Землетрясения: пространственное распределение, проблемы предсказания

Как правило, зоны максимальной величины землетрясений приурочены к горным районам с большими перепадами высот. Это справедливо как для суши, так я для акваторий, где сейсмичность приурочена к океанским хребтам и желобам.

Чаще всего очаги землетрясений располагаются в областях интенсивных контрастных новейших тектонических движений. В общем случае это справедливо как по отношению к неглубоким, так и к относительно глубоким коровым очагам, которые часто обнаруживают тесную связь с видимыми на поверхности структурными элементами земной коры.

Глубокофокусные землетрясения, как правило, связаны с такими крупными геотектоническими структурными элементами, как зоны сочленения океанов и материков. В пределах же континентов глубокофокусные землетрясения не всегда приурочены к тем или иным геотектоническим структурам.

Основным результатом детального изучения сейсмичности в том или ином районе являются карты эпицентров землетрясений, на которых указывается класс (либо магнитуда) и глубина очага. Наряду с коровыми землетрясениями отмечаются мантийные очаги, в том числе с глубинами больше 200 км. Отметим, что линейно вытянутые зоны сейсмичности преобладают на земном шаре, особенно на акваториях. Типичной зоной такого вида на континентах можно считать Байкальскую область, основные коровые очаги которой ориентированы вдоль цепочки рифтовых впадин.

Особенности пространственного распределения глубокофокусных землетрясений наиболее отчетливо проявляются в зонах субдукции (зонах Беньофа). Очаги в этом случае концентрируются по глубине вдоль наклонной полосы шириной порядка 20 - 30 км, простирающейся до глубины нескольких сотен километров. Зона субдукции наиболее характерна для окраинных зон континентов. [4, 5, 6]

3.10 .2 Сейсморайонирование России

Сейсмическое районирование - это картирование сейсмической опасности.

Карты ОСР-97 опубликованы в первом томе Большой Российской энциклопедии в разделе "Сейсмичность". Как показали исследования по сейсмическому районированию, свыше четверти территории России с населением, превышающим 20 миллионов человек, подвержено потенциальным сейсмическим воздействиям, требующим проведения антисейсмических мероприятий в более чем 300 городах и населенных пунктах страны.

Самыми опасными в сейсмическом отношении являются Северный Кавказ, весь юг Сибири и Дальний Восток, где интенсивность сейсмических сотрясений может достигать 8-9 и 9-10 баллов. Определенную угрозу представляют и 6-7-балльные зоны в густозаселенной европейской части Российской Федерации.

Согласно действующим Строительным нормам и правилам СНиП II-7-81* "Строительство в сейсмических районах", интенсивность сейсмических воздействий (в баллах 12-балльной сейсмической шкалы MSK-64) для конкретного района строительства следует принимать на основе комплекта карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации - ОСР-97, утвержденных Российской Академией наук.

Указанный комплект карт предусматривает осуществление антисейсмических мероприятий при строительстве объектов и отражает 10 %- (карта А), 5 %- (карта В), 1 %-ную (карта С) вероятность возможного превышения (или 90 %-, 95 %- и 99 %-ную вероятность непревышения) в течение 50 лет указанных на картах значений сейсмической интенсивности, отнесенной к участкам со средними по сейсмическим свойствам грунтами (II категории, согласно СНиП II-7-81*).

Комплект карт ОСР-97 (А, В, С) позволяет оценивать на трех уровнях степень сейсмической опасности и предусматривает осуществление антисейсмических мероприятий при строительстве объектов трех категорий, учитывающих ответственность сооружений: карта А - массовое строительство; карты В и С - объекты повышенной ответственности и особо ответственные объекты.

Поскольку карты Общего сейсмического районирования - ОСР-97 составлены для обширной территории всей страны и в относительно мелком масштабе (1:2.500.000), а указанный на них ожидаемый сейсмический эффект отнесен к средним грунтовым условиям (т.е. как бы нет ни гор, ни пустынь, а повсюду грунты с одинаковыми физическими свойствами), при детальном рассмотрении отдельных районов или населенных пунктов требуется уточнение сейсмической опасности (УСО). УСО, в свою очередь, включает в себя два других уровня оценки сейсмической опасности - детальное сейсмическое районирование (ДСР), когда детализируется и уточняется модель источников землетрясений в более крупном масштабе, и сейсмическое микрорайонирование (СМР), которое учитывает реальные грунты под изучаемым объектом (городом, зданием, гидросооружением и т.п.). Вместе с тем, все эти карты непременно должны составляться на основе карт ОСР и принятой при их создании методологии вероятностных оценок сейсмической опасности.

Рис. 3 Карта сейсмического районирования России.

