие структурной озерной террасы на северном берегу оз. Шалкар. Амплитуда роста в акчагыле и апшероне составляла 40 м, в четвертичном периоде – не более 25 м.

Новейшие тектонические погружения не имеют значительного выражения в рельефе, за исключением котловины озера Шалкар, соответствие которой тектонической впадине еще не совсем доказано. Погружения связаны с межкупольными депрессиями, в которых возрастает мощность плиоцен-четвертичных отложений. Амплитуды прогибания составляли в плиоцене 20-50 м, в четвертичное время от 5 до 10 м.
Гидрологический режим озера Шалкар и его техногенные изменения
Озеро Шалкар – самое крупное и глубокое в Прикаспийской низменности. Оно имеет округлую форму с глубиной в средней части до 12 м. Площадь водной поверхности при нормально подпертом уровне 18,69 м составляет 242 км². Объем озера при этой отметке 1758 млн. м³. Вода в озере салоноватая (около 5 г/л) хлоридного натриевого состава. Озеро питается реками Есенанкаты и Шолаканкаты, сток по которым поступает только в половодье, а в меженный период вода разбирается на орошение.

Наблюдения за уровенным и гидрохимическим режимом озера Шалкар ведутся с 1955 г. по гидрометрическому посту «Рыбцех», расположенному в устье р. Шолаканкаты. Максимальные значения уровня наблюдались в 1957-1958 гг. (соответственно 19,23 и 19,07 м) и в 1993-1994 гг. (18,08 и 18,88 м). При подъеме уровня выше нормальной отметки 18,69 м происходил отток воды по р. Солянка. Однако, в 1993 г. русло р. Солянка перегорожено грейдерной автотрассой Анкаты-Сарыумир и вода из озера не вытекает.

Начиная с 60-х годов и до конца 70-х, уровень воды в озере катастрофически понижался и в 1977 г. составил всего 10,6 м. Указанное снижение уровня, вплоть до критического, соответствовало периоду понижения уровня Каспийского моря, минимальное положение которого – 29,1 м также зафиксировано в 1977 г. [2]. С 1978 г. уровень воды в озере, как и на Каспии, начал заметно повышаться и к концу года поднялся до 12,21 м.

В связи с закономерным понижением уровня в озере, начавшемся с 60-х годов, для его поддержания в 1972 г. был введен в эксплуатацию Урало-Шалкарский канал. По этому каналу с западной стороны (у с. Бозай) в озеро поступала вода с расходом 5-6 м³/с (при расчетном объеме водоподачи 20 млн. м³ год).

Отмеченный подъем уровня, начавшийся в 1978 г., в конце 80-х годов вновь сменился постепенным снижением. Тогда для его поддержания был построен и начал работать Барбастау-Шалкарский канал с расходом в головной части до 10 м³/с (подача самотечным способом). По Барбастаускому каналу из водохранилища у с. Узунколь в 1993 г. поступило (в период паводка) 38 млн. м³, в 1994 г. – 30 млн. м³ воды, что способствовало подъему воды в озере до нормального уровня. Но с 1995 г., в связи с прекращением водоподачи из внешних источников, среднегодовой уровень начал опять постепенно снижаться.

С 2005 г. территория Западного Казахстана, как и Центральной Азии в целом, вступила в эпоху экстрааридного (весьма засушливого) климата. Прогноз и механизм этого климатического явления показаны нами в специальной работе еще в 2001 г. [3].

Уже период 2004-2005 гг. – это аномально теплые годы, когда средняя годовая температура на 1,5-2 ⁰С была выше нормы. При соответствующем уменьшении осадков, с 2005 г. начинается сокращение поступления паводкового стока в озеро ежегодно в среднем на 30 см (см. данные Зап.Каз.гидрометцентра по уровенному режиму оз. Шалкар, приведенные к отметке нуля поста «Рыбцех» – 14,69 м):

2004 г. – 17,98 м;

2005 г. – 18,18 м;

2006 г. – 17,91 м;

2007 г. – 17,68 м;

2008 г. (за 8 месяцев) – 17,10 м.

