Сейсмические явления

Сейсмические явления ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ: ПРИЧИНЫ, ОЦЕНКА СИЛЫ, РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ

Землетрясения – всякое колебание земной коры, вызванное смещением горных пород в недрах Земли. Продолжительность землетрясений от 5 -6 сек до 5 -6 мин.

Землетрясения типичны для районов, где происходят современные горообразовательные процессы, а также для зон субдукции (субдукция - опускание горной породы с края одной тектонической плиты в полурасплавленную астеносферу внизу) и обдукции (обдукция – надвигание тектонических пластин на континентальную окраину).

Зоны субдукции и обдукции Субдукция Обдукция

Историческая хроника Ежегодно отмечается несколько сот тысяч землетрясений, но только десятки приводят к катастрофам. За историческое время от землетрясений погибло 13 млн. человек. (по разным данным)

В «Каталоге землетрясений Российской империи» (1893 г. Авторы – А. П. Орлов, И. В. Мушкетов) описано 2574 землетрясения, произошедших с 596 г. до н. э. по 1888 г. н. э.

Средняя Азия, Россия – СССР Верненское (1887 г. ), Красноводское (1895 г. ), Андижанское (1902 г. ), Каратагское (1907), Кебинское (1911 г. ), Ашхабадское (1929 г. ; 5. 10. 1948 г. – погибло более 100 тыс. чел. ); Спитак (7. 12. 1988 г. – погибло более 28 тыс. чел. , неофициально 55 тыс. чел. ); Нефтегорск на Сахалине (1995 г. – погибло 2 тыс. чел. ).

Мир

Китай (1920 г. – погибло 200 тыс. чел. ), Токио и Иокогама (1923 г. – 150 тыс. чел. ), Токио (1703 г. – 200 тыс. чел. ), Неддо (Япония, 1730 г. - 137 тыс. чел. ), Италия (1980 г. – 3100 чел. ), Иран (1981 г. – 2500 чел. ) и т. д.

Причины землетрясений Любое землетрясение – это мгновенное высвобождение энергии за счет образования разрыва горных пород. Деформация пород происходит скачкообразно с образованием упругих волн. Объем пород определяет силу сейсмического толчка и выделившуюся энергию. Чем меньше объем очага, тем слабее толчки.

Гипоцентр и эпицентр Гипоцентром, или фокусом землетрясения называют условный центр очага на глубине, а эпицентром – проекцию гипоцентра на поверхность земли.

Глубина очага землетрясений В зависимости от глубины гипоцентра различают: • мелкофокусные землетрясения – до 70 км, • среднефокусные – 70 -300 км, • глубокофокусные – 300 -700 км. Чаще очаги землетрясений находятся на глубине 10 - 30 км, т. е. в нижней части литосферы. Главному толчку часто предшествуют локальные форшоки, а после главного удара следуют афтершоки.

Продольные, поперечные и поверхностные волны Из гипоцентра распространяются упругие колебания – продольные и поперечные волны.

• Продольные волны называются Р-волны (primary – первоначальный, т. к. они приходят первыми). Это волны сжатия. Распространяются в любой среде со скоростью от 500 -1000 м/сек в песках до 5 -7 км/сек в гранитах, в воде – 1, 5 км/сек, в воздухе – 330 м /сек. При выходе на поверхность земли создают звуковые волны при частоте более 15 Гц. • Поперечные волны называют Vs – волны. При своем распространении волны сдвигают частицы под прямым углом к направлению своего пути. Они не распространяются в жидкостях и газах, т. к. их модуль сдвига равен 0. Скорость Vs в 1, 7 раза меньше Vp. Период волн от долей сек до 5 сек. • Поверхностные волны – слабые волны. Подобны ряби на поверхности воды, скорость их в 2 раза ниже Vs. Они затухают быстрее на расстоянии, но не менее опасны.

Оценка силы землетрясения производится при помощи сейсмографов.

Принцип работы сейсмографа основан на неподвижности маятника, который подвешен на тонкой пружине. Маятник имеет рамку и чувствительный гальванометр-самописец, колебания которого записывает самописец. Получается непрерывная сейсмограмма, отражающая перемещения грунта в какой-то одной плоскости. Для записи колебаний в 3 -х направлениях нужны 3 сейсмографа с разными рамками

Расшифровка сейсмограмм заключается в фиксировании точного времени прихода различных волн - P, S, а также L, R (Лява и Релея) и их интерпретации, т. к. они приходят не только с разной скоростью, но и с разных сторон. Определив время прихода разных волн, и зная скорость их распространения, можно определить расстояние до очага-гипоцентра землетрясения.

