Предмет на сеизмологията Земетресенията представляват процеси на кратковременно

Предмет на сеизмологията Земетресенията представляват процеси на кратковременно приплъзване и разрушение в земната среда (обикновено земната кора), водещи до генериране и разпространение на еластични колебания, наречени сеизмични вълни. - Подготовка на земетресенията - Реализация на земетресенията - Регистрация на земетресенията - Последствия от земетресенията - Земетресенията и строеж на Земята - Антисеизмично строителство - Други. . .

Класически направления Локализация на източника Строеж на Земята (основни (координати на хипоцентъра слоеве) и време на реализация) Енергетичен аспект на Различия между континенти процеса (енергия, магнитуд, и океани интензивност) Видове източници Геометрия на зоните на (земетресение, взрив, други) субдукция Геометрия на разломяване (тектонска структура на сеизмогенните зони) Строеж и слоеве на земната кора Времево и пространствено разпределение на земетресенията Физични свойства на слоевете в Земята (течни, твърди и други)

Локализация на източника (координати на хипоцентъра и време на реализация) Ходограф – зависимост на времето на пътуване на вълната от разстоянието T [s] Δt S вълна Р вълна R [km]

Разликата между времената на пътуване на двете вълни ts – t p се определя от сеизмограмите

По този начин за всяка станция се определя разстоянието до хипоцентъра (източника) и се прави засечка от няколко станции (поне три, нележащи на една линия)

Енергетичен аспект на процеса (енергия, магнитуд, интензивност) M = log(A) + c 1 log (D) + c 2

Магнитудът е мярка за силата на земетресението, но не дава информация за въздействието му върху земната повърхност. Ето защо се въвежда величината сеизмична интензивност Скала на Медведев-Шпонхоер-Карник (МШК-64) I. Сътресение, регистрирано от сеизмографите, но човек не го усеща. II. Усеща се в изключителни случаи, най-вече по високите етажи на сградите. III. Разтърсването е достатъчно силно, за да се забележи от голямо количество хора, главно в покой. Може да се установи продължителност и направление на труса. IV. На открито се усеща от неколцина, а в сградите — от повечето хора. Съдовете треперят, скърцат мебели и дървения. Напомня на вибрации от тежък камион, който минава по мост. V. Забелязва се от всички; спящите се събуждат; мебелите леко се отместват; звънят по-леките камбани. VI. Всички спящи се събуждат и мнозина, изплашени, бягат навън. Звънят всички камбани, люлеят се полилеи, спират часовници с махало. Забележимо е люлеенето на дърветата. В лошо построените къщи се пропуква и пада мазилка.

VII. Всеобща паника. Звън на църковните камбани; пукнатини в стените на някои постройки. Мнозина трудно се удържат на крака; трусът се забелязва и от водачи на моторни превозни средства. В отделни случаи се наблюдават по-малки свличания и каменопади върху планински пътища и пукнатини на платното. Падат комини; водата помътнява от издигането на тиня, на повърхността й се образуват леки вълни, VIII. Силно повреждане на сградите, пропукват се стени и в здраво построени къщи; статуи се завъртат на пиедесталите си или падат; падат камбанарии и фабрични комини; каменопади. IX Всеобща повреда на сградите; частично или пълно разрушение на някои от тях. Скъсване на водопроводи и газопроводи. Наводнения в равнините; пукнатини в почвата, широки до 10 см; чести свличания; падат скали. Х. Всеобщо разрушаване на сградите; повреди, дори разрушаване на здрави дървени постройки и мостове; опасни повреди на язовирни стени и насипи, скъсване на водопроводи и газопроводи: на улиците се появяват пукнатини; по склоновете и стръмните брегове - големи свличания; водата в реките и езерата се изплисква на брега. XI. Всеобща катастрофа. Всички каменни постройки рухват; сериозни повреди в здрави дървени постройки; жп линии и шосета стават негодни. XII. Разрушава се всичко създадено от човешка ръка. Изменя се ландшафтът; на земната повърхност се наблюдават вертикални разриви или големи хоризонтални премествания; свличат се планински склонове, образуват се нови езера, променят се посоките на реки