В связи с малым паводковым стоком последних лет, наблюдается низкий уровень воды, что отражается на ее солевом составе. По степени минерализации озерная вода превышает ПДК (принятое 1000 мг/дм³) в 3-6 раз, а в зимние месяцы до 7-8 ПДК (см. данные по минерализации воды за 2008 г., в мг/дм³):

на 8 января – 8090,0;

на 7 февраля – 7212,6;

на 12 марта – 5671,6;

на 7 апреля – 26 49,9;

на 7 мая – 4111,0;

на 2 июня – 3237,4;

Как видно, минерализация воды в зимние месяцы (январь-февраль) превышает соленость морской воды в северной половине Каспия. Вполне понятно, что такая среда губительна для существования пресноводной ихтиофауны, которой в недавнем был так богат этот уникальный рыбопродуктивный водоем.

В связи с критической ситуацией водного и гидрохимического режима, сложившейся на оз. Шалкар, в 2008 г. начато восстановление (с опозданием на 8-10 лет) Барбастау-Шалкарского канала. К нстоящему времени выполнена реконструкция первой очереди протяженностью 20 км и с проектной водоподачей (паводкового стока) 12-15 млн. м³. Остается завершение второй части проекта протяженностью 30 км.

Нам представляется, что указанная проектная подача воды, в 2 с лишним раза меньшая существовавшей в 1993-1994 гг., проблемы востановления водности озера не решит. Для этого необходима ежегодная водоподача в объеме не менее 30 млн. м³. В случае недостаточности паводковых вод по р. Барбастау для обеспеченного изъятия требуемого объема, следует, очевидно, приступить к восстановлению другого ранеее действовавшего Урало-Шалкарского канала с проектным объемом подачи воды до 20 млн. м³ /год.

Возвращаясь к соотношению Терцаги (1) и подставляя р = S, получим

Вероятное возникновение сверхдавлений в геологических структурах может быть вызвано дополнительным напряжением _х (нормальным к поверхности пласта), которое накладывается на начальное геостатическое состояние. Увеличение эффективного давления за счет стресса (- р = м плоская деформация) при коэффициенте Пуассона составляет 5-9 кбар [5]. Учитывая, что предел

прочности на складывание пород литосферы для глубин 5-20 км составляет 6000-7000 кг/см² [6], величина сверхдавления, которая накладывается на начальное геостатическое состояние (при нарушении геостатического равновесия), может почти вдвое превосходить предел прочности пород и вызывать неизбежное разрушение скелета породы. Подобные явления нередки в практике нефтедобычи и разработки полезных ископаемых шахтным способом. Они известны как разрушение нефтяного пласта и разрушение кровли горных выработок. В рассматриваемом случае для пород соляной толщи, слагающих литологически ослабленные солянокупольные структуры по периферци озера Шалкар, предел прочности пород на скалывание и разрушение почти вдвое ниже прочности скальных монолитных пород литосферы. Больше того, поскольку солянокупольные структуры представляют собой не только области проявления максимальных напряжений, но и зоны концентрации движений крупных блоков фундамента относительно друг друга, то именно в них происходит разрядка напряжений и выделение энергии в виде тепла. На это указывает резкое повышение температуры озерной воды на 10 ⁰С, отмеченное по гидрометрическому посту «Рыбцех» после сейсмического процесса. При этом среднемесячная температура воды увеличилась в мае до 12,6 ⁰С против 6,2 ⁰С в апреле и 1,6 ⁰С – в марте. Указанному увеличению температуры соответствовало увеличение минерализации воды до 4111 мг/дм³ (на 7 мая), против 2650 мг/ дм ³ (на 7 апреля 2008 г).

Мощность источника выделившегося тепла можно полагать равной при этом [5].

