Лекции БЖД-Модуль 5

2.1,а). При естественных землетрясениях гипоцентр, или фокус, находится на некоторой глубине под поверхностью земли. Проекция (вертикальная) гипоцентра на поверхность земли называется эпицентром землетрясения (рис. 2.1,б).

Землетрясения образуются в результате внезапного высвобождения энергии в некотором объеме толщи литосферы или мантии Земли. Объем, в котором происходит высвобождение энергии, называется очагом землетрясения

(рис.2.1).

Расстояние R от эпицентра до некоторой точки на земной поверхности называется эпицентральным расстоянием (см. рис.2.1).

Эпицентральная зона – участок наибольшего воздействия землетрясения. Землетрясения с H>300 км называется глубокофокусными, 70–300 км –

промежуточными, 0–60 – нормальными или мелкофокусными. H – глубина сейсмического очага

R – эпицентральное расстояние

Установлено, что гипоцентры около 90 % землетрясений приурочены к интервалу до 100–200 км. Так, интервал, в котором находятся фокусы большинства крымских землетрясений, составляет 15–30 км, кавказские землетрясения в большинстве своем являются мелкофокусными, и лишь в отдельных случаях глубина фокуса превышает 100 км. Возможны и наклонные зоны расположения гипоцентров, или сейсмофокальные зоны, как, например, в районе Курильской островной дуги, где начиная от приостровного склона глубоководного желоба к западу прослеживается наклонная зона, относительно пологая до глубины 300 км, а далее более крутая.

а

Рис.3. Схема очага землетрясения: а – локализация очага в плоскости разлома; б – гипоцентр и эпицентр землетрясения

13

Ежегодно на Земле регистрируются несколько миллионов землетрясений, но лишь десятки тысяч из них ощущаются людьми. Однако единичные землетрясения носят катастрофический характер, влекут огромные человеческие жертвы и материальный ущерб.

Причины и классификация землетрясений. Современная сейсмология основывается на научных представлениях о строении Земли, в соответствии с которыми Земля – сложный многослойный объект. Каждый из слоев имеет также достаточно сложную структуру, которая изучается различными геофизическими методами (сейсмическими, магнитными, гравитационными и др.).

Ядро Земли сейсмологи впервые обнаружили в 1906 году. Б. Гутенберг в 1914 году определил глубину его залегания (2885 км). Твердое, внутреннее ядро обнаружила Леман (Дания) в 1936 году. Она показала, что оно расположено на глубине приблизительно равной 5000 км. Землетрясения отражают процесс постоянного геологического преобразования нашей планеты, но причины землетрясения могут быть различными. С этими причинами и связана общепринятая классификация землетрясений.

1. Тектонические землетрясения. Название «тектонический» происходит от греческого слова tektonos – созидательный (tektonike – строительное искусство). Это наиболее распространенные землетрясения (около 95 % всех землетрясений). Они приурочены к геологически новым и активным областям Земли.

Объяснение тектонических землетрясений дается в рамках теории, названной тектоникой плит. Ее основная идея заключена в том, что внешняя оболочка Земли – литосфера состоит из нескольких крупных и прочных пластин, называемых плитами. Насчитывается 11 крупных плит: Евроазиатская плита, Индо-Австралийская плита, Африканская плита, Антарктическая плита, плита Фиджи, Филиппинская плита, Тихоокеанская плита, плита Наска, СевероАмериканская плита, Южно-Американская плита, Карибская плита (рис.4).

14

Рис. 4. Тектонические плиты

6

Каждая плита уходит на глубину около 80 км; плиты перемещаются друг относительно друга по поверхности подстилающих, более мягких пород. В краевых частях каждой плиты, там, где она соприкасается с другими плитами, горные породы оказываются под действием больших деформирующих (тектонических) сил, вызывающих в них глубокие физические изменения. Именно на краях геологические структуры Земли подвергаются наибольшему воздействию сил, возникающих при перемещении и столкновении плит, и на краях этих плит происходят интенсивные геологические преобразования.

По данным геодезических наблюдений, система плит претерпевает постоянные изменения. В срединно-океанических хребтах непрерывно происходит подъем магмы, которая, застывая, становится новым морским дном и движется в разные стороны от хребта.

Плиты, таким образом, разрастаются и перемещаются с одной скоростью, напоминая ленты гигантского конвейера, остывая и старея по мере удаления от хребтов. Срединно-океанические хребты называют зонами разрастания океанического дна. На границах плит возникают так называемые трансформные разломы (т.е. разломы, «трансформирующиеся» в результате образования нового океанического дна). Именно вдоль трансформных разломов наблюдается большое количество землетрясений.

Вулканические землетрясения. Вулканические землетрясения возникают в районах с вулканической деятельностью, в непосредственной близости от действующих вулканов в период усиления их активности. Вулканические землетрясения характеризуются сравнительно небольшой энергией толчков и незначительной областью распространения.

Как тектонические, так и вулканические землетрясения связаны с внутренними, глубинными процессами в в мантии и литосфере Земли, т.е. имеют

эндогенную природу.

Полагают также, что в возникновении землетрясений первых двух типов играет роль солнечная активность.

Обвальные землетрясения. Обвальные землетрясения – это небольшие землетрясения, возникающие в районах, где есть подземные пустоты и горные выработки. Причина колебаний грунта – в обрушении кровли шахты или пещеры, когда обвалившаяся масса породы производит удар о дно пещеры и вызывает колебания пород. Эти землетрясения довольно редки. Часто наблюдающаяся разновидность этого явления – «горные удары», возникающие при появлении больших напряжений вокруг горной выработки. При этом огромные массы горных пород резко, с взрывом, отделяются от забоя, возбуждая сейсмические волны (наблюдаются в Канаде, Южной Африке).

Иногда обвальные землетрясения возникают при развитии крупных оползней. Например, 25.04.1974 г. на реке Мантаро в Перу в результате гигантского оползня объемом около 1,6 млрд м3, погубившего около 450 человек, образовались сейсмические волны с магнитудой 4,5 по шкале Рихтера.

Искусственные землетрясения. Искусственные землетрясения являются результатом деятельности человека. Так, в последнее время участились слу-

6

чаи сейсмической активности при ведении горных работ, при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений (закачка жидкости в скважины и ее откачка), ядерных испытаниях, взрывах при строительстве крупных плотин и т.д., заполнении водохранилищ. Это так называемая наведенная, или техногенная сейсмичность. Известно, в частности, что напряжения, вызванные в земной коре давлением воды водохранилищ, могут спровоцировать землетрясения. Землетрясения возникают при быстром изменении уровня воды, в основном в стадии заполнения водохранилища (иногда опорожнения). Примеры таких «возбужденных» землетрясений отмечались в США (плотина Гувер), в Испании (плотина Канелос), Греции (водохранилище Кремаста) и других странах.

Магнитуда. Наиболее характерным параметром землетрясения является его суммарная энергия, высвобождаемая в сейсмическом очаге. Однако непосредственно ее определить невозможно. Поэтому выбрана такая характеристика силы землетрясения, которую можно было бы определить эмпирически. К таким параметрам относится магнитуда. Понятие

«магнитуда» было сформулировано Рихтером в 1935 г.: M = log B , где B – максимальная амплитуда сейсмической записи землетрясения.

Рихтер (1935 г.) определил магнитуду (величину) землетрясения как десятичный логарифм максимальной амплитуды сейсмической волны (в тысячных долях миллиметра), записанной стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения. Шкала Рихтера – логарифмическая, поэтому при изменении магнитуды на единицу амплитуда колебаний возрастает в 10 раз. Энергия землетрясения пропорциональна амплитуде волны, однако в этом случае зависимость сложнее: энергия землетрясения магнитудой 6 приблизительно в 31 раз больше энергии землетрясения с магнитудой 5.

Воздействие землетрясений на земную поверхность.

Интенсивность землетрясения. Степень воздействия землетрясения на любом участке оценивается по шкале интенсивности. Интенсивность I сейсмических сотрясений определяется человеческими ощущениями во время землетрясения, инженерными экспертными оценками степени повреждения сооружений и геолого-географическими описаниями степени изменения рельефа местности, вызванного землетрясением. Интенсивность, таким образом, не является параметром очага землетрясения, а отражает только наблюдаемое воздействие землетрясения на поверхность земли в наблюдаемой точке. Разумеется, сильные по магнитуде или выделяемой энергии землетрясения могут произвести более сильный эффект, но здесь очень велико и влияние других факторов (механизм возникновения землетрясения, характер, расстояние до эпицентра и др.).

6

Интенсивность землетрясений в различных точках определяется обследованием этих точек и опросом жителей.

В настоящее время интенсивность землетрясений на поверхности земли оценивается по двенадцатибалльной шкале MSK–1964.

6

1.3.2. Наводнения

Под наводнением понимается затопление водой прилегающей к реке, озеру или водохранилищу местности, которое причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения или приводит к гибели людей. Затопление местности, не сопровождающееся материальным ущербом, считается разливом реки, озера или водохранилища. По повторяемости площади распространения и материальному ущербу наводнения в России стоят на 1 месте.

По размерам или масштабам и по наносимому ущербу наводнения подразделяются на четыре группы:

1)низкие (малые) наводнения. Наблюдаются в основном на равнинных реках, наносят незначительный материальный ущерб и почти не нарушают ритма жизни населения.

2)высокие наводнения. Сопровождаются значительным затоплением, охватывают сравнительно большие участки речных долин и иногда существенно нарушают хозяйственный и бытовой уклад населения. В густонаселенных районах высокие наводнения приводят к частичной эвакуации населения.

3)выдающиеся наводнения. Такие наводнения охватывают целые речные бассейны. Они парализуют хозяйственную деятельность, наносят большой материальный ущерб, приводят к массовой эвакуации населения и материальных ценностей.

4)катастрофические наводнения. Они вызывают затопления громадных территорий в пределах одной или нескольких речных систем. Такие наводнения приводят к громадным материальным убыткам и гибели людей.

Причины наводнений могут быть различны. Это выпадение осадков в виде дождя, таяние снега и льда, цунами, тайфуны, опорожнения водохранилищ, шторм на море.

В зависимости от причин наводнений, как правило, выделяют пять групп наводнений:

1-я группа – наводнения, связанные в основном с максимальным стоком от весеннего таяния снега. Такие наводнения отличаются значительным

идовольно длительным подъемом уровня воды в реке и называются обычно половодьем.

2-я группа – наводнения, формируемые интенсивными дождями, иногда таянием снега при зимних оттепелях. Они характеризуются интенсивными, сравнительно кратковременными подъемами уровня воды и называются паводками. Наиболее часто сильные ливневые наводнения происходят на Дальнем Востоке, а также в европейской части России.

3-я группа – наводнения, вызываемые в основном большим сопротивлением, которое водный поток встречает в реке. Это обычно происходит в начале и в конце зимы при заторах и зажорах льда.

4-я группа – наводнения, создаваемые ветровыми нагонами воды на крупных озерах и водохранилищах, а также в морских устьях рек (так назы-

6

ваемые наводнения нагонного типа). Затопление побережья в результате поднятия уровня моря обычно возникает при шторме. Реже наводнения происходят при опускании суши.

5-я группа – наводнения, создаваемые при прорыве или разрушении гидроузлов, т.е. в результате техногенной ЧС.

Чаще всего на территории России наводнение представляет собой повышение уровней и расходов воды в реке за счет увеличения её притока (1-я и 2-я группы).

Рассмотрим подробнее отдельные виды наводнений в зависимости от причин, их вызывающих.

Весеннее половодье. При весеннем половодье вода полностью заполняет русло и заливает пойму. Наибольшая высота уровня весеннего половодья зависит от следующих факторов:

величины запасов воды в снеге к началу таяния и характера их распределения в бассейне;

интенсивности и одновременности весеннего таяния снега по бассейну; промерзлости почв бассейна перед таянием снега; насыщенности водой почв бассейна перед таянием снега.

Продолжительность половодья для малых рек – несколько дней, для больших – 1–3 месяца. Если бурное таяние сопровождается дождями и ливнями, возможны крупные наводнения.

При резком потеплении после холодной зимы речной лед почти не размягчается, и его ломка происходит с замедлением. При этом ледяной слой проламывает вздувшаяся река. Большие глыбы льда могут образовывать заторы у мостов и в узких местах русла, что приводит к запрудам.

Вначале выше затора образуется разлив, при преодолении водой затора волна наводнения, распространяясь вдоль русла, вызывает разрушения.

Крупные наводнения возникают при прорыве ледниковых вод (т.е. воды, скапливавшейся под ледником).

Паводки. Паводок, т.е. подъем воды в реках от дождей, достигает наибольших размеров при ливневых осадках. В это время реки обладают большой энергией, несут наибольшие массы воды и наносов, деформируют дно и берега, представляя угрозу наводнения прилегающих районов и промышленных центров.

Большие массы грозят разрушением плотин, мостов и других сооружений в береговой зоне. Величина наводнений и паводков зависит от природногеографических условий.

Поражающие действия наводнений выражаются в следующем:

•затопление водой жилищ, промышленных и сельскохозяйственных объектов, полей с урожаем;

•разрушение зданий и сооружений или снижение их капитальности;

•повреждение и порча оборудования предприятий;

•разрушение гидротехнических сооружений;

6

• разрушение коммуникаций, в т.ч. связи.

При затоплении населенного пункта вначале заливаются подвалы, внутренние дворы, расположенные ниже улиц, затем улицы и первые этажи зданий. Местность покрывается слоем воды.

При средних и крупных паводках в первые же часы нарушаются средства сообщения. На значительных площадях затопленных территорий телефонная связь и электроснабжение выходят из строя в течение одного часа.

Многие деревянные строения разваливаются и сносятся в течение 3–4 часов.

Защитные дамбы могут выдерживать динамическое давление воды (скоростной напор), однако в течение нескольких дней в них могут образовываться бреши.

Кирпичные здания в результате размыва основания и непрерывного углубления промоин могут разрушаться в течение 5–10 суток.

Блочные бетонные здания с фундаментами из бетонных и железобетонных плит сохраняют общую устойчивость до нескольких месяцев.

Мостовые на улицах городов разрушаются в течение нескольких суток. Наводнения приводят также к повышению давления поровых вод. Это снижает сопротивление грунта сдвигу (т.е. его прочность), что ведет в пределе (сопротивление – ноль) к катастрофическому разрушению зданий. При частичной потере прочности грунта оснований под фундаментами происходит неравномерная осадка зданий с образованием трещин. Вследствие неравномерной осадки рвутся канализационные, газовые и водопроводные трубы, электрические кабели. От разрыва электрических кабелей возможно возник-

новение пожаров.

Косновным характеристикам зоны наводнения относят:

•численность населения, оказавшегося в зоне наводнения;

•количество населенных пунктов, попавших в зону, охваченную наводнением (здесь можно выделить города, поселки городского типа, сельские населенные пункты, полностью затопленные, частично затопленные, попавшие в зону подтопления и т.п.);

•количество объектов различных отраслей экономики, оказавшихся в зоне, охваченной наводнением;

•протяженность железных и автомобильных дорог, линий электропередач, линий коммуникаций и связи, оказавшихся в зоне затопления;

•количество мостов и тоннелей, затопленных, разрушенных и поврежденных в результате наводнения;

•площадь сельскохозяйственных угодий, охваченных наводнением;

•количество погибших сельскохозяйственных животных. Обстановка в населенных пунктах существенно зависит от морально-

психологического состояния населения, а также инженерной обстановки (см.

6

выше). На морально-психологическое состояние населения влияют, в первую очередь, следующие факторы:

•степень и сроки оповещения о предстоящем наводнении;

•уровень заблаговременной подготовки населения к действиям в условиях наводнения;

•время года и суток;

•скорость подъема воды.

Если наводнение возникает внезапно, и заблаговременная подготовка населения не проводилась, то возникает паника, неорганизованное бегство, которые приводят к заторам и пробкам на пути эвакуации и дополнительным жертвам. Если погода холодная, ненастная, и наводнение наступает в темное время суток, обстановка усугубляется.

При заблаговременном оповещении и подготовке населения идет оперативная организованная эвакуация населения и материальных ценностей, принимаются меры по борьбе со стихией, мобилизуются органы управления, спасательные отряды и техника.

Обычно в населенных пунктах, подвергающихся частому затоплению (1 раз в 3–5 лет), население готово к стихийному бедствию и проводит заблаговременные мероприятия, направленные на защиту и снижение возможного ущерба.

Оценка обстановки складывается из оценки параметров наводнения и их влияния на здания, сооружения, почву, системы жизнеобеспечения.

6