5.6. Сейсмічні явища.

Сейсмічні явища (землетруси) це особливі форми дислокаційних рухів, які появляються у двигтінні окремих ділянок Земної кори в місцях, де міцні породи накопичують пружну енергію від коливальних рухів.

При сильних землетрусах відбуваються значні вертикальні та горизонтальні зміщення земної кори, котрі спричиняють виникнення морських хвиль заввишки 1015 та більше метрів (цунамі).

Як і вулкани, землетруси пов'язані, головним чином, з Тихоокеанським та Середземноморсько-Індонезійським поясами. Величезними сейсмічними районами є Карпати, Крим, Кавказ, Середня Азія, Прибайкалля, Східний Сибір, Далекий Схід, Камчатка. Катастрофічні землетруси відбулися в містах Алма-Аті (1887 р.), Шемалі (1902 р.), Ашгабаті (1948 р.), Ташкенті (1966 р.), Газлі (1976 р.), а також у Вірменії (1988 р.) і Таджикистані (1989 р.). Під час землетрусів пошкоджуються і руйнуються будівлі, гинуть люди. Так, під час землетрусу в м. Токіо (1923р.) зруйновано 500 000 будівель, загинуло 140 000 чоловік і більше 100 000 людей було поранено.

За походженням землетруси поділяють на денудаційні, вулканічні, тектонічні та техногенні. Денудаційні і вулканічні мають місцеве значення. Денудаційні землетруси виникають при обвалах склепінь печер, пустот у верхніх шарах земної кори і при обвалах у горах, вулканічні - внаслідок вибухів при виверженні магми. Техногенні землетруси є наслідком інженерної діяльності людини.

Переважна більшість землетрусів тектонічного походження. Вони часто носять катастрофічний характер. Виникнення цих землетрусів пов'язане з деформаціями зсуву та розтягання в масивах гірських порід Земної кори і речовини у верхній частині мантії під час тектонічних рухів. Коли напруга і деформації досягають критичних значень, відбувається руйнування масиву, яке супроводжується ударами маси порід або речовини мантії. Осередок землетрусу знаходиться на певній глибині і називається гіпоцентром, а ділянка на поверхні, розташована над ним -епіцентром (рис. 7)

Рис. 7. Види сейсмічних хвиль.

Залежно від глибини залягання гіпоцентру виділяють поверхневі (до 50 км), проміжні (50...З00 км), глибокофокусні (більше 300 км) землетруси.

Формування осередків відбувається на різних глибинах, оскільки цей процес є наслідком руйнування виступів суміжних літосферних плит (блоків) під час взаємного переміщення. Внаслідок удару в гіпоцентрі виникають пружні сейсмічні хвилі : поздовжні, поперечні та поверхневі (рис. 7).

Поздовжні хвилі поширюються від гіпоцентру в усіх напрямках і передають енергію удару в довкілля. Коливання часток речовини, через яку вони проходять, відбувається в напрямку поширення хвилі. Це хвилі згущення і розрідження.

Поперечні хвилі сприяють зсуву часток. Їх коливання відбувається по перпендикуляру до напрямку поширення поздовжніх хвиль. Ці хвилі не проходять через розплави і воду. Швидкість поперечних хвиль в 1.7 рази менша, ніж поздовжніх

Внаслідок взаємодії поздовжніх та поперечних хвиль біля поверхні Землі виникають поверхневі хвилі, які поширюються на поверхні Землі, утворюючи вали і западини певної висоти.

Сейсмічні явища реєструють за допомогою сейсмографів – приладів, що записують горизонтальні та вертикальні синусоподібні коливання маятника (сейсмограми). Сила землетрусу в гіпоцентрі характеризується магнітудою, а його інтенсивність на поверхні (сейсмічність) оцінюється в балах (табл..1). Ці величини пов'язані між собою такою залежністю:

I = 1.5M – 3.5 lgh+ 3 ,

де I - інтенсивність землетрусу в балах; М - магнітуда; h – глибина залягання гіпоцентру, км.

Магнітуда землетрусу являє собою логарифм відношення амплітуди коливань ґрунту при конкретному землетрусі А до амплітуди стандартного землетрусу А^*, тобто

М=ln A/A^*

За визначеною магнітудою Ріхтер розділив землетруси на: сильні землетруси регіонального характеру (М7); сильні землетруси локального характеру (М=67); середні землетруси (М=56) і слабкі землетруси (М<5).

Енергія, що виділяється землетрусом (в Дж) у гіпоцентрі (а від неї залежить його сила) визначається за формулою Б. Б. Голіцина

де =3.14;  = питома вага речовини земної кори, Н/м³ ; v - швидкість поширення сейсмічних хвиль, м/с; А - амплітуда коливань, м; Т - період коливань, с. Енергія землетрусів змінюється в інтервалі 10³ ... 10¹⁹ Дж.

Інтенсивність землетрусів визначають за 12 - бальною шкалою залежно від величини зміщення пружного сферичного маятника в сейсмометрі системи С. В. Медведєва або сейсмічного прискорення, що виникає в породах під будівлями та спорудами і визначається залежністю . В табл. 1 наведені значення сейсмічного прискорення та характерні пошкодження в будівлях при землетрусах інтенсивністю більше 6 балів.

Таблиця 1

Інтенсивність та наслідки землетрусів

Інтенсивність, бали	Сейсмічне прискорення , см/с2	Характер пошкоджень
6	25 – 50	Легкі пошкодження будівель, тонкі тріщини в штукатурці
7	50 – 100	Руйнуються глинобитні будівлі, середні пошкодження цегляних та панельних будівель
8	100 – 200	Значні пошкодження в цегляних та панельних будівлях, падіння труб
9 і більше	200 - 400	Всі будівлі, крім дерев’яних, повністю руйнуються

На основі вивчення землетрусів складають карти сейсмічності: на географічні карти наносять ізосейти (лінії з однаковою інтенсивністю можливого землетрусу в балах). За допомогою карт сейсмічності можна одержати дані про сейсмічність конкретного району у балах та визначити величину сейсмічного прискорення. Одержані дані уточнюють з урахуванням геологічної будови та гідрогеологічних умов конкретного майданчика. В районах, де інтенсивність не перевищує 5 балів, будівництво ведуть без врахування сейсмічності. При 6 балах в проектах закладають підвищені вимоги до якості будівельних матеріалів і якості робіт. При 7…9 балах будівництво ведуть згідно з вимогами ДБН на сейсмічні райони: враховується додаткова горизонтальна сейсмічна сила, що визначається в залежності від сейсмічного прискорення; забороняється будівництво на розривних дислокаціях, на схилах пагорбів, в місцях зсувів та обвалів, на пухких водонасичених ґрунтах з високим рівнем підземних вод, оскільки можливий гідравлічний удар під фундаментами. Як основу фундаментів слід використовувати міцні щільні ґрунти.

У Наддніпрянський регіон землетруси поширюються з боку Криму та Карпат і сягають 23 балів за шкалою Ріхтера. Такі землетруси можуть спровокувати раптові зсуви, обвалення гірських порід.