Реферат: Землетрясения
Реферат: Землетрясения
Введение
Землетрясения по своим разрушительным последствиям, числу
жертв и деструктивному воздействию насреду обитания человека занимают одно из
первых мест среди других природных катастроф. Они обусловлены продолжающейся
сотни миллионов лет глобальнойэволюцией литосферы нашей планеты. На территории
Северной Евразии все геодинамические и сейсмические процессы тесно связаны со
взаимодействием восьмикрупных литосферных плит - Евразийской, Африканской,
Аравийской, Индостанской, Китайской, Тихоокеанской, Охотоморской и
Северо-Американской.
Предотвратить землетрясения невозможно, однако их
разрушительные последствия и количествочеловеческих жертв могут быть уменьшены
путем создания достоверных карт сейсмического районирования, применения
адекватных норм сейсмостойкогостроительства и проведения в сейсмоактивных
районах долгосрочной политики, основанной на повышении уровня осведомленности
населения и федеральных органовоб угрозе землетрясений и умении противостоять
подземной стихии.
Основными понятиями, связанными с социально-экономическими
последствиями землетрясений,являются следующие.
n n Сейсмическое районирование - это картирование
сейсмической опасности.Сейсмическая опасность - вероятность возникновения
(превышения,не превышения) сейсмического эффекта определенной величины в данном
пункте в течение заданного интервала времени(измеряется в баллах, пиковых и
спектральных ускорениях и т.п.). n n Сейсмическая уязвимость - отношение
ожидаемых затрат по восстановлению объекта к егопервоначальной стоимости
(измеряется от 0.0 до 1.0).Сейсмический риск - вероятность потерь от
землетрясений за определенныйпромежуток времени в соответствии с сейсмической
опасностью и уязвимостью объектов (число возможных жертв, экономическийи экологический
ущерб и др.).
Сейсмическое районирование актуально для всех без исключения
регионов России, где даже наотносительно спокойных в геологическом отношении
равнинных территориях имели место, и возможны в будущем, достаточно сильные и
разрушительные землетрясения.Свыше четверти территории Российской Федерации
подвержено сейсмическим воздействиям, требующим проведения антисейсмических
мероприятий. Значительнуюплощадь занимают чрезвычайно опасные в сейсмическом
отношении 8-9-ти и 9-10-балльные зоны. К ним относятся Дальний Восток и весь юг
Сибири. В европейской частистраны таким регионом является Северный Кавказ.
Ощутимые и 6-7-балльные землетрясения свойственны Среднему Уралу и Приуралью,
Поволжью, Кольскому полуострову и сопредельнойс ним территории. Техногенная
сейсмотектоническая активизация характерна для нефтедобывающих районов
Татарстана и Башкортостана.
Известны местные землетрясения и в Воронежской области, где
расположена Ново-Воронежская АЭС.Угроза землетрясений с каждым годом растет по
мере освоения сейсмоактивных территорий и строительства в их пределах особо
ответственных сооружений.
Исследования в области сейсмического районирования
базируются на детальном и комплексномизучении глубинной структуры земной коры и
всей литосферы, современной геодинамики, региональной сейсмичности,
сейсмотектоники и инженернойсейсмологии.Они включают в себя идентификацию
сейсмоактивных структур, определение параметров их сейсмического режима и
затухания генерируемого имисейсмического эффекта с расстоянием, а в итоге -
вероятностный расчет и картирование сейсмической опасности на земной
поверхности. В зависимости отзадач, степени детальности и масштаба исследований
сейсмическое районирование может быть общим (ОСР, масштаб 1:5-млн - 1:2,5-млн),
детальным (ДСР, масштаб1:500-тыс - 1:100-тыс) и микросейсмическим (СМР, масштаб
1:50-тыс и крупнее). Однако первостепенным и опорным для всех последующих
построений является ОСР,основанное на региональных и межрегиональных
сейсмологических и геолого-геофизических исследованиях, способствующих
выявлению планетарных сейсмогеодинамическихвзаимодействий литосферных плит и
блоков земной коры сейсмоактивных регионов.