Изосеисти – линии, свързващи точки с еднаква сеизмична интензивност

Отделена Енергия – става въпрос за отделената енергия в сеизмичните вълни, която е по-малко от 10% от общата енергия, отделена при реализацията на земетресението (нееластични деформации, разрушение, отделена топлина, химически реакции) Log ES = 11. 8 + 1. 5 MS M=7 -> E(7)=10 (11. 8 + 1. 5 ∙ 7) Е(7)/Е(6) = 32 M=6 -> E(6)=10 (11. 8 + 1. 5 ∙ 6)

Видове източници (земетресение, взрив, други) Земетресение – когато източникът на сеизмични вълни е земетресение, имаме зони на компресия и зони на дилатация (за първото движение)

Видове източници (земетресение, взрив, други) Разпределение на зоните на компресия и на дилатация зона на компресия зона на дилатация

Видове източници (земетресение, взрив, други) Взрив – когато източникът на сеизмични вълни е взрив, първото движение е само на компресия

Видове източници (земетресение, взрив, други) Около взрива първото движение е само на компресия

Видове източници (земетресение, взрив, други) Други източници на сеизмични вълни са - срутвания на пещери, минни галерии - изригвания на вулкани - по-големи метеорити

Геометрия на разломяване (тектонска структура на сеизмогенните зони) Теория на еластичното отдаване (основа за сеизмичен цикъл, Райд 1910) – свързва възникването на земетресения с движението по тектонски разломи в земната кора (след земетресението от 5: 12 AM, 18 април, 1906; 477 км по разлома Сан Андреас)

Геометрия на разломяване (тектонска структура на сеизмогенните зони) Едно от направленията в сеизмологията е да се изучат сеизмогенните разломи – дълбочина, ъгъл на залягане, посока, скорост на относително движение на блоковете и др.

Геометрия на разломяване (тектонска структура на сеизмогенните зони) Разломът Сан Андреас – повърхностна проекция

Геометрия на разломяване (тектонска структура на сеизмогенните зони) Повърхностна картина на разломяването около Сан Андреас

Геометрия на разломяване (тектонска структура на сеизмогенните зони) Триизмерна картина на разломяването около Сан Андреас

Геометрия на разломяване (тектонска структура на сеизмогенните зони) Триизмерна картина на разломяването около Сан Андреас

Времево и пространствено разпределение на земетресенията Пространство - в пространството земетресенията не са разположени случайно, а по границите (разломи) на тектонските плочи – основни и по-малки (епицентри – една година)

Времево и пространствено разпределение на земетресенията Основни тектонски плочи според новата глобална тектоника

Времево и пространствено разпределение на земетресенията Разпределение във времето - за отделен разлом – сеизмичен цикъл - за по-голяма сеизмична зона - силни събития – Поасонов процес (независимост) - общ поток – групиране на земетресения (форшоци, афтершоци, роеве)

Времево и пространствено разпределение на земетресенията Използване на стационарен Поасонов процес за моделиране на възникване на силни земетресения Брой земетресения за единица време (месец) Време Стационарен Поасонов процес Нестационарен Поасонов процес

Времево и пространствено разпределение на земетресенията Групиране на земетресения – афтершокова активност; Използване на случайни процеси от теорията на вероятностите за ноделиране на афтершоковата активност (MOF, ETAS, RETAS)

Строеж на Земята (основни слоеве) Сеизмологията е основен източник на информация (чрез сеизмичните вълни) за дълбочинния строеж на Земята, където прекия мониторинг е невъзможен Основни слоеве: - Кора – около 70 км max - Мантия – около 2900 км - Външно ядро - ~ 5100 км Земен радиус – 6371 km

Строеж на Земята (основни слоеве) Сеизмологията е основен източник на информация (чрез сеизмичните вълни) за дълбочинния строеж на Земята, където прекия мониторинг е невъзможен Основни слоеве във външната част на Земята: - Литосфера (обхваща кората) – 100 км - Астеносфера – около 350 км - Мезосфера – долната част на Мантията

Строеж на Земята (основни слоеве) Определянето на граници в Земята става на базата на теорията за разпространение на сеизмични вълни (отражение, пречупване)

Строеж на Земята (основни слоеве) Строеж на земната кора: - седименти - гранитен слой - базалтов слой (граница на Мохоровичич) Океанска и континентална кора

Строеж на Земята (основни слоеве) Карта на дебелината на земната кора - граница на Мохоровичич