где К – 2,39 ∙ 10^-8 кал/дин∙см – тепловой эквивалент механической работы; – предел прочности пород на скалывание; V – скорость относительного смещения блоков по разлому (V = 1 см/с); плотность пород; c – их удельная теплоемкость.

Приращение температуры в окружающей среде от мгновенного линейного источника, параллельного оси Z (Z перпендикулярна плоскости Х0У), с координатами х = 0, у =у₀ [5]
, (5)
где а – коэффициент температуропроводности; t – время действия теплового источника.

В рассматриваемом случае понижение уровня воды в озере от нормально подпертого (18,69 м) до среднемесячного за 8 месяцев 2008 г. (17,10 м) составило 1,59 м. Если объем воды при нормальной отметке был 1758 млн. м³, то при отметке 17,10 м он составил 1608 м, то есть уменьшился на 150 млн. м³. Соответственно и общая величина гидростатического давления в озерной котловине снизилась на 150 млн.т, а на единцу ее площади – на 0,67 т/м² . Поскольку гидростатическое давление (р) является нейтральным, поддерживающим часть веса горных пород, ровно на такую же величину (0,67 т/м²) возросло эффективное напряжение во всей области озерной котловины. А по мере того, как гидростатическое (флюидное) давление уменьшается и →0, эффективное давление (), которое уплотняет породу, приближается к полному геостатическому, то есть происходит нарушение геостатического равновесия, вследствие возникновения избыточного эффективного давления.

Указанный механизм сейсмического процесса нельзя рассматривать без учета флюидогеодинамической обстановки в регионе. Как отмечалось, динамика гидрологического режима озера Шалкар соответствует закономерному изменению уровня в Каспийском море. Это можно обьяснить высокой пьезопроводностью подсолевого структурно-гидрогеологического яруса, обладающего значительной напорностью и коэффициентом пьезопроводности (выражающим скорость передачи изменяющегося напора), достигающим 10⁵ -10⁶ м²/ сут.

По данным Ж. С. Сыдыкова и др. [2], в период с 1930 по 1977 г. имело место общее снижение уровня в Каспии, вплоть до отметки – 29,1 м в 1977 г. В результате площадь акватории моря сократилась на 48 тыс. км², длина береговой линии почти на 200 км, а объем воды уменьшился более чем на 7 тыс. км³. Однако имевшие место и ранее, вплоть до конца 70-х годов, снижения уровня в оз. Шалкар, совпадавшие с периодом регрессии Каспийского моря, не приводили к проявлению сейсмических процессов. Это могло обьясняться несколько большим, чем ныне, поступлением воды из рек Шолак – и Есенанкаты, а главное, – своевременным вводом в действие в 1972 г. Урало-Шалкарского, а с 1978 г. – Барбастау-Шалкарского каналов с суммарной подачей воды до 50-60 млн. м³ в год.

С 1978 г. уровень Каспия начал стремительно повышаться и в конце 1993 г. достиг отметки – 26,93 м, поднявшись за 16 лет почти на 2,2 м. Соответственно и в оз. Шалкар наблюдался подъем уровня, составивший 18,1-18,8 м в 1993-1994 гг. Указанный подъем уровня моря, рассматривавшийся как современная (новейшая) трансгрессивная фаза, продолжался порядка 20-22 лет. Затем наступила кратковременная стабилизация, сменившаяся новым заметным понижением уровня. Соответственно этому, с 2003-2004 гг. началось понижение уровня в оз. Шалкар, продолжающееся и в настоящее время со средней скоростью 30 см в год.

Естественный процесс обмеления и усыхания озера Шалкар существенно усугубляется техногенными факторами:

• 
  прекращением водоподачи по двум ранее действовавшим каналам;
  
• 
  прогрессивным снижением пластового давления;
  
• 
  развитием обширной депрессии на Карачаганакском НГКМ.
  

Таким образом, совокупность воздействующих естественных и техногенных факторов привело к нарушению геостатического равновесия вследствие избыточного эффективного напряжения в тектонически нарушенных и ослабленных солянокупольных структурах, слагающих и окружающих озерную котловину.

