Глава 1. Сейсмическое районирование.

1. Строение Земли.

Земля-эллипсоид с экваториальным радиусом 6378160м. Мировой океан-70,8%, а суши-29,2%.

Земной шар – напластовывание оболочек, отличающихся друг от друга мин.составом, плотностью, упругими свойствами, температурой, давлением.

Установлено, что причиной землетрясений являются:

- тектонические процессы ( связанные с развитием Земли);

- инженерная деятельность (водохранилища, откачка нефти и газа, ядерные взрывы подземные и в океане, магнитные бури Солнца и Луны, космос).

Землетрясение- это колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней мантии и передающихся на большие расстояния в виде упругих колебаний

1.2. Физика очага землетрясений.

Очаг – пространство (объем) в толще земной коры или верхней части мантии, внутри которого происходит смещение, разрыв или вспарывание трещин.

Гипоцентр – точка начала вспарывания трещин. Эпицентр – проекции гипоцентра на земную поверхность.

Эпицентральная область – проекция очага землетрясения на земную поверхность.

Различают три группы очагов:

-нормальные (литосферные)- до 70км, во всех сейсмически активных областях Земли, 85% энергии;

-промежуточные (астеносферные)- от 70 до 300км, наблюдаются довольно часто, 12% энергии;

-глубокие – от 300 до 700км, район Тихоокеанской литосферной плиты, 3% энергии.

Опасными считаются землетрясения с очагами глубиной от 5 до 300км, а наиболее опасными- глубиной от 10 до 100км.

Очаг тектонического землетрясения определяется как динамически движущийся разрыв непрерывного материала Земли, возникающий под действием напряжений, накопленных в процессе сдвиговых тектонических деформаций.

Последовательный разрыв в отдельных участках напряженной зоны на поверхности Земли проявляется в виде землетрясений различной интенсивности:

рой – случайно возникающие в пространстве и времени группы землетрясений обычно умеренной величины без явно выделяемого толчка по силе и высвобождаемой энергии;

форшоки – относительно слабые сейсмические толчки, предшествующие сильнейшему из серии толчков- главному удару, если разрушение в одном или нескольких участках будет недостаточным для снятия всех накопившихся добавочных напряжений и для этого требуется вспарывание всего магистрального разрыва. Форшоки бывают единичными и не всегда проявляются;

главный удар – (основное землетрясение) – снятие основных добавочных напряжений при мгновенном сдвиге по главному(магистральному) разрыву, при этом накопившаяся кинетическая энергия (энергия покоя) переходит в потенциальную (энергию движения);

афтершоки – более слабые по отношению к главному удару сейсмические толчки, возникающие после основного толчка в результате снятия возникающих добавочных напряжений на участках,

ограничивающих главный разрыв.

Расстояние от эпицентра до какой-либо точки на земной поверхности, измеряемое вдоль поверхности Земли (дуга большого круга), часто –в градусах 1⁰=111,1км, называется эпицентральным расстоянием.

3. Сейсмические волны.

Это упругие волны, возникающие в очаге в результате подвижки, вспарывания пород или отдельных участков между трещинами и распространяющихся в земле. Основные типы:

Глубинные (объемные) – продольные (Р) – образуются зоны сжатия и растяжения, период колебаний 0,2…0,5с- короткопериодные- первая фаза, опасные для жестких зданий (каменных,крупнопанельных и крупноблочных) и поперечные( S) длиннопериодные 1,0…5,0с слабев 1,7раза, чем (Р), опасные для гибких каркасных и монолитных зданий, труб и башен.

Первая фаза- момент вступления продольных волн, вторая фаза – момент вступления поперечных волн. Эти фазы считаются предварительными.

Поверхностные – волны Релея( R) и Лява (L). Момент вступления поверхностных волн (R) – главной (основной) фазой землетрясения – основная причина интенсивных колебаний грунтов.

Почвенный слой находится в периоде собственных колебаний от 0,2…0,7с, а также колебания зданий от 0,1…1,5с, возникает резонанс во время землетрясений, что увеличивает сейсмические воздействия при землетрясении.

3. Интенсивность землетрясений.

В качестве критерия Рихтер ввел понятие магнитуда землетрясения – это условная безразмерная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями, и имеет значения от 0,0 до 9,0.

Классификация землетрясений по магнитуде, балльности и их количеству. (табл.1-3)

Характеристика землетрясений Магнитуда(М) Балльность(J) Среднее число (в год) землетрясений

Катастрофическое, планетарного 8 11…12 1…2

Масштаба

Сильное

Регионального масштаба 7…8 9…10 15…20

Локального масштаба 6..7 7…8 100…150

Среднее 5…6 6…7 750…1000

Слабое 4…5 5…6 5000…7000

Для предварительного определения максимальной интенсивности землетрясения в эпицентре можно использовать следующие формулы:

-для землетрясений с внутрикоровым очагом J_max = М + 2,5,

-для землетрясений с очагом в мантии J_max = М + 1,5.

Соотношение между магнитудой и силой землетрясений (табл.1-4)

Магнитуда Сила землетрясений (в баллах) при глубине очага, км

М 300 150 60 40 30 15 10 5

8 6…7 7…8 9 9…10 10…11 - - -

7 - 7…8 7…8 8 8…9 9…10 - -

6 - - - 6…7 6…7 8 8…10 -

5 - - - - - 6…7 7 8

4 - - - - - - - 6…7

Магнитуда землетрясений определяется на сейсмических станциях в зависимости от амплитуд колебаний земной поверхности по поверхностным или объемным волнам, и значения магнитуд одинаковы для рассматриваемого землетрясения во всех точках земного шара, что очень удобно для определения характеристик землетрясения.

3. Карта сейсмического районирования.

Изучение тектонических процессов выделяет четыре основных сейсмических пояса:

Выделение энергии, % Количество землетрясений при М.> 6, %

-Тихоокеанский 87,6 82,0

-Средиземноморский 8,5 10,5

-Атлантический 2,2 1,7

-Арктический 0,2 0,8

-прочие 0,3 2,1

Карта сейсмического районирования содержит:

- зоны интенсивности сотрясений в 6,7,8,9 и более баллов;

- зоны наиболее вероятного возникновения очагов разрушительных землетрясений (зоны ВОЗ), делятся на три категории: - М₁ ≥ 8,1; 8≥ М₂≥ 7,0; М₃≥ 6,1. Зоны ВОЗ при М₁ ≥ 8,1 необходимо проводить детальные сейсмологические и инженерно-геологические исследования;

- сведения о вероятности сотрясений с нормативной интенсивностью 7,8 и 9 баллов в ближайшие 50лет по категориям:- 1 – 0,5; 11 – 0,05; 111- 0,005 - (100,1000 и 10000лет) с индексами при цифрах:

7₁ , 7₂ ,7₃ ; 8₁ ,8₂ ,8₃ ; 9₁ ,9₂ ,9₃ ;

- показаны эпицентры разрушительных землетрясений и глубина очага; а также для хорошо изученных землетрясений с М ≥ 7,1 приведены изосеймы 9-го балла с указанием года землетрясений.

табл. 1-6 Категории повторяемости землетрясений в зонах 7, 8, 9 баллов

Характеристика 1 категория 2 категория 3 категория

Повторяемость, год 30…300 300…3000 3000…30000

Средняя повторяемость, год 100 1000 10000

Землетрясение произойдет с вероятностью 0,95 не

раньше, чем через … лет 5 50 500