(http://seismos-u.ifz.ru/ocp-97-abc_3.htm)

Рис. 4 Глобальное распределение землетрясений по земной поверхности (http://tsun.sscc.ru)

Глава 4. Современные методы и средства исследований

Что именно происходит с грунтом во время землетрясения? Чтобы получить ответ на этот вопрос, были разработаны сейсмографы, которые измеряют параметры колебаний грунта.

Поскольку в области крупного землетрясения колебания могут быть чрезвычайно сильными, необходимо создать регистрирующие приборы, способные выдерживать удары сейсмических волн и не зашкаливать. Первый описанный во всех подробностях регистратор землетрясений был своего рода произведением искусства; его изобрел около 132 г. н.э. китайский ученый Чжан Хэн. По своей конструкции этот прибор представлял собой сейсмоскоп: в отличие от сейсмографа, он не давал полной временной развертки сейсмических колебаний, а просто указывал направление главного толчка.

Первые надежные сейсмографы были построены незадолго до начала XX века. Хотя к настоящему времени такие инструменты стали более сложными, основной принцип их устройства остался неизменным. На раме, укрепленной на грунте, свободно подвешено массивное тело. Таким образом, положение этой массы практически не зависит от колебаний рамы. При сотрясениях рамы во время сейсмических толчков инерция массы заставляет ее отставать от колебании рамы, и это относительное смещение, записывав на бумаге, намотанной на вращающийся барабан (в современных приборах колебания регистрируются фотографическим путем или на магнитной ленте). Получаемая запись называется сейсмограммой. Для записи вертикальных движений масса прикрепляется к пружине, на которой она качается вверх-вниз, как груз на бытовых пружинных весах. Именно эти качания и записываются на сейсмограмме. Для измерения боковых колебаний грунта масса обычно прикрепляется к горизонтальному маятнику, который раскачивается, как дверь на петлях.

Если мы построим простой сейсмограф, укрепив массу на конце спиральной пружины или резиновой ленты, и будем водить колебательные движения рукой, то обнаружится, что масса продолжает колебания и тогда, когда наша рука уже находится в покое. Эти свободные колебания маятника ничего не могут рассказать о движениях грунта. Поэтому колебания маятника надо заглушить, с помощью какого-либо механического или электрического приспособления. Если это сделано, то смещение массы относительно рамы может служить мерой колебаний грунта. Но и тогда запись такого относительного движения в большинстве случаев не соответствует истинным колебаниям грунта; таким образом, большинство сейсмограмм не дает точной картины того, что происходит с грунтом во время землетрясения. При расчете истинного движения грунта необходимо учитывать физические закономерности колебаний маятника.

В современных сейсмографах при колебаниях маятника относительно корпуса прибора создается электрический сигнал, который усиливается электронным путем в тысячи и даже сотни тысяч раз; этот усиленный сигнал приводит в действие перо самописца, в результате чего и получается сейсмограмма. Электрические сигналы с маятника сейсмографа могут также записываться на магнитную ленту (как записываются на магнитофон звуковые волны, попадающие в микрофон). В этом случае запись колебаний грунта сохраняется в магнитной форме и, когда потребуется, ее можно воспроизвести с магнитной ленты на каком-либо видеоустройстве; ту же ленту можно проиграть и через динамики, которые воспроизведут звуки землетрясения.

Для получения записи сильных колебаний грунта, с которой можно было бы непосредственно считывать ускорение, скорость и амплитуду смещения, разработаны специальные сейсмографы. Наиболее распространенные сейсмографы для регистрации сильных движений записывают непосредственно ускорения грунта и называются акселерографами. Большинство этих приборов не дают непрерывной записи, а вводятся в действие первыми волнами начавшегося землетрясения. Дело в том, что даже в таких местах, как Калифорния и Япония, месяцами или даже годами может не происходить сильных сейсмических колебаний грунта, которые надо было бы записывать. Следовательно, непрерывная работа сотен таких приборов не нужна. Конструкция этих приборов предусматривает их включение под действием большого ускорения грунта. Запись продолжается несколько минут или до того момента, когда колебания грунта снова затихают до неощутимого уровня. Приборы для сильных движений обычно способны записать ускорения грунта, превышающие ускорение силы тяжести.

Запись ускорения сильных движений грунта имеет на акселерограмме вид волн. Часто бывает невозможно различить отдельные типы сейсмических волн: продольные, поперечные и поверхностные, в особенности, если наблюдатель находится близко к очагу землетрясения. Сейсмологи предпринимают сейчас большие усилия, чтобы как можно лучше расшифровать эти важные записи колебаний грунта.