Строеж на Земята (основни слоеве) Сеизмична томография – методика за определяне скоростната структура на земната кора (обикновено се прилага в сеизмични методи за търсене на нефт и газ)

Геометрия на зоните на субдукция Субдукция – процес на подпъхване на една плоча от земната кора под друга Нова глобална тектоника – отначало сушата е представлявала един огромн континент ПАНГЕЯ. След това отделните плочи са се движели една спрямо друга до офрмяне на съвременната картина. Плочите ‘плуват’ в горната мантия

Геометрия на зоните на субдукция Образуване на нова земна кора в зоните на Срединноокеанските хребети (магнитно поле) Зона на субдукция

Геометрия на зоните на субдукция Граници на ‘подпъхване’ – океански жлебове

Геометрия на зоните на субдукция Видове граници между плочите в земната кора Дивергентна граница – образува се нова кора Конвергентна граница (субдукция) Конвергентна граница (колизия) Трансформен разлом

Сеизмична апаратура История

Сеизмична апаратура Основни принципи за разработване на сеизмична апаратура

Сеизмична апаратура Възстановяване цялостното движение на точката на регистрация

Сеизмична апаратура Развитие на сеизмичната апаратура Нов (3 -компоненти) Сега са широколентови Стар (вертикален)

Сеизмична апаратура Основни елементи на апаратурата – сеизмометри и регистратори

Сеизмична апаратура Сеизмични мрежи – локални, регионални, глобални Глобална сеизмична мрежа

Съвременни направления Разпределение на приплъзването по разломите Хоризонтални нееднородности (кора, мантия, ядро) Напрежения по разломите и в Земята Възникване и завършване на процесите на разломяване Предсказване на земетресения Изследване на свлачища, вулкански изригвания и други Топография на вътрешните граници Нееластични свойства на средата Анизотропия на средата Връзка между сеизмичните вълни, състав и термични

Сеизмична опасност и антисеизмично строителство За конкретно място или регион се определя сеизмичната опасност в зависимост от въздействащите източници и локалните условия

Сеизмична опасност и антисеизмично строителство Влияние на локалните условия (фундаментална честота)

Сеизмична опасност и антисеизмично строителство Усилващ коефициент при преминаване на сеизмичните вълни през плитки депозити

Предсказване на земетресения Място, сила и време на земетресението Дългосрочен прогноз - промени в сеизмичната активност - скорост на геотектонските процеси Средносрочен прогноз (до няколко години) - промени в скоростта на сеизмичните вълни Краткосочен прогноз (от няколко седмици до няколко дни) - Китай – 4 Февруари 1975 М=7. 3 (Хайченг) – успешен прогноз - 28 Юли 1976 Тяншан; 655000 убити, 780000 ранени Общо над 300 предвестника

Моделиране на сеизмичния процес Каталожна информация за земетресенията Day Month Year Hour Minute Second Longitude Latitude Depth Md 12 11 1999 16 57 19. 5 31. 16 40. 76 10 6. 5 12 11 1999 17 13 42. 2 31. 1 40. 87 10 4. 243 12 11 1999 17 16 50. 1 31. 02 40. 76 10 4. 648 12 11 1999 17 17 56. 8 31. 12 40. 78 10 5. 4 12 11 1999 17 22 54. 3 31. 12 40. 79 10 4. 486 12 11 1999 17 26 14. 6 31. 51 40. 7 10 4. 405 12 11 1999 17 29 31. 5 31. 47 40. 74 10 5. 2 12 11 1999 17 46 56. 8 30. 95 40. 73 10 4. 8 12 11 1999 17 57 3. 2 31. 72 40. 88 10 4. 081

Моделиране на сеизмичния процес Каталожна информация за земетресенията Каталожната информация, която покрива най-дълъг период от време, съдържа координатите на хипоцентъра на всяко земетресение - , , h, времето на възникване и данни за силата мумагнитут M или енергетичен клас K. Така всяко земетресение може да се представи като точка в някакво петмерно пространство 5( , , h, t, M). Сеизмичният режим, ще се изобразява в пространството 5 чрез съвкупността от точки, разположени дискретно. В този смисъл изучаването му ще представлява анализ на разпределението на точките и установяване на закономерностите, на които те се подчиняват.