Интенсивность сейсмического эффекта выражают в баллах или в магнитуде. Для строительных целей в России с 1952 года применяют 12 - балльную шкалу MSK-64. До недавнего времени действовал ГОСТ 6249 -52 для оценки силы землетрясений в баллах. Каждый балл шкалы соответствует определенному сейсмическому ускорению α: Балл 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 α, 2, 5 -5 5 -10 10 -25 25 -50 50 - 100 - 250 - 500 - 1000 - 2500 - >5000 мм/сек 2 100 250 500 1000 2500 5000

Сейсмическое ускорение определят по формуле: α = А· 4π2/Т 2, α – сейсмическое ускорение, мм/сек 2; А - амплитуда колебаний, мм; Т – период колебаний сейсмической волны, сек. По величине α вычисляют коэффициент сейсмичности КS: КS = α/g, где g - ускорение силы тяжести, мм/сек 2. Коэффициент сейсмичности необходим для расчета добавочных горизонтальных сил Q при оценке прочности сооружения: Q = KS·P, где Р - вес сооружения.

Характеристика землетрясений

• Чарльз Рихтер предложил шкалу энергии землетрясений, которую пользуют сейсмические службы. Она так и называется ШКАЛА РИХТЕРА.

Колебания сильно ослабевают при удалении от очага. Удаление в 2 раза снижает энергию в 10 - 20 раз, а удаление в 10 раз снижает энергию в тысячи раз. Соответственно, с расстоянием убывает и амплитуда колебаний. Даже при очень сильных землетрясениях (10 -12 баллов) на расстоянии 200 -500 км нет угрозы зданиям и населению.

Магнитуда характеризует энергию в центре землетрясения. Шкала балльности Рихтера служит для строительных расчетов и при районировании территорий. Идея Рихтера состоит в том, что принято «стандартное» (эталонное), очень слабое землетрясение с амплитудой А*=1 мк, которое еще фиксируют сейсмографы. Затем определяют амплитуду А, мк любого землетрясения, превышающего минимальное, и рассчитывают его магнитуду по формуле: М=lg А/А*. Землетрясения с М=1 -3 очень слабые, т. к. их амплитуда всего в 10 -1000 раз больше минимального. Сильнейшие землетрясения – Чилийское (1960) и Аляскинское (1964) имели магнитуду – 8, 5 -8, 6. Землетрясения с магнитудой более 9 не известны. Атомная бомба имеет магнитуду М=6, 5, водородная бомба – М=8, 5.

Цунами – гигантские волны, образующиеся во время землетрясения.

Районирование территорий Землетрясения происходят только в активных районах - там, где литосферные плиты либо сталкиваются друг с другом, либо расходятся, наращивая образование новой океанической коры.

Эпицентры землетрясений

Выделяют два региона сильных землетрясений: • Первый высокосейсмичный регион; • Второй регион сильных и частых землетрясений, Плиты, по границам которых происходят землетрясения

Первый высокосейсмичный регион – активные окраины Тихого океана, где океанические плиты погружаются под континентальные и напряжения, возникающие в холодной и тяжелой плите, разряжаются в виде многочисленных землетрясений, гипоцентры которых образуют наклонную сейсмофокальную зону, уходящую в верхнюю мантию до глубин в 600 -700 км.

Регионы сильных землетрясений.

Второй регион сильных и частых землетрясений – Альпийский горно-складчатый пояс, простирающийся от Гибралтара через Альпы, Балканы, Анатолию, Кавказ, Иран, Гималаи в Бирму В пределах СНГ наиболее сейсмически активными регионами являются Восточные Карпаты, Горный Крым, Кавказ, Копетдаг, Тянь-Шань, Памир, Алтай, р-н оз. Байкал, Дальний Восток (особенно Камчатка, Курильские о-ва, о-в Сахалин). Все эти регионы обладают горным, часто высокогорным рельефом. Подавляющая часть землетрясений относится к зонам сжатия (85%) и только 15% к зонам растяжения.

Карты сейсморайонирования в СССР впервые приведены в СНи. П 1962 года. Методика их составления учитывает: 1) геологическое строение, тектонику, разломы и другие нарушения земной коры, 2) сведения о прошлых землетрясениях. Карты сейсморайонирования составляет Институт Физики Земли РАН.

При сейсморайонировании вводят понятие «среднего» грунта (плотные глины, плотные пески). Для слабых грунтов (плывунов, просадочных лессов, рыхлых песков и т. д. ) добавляют 1 балл к среднему, фоновому баллу. Для прочных грунтов (скальных, галечников, мерзлых) уменьшают 1 балл. Балл строительной площадки можно снизить также укреплением грунтов основания.

Прогноз землетрясений включает в себя: • место, величину и время землетрясения. Место сильных землетрясений сейчас определяют довольно точно. Величина (балл) также прогнозируются сравнительно хорошо. Нельзя дать прогноз времени землетрясения, хотя это и очень важно. Предвестниками землетрясений: • изменение деформаций и наклонов земной поверхности (есть специальные деформаторы), • изменение электросопротивления горных пород, которое можно измерять до глубины 20 км, • вариации магнитного поля, колебания уровня грунтовых вод (УГВ), • изменение содержания радона в подземных водах, • беспокойство животных (в т. ч. рыбок в аквариумах) и т. д.

Строительство в сейсмических районах Антисейсмическое усиление зданий начинается с 7 -ми баллов. Один из способов усиления зданий - не должно быть жесткого контакта фундамента с грунтом.