Как известно, вслед за Шалкарским землетрясением, 12 мая 2008 г. произошло более сильное (манитудой 7,9 балла) землетрясение в густонаселенной китайской провинции Сычуань, вызвавшее очень крупные разрушения с числом человеческих жертв, превышающим 65 тыс. человек.

Несмотря на различие интенсивности и масштабов проявления, указанные землетрясения (Шалкарское и Сычуаньское) неверно считать стихийными природными катаклизмами. Они спровоцированы, скорее всего, техногенными факторами, вызванными деятельностью человека. При этом в провинции Сычуань причиной сейсмического процесса могло послужить создание в Сычуане гигантской плотины, перегораживающей реку Янцзы. По мнению западных экспертов, создание искуственного моря вполне могло спровоцировать землетрясение в результате изменения под тяжестью водных масс полного геостатического равновесия в земной коре.

В противоположность этому, Шалкарское землетрясение могло быть вызвано резким уменьшением объема водной массы, которое также привело к изменению нормального геостатического равновесия, вследствие снижения пластового (флюидного) давления, противодействующего эффективному напряжению под силой тяжести горных пород. Таким образом, в том и другом случае имело место изменение гидростатического давления (как части полного геостатического давления), но знак этого изменения был противоположным: в первом случае положительный, резко возросший, во-втором – отрицательный, существенно уменьшившийся.

Выдающийся русский ученый-геолог, академик В. И. Вернадский указывал: «Невежество в естественных науках чревато серьезными последствиями». Эта простая, но глубокая мысль великого ученого как никогда актуальна в настоящую эпоху – эпоху чрезвычайно активной техногенной деятельности человека.

Более реальным может быть устранение техногенных факторов, их вызывающих, причем в каждом случае сугубо специфических.

В данном случае требуется, на наш взгляд, как можно скорейшее восстановление ранее действовавших каналов: Урало-Шалкарского, с постоянной подачей воды из р. Урал, и Барбастау-Шалкарского, с подачей части паводкового стока из водохранилища у с. Узунколь. Суммарный объем подачи воды по обеим каналам должен определяться специальными расчетами. При этом расчеты водоподачи следует выполнить на два временных этапа действия каналов. На первом этапе основной целью должно служить повышение уровня воды в озере до нормально подпертого (18,69 м), на втором – поддержание оптимального уровня путем покрытия ежегодного объема испарения с водной поверхности. В обеих расчетах необходимо учитывать и среднемноголетний объем паводкового стока, поступающего по рекам Шолаканкаты и Есенанкаты.

Выполнением указанной задачи будут решаться две актуальные проблемы: снижение вероятности повторения сейсмического процесса; восстановление (в пределах возможного) биопродуктивности озерного водоема. Прогнозные расчеты возможной биопродуктивности по видам ихтиофауны, в зависимости от снижения минерализации и загрязненности воды, а также развития кормовой базы промысловых рыб (фитопланктон, зоопланктон и бентос) приводятся в научном отчете ккнд. биол. н. К. М. Маминой по результатам обследования состояния ихтиофауны и кормовой базы промысловых рыб за 1996 год, а также в монографии Р. М. Курмангалиева «Вода в биосферных процессах» (2001, с. 101-104).

Другим рекомендуемым мероприятием является недопущение эксплуатации Карачаганакского НГКМ без должного поддержания пластового давления, особенно на третьем этапе его разработки. Рабочее давление в добывающих скважинах должно быть не ниже давления насыщения, в противном их следует выводить из числа действующих для восстановления давления до величины средневзвешенного, превышающего давление насыщения.

Следует обратить внимание на недопустимость опытно-промышленной эксплуатации Чинаревского газоконденсатного месторождения без должной проектной закачки сухого газа с целью недопущения падения пластового давления, как это имело место на Карачаганакском НГКМ.