Моделиране на сеизмичния процес Каталожна информация за земетресенията Преди извършване на статистико-сеизмологични изследвания, е необходимо всеки каталог да бъде оценен, т. е. да бъде подложен на предварителна обработка по отношение на пълнотата на данните, тяхната представителност Day Month Year Date[days] Hour Minute Second Time [days] Cumul. N Longit ude Latitu de Depth Md final 12 11 1999 36476. 706 16 57 19. 5 0. 000 0 31. 16 40. 76 10 6. 5 12 11 1999 36476. 718 17 13 42. 2 0. 011 1 31. 1 40. 87 10 4. 243 12 11 1999 36476. 720 17 16 50. 1 0. 014 2 31. 02 40. 76 10 4. 648 12 11 1999 36476. 721 17 17 56. 8 0. 014 3 31. 12 40. 78 10 5. 4 12 11 1999 36476. 724 17 22 54. 3 0. 018 4 31. 12 40. 79 10 4. 486 12 11 1999 36476. 727 17 26 14. 6 0. 020 5 31. 51 40. 7 10 4. 405 12 11 1999 36476. 729 17 29 31. 5 0. 022 6 31. 47 40. 74 10 5. 2 12 11 1999 36476. 741 17 46 56. 8 0. 034 7 30. 95 40. 73 10 4. 8 12 11 1999 36476. 748 17 57 3. 2 0. 041 8 31. 72 40. 88 10 4. 081

Моделиране на сеизмичния процес График на кумулативния брой земетресения във времето

Моделиране на сеизмичния процес Хистограма на разпределението на една случайна величина

Моделиране на сеизмичния процес Закон на Гутенберг-Рихтер за разпределението на земетресенията по магнитуд (емпиричен) Log N = a – b. M (Геоложка интерпретация) Граница на пълнота на магнитуда

Моделиране на сеизмичния процес Каталожна информация за земетресенията

Моделиране на сеизмичния процес Закон на Бат (емпиричен) Средната разлика между магнитуда на първото (най-силно) земетресение и най-силния афтершок е 1. 2

Моделиране на сеизмичния процес Групиране (кластеризация) на земетресенията афтершоци форшоци афтершоци рой

Моделиране на сеизмичния процес Използване на случайни процеси за моделиране на сеизмичнността Реализацията на земетресенията във времето и пространството е сложен процес, който може да се разглежда като съвкупност от независими (главни) и зависими (вторични) събития. За пълноценно изучаване на сеизмичността са необходими данните както за независимите, така и за зависимите събития. Както бе споменато по-горе, пространствените координати и магнитудът на едно земетресение могат да се разглеждат като функции на времето т. е. като процеси във времето. При такава постановка от вероятностна гледна точка, реализацията им във времето може се моделира като случаен точков процес. В статистическия анализ на земетресенията първата стъпка е да се изследва дали са разпределени случайно във времето, т. е. доколко реализацията на земетресенията съответства на стационарен Поасонов процес. Този процес задоволително добре описва много от природните точкови процеси, включително и земетресенията. Ако определени събития следват стационарен Поасонов процес, то времевите интервали между тях са експоненциално разпределени.

Моделиране на сеизмичния процес Използване на случайни процеси за моделиране на сеизмичнността Поасонови модели: Разглеждат земетресенията като случайни събития във времето, пространството и енергията. Или, ако N(t) е броят събития във времевия интервал (0, t), то процесът { N(t), t 0} е Поасонов, ако за k=0, 1, 2, …; >0 като е интензивността на процеса

Моделиране на сеизмичния процес Използване на случайни процеси за моделиране на сеизмичнността Нестационарен процес Процес близък до стационарен Поасонов процес (постоянен наклон)

Моделиране на сеизмичния процес Примери Горно-Тракийска депресия Fig. 3 Cumulative number curve in time for the earthquakes in the Upper-Thracian valley for the period 1900 -2001

Моделиране на сеизмичния процес Използване на случайни процеси за моделиране на сеизмичнността