В этом описании выделены приборы для сильных движений, рассчитанные на запись самых сильных колебаний, так как они рассказывают нам о характере ощутимых и разрушительных сотрясений. Однако большинство сейсмографов, рассеянных по всему миру, особенно приборы, установленные более чем на 1000 постоянно действующих сейсмических станций, это очень чувствительные «уши, приложенные к телу Земли». Они могут обнаруживать и записывать слабые землетрясения, возникающие на очень больших расстояниях. [2]

Рис. 3 Принцип работы сейсмографа (http://www.yandex.ru)

Глава 5. Связи с другими научными дисциплинами

С какими научными дисциплинами связано изучение землетрясений? В первую очередь это сейсмология, тектоника литосферных плит, сопротивление материалов, инженерная геология, математика и информатика.

Сейсмология -- наука о распространении сейсмических волн в недрах Земли. Только с помощью сейсмологии удалось составить картину глубинного строения земного шара (кора, мантия, внешнее и внутреннее ядро). Также сейсмология занимается землетрясениями, движениями платформ, мониторингом разработок рудных месторождений и пр. Также сейсмология занимается изучением цунами как разновидность землетрясений. Цунами это длинные волны, порождаемые мощным воздействием на всю толщу воды в океане или другом водоёме. Причиной большинства цунами являются подводные землетрясения, во время которых происходит резкое смещение (поднятие или опускание) участка морского дна. В момент смещения, направленного вверх, на поверхности воды образуется горб высотой до 5 м. Цунами образуются при землетрясении любой силы, но большой силы достигают те, которые возникают из-за сильных землетрясений (более 7 баллов). В результате землетрясения распространяется несколько волн. Более 80 % цунами возникают на периферии Тихого океана.

Тектоника плит -- современная геологическая теория о движении литосферы. Она утверждает, что земная кора состоит из относительно целостных блоков -- плит, которые находятся в постоянном движении друг относительно друга. Теория объясняет землетрясения, вулканическую деятельность и горообразование, большая часть которых приурочена к границам плит.

Задачей сопротивления материалов, как одного из разделов механики сплошной среды, является определение деформаций и напряжений в твёрдом упругом теле, которое подвергается силовому или тепловому воздействию.

Инженерная геология занимается подготовкой площадок под строительство, строительством и проектированием городских объектов, устойчивых к землетрясениям и другим факторам, т.к. многие объекты не выдерживают напряжений и рушатся.

Математика используется в изучении землетрясений как средство обработки сейсмических данных, а информатика используется для построения наглядных моделей сейсмических процессов.

Также изучение землетрясений связано с такой наукой как вулканология - наука, изучающая извержение вулканов. Вулканы это геологические образования на поверхности земной коры, извергающие на поверхность лаву, вулканические газы, камни (вулканические бомбы), пирокластические потоки. Извержения вулканов зачастую происходит из-за землетрясения и наоборот землетрясения происходят из-за извержений.

Глава 6. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля СО РАН

Возможно, приведенная информация не является полной, но в результате проведенного мной поиска мне удалось установить, что настоящее время в институтах СО РАН по теме землетрясения: закономерности распределения проводятся следующие научные исследования:

Институт горного дела СО РАН

В настоящее время в состав Института входят 19 лабораторий, 4 временных научных коллектива, центр коллективного пользования, специальное конструкторско-технологическое бюро, экспериментальные мастерские. Сегодня в ИГД 120 научных сотрудников, из них - 35 докторов и 70 кандидатов наук. В Институте работает один академик РАН - Михаил Владимирович Куркеля, руководящий Институтом последние пятнадцать лет. В настоящее время Институт возглавляет член-корреспондент РАН Виктор Николаевич Опарин.

Лаборатория горной геологии

Лаборатория организована в 1985 г. Широкое признание получили результаты исследований, связанные с развитием радиометрической и электрометрической дефектоскопии горных пород, созданием теоретических основ геомеханической и интерпретации геофизических данных. Экспериментально обнаружены: явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок; явление знакопеременной реакции горных пород на динамические воздействия; эффект самоорганизации искусственных массивов с образованием опорных ячеистых структур в виде пассивного ядра и активной несущей оболочки; эффект аномально низкого трения в блочных средах - давший мощных импульс развитию нелинейной геомеханики.

Основные направления деятельности

- разработка методов и технических средств диагностики и контроля напряженно-деформированного состояния массивов горных пород;

- исследование нелинейных геомеханических процессов, механизмов формирования горных ударов и техногенных землетрясений.

Институт земной коры СО РАН

Институт обеспечен высококвалифицированными кадрами. В его штате работают 1 действительный член РАН, 1 член-корреспондент РАН, 26 докторов наук и 80 кандидатов наук, 11 сотрудников Института имеют звание профессора. Общая численность более 300 человек.

В структуре Института 15 подразделений, которые разделены на три секции:

- геологическая секция (семь лабораторий)

- секция геофизики и современной геодинамики (шесть лабораторий)

- секция гидрогеологии и инженерной геологии (две лаборатории).

