Самое мощное подземное ядерное испытание (4,2 мт)

Два самых мощных советских ПЯИ были проведены на НЗИП осенью 1973 г. 12 Сентября 1973 г. четыре ядерные устройства с полной мощностью 4.2 Мт были взорваны на северном участке. Приведенная глубина была заявлена равной 95 м/кт, а сейсмическая магнитуда составила, как сообщалось, 6,97. 27 октября одиночный заряд (3.5 Мт) был взорван на южном участке почти через месяц после первого успешного ПЯИ в этом новом районе. Его произвели в стандартной скважине. Сейсмическая магнитуда составила 6,98, а объявленная приведенная глубина 129 м/кт.

Хотя мощности двух этих взрывов были почти одинаковыми, поверхностные эффекты различались очень сильно. После южного взрыва изменения на почве были замечены к юго-востоку от вершины шахты. Образовались четыре небольших гребня, область шириной 120м поднялась на 2-3м и на поднятом участке наблюдались крупные трещины шириной 1-1,5м и глубиной 5м.

Напротив, самое крупное ПЯИ на северном участке привело к серьезному дроблению породы со сходом большого ее объема и со значительными изменениями поверхностного рельефа. Более 80 миллионов кубометров породы были сброшены вниз в виде массивной лавины. Сход грунта заблокировал вход в долину и два ледниковых ручья. За обломками лавины образовалось озеро длиной 2 км. Протяженность схода грунта схематически представлена на рис. 5 (вертикальный разрез) и на рис. 6 (вид сверху на разрушение склона и на участок, покрытый обломками сошедшей породы). Размен разрушенного участка равен 800*1700м. А размер площади, покрытой обломками породы равен 1600x2200м с толщиной 20-50м/

Такой контраст результатов двух подземных ядерных взрывов с мощностями в несколько мегатонн связан с различиями рельефа и распределения мощности во взрыве. Геометрия испытания на юге была относительно простой: единичный заряд был взорван в глубокой шахте. Северное испытание включало в себя четыре отдельные ядерные устройства, взорванные почти одновременно, но в сложной конфигурации под горой Черная. При безопасной приведенной глубине 100 м/кт (или больше) мощность 4,2 Мт требует, по крайней мере, 1600 м для длины линии наименьшего сопротивления (ЛНС) до свободной поверхности. Но высота горы Черная составляет всего 900 м и ее рельеф не мог обеспечить ЛНС более 650 м при использовании только горизонтальной штольни. Поэтому был спроектирован уникальный гибрид штольни и шахты внутри горы (см. рис. 5). Сначала вырыли штольню длиной 1223м. В конце штольни В-1 построили крупную камеру ВК-1. Затем была прорыта на дополнительную глубину 500 м вертикальная шахта диаметром 3 м, а на ее дне сооружена камера ВК-4. Упоминаются также камеры ВК-2 и ВК-3 в связи с этим ядерным испытанием, но их положение неизвестно. Они были расположены где-то вдоль штольни неподалеку от ВК-1 (возможно, даже вместе).

Совместная мощность (примерно 4,2 Мт) для этого ПЯИ определялась, таким образом, четырьмя отдельными взрывами, произошедшими в разных камерах. Один из путей выполнения испытания заключался в размещении всех устройств в самой глубокой камере ВК-4. Величина ЛНС для этой камеры, рассчитанная в соответствии с известным поперечным сечением (рис. 5), составляла около 1200м. Приведенная глубина заложения (ПГЗ) для 2 Мт и 1200 м составляет 74 м/кт, что только слегка превышает оценку минимального значения 70 м/кт, требуемого для предотвращения образования кратера в твердом грунте. Как же тогда можно распределить полную мощность, чтобы уменьшить ПГЗ?

В книге "Ядерные испытания СССР". Том 2 приведены диапазоны значений мощности всех четырех устройств при этом испытании: 1,5-10 Мт для самого крупного, вероятнее всего, для ВК-1 и 150-1500 кт для каждого из остальных (вероятнее всего, для ВК-1, -2, -3) Значения ЛНС для ВК-4 и ВК-1 составляли 1200 м и 600 м, соответственно, как следует из рис. 5, и примерно 600 м для ВК-2 и ВК-3. Распределение полной мощности 4,2 Мт, которое значительно повышает общее значение ПГЗ, оцененное выше в 74 м/кт , будет соответствовать помещению 380 кт в каждую из камер ВК-1, -2, -3, а остальной мощности (около 3 Мт) в ВК-4. Значение ПГЗ для каждой камеры в этом случае составит около 83 м/кт Если бы камеры ВК-1, -2, -3 не были расположены далеко друг от друга, удобнее было бы сгруппировать три этих небольших устройство в одно, чтобы отыскать значение ПГЗ. Тогда оно равнялось бы 77 м/кт при 3,7 Мт в ВК-4 и, примерно, 500 кт на верхнем уровне.