Карты ОСР в генерализованном виде характеризуют степень
сейсмической опасности всей территориистраны и сопредельных сейсмоактивных
регионов и используются для социально-экономического планирования,
рационального землепользования исейсмостойкого строительства. Только на их
основе могут и должны составляться более детальные карты ДСР и СМР, учитывающие
наряду с региональными локальныесейсмотектонические, сейсмические, грунтовые и
другие природные условия.
Сейсмическая опасность с каждым годом не уменьшается, а
растет в прямой связи схозяйственным освоением сейсмоактивных территорий и
воздействием человека на литосферную оболочку Земли (строительство крупных
гидротехнических сооружений,добыча полезных ископаемых и т.п.). Повышенный
сейсмический риск связан и с размещением в сейсмоактивных регионах атомных
электростанций и других экологическиопасных объектов, поскольку даже
незначительные землетрясения могут нарушить их нормальное функционирование.
В конце прошлого и начале текущего столетия, благодаря
выдающемуся вкладу отечественных ученых вмировую сейсмологию, Россия в течение
многих лет играла ведущую роль в науке о землетрясениях. С именем Б.Б.Голицына
связано создание прообраза современныхсейсмографов и начало систематических
исследований сейсмичности и внутреннего строения Земли. Геологическую основу
изучения природы землетрясений заложилиИ.В.Мушкетов и А.П.Орлов, создавшие
первый российский каталог землетрясений. Углубленный анализ сейсмогеологических
связей был продолжен в Сейсмологическоминституте АН СССР (родоначальник ОИФЗ)
Д.И.Мушкетовым, выделившим целый ряд сейсмоактивных регионов и опубликовавшим в
1933 г. первую макросейсмическуюкарту сейсмического районирования Средней Азии.
Первая в Европе и мире официальная нормативная карта общего
(обзорного) сейсмическогорайонирования всей территории бывшего СССР была
опубликована в 1937г. Г.П.Горшковым, положившим начало регулярному их
составлению в качестве основы,регламентирующей проектирование и строительство в
сейсмоактивных районах страны. В конце 40-х годов исследования И.Е.Губина, а
впоследствииГ.А.Гамбурцева, С.В.Медведева, Ю.В.Ризниченко, И.Л.Нерсесова и других
ученых, привели к смене существовавшей до того времени парадигмы
"сейсмическогоактуализма" ("там, где было, там и будет") и
заложили основы сейсмогенетического двухстадийного метода оценки сейсмической
опасности сэлементами прогноза. В соответствии с этой концепцией на первой
стадии выделяются реальные и потенциальные очаговые зоны, на второй -
рассчитываютсяожидаемые сотрясения на земной поверхности. Новой парадигмы
придерживались практически все составители последующихкарт общего сейсмического
районирования (ОСР): 1957г. (ред. С.В.Медведев, Б.А.Петрушевский),1968г. (ред.
С.В.Медведев) и 1978г. (ред. М.А.Садовский). В создании двух последних карт
активное участие принимали местные специалисты из бывших союзных республик и
регионов.
Сейсмическое районирование - одна из наиболее сложных и
чрезвычайно ответственных проблемсовременной сейсмологии. О социальной,
экономической и экологической её значимости говорить не приходится. Научная же
сложность этой проблемы состоит,прежде всего, в том, что она принадлежит к
категории прогнозов, базирующихся на неполной информации, скудном и не всегда
удачном опыте и на недостаточно четкихметодологических позициях. Поэтому каждая
из составленных в прошлые годы карт сейсмического районирования территории
бывшего СССР в той или иной мереоказывалась неадекватной реальным природным
условиям, что наряду с некачественным строительством нанесло народному
хозяйству огромный материальныйущерб и повлекло за собой многочисленные
человеческие жертвы. И хотя по мере накопления дополнительной информации о
землетрясениях и совершенствованиясейсмологических знаний карты сейсмического
районирования обновлялись и несколько улучшались, фрагментарно они изменялись
гораздо чаще, практически послекаждого крупного землетрясения в районах, показанных
на картах как менее опасные в сейсмическом отношении
Такая участь постигла и действующую с 1978 г. карту ОСР-78:
в течение последнего десятилетияпрактически ежегодно на территории бывшего СССР
возникали разрушительные 8-9- и даже 9-10-балльные землетрясения в зонах,
опасность которых по этой картеоказалась заниженной по меньшей мере на 2-3
балла. К их числу относятся катастрофическое Спитакское землетрясение 1988 г. в
Армении, сопровождавшееся десяткамитысяч человеческих жертв, Зайсанское землетрясение
1990 г. - в Казахстане, Рача-Джавское 1991г. - в Грузии, Суусамырское 1992 г. -
в Киргизии, Хаилинское1991 г. и Нефтегорское 1995 г. - в России (в Корякии и на
Сахалине). Последнее, произошедшее на севере Сахалина, повлекло за собой гибель
около двух тысяччеловек и полную ликвидацию городского поселка. Оно было самым
разрушительным из известных в прошлом землетрясений на территории Российской
Федерации.
