Эндогенные геологические процессы Землетрясения

Землетрясения

Под землетрясением понимают внезапное сотрясение земной коры, вызванное мгновенным разрывом и смещением масс внутри земного шара при разрядке накопившихся напряжений, где они превзошли предел прочности пород. Происходят землетрясения обычно в подвижных геосинклинальных поясах Земли.

От очага (гипоцентра), где произошло освобождение энергии, в теле планеты возникают обратимые деформации в виде упругих колебаний (продольные и поперечные волны), распространяющихся во все стороны (рис. 2.1). Проекция гипоцентра землетрясения на дневную поверхность называется эпицентром, сюда сейсмические волны подходят снизу по вертикали и вызывают сотрясения.

По мере удаления от эпицентра путь сейсмических волн до поверхности Земли увеличивается и они подходят к ней под все более острым углом, эффект от них сотрясательно-колебательный и на удалении — колебательный. Достигнув эпицентра, сейсмические волны возбуждают новые поперечные волны, называемые поверхностными, которые распространяются по поверхности Земли от эпицентра подобно волнам от брошенного в воду камня.

Упругие волны отражаются и преломляются на границах пород разной плотности, при встрече волн происходит их интерференция — сложное волновое взаимодействие оказывает разнообразное воздействие на породы. При катастрофических землетрясениях возникают собственные колебания Земли — пульсации земного шара с периодом в десятки минут.

На поверхности Земли при землетрясении возникают разрывы и смещения по ним, отдельные участки земной коры поднимаются или опускаются, а также перемещаются и в горизонтальном направлении, на склонах происходят обвалы и оползни, разрушаются здания и сооружения, гибнут люди.

Эпицентр и прилегающая к нему территория, на которой землетрясение проявилось достаточно интенсивно и произошли разрушения, называют плейстосейстовой областью (от греч. “плейсто” — наибольший и «сейсто» — потрясенный). Линии, соединяющие пункты с одинаковой силой проявления землетрясения называются изосейстами. Размеры плейстосейстовой области зависят от силы землетрясения и от глубины очага. . На картах эта площадь обычно оконтуривается изосейстой 6 баллов.

Землетрясения изучение

Изучение землетрясений ведется с помощью приборов называемых сейсмографами, которые улавливают и записывают колебания земной коры в виде волнообразной линии — сейсмограммы. Сейсмограф изобрел русский ученый Б.Б.Голицин в 1908 г. Сейсмографы устанавливают на сейсмостанциях на поверхности Земли или в горных выработках по трем взаимно перпендикулярным осям — вертикально и горизонтально — в меридиональном и широтном направлениях.

Обработка полученных составляющих колебательного движения позволяет получить направление на гипоцентр, а расшифровка сейсмограмм нескольких сейсмостанций дает возможность установить местонахождение гипоцентра и эпицентра, характер движений в гипоцентре, ориентировку разрыва и подсчитать выделившуюся энергию. Эпицентры землетрясений наносят на карту, и на основе этого выделяют сейсмоактивные зоны.

Количество энергии, выделяющейся при сейсмическом разрыве подсчитывают по амплитуде смещения и периоду колебаний, получаемых при обработке сейсмограмм с учетом плотности пород и скорости распространения сейсмических волн. Энергия, выделяемая при самых слабых землетрясениях составляет около 1010 эрг, а самых сильных из измеренных — 1026 эрг (1019дж.).

Для более простого выражения количества внутренней энергии землетрясений К. Рихтером было введено понятие магнитуды (М), под которой понимается логарифм количества энергии. Так М = 1 соответствует землетрясению с энергией 1012 эрг, далее увеличение магнитуды на одну единицу соответствует увеличению энергии землетрясения в 100 раз. Самые сильные землетрясения, зарегистрированные в мире, не превзошли М = 9.

Однако, большая часть энергии, выделяемой в гипоцентре землетрясения поглощается породами и не достигает поверхности Земли. При увеличении расстояния от земной поверхности до гипоцентра в 2 раза, энергия убывает в 10-20 раз, при увеличении в 10 раз — энергия убывает в тысячи раз.

Глубокофокусные землетрясения

Следовательно, даже очень сильные, но глубокофокусные землетрясения проявятся на поверхности Земли слабже, чем более слабые (по количеству выделенной энергии). Гипоцентры которых расположены ближе к земной поверхности. Посколько практическое значение для человечества имеет прежде всего эффект от прошедшего землетрясения на поверхности Земли, для оценки его была введена другая характеристика — сила землетрясения, измеряемая в баллах.

Первоначально балльность землетрясения устанавливалась по комплексу косвенных признаков, куда входили: степень повреждения зданий и сооружений. Остаточные деформации в горных породах, изменение режима поверхностных и подземных вод, нарушение рельефа, ощущения и поведение людей.

В последние десятилетия к этому перечню добавились и объективные показатели, основанные на инструментальных наблюдениях — величина максимального относительного смещения (Х0, мм) сферического упругого маятника сейсмографа конструкции С.В.Медведева и величина сейсмического ускорения (a,мм/сек 2), получаемая приборами акселерометрами.

При землетрясениях силой до 5 баллов включительно разрушений зданий и сооружений обычно не происходит.