Вне зависимости от того, каким было распределение зарядов при этом испытании, похоже, что условие безопасности — длина ЛНС не должна быть меньше 100 м/кт, не было выполнено, а приведенное значение 95 м/кт несовместимо с полной мощностью 4,2 Мт и обсужденными величинами ЛНС. Естественно, наложение ударных волн от основного заряда в ВК-4 и от остальных зарядов в ВК-1, ВК-2 и ВК-3 превосходит сейсмический эффект от воздействия каждой отдельно взятой камеры. Лавина оказалась результатом такого наложения. Можно также отметить, что любое распределение мощностей, когда на верхнем уровне главной штольни располагаются значительные сейсмические источники, неизбежно приведет к более крупным сейсмическим сигналам, чем размещение всей мощности 4,2 Мт на уровне камеры ВК-4, поскольку подземные взрывы при фиксированном размере заряда генерируют более высокие сейсмические сигналы при подрыве ближе к поверхности.

Наряду с различием внешнего воздействия этих двух крупнейших подземных испытаний существует разница в том, что наибольший ПЯИ в шахте (27 октября 1973 г.) привел к значительному количеству повторных ударных волн ("афтершоков"). Так, Логачев сообщил, что 19 землетрясений были зарегистрированы в течение 14 часов после этого взрыва. Девять событий из них с телесейсмическими магнитудами в диапазоне от 4,0 до 4,6 были замечены Международным сейсмологическим центром. Но ни о каких значительных афтершоках не сообщалось в связи с ПЯИ 12 сентября 1973 г.

Обзор советских ядерных испытаний на Новой Земле в 1955-1990 годах
Виталий Халтурин, Татьяна Раутиан, Пол Г. Ричарде и Уильям С. Лейт 2005 г.

Каменные лавины на Новой Земле

Каменные лавины образуются на горных склонах при обрушении больших объемов горных пород. Разгоняясь на больших участках склона горная масса начинает течь подобно жидкости и может с большой скоростью уходить на расстояния до километров и даже десятков километров по пологим участкам долин и предгорий. На Новоземельском полигоне каменные лавины наблюдались при проведении подземных ядерных взрывов в горах Лазарева, Моисеева, и массиве горы Черная.

Рассредоточенность естественных лавин во времени и пространстве, наблюдение лишь конечных отложений, нередко нарушенных более поздними геологическими процессами, существенно ограничивают возможности исследователей. В этом плане подземные ядерные испытания на Новой Земле позволили получить уникальный экспериментальный материал. Известное заранее время и место схода лавин позволило провести наблюдение и регистрацию всего процесса во времени, а также определить неискаженные эрозией геометрические параметры участков обрушения и навала лавин. Наблюдения близких по масштабу лавин в различных по геологическому строению горных массивах позволило установить особенности влияния литологического состава пород на условия обрушения горных склонов взрывом, а также влияние гранулированного состава обломочной массы на длину пробега каменных лавин.

Геометрические размеры и скорость движения лавин

На Новоземельском полигоне крупные обрушения с образованием каменных лавин наблюдались при проведении восьми штольневых взрывов. Все взрывы характеризуются практически полной камуфлетностью. Обрушение происходило на участках с максимальной крутизной склона при достаточной мощности динамического воздействия. Вследствие процесса множественного откола раздробленная каменная масса вспучивалась над поверхностью склона в виде купола и затем скатывалась вниз по склону. Разгоняясь на крутых участках склона под действием силы тяжести, каменный поток растекался затем по пологим участкам на расстояния до 1—2 километров. Лавина наибольшего объема после взрыва В-1 (12.09.73) перекрыла долину реки Журавлевки, вследствие чего образовалось озеро "Наливное" с площадью зеркала воды около двух квадратных километров.

Измерение размеров техногенных лавин проводилось геодезическими методами, визуально и с помощью аэрофотосьемки.

Проведены исследования зависимости продвижения и скорости фронта лавины A-10 (23.08.75) во времени. Измерения были начаты в момент выхода фронта лавины из облака пыли, поднятого при взрыве. Общее время движения составляло 30 сек, максимальная скорость фронта 45 м/с достигалась на 15 секунде.

Сопоставление контура области обрушения с распределением максимальной массовой скорости движения грунта при взрыве показало, что не всегда обрушению подвергается область максимального воздействия взрыва. В большинстве изученных обрушений определяющую роль имел угол наклона обрушенного участка, то есть на фоне общего обширного воздействия взрыва на склон обрушивалась именно та его часть, наклон которой превышал некоторый критический угол.

Помимо величин максимальной массовой скорости движения грунта и угла наклона поверхности склона, характеризующих критические условия обрушения, определенная роль в обрушении горных склонов под действием подземных взрывов принадлежит особенностям геологического строения горного массива, в котором производится взрыв. Наиболее податливой к обрушениям была гора Черная.

Отмеченное влияние индивидуальных свойств горного массива на критические параметры обрушения до некоторой степени находятся в соответствии с прочностными характеристиками горных пород.

Одним из наиболее важных параметров каменных лавин является дальность распространения их фронта. Известно, что с увеличением объема лавины относительная дальность их распространения (L/H) в целом увеличивается от 2-3 при объеме 106 м³ до 8-10 при V = 1010—1012 м³, что обусловлено тем запасом кинетической энергии, которую приобрела порода при обрушении под действием силы тяжести. Вместе с тем на фоне этой общей зависимости наблюдается значительный разброс экспериментальных данных, анализ которых для естественных лавин трудно осуществим вследствие многообразия возможных факторов, способных повлиять на процесс торможения, то есть на величину потерь энергии лавины при ее движении по пологому участку склона.

Обзор советских ядерных испытаний на Новой Земле в 1955-1990 годах.
Коллектив авторов, под ред. В. Н. Михайлова.