Как показали исследования, карта образца 1978 года (ОСР-78)
на самом деле и не была общей,поскольку составлялась фрагментарно в разных
регионах и вреспубликах, по разнотипной методике и на основе разрозненного
сейсмологического исейсмогеологического материала.
Практически все предыдущие карты ОСР были детерминистскими,
хотя еще в середине 40-х годов С.В.Медведев предложил ввести в зоны
сейсмической опасности внутреннюю дифференциацию в соответствии с периодом
повторяемости сильных землетрясений ис предполагаемыми сроками службы различных
типов сооружений. Однако даже карта 1978 года, в которую впервые были введены
вероятностные характеристикиповторяемости сотрясений, на самом деле не давала
адекватных оценок сейсмической опасности. Индексы 1, 2 и 3 возле номиналов в
зонах балльности наодной и той же карте, якобы отражающие повторяемость
сейсмических сотрясений один раз в 100, 1000 и 10000 лет, явились одной из
причин низкой надежностиэтой карты. Как показали последующие расчеты, в
результате такой индексации реальный инженерный риск, определяемый картой
ОСР-78, оказался не единым длявсех сейсмоопасных районов страны.
В последние годы идеи вероятностно-детерминированного
прогнозирования опасных сейсмических идругих геологических процессов начали все
активнее внедряться в сейсмологию и в практику строительства в нашей стране. С
учетом этих достижений и результатовсобственных исследований было принято
решение создать не одну карту с различными индексами, как это было сделано
составителями карты ОСР-78, акомплект нормативных карт Общего сейсмического
районирования (ОСР-97) территории Российской Федерации, предназначенных для
строительных объектовразных категорий ответственности и сроков службы и
отражающих равномерную для конкретного уровня риска расчетную интенсивность
сотрясений.
Основные положения общего сейсмического районирования -
ОСР-97.
Значительную часть указанных выше недостатков и упущений
удалось избежать при выполнении в1991-1997 гг. комплексных исследований по
общему сейсмическому районированию территории Российской Федерации и всей
Северной Евразии, охватывающей такжетерриторию бывших союзных республик (фиг.
10). Исследования проводились по программе "Сейсмичность и сейсмическое
районирование СевернойЕвразии", разрабатываемой под руководством ОИФЗ РАН
в рамках Государственной научно-технической программы России "Глобальные изменения
природной средыи климата" и явились продолжением работ по сейсмическому
районированию территории бывшего СССР, однако выполнялись на ином
концептуальном,методологическом и научно-организационном уровне.
Новая программа работ по общему сейсмическому районированию
выполнялась большим коллективомсоисполнителей из нескольких десятков
научно-исследовательских институтов Российской Академии наук и академий наук
бывших союзных республик (см. список вконце статьи). Оценка сейсмической
опасности и сейсмическое районирование осуществлялась не для фрагментов
сейсмоактивных регионов или для отдельныхреспублик, как было прежде, а для всей
Северной Евразии, охватывающей территории России, Украины, Беларуси, Молдовы,
республик Закавказья, СреднейАзии и Казахстана. Вся территория Северной Евразии
была разделена на несколько крупных регионов взамен многочисленным и мелким
административнымподразделениям, традиционно на протяжении десятилетий
использовавшихся при изучении сейсмичности и сейсмическом районировании
территории бывшего СССР.
В 1992 г. Программа "Сейсмичность и сейсмическое
районирование Северной Евразии" быласкоординирована с новой Международной
программой оценки глобальной сейсмической опасности (Global Seismic Hazard
Assessment Program - GSHAP) и вошла в неесоставной частью. После
организационного совещания в Москве в 1993 г., при финансовой поддержке INTAS и
Миннауки России, на территорииКрым-Кавказ-Копетдагского региона был создан
международный тестовый полигон GSHAP с целью совершенствования методов оценки
сейсмической опасности. В этихисследованиях приняли участие сейсмологи из
бывших союзныхреспублик, а также специалисты из Ирана, Турции, Китая, Италии,
Германии, Швейцарии и другихстран-участников работ по GSHAP.
В результате комплексных исследований 1991-1997 гг. получен
унифицированный исходныйсейсмологический и сейсмогеологический материал по всей
территории Северной Евразии, позволивший с принципиально новых позиций подойти
к изучению структурырегиональной сейсмичности и оценке сейсмической опасности
на территории России и каждого из Содружества независимых государств (СНГ).
Разработана целостная методология районирования сейсмической
опасности, создана единая длявсей территории Северной Евразии модель зон
возникновения очагов землетрясений (зоны ВОЗ), выявлены определенные
закономерности в пространственно-временном иэнергетическом развитии
региональных сейсмогеодинамических процессов, разработаны новые методические
подходы к идентификации и сейсмологическойпараметризации очаговых зон, а также
к расчету сейсмического эффекта, создаваемого ими на земной поверхности. На
основе этой и другойгеолого-геофизической информации создан единый электронный
банк данных, использующий современную Географическую информационную систему
(ГИС). Благодаряэтому все карты и приложения к ним легко могут быть
представлены графически в любой проекции и в любом масштабе, но не крупнее
масштаба 1:2.500.000,исходного при всех построениях.
Концепция ОСР-97 включает в себя:
n n представления о предельной величине максимальной
возможной магнитуды землетрясений,обусловленной структурно-динамическим
единством геофизической среды и развивающихся в ней сейсмических процессов, а в
итоге - размерами, прочностнымисвойствами и интенсивностью взаимодействия
геоблоков;принцип двухстадийности в оценке сейсмическойопасности, базирующийся
на создании двух взаимосвязанных прогнозных моделей - модели зон возникновения
очагов землетрясений и модели создаваемого ими сейсмического эффекта;
n вероятностно-детерминированный подход к оценкам исходных и
выходных данных сейсмической опасности и сейсмическогорайонирования.Основой для
создания комплекта карт ОСР-97, наряду с новой методологией, явилась достаточно
однородная база сейсмологических игеолого-геофизических данных для всей
территории Северной Евразии, представленная в картографическом и электронном
виде в ГИС-технологии - ArcViewGIS (отв. исполнители: В.И. Уломов, Ш.С.
Андержанов, Ю.М. Колесников). База данных включает в себя:
n n Специализированный каталог землетрясений Северной
Евразии с М>= 4.5 сдревнейших времен по 1990 г., с М>= 3.5 - с 1960 по
1990 гг. и с М>= 5.8 за период 1991- 1995 гг. (отв. редакторы Н.В.
Кондорская и В.И. Уломов).Каталог очагов палеоземлетрясений (сост. А.А.
Никонов,Е.А. Рогожин).
n n Каталог потенциальных очагов крупных землетрясений (отв.
сост. Г.И. Рейснер, Е.А. Рогожин, Л.И. Иогансон).Каталог механизмов
очаговземлетрясений с М>= 6.0 Северной Евразии (отв. сост. Л.М. Балакина,
А.И. Захарова, А.Г. Москвина).
n n Карта очаговой сейсмичности Северной Евразии (отв. сост.
В.И. Уломов, Н.С. Медведева,Л.С.Шумилина, Т.П.Полякова).Карта сейсмической
регионализации Северной Евразии (сост. В.И. Уломов).
n n Карта новейшей тектоники Северной Евразии (гл. ред. А.Ф.
Грачев).Карта активных разломовСеверной Евразии (отв. ред. В.Г. Трифонов, А.И.
Кожурин).
n n Карта сейсмогеологической таксономии территории Северной
Евразии (отв. сост. Н.В.Шебалин, В.Г. Трифонов).Карта сейсмотектоникишельфов
(отв. сост. И.П. Кузин, А.И. Иващенко, Б.А. Ассиновская).
n n Методология идентификации и сейсмологической
параметризации зон возникновения очагов землетрясений (отв. исп.
В.И.Уломов).Картазон возникновения очагов землетрясений
(линеаментно-доменно-фокальная модель) на территории Северной Евразии и
характеристикаих сейсмического режима (отв. ред. В.И. Уломов).
n n Программно-математическое обеспечение расчетов
сейсмической опасности (отв.исп. А.А. Гусев, В.М. Павлов, Л.С.
Шумилина).Матрица цифровой информации о повторяемости сотрясений
разнойинтенсивности в узлах квадратной сетки с ячейками 25х25 км2, покрывающей
всю территорию Северной Евразии (отв. сост. Л.С. Шумилина, Ш.С.Андержанов, Ю.М.
Колесников, Н.С. Медведева).
n Комплект карт районирования сейсмической опасности на
территории Северной Евразии для трех уровней риска (отв. сост. В.И. Уломов,
Л.С.Шумилина)Принципиальным отличием новой методологии от прежних приемов
сейсмического районирования (и в том числе, от современных западных)
являетсяпредставление сейсмических очагов в виде протяженных (а не точечных)
источников землетрясений, используемое на всех этапах исследований по ОСР-97 -
отидентификации сейсмоактивных структур и пространственного распределения
очагов разных магнитуд до расчета сейсмической сотрясаемости земной
поверхности.Осуществлен учет разнообразной нестандартной информации о
региональной сейсмичности (структурирование поля сейсмичности, нелинейность
графиковповторяемости землетрясений и затухания сейсмического эффекта и др.) и
о сейсмических очагах (размер, ориентировка, моментные магнитуды,
сброшенноенапряжение, размещение очагов в сейсмоактивном слое, а не на
фиксированной глубине, как прежде и др.).
Использование при расчетах сейсмической сотрясаемости
повышенных значений частоты возникновенияземлетрясений с Ммах>= 6.5,
наблюдаемых в каждом из сейсмоактивных регионов, привело к более реалистичным
оценкам сейсмической опасности по сравнению ссильно заниженными прежними
оценками карты ОСР-78.
Усовершенствована методика расчета сейсмической опасности,
позволяющая оперировать протяженнымисейсмическими очагами и вычислять амплитуды
высокочастотных сейсмических колебаний путем расчета поля излучения вокруг
двумерного прямоугольногонекогерентного излучателя. Для учета влияния большого
числа статистически зависимых факторов применена техника счета по Монте-Карло
на основепротяженного во времени случайного каталога землетрясений.
Разработаны и созданы две основополагающие модели,
необходимые для оценки сейсмической опасностии общего сейсмического
районирования Северной Евразии (СЕА):
а) модель зон возникновения очагов землетрясений (зоны ВОЗ),
включающая в себя три основныеструктурные элемента каждого из сейсмоактивных
регионов - линеаменты, домены и потенциальные очаги
землетрясений, параметризованные в соответствии с
долговременным средним сейсмическим режимомкаждого из регионов СЕА;
б) модель сейсмического эффекта, создаваемого всеми
структурными элементами зон ВОЗ иопределяющего сейсмическую сотрясаемость
земной поверхности.
Созданный Комплект карт ОСР-97 позволяет оценивать степень
сейсмической опасности на трех разныхуровнях (А, В, С) в средних грунтовых
условиях, характерных для соответствующих регионов. Для территории Российской
Федерации этот комплект принят ГосстроемРоссии для использования в Строительных
нормах и правилах (СНиП) "Строительство в сейсмических районах":
Карта ОСР-97-А - соответствует 90%-ной вероятности не
превышения расчетной интенсивности в течение 50 лет (или10%-ной вероятности
превышения) может быть предназначена для массового гражданского и промышленного
строительства;
Карта ОСР-97-В - соответствует 95%-ной вероятности не
превышения расчетной интенсивности в течение 50 лет (или5%-ной вероятности
превышения) - для объектов повышенной ответственности;
Карта ОСР-97-С - 99%-ной вероятности не превышения расчетной
интенсивности в течение 50 лет (или 1%-нойвероятности превышения) - для особо
ответственных объектов.
|