Лаборатория современной геодинамики

Лаборатория создана в сентябре 1998г. Численный состав - 30 человек, из них 1 доктор наук и 8 кандидата наук. Основная цель исследований лаборатории - выявление закономерностей современных геодинамических процессов как результата взаимодействия геосфер и проявления солнечной активности для разработки основ среднесрочного прогноза экстремальных (катастрофических) явлений.

Основные направления деятельности

- изучение современного разломообразования, современных движений и напряженно-деформированного состояния земной коры в связи с сейсмичностью методами структурной геологии, GPS-геодезии и лазерной деформометрии;

- комплексное изучение пространственно-временных вариаций природных процессов при взаимодействии геосфер в контексте глобальных изменений природной среды и климата;

- разработка основ прогноза неблагоприятных природных явлений.

Лаборатория сейсмогеологии

Общая численность - 14 сотрудников, из них 2 доктора и 6 кандидатов наук. Создана в 1962 г. по инициативе члена-корреспондента АН СССР Виктора Прокопьевича Солоненко после того, как в регионе произошло 3 сильных землетрясения: Мондинское, Муйское и Среднебайкальское, а также катастрофическое Гоби-Алтайское землетрясение (Южная Монголия). В период с 1988 по 1997 г.г. лабораторию возглавлял доктор геол.-мин. наук Владимир Сергеевич Хромовских.

Основные направления деятельности

- разработка и совершенствование методов количественной оценки сейсмической опасности Монголо-Байкальского региона, Приамурья и других сейсмоопасных территорий, включая регионы ближнего и дальнего зарубежья;

- проведение общего и детального сейсмического районирования на новой геолого-геофизической методической основе, а также подготовка "Динамической карты потенциальных очагов землетрясений Прибайкалья" в рамках нового проекта Министерства науки и технологий;

- сейсмопрогностические исследования по разработке методов долго-среднесрочного прогноза землетрясений для Прибайкалья и смежных территорий;

- поиск путей более эффективного обеспечения сейсмобезопасности территорий на основе разработки принципиально новых методов измерений и техногенного регулирования напряженно-деформированного состояния геологической среды в зонах активных разломов.

Заключение

В заключение хотелось бы добавить, что я узнал много нового при написании курсовой работы. Например, об истории изучения землетрясений. О типах землетрясений и сейсмических волнах возникающих при этом явлении. И о предсказаниях землетрясений.

Но есть и негативные моменты, которые проявились в ходе написания работы, такие как недоступность или отсутствие материалов рекомендуемых методическим пособием или нехватка времени на написание курсовой.

В результате написания этой курсовой реферативной работы я познакомился с историей исследования землетрясений, с современными методами исследований и с исследованиями, проводимых сотрудниками геологами по всему миру, получил более глубокие знания о землетрясениях, а также получил навыки реферирования научной литературы, освоение приёмов обобщения и краткого изложения научных знаний.

И напоследок хочу выразить благодарность своему преподавателю по общей геологии, своему рецензенту и всем кто мне помогал.

Словарь терминов

Коровые очаги - очаги, находящиеся в земной коре;

Магнитуда - величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн;

Мантийные очаги - очаги, находящиеся в земной мантии;

Репер - отметка на поверхности земли;

Сейсмограф - прибор, который измеряет параметры колебаний грунта;

Плейстосейстовая область - область сильных колебаний и наибольших разрушений при землетрясении;

Изосейсты - изолинии, характеризующие интенсивность землетрясений;

Очаг землетрясения - некий объем горных пород, пространство внутри Земли, в котором находится и геометрический центр сотрясения, и точка начала сдвижения, разламывания горных пород;

Гипоцентр землетрясения - центр очага, условно-точечный источник короткопериодных колебаний;

Эпицентр землетрясения - проекция гипоцентра (фокуса) землетрясения на поверхность планеты. Для определения местоположения эпицентра (эпицентральной области) используют записи сейсмических станций;

Землетрясения - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок);

Литосфера - твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. Литосфера состоит из отдельных блоков;

Тектоника - раздел геологии, предметом изучения которого является структура (строение) твёрдой оболочки Земли;

Вулканизм - процесс деятельности вулкана;

Гидросфера - совокупность всех водных запасов Земли;

Атмосфера - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией.

Список использованной литературы

1. Болт Б. Землетрясения: Общедоступный очерк. М.: Мир, 1981. 256 с.

2. Касахара К. Механика землетрясений. М., 1985. 1985 264 с.

3. Короновский Н. В., Абрамов В. А. Землетрясения: причины, последствия, прогноз // СОЖ. 1998 № 12. С. 71 - 78

4. Короновский Н. В. Общая геология. М.: Издательство МГУ, 2002. 448 с.

5. Соболев Г. А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.

6. Соколовский А. К. Общая геология: учебник. М.: КДУ, 2006

7. http://ru.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru