Зоны возникновения очагов землетрясений - ВОЗ

Существует несколько разновидностей моделей зон ВОЗ, представляющих источники землетрясений в виде точек (эпицентров), линий (активных разломов), площадей (условно однородных сейсмогенных зон) и объемов (тектонических блоков); рассматриваются также комбинированные модели.

В основу исследований по оценке сейсмической опасности и сейсмическому районированию Северной Евразии положена методология, базирующаяся на создании двух взаимосвязанных сейсмогеодинамических (СГД) моделей - модели очаговых зон (МОЗ) и модели сейсмического эффекта (МСЭ). Каждая из них отражает структурно-динамическое единство природной среды и вероятностный характер развивающихся в ней сейсмических процессов.

Идентификация зон возникновения очагов землетрясений (зоны ВОЗ) и определение параметров их сейсмического режима является самым сложным и наиболее ответственным звеном в исследованиях по сейсмическому районированию, поскольку от этого зависит надежность всех последующих построений.

Как показано на приведенной диаграмме, на основе трех блоков электронной базы данных (современная геодинамика, региональная сейсмичность и сильные движения грунта) попарно формируются две модели - МОЗ и МСЭ, с помощью которых осуществляется расчет повторяемости сейсмических сотрясений и составляются карты сейсмического районирования.

В основу создания модели зон ВОЗ Северной Евразии положена разработанная В.И.Уломовым линеаментно-доменно-фокальная (ЛДФ) модель, явившаяся дальнейшим развитием фрактальных представлений о геофизической среде и развивающихся в ней СГД-процессах (12.1)..

Рис. 12.1 Линеаментно-доменно-фокальная (ЛДФ) модель В.И. Уломова

В соответствии с принятой концепцией, в ЛДФ-модели рассматриваются четыре масштабных уровня источников землетрясений - крупный регион, с интегральной характеристикой его сейсмического режима, и три основных структурных сейсмогенерирующих элемента: линеаменты (L), в генерализованном виде представляющие оси трехмерных сейсмоактивных разломных или сдвиговых структур, отражая структурированную сейсмичность и являясь основным каркасом ЛДФ-модели; домены (d), охватывающие квазиоднородные в геодинамическом отношении объемы геологической среды и характеризующиеся "рассеянной" сейсмичностью; потенциальные очаги (Z) землетрясений, указывающие на наиболее опасные участки (фокусы) линеаментных структур.

Линеаменты, домены и потенциальные очаги, как и сами землетрясения, классифицируются по величине максимальной магнитуды (Mmax) с шагом 0.5 единицы М. Минимальное значение магнитуды землетрясений вдоль линеаментов принято М=6.0, поскольку при генерализованном районировании, каким является общее сейсмическое районирование(ОСР), очаги с меньшей магнитудой выделяются менее надежно. В случае же детального сейсмического районирования (ДСР) нижний порог магнитуд для линеаментов может быть понижен.

Поскольку реальные очаги не располагаются строго вдоль осей линеаментов, а отклоняются определенным образом по обе стороны от них, нами при моделировании виртуальной сейсмичности используются функции статистического распределения, аналогичные изображенной на заднем плане рисунка объемной ЛДФ-модели. Чем меньше магнитуда землетрясений, тем дальше от оси линеамента могут отклоняться их очаги. Такое рассеяние очагов обусловлено размером областей динамического влияния линеаментных структур на прилегающую геологическую среду и ее фрактальным строением.

Верхний уровень магнитуд (Mmax) определяется реальной СГД-обстановкой, а нижний (Mmin) - минимальной сейсмической опасностью, учет которой необходим для проектирования сейсмостойких сооружений. В наших исследованиях по ОСР-97 было принято Mmin=4.0, а сейсмическая интенсивность Imin=5 баллов.

Поскольку реальные очаги не располагаются строго вдоль осей линеаментов, а отклоняются определенным образом по обе стороны от них, нами при моделировании виртуальной сейсмичности используются функции статистического распределения, аналогичные изображенной на заднем плане рисунка объемной ЛДФ-модели. Чем меньше магнитуда землетрясений, тем дальше от оси линеамента могут отклоняться их очаги