Сейсмические явления

Землетрясения — кратковременные толчки и сотрясения земной поверхности, вызванные перемещением масс земной коры. Виды землетрясений:

1. тектонические. Предполагается, что за счет медленных тек­тонических перемещений, идущих в недрах земли, происходит на­копление напряжений в жестких блоках земной коры, которое время от времени приводит к мгновенным смещениям, сопровож­дающимся ударом и землетрясением на поверхности;
2. наведенные (искусственно вызванные). Это тектонические зем­летрясения, вызванные деятельностью человека. Считается, что сейсмическая активность повышается на площадях интенсивной добычи нефти и газа, а вблизи крупных горных водохранилищ общая сейсмическая активность возрастает на 1 балл. Беспокойство вызывают огромные (выше 100 м) горы отходов, строительного и бытового мусора, грунта. Их масса больше массы сооружений. Не хотелось бы, чтобы вызванное ими перераспределение напря­жений в земной коре когда-либо привело к усилению сейсмической активности или появлению ее там, где раньше не было;
3. вулканические. Случаются вблизи вулканов, во время их из­вержений;
4. обвальные. Это сотрясения за счет ударов масс грунта при па­дении со склонов;
5. искусственные. Происходят при взрывах или при прохож­дении тяжелого транспорта.

Землетрясения, названные в п. 3—5, не бывают сильными и про­являются на незначительных площадях.

Схема землетрясения

Гипоцентр — подземный очаг землетрясения — точка, в которой происходят удар и смещение. Эпицентр — проекция гипоцентра на поверхность земли.

Возможная глубина расположения гипоцентра — от 10 до 800 км, но в большинстве случаев она не превышает 50—60 км. Чем глубже очаг землетрясения, тем на большей площади оно проявляет себя. Ежегодно на земле регистрируется аппаратурой несколько сотен тысяч землетрясений, из них около 1 тыс. сопровождается разруше­ниями, сильных землетрясений с гибелью людей случаются еди­ницы. Известны случаи, когда количество людей, погибших при землетрясении, достигало многих десятков тысяч. Приборы для оценки силы землетрясений называются сейсмографами и сейсмо­метрами, их принципиальные схемы приведены ниже.

Схемы сейсмометра и сейсмографа

а - сейсмометр; б - сейсмограф

Эти приборы имеют пишущий элемент с массивным грузом на пружинном креплении, который остается неподвижным, и пленку, на которой ведется запись. Пленка закрепляется так, чтобы на нее передавались движения при землетрясении. Сейсмо­графы относятся к приборам типа точной механики, сложны в кон­струкции и ремонте, нуждаются в регулярной проверке и на­стройке. Современные ученые работают над созданием сейсмо­графов, использующих другие принципы работы, не обладающих данными недостатками. При землетрясении измеряется смещение записывающей стрелки и ускорение, которое испытывает поверх­ность земли. Вычисляется энергия землетрясения, оцениваются визуальные наблюдения и происшедшие разрушения. По совокуп­ности всех параметров оценивается сила землетрясения в баллах.

Землетрясения силой 1—4 балла являются практически незамет­ными, землетрясения силой 5 баллов заметны, но почти не влекут разрушений, землетрясения силой 6 баллов считаются сильными и разрушительными, а соответствующие им территории называются сейсмичными. Сейсмичность территории всегда принимается во вни­мание строителями и инженерами-геологами. Строители изменяют и усиливают конструкцию фундаментов и самих сооружений.

Главная задача геологов — оценить возможную максимальную балльность землетрясений. Для этого на территории России и быв­шего СССР создана и действует сеть сейсмических станций. Ис­пользуются также исторические источники, сообщающие о земле­трясениях, произошедших в прошлом. В итоге строятся карты сей­смического, детального и микросейсмического районирования, отличающиеся масштабом. Во-первых, карта сейсмического райо­нирования показывает сейсмическую и асейсмическую зоны. Далее с шагом в 1 балл сейсмическая зона подразделяется на пощади с возможной максимальной силой землетрясения в 6, 7, 8, 9 и 10 баллов. В 1978 г. была составлена карта сейсмического райони­рования территории СССР, однако в последующие 20 лет во многих местах произошли землетрясения, превысившие по силе указанные на той карте. В середине 1990-х гг. карта была составлена заново. В настоящее время ведутся работы над картой, составленной на ве­роятностной основе, показывающей силу землетрясений много­летней повторяемости.

Карты микросейсмического районирования составляются в крупных масштабах только для территорий населенных пунктов. При этом учитываются локальные обстоятельства, усиливающие или ослабляющие сейсмический толчок. Это в основном грун­товые, гидрогеологические, геокриологические и геоморфологи­ческие условия.

Строительные нормы и правила СНиП II-7—81 принимают в качестве эталонных инженерно-геологические условия на плотной глинистой толще, тогда ожидаемую балльность на скальных поро­дах можно уменьшить, а на рыхлых водонасыщенных грунтах уве­личить на единицу. Разные авторы предлагают свои схемы пересчета балльности с большими диапазонами приращения и уменьшения.

Если землетрясение происходит в населенном пункте, то по­мимо измерений аппаратурой изучаются площади разрушенной и неразрушенной застройки, анализируется характер разрушений, что также служит материалом для составления карты микросейсми­ческого районирования. Рекомендуется с осторожностью отно­ситься к площадям, на которых произошли максимальные разру­шения, и в дальнейшем по возможности меньше использовать их для многоэтажного строительства. Приведем пример использо­вания карты микросейсмического районирования.

Населенный пункт расположен в зоне сейсмической активности с балльностью Б. Планируется продлить Центральный проспект со строительством домов № 61, 63 по нечетной и домов № 60, 62, 64 по четной сторонам. После проведенных изысканий выяснилось, что строительная площадка дома № 61 имеет благоприятные грунто­вые условия и балльность в ее пределах можно уменьшить, т.е. при­нять равной Б - 1. Площадки домов № 62 и 64 имеют неблагопри­ятные условия, балльность на них принимается равной Б + 1.

Пример карты микросейсмического районирования

а — балльность всей территории Б без учета дополнительных условий; б — выпол­нено микросейсмическое районирование. Территория разделена на площади с балльностью Б-1;Б и Б + 1

Сейсмические толчки могут стать причиной цунами, обвалов, лавин, селей, активизировать оползневой и осыпной процессы. Сильные землетрясения приводят к образованию трещин и изме­нениям рельефа земли.

Цунами — высокая волна большой разрушительной силы, вы­званная землетрясением на дне моря.

Прогноз землетрясений бывает долговременным и кратковре­менным.

Реально удается только долговременный прогноз — это принципи­альное указание на то, что на данной территории ожидается земле­трясение. По сути отнесение территории к сейсмической зоне — уже есть прогноз землетрясения. Сейсмологи ведут наблюдения за различными параметрами геологической среды, резкие изме­нения в которых нередко происходят незадолго перед землетрясе­нием. К таким параметрам относятся рост напряжений и ультра­звуковые волны, изменения наклона пластов в скальных породах, перемещения поверхности земли, изменения химического состава подземных вод, особенно резкие изменения концентрации раство­ренных микрокомпонентов и газов. Неизвестно всегда, долго ли еще будет происходить рост параметра.

Кратковременный прогноз (за несколько часов или суток перед землетрясением) не получается. Известны только случаи (и то не каждый раз) аномального поведения животных непосредственно перед землетрясением. Из нор выскакивают мыши и выползают змеи, рыбки мечутся в аквариумах, кошки выпрыгивают в окна, со­баки хватают хозяев за одежду и тянут на улицу.

Самым надежным действием в борьбе с землетрясениями счита­ется сейсмостойкое строительство. Разработаны специальные кон­струкции сооружений и методы их проектирования, промышлен­ность выпускает высококачественные материалы повышенной прочности. Желательно снижать этажность сооружений, повышать устойчивость объектов водного, транспортного и энергетического хозяйства. В постоянной готовности должны находиться аварий­ные, спасательные и противопожарные службы, соответствующее обучение должно проходить население.