Краткая характеристика более сильных землетрясений выглядит следующим образом:

6 баллов — сильное (Х 0 = 1,1-2,0; а = 51-100) — легкие повреждения в кирпичных и каменных зданиях (далее также имеется в виду эта категория сооружений);

7 баллов — очень сильное (Х 0 = 2,1-4,0; а = 101-250) — значительные повреждения некоторых зданий;

8 баллов — разрушительное (Х 0 = 4,1-8,0; а = 251-500) — сильные повреждения многих зданий и отдельных — разрушение;

9 баллов — опустошительное (Х 0 = 8,1-16,0; а = 501-1000) — разрушение многих зданий, некоторых — обвалы;

10 баллов — уничтожающее (Х 0 = 16,1-32,0; а = 1001-2500) — очень сильное разрушение зданий;

11 баллов — катастрофа (Х 0 > 32; а = 2501-5000) и
12 баллов — сильная катастрофа (a > 5000) — крупные трещины на поверхности Земли и смещение по ним блоков земной коры, большие обвалы и оползни.

Для землетрясений, очаги которых находятся в пределах земной коры была установлена следующая эмпирическая зависимость между магнитудой и интенсивностью землетрясения в баллах ( J0) в эпицентре при разных глубинах расположения гипоцентра (h, км): J0 = 1,5 M — 3,5 lgh + 3.

Соотношение интенсивности, магнитуды и энергии землетрясений приведено в табл. 11.1

Таблица 11.1

Роль глубины расположения гипоцентра в уменьшении балльности видна из следующей табл. 11.2

На основании сведений о землетрясениях, полученных всеми сейсмостанциями в увязке с геологическими структурами и разрывными нарушениями земной коры, составлена карта сейсмического районирования страны, на которой показаны области различной интенсивности сейсмического воздействия в баллах, вероятная повторяемость землетрясений, а также выделены зоны возможного возникновения очагов землетрясений с различной магнитудой.

Главная

Строительство в сейсмических районах

В главе СНиПа «Строительство в сейсмических районах» приведены не только карты сейсмической опасности районов наиболее подверженных землетрясениям. Но и дан список населенных пунктов страны с указанием принятой для них сейсмичности в баллах и повторяемости сейсмического воздействия.

Однако, в силу того обстоятельства, что сейсмологические исследования не имеют еще длительного ряда наблюдений (менее 100 лет). Сейсмичность отдельных районов все время уточняется (особенно после прохождения там землетрясений) и корректировка ее проводится, как правило, в сторону увеличения балльности.

Крупные землетрясения происходят сравнительно редко, этим и объясняется принимавшаяся ранее заниженная оценка максимального балла.

На интенсивность воздействия землетрясений на здания и сооружения существенно влияют конкретные геологические и гидрогеологические условия, в которых они возведены. В указанных же выше материалах балльность приведена для так называемых средних геологических условий, под которыми понимают распространение песчано-глинистых отложений с низким расположением уровня подземных вод.

Для других инженерно-геологических условий следует вводить поправки. Так, например, для 8-балльной области при строительстве на скальных и полускальных породах следует балльность снизить до 7. А на глинах, суглинках, супесях и песках при глубине залегания уровня подземных вод менее 4 м — повысить до 9 баллов. Имеют также значение рельеф местности, условия залегания пород, расположение тектонических нарушений, состояние пород и их физико-механические свойства и другие геологические факторы.

При проектировании и строительстве зданий и сооружений в сейсмических районах следует выбирать территории с благоприятными в сейсмическом отношении инженерно-геологическими условиями. Расчет конструкций и оснований сооружений должен выполняться на основные и особые сочетания нагрузок с учетом сейсмического воздействия в зависимости от расчетного балла (начиная с 7).

Для придания зданиям и сооружениям необходимой сейсмостойкости осуществляют различные архитектурно-планировочные и конструктивные мероприятия, обеспечивающие устойчивость — жесткие каркасы, рамы, контрфорсы, обвязки, антисейсмические пояса, разделительные швы. Увеличивают глубину заложения фундаментов, применяют искусственное закрепление грунтов. При строительстве плотин следует учитывать возможность возбуждения сейсмической активности вследствие создания глубокого водохранилища.

Вулканизм

Вулканизмом называется излияние на поверхность Земли магмы, сопровождаемое выделением газов, выбросом обломочного материала и пепла. Магму, текущую по поверхности, потерявшую значительную часть газов, называют лавой, температура ее от 600 до 1200oС.

Вулканическая деятельность приурочена к подвижным областям земной коры, где имеются глубинные разломы (раздел 5). Вулканы действуют периодически, интервалы между извержениями составляют от нескольких месяцев до многих сотен лет. Самый изученный на Земле вулкан — Везувий — бездействовал по тысяче лет.

В зависимости от давности извержений вулканы подразделяют на: действующие — извержения происходили на глазах человека. Уснувшие — вулканическая деятельность прекратилась, но анализ геологических условий показывает, что она может возобновиться и потухшие. В нашей стране действующие вулканы расположены на Камчатке и на Курильской гряде.

На современном этапе изливаются преимущественно лавы бедные кремнеземом (основные), легкоплавкие, жидкой консистенции, растекающиеся на большие расстояния, содержащие мало газов и быстро остывающие. Лавы богатые кремнеземом (кислые) тугоплавки, вязки, малоподвижны, содержат много газов и медленно остывают. Газообразные продукты извержений содержат водяной пар, углекислый газ, сернистый газ, сероводород, аммиак, хлор, водород и др.

Прогретость недр в областях вулканической деятельности позволяет использовать горячие подземные воды и пар для обогрева жилищ и строительства геотермальных электростанций. Высокоминерализованные воды используют в лечебных целях и для получения ценных химических веществ.