Моделиране на сеизмичния процес Примери Горно-Тракийска депресия

Моделиране на сеизмичния процес Примери Горно-Тракийска депресия

Моделиране на сеизмичния процес Моделиране на афтершокова активност Японският учен Омори въвежда през 1894 г. първата формула за честотата на афтершоците. В класическата формула на Омори, честотата на афтершоците na(t) за единица време t (един час, един ден, един месец и т. н. ) в определен момент t , се дефинира чрез закона: През 1961 г. Утсу въвежда модифицираната формула на Омори (MOF), съгласно която честотата на афтершоците за единица време в определен момент t се дава чрез закона:

Определяне силата на земетресенията Интензивност Магнитуд Енергия Момент Сеизмичният момент е цифрова величина за определяне на общата освободена енергия. Задава се с формулата М 0=μАu Където μ е модулът на твърдостта, А е общата площ на разрушение, а u е разстоянието на приплъзване. Това е формулата за скаларната стойност на сеизмичния момент, който иначе е тензорна величина

Определяне силата на земетресенията Интензивност Магнитуд Енергия Момент u М 0=μАu A

Определяне силата на земетресенията Интензивност Магнитуд Енергия Момент – магнитудна скала по сеизмичен момент Въведена е от Том Ханкс и Хиро Канамори през 1979 МW е безразмерна величина

Определяне силата на земетресенията Интензивност Магнитуд Енергия Момент Магнитуд – формула на Рихтер Общата формула е М=lg [A/A 0] + const. Магнитудът на земетресението е относителна величина. За М=0 (=lg 1) във формулата на Рихтер – това означава земетресение, при което максималната амплитуда на записа на сеизмограф Вуд-Андерсън е равна на 1 mcm на разстояние Δ=100 km.

Определяне силата на земетресенията Интензивност Магнитуд Енергия Момент Магнитуд където е обозначено: а -- амплитуда на отместването в микрометри, Т -- период на вълната (в секунди), Δ -- епицентрално разстояние, h -дълбочина на огнището на земетресението, f(Δ, h) -- емпирична функция. Има магнитуди по различни видове вълни. Магнитудът на обемни вълни се обозначава с малка буква m. По Гутенберг и Рихтер

Определяне силата на земетресенията Магнитуд

Определяне силата на земетресенията Магнитуд Ще приведем няколко примера. Едно от най-силните земетресения се счита Асамското земетресение, което станало през 1952 г. Неговият магнитуд е равен на 8, 7. Чилийското земетресение от 1960 г. оценяват с магнитуд 8, 3. Взривовете на атомните бомби също предизвикват земетресения, магнитудът на които може да се определи по формулата , където Q-заряд в килотона. Така атомната бомба, хвърлена над Хирошима еквивалентен заряд 30 килотона, оттук M=5. 1 Аляска 9. 0 Суматра 9. 3

Определяне силата на земетресенията Енергия Интензивност Магнитуд Енергия Момент

Макросеизмична интензивност Пловдивско земетресение 18 Април 1928

Механизъм на земетресенията Разлом

Механизъм на земетресенията Разлом

Механизъм на земетресенията Разлом Параметри на активен разлом: - Посока (азимут) на разлома - Ъгъл на наклона - Посока на преместване

Механизъм на земетресенията Определяне на огнищната зона Северно Егейско море 19 декември 1981; М=7. 2

Задачи: 1. От уебсайт http: //geo. physics. uni-plovdiv. bg/balkcatdata. htm изкопирайте данни от каталога до края на 1904 година 2. Пействайте данните в Notepad и ги запазете като текстови файл 1904. txt (ANSI) 3. Затворете файла и го отворете през Excel, като му зададете да раздели данните по колони. Задайте допълнителен разделител „ / ” за да раздели колоните за датите (ден, месец, година) 4. Запазете файла като 1904 n. txt и го затворете 5. Отворете го през Excel, като този път допълнителният разделител е „ : ”, за да раздели времето по колони (час, минута, секунда) 6. Инсъртвайте празен ред най-отгоре и надпишете колоните 7. Проверете по колони дали има грешки в данните 8. Запазете файла като 1904 n. xls 9. Създайте колона (insert) “Time” и определете броя дни след 1900 с помощта на функции DATE и TIME 10. Създайте колона “Cum Number” и в нея вкарайте кумулативния брой събития „ 1, 2, 3, 4, . . . ) 11. Постройте графика от трите колони Time, Magnitude, Cum Number, като Time е абцисата, а Magnitude е по допълнителна вертикална ос 12. Анализирайте графиката