УСР 3

5

УСР 3

3.1. Тектонические движения

В течение геологической истории земная кора испытывает сложные перемещения, которые называются тектоническими движениями. По направлению движения их разделяют на вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные колебательные движения ведут к длительному и медленному погружению или воздыманию крупных участков литосферы (площадью в десятки и сотни тысяч квадратных километров). Различают две основные разновидности тектонических движений: колебательные, или эпейрогенические, и горообразовательные, или орогенические.

Колебательными, или эпейрогеническими, движениями земной коры называются медленные («вековые») тектонические движения, охватывающие большие пространства поверхности Земли. Скорость таких движений обычно составляет 1–2 мм/год, и почти никогда не превышает 1–2 см/год. Благодаря тому, что знак направления движения не изменяется на протяжении тысяч и миллионов лет, вековые движения оказываются в состоянии изменить абсолютную высоту территории на несколько километров. В результате происходит изменение физико-географических условий местности и, как следствие, смена характера протекающих на ней процессов. Положительные формы рельефа возникнут лишь тогда, когда скорость тектонического воздымания будет большей, чем скорость опускания. Наоборот, глубоководный морской бассейн сформируется только при условии высокой скорости тектонического погружения и низкой скорости осадконакопления.

Первый факт, однозначно свидетельствующий о наличии вертикальных тектонических движений – изменения положения береговой линии моря в разных районах мира. Уровень моря является глобальным высотным репером, поскольку воды Мирового океана стремятся, под действием силы тяжести, сформировать поверхность на единой высоте. Если на одних участках морских побережий море устойчиво наступает на сушу, а на других – отступает, обнажая участки бывшего морского дна, это означает только одно: такие изменения вызваны не колебаниями уровня мирового океана (они не могут в разных частях иметь разную направленность), а вертикальными движениями земной коры. Последние вполне могут быть на одних территориях восходящими, на других нисходящими.

Эпейрогенические движения проявляются повсеместно, однако направленность, амплитуда и скорости их неодинаковы в разных местах. Так, побережье Дании, Нидерландов и Бельгии опускаются со скоростью 0,5 – 1,5 мм/год, тогда как Скандинавский полуостров поднимается со скоростью до 1 см/год. Многие портовые города Норвегии сейчас находятся в 20 – 50 км от побережья, а жители прибрежных районов Дании – под постоянной угрозой наводнения.

В районе Апшеронского полуострова море отступает с заметной скоростью. Так за 30 лет западная часть Апшерона поднялась на 19 см. В то же время рядом, в 50 – 100 км к югу, долина р. Куры медленно опускается. За те же 30 лет Куринская низменность опустилась на 16,6 см.

Из приведенных примеров видно, что опускание суши в прибрежных странах, сопровождается наступанием моря, или трансгрессией, а поднятие – отступанием моря, или регрессией. Однако наступание или отступание моря в прибрежной полосе может быть связано также с эвстатическими колебаниями уровня моря, вызванными увеличением или уменьшением объема морской воды.

Орогенические, или горообразующие, движения развиваются в геосинклинальных областях и сопровождаются образованием складчатых и разрывных тектонических нарушений. От эпейрогенических движений орогенические движения отличаются относительной кратковременностью и узкой локализованностью в пространстве.

К примеру, с древности люди неоднократно находили высоко в горах горные породы явно морского происхождения, нередко содержащие многочисленные остатки морских животных. Это однозначно говорит о том, что участки бывшего морского дна могли испытывать поднятие и оказаться в итоге на высоте многих километров. Породами морского происхождения сложены даже самые крупные горные вершины мира – Джомолунгма и другие горы в Гималаях, имеющие высоты более 8000 м над уровнем моря. Разумеется, такие поднятия происходили не мгновенно. Подъём Гималаев начался, по геологическим данным, около 40 миллионов лет назад.

О величинах поднятий в тех или иных районах позволяют судить наблюдения за развитием речных долин. Если река неуклонно углубляется, это говорит о том, что процесс протекает на фоне общего поднятия территории. Так, долина Енисея в районе г. Красноярска приблизительно за последние 2 миллиона лет углубилась более чем на 200 м. Следовательно, за этот промежуток времени вся прилегающая местность испытала поднятие на соответствующую величину.

Горизонтальные движения земной коры распознать в целом сложнее. В настоящее время, с появлением спутниковых геодезических систем, давших возможность точных измерений координат любых точек земной поверхности, стало ясно, что величины горизонтальных перемещений блоков земной коры по отношению друг к другу, составляют величины порядка нескольких сантиметров в год. Это на порядок больше, чем скорости вертикальных движений. В итоге совокупный результат таких перемещений за обширные промежутки геологического времени может измеряться тысячами километров. Горизонтальные медленные движения отличаются еще большей устойчивостью во времени. В силу этого амплитуда горизонтальных подвижек литосферных блоков может достигать нескольких тысяч километров, несоизмеримо превышая амплитуду вертикальных смещений. Горизонтальные движения являются главной причиной формирования океанов и массивов суши.

Разновидностью орогенических движений являются сейсмогенные движения, возникающие при землетрясениях.

3.2. Землетрясения

Землетрясением называется любое сотрясение, колебание земной коры. вызванное тектоническими и другими причинами. Землетрясения проявляются в виде подземных толчков.

Землетрясения представляют собой приход из недр Земли упругих колебаний, возбужденных мгновенными смещениями масс горных пород в очаге землетрясения.

Простую схему землетрясения можно представить следующим образом. Движению вдоль разрывов предшествует увеличение напряжений в очаге до тех пор, пока не будет превзойден предел упругости. Снимается напряжение, скорее всего, за счет подвижек вдоль границ блоков и разрушения определенного объема горных пород.

На самом деле каждое из этих явлений проявляется несколькими значительно менее сильными ударами, предшествующими главному – «форшоками» и последующими – «афтершоками».

При анализе любого землетрясения используются такие понятия, как очаг землетрясения, гипоцентр, эпицентр, изосейста и некоторые другие (рис. 2.61)

Рис. 2.61 Схема строения землетрясения

Рис. 2.62 Эпицентр и гипоцентр землетрясения.

Цифры – значения изосейст в баллах последовательности напластования

Очаг землетрясения – это объем горных пород в недрах, подвергшихся мгновенному разрушению.

Гипоцентр (фокус) землетрясения – место возникновения землетрясения в недрах Земли.

Эпицентр землетрясения – проекция гипоцентра на земную поверхность.

Максимальной разрушительной силы землетрясение достигает в эпицентре, по мере удаления от которого сила землетрясения убывает.

Изосейсты – линии равных значений силы землетрясения.

Плейстосейстовая область – внутренняя зона вокруг эпицентра, ограниченная максимальной изосейстой.

Гипоцентры многих землетрясенй располагаются под океанами. В таких случаях возникают моретрясения. При меретрясениях возникают огромные волны – цунами¹. представляющие собой длиннопериодные колебания воды, которые возникают в результате резкого, сопровождающегося землетрясением смещения пород по под-водному разрыву или подводному оползню. При резком изменении объема воды в зоне моретрясения формируются волны давления, которые на поверхности преобразуются в водяной вал, распространяющийся со скоростью примерно 800 км/ч. В открытом океане высота ценами растет, достигая 30 – 40 м. обрушиваясь на берег, ценами проходят далеко вглубь побережья и причиняют огромные разрушения.

Анализ распространения землетрясений на Земле показывает, что они приурочены в основном к сейсмически активным областям. Наибольшей сейсмической активностью характеризуется периферия Тихого океана, на которую приходится около 80% всех землетрясений. Высока сейсмическая активность в Средиземноморском подвижном поясе, включая Прикарпатье, Южную часть Крыма, Кавказ, Памир. Заметная сейсмическая активность отмечается в Срединном Атлантическом хребте и Восточно-Африканской зоне рифтов.

По своей природе землетрясения бывают денудационные, вулканические и тектонические.

Денудационные (обвальные) землетрясения возникают в местностях, сложенных известняками, гипсами и другими легкорастворимыми породами в которых образуются пещеры. При значительном разрастании последних их кровля обваливается под тяжестью вышележащих пород. Для этого вида землетрясений характерна малая глубина фокуса.

Область распространения вулканических землетрясений обычно не превышает 30–40 км, а изосейсы опоясывают конус вулкана и по форме близки к окружности. Эпицентр находится вблизи от кратера, а гипоцентр – на небольшой глубине от поверхности. Отличительными чертами вулканических землетрясений являются: обязательная связь с деятельностью вулканов, центральный характер, сравнительно небольшая энергия толчков и малая область распространения.

Около 95% всех землетрясений относятся к типу тектонических. Они связаны с движением участков земной коры, с резким смещением блоков горных пород по разрывам, т.е. с процессом горообразования. По глубине залегания гипоцентра различают: поверхностные (до10 км), коровые (30–50 км) и глубинные или плутонические (100–700 км) тектонические землетрясения.

Основными параметрами, характеризующими землетрясения, являются сила и интенсивность сейсмического эффекта, выражаемая в баллах, и магнитуды, оцениваемые выделяемой из очага энергии.

При определении балльности землетрясений по шкале интенсивности учитывается совокупность многих признаков. Однако принятая шкала носит описательный характер, т.е. основана не на непосредственных измерениях колебаний грунта с помощью инструментов, а на наблюдениях воздействия зелетрясений в зоне сильных колебаний и значительных землетрясений, т.е. плейстосейстовой области.

Для сравнения землетрясений, используют шкалу (12 баллов), оценивающую величину землетрясения, зависящую от их начальной энергии – шкалу магнитуд.

Магнитуда (М) определяется как логарифм отношения максимальных амплитуд данного землетрясения к амплитуде максимальных волн некоторого стандартного (референтного) землетрясения.

Предсказание места и время возникновения будущего землетрясения с указанием возможной силы его является важнейшей задачей. В настоящее время используют следующие методы прогноза:

- геохимический, основанный на изменениях химического и компонентного состава подземных вод;

- геофизический, основанный на изменениях электрических свойств горных пород, силы тяжести, скорости прохождения сейсмических и акустических волн;

- геодинамический, основанный на изучении тектонических движений на геодинамических полигонах, путем построения плановых и высотных геодезических сетей и проведения специальных геодезических наблюдений.

Положительные результаты прогноза могут быть получены при использовании данных всей суммы существующих методов.

Краткая форма сейсмической шкалы показана в табл. 2.14.

Таблица 2.14 Сейсмическая шкала

Балл	Х0, мм	Краткая характеристика землетрясений
1 2 3	- - -	Колебания почвы определяются приборами. Ощущаются в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии. Колебания отмечаются немногими людьми.	слабые
4 5	< 0,5 0,5 – 1	Землетрясение отмечается многими людьми. Возможно колебание окон, дверей. Качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание побелки.	ощутимые
6 7	1,1 – 2 2,1 - 4	Легкие повреждения в некоторых зданиях, тонкие трещины в штукатурке, трещины в печах и т.п. Значительные повреждения в некоторых зданиях, трещины в штукатурке и откалывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах, повреждение дымовых труб.	сильные
8	4,1 - 8	Большие трещины в стенах некоторых прочных зданий, падение карнизов, повреждение дымовых труб.	разрушительные
9	8,1 - 16	Разрушение большинства зданий: обрушение стен, перекрытий, кровли.	опустошительные
10	16,1 – 32	Разрушение зданий, мостов, оползни и обвалы. Трещины в грунтах около метра шириной.	уничтожающие
11	> 32	Изменение рельефа, многочисленные трещины в грунте, большие обвалы в горах	катастрофические
12	-	Изменение рельефа местности на значительном пространстве.	катастрофа

1 В переводе с японского означает «большая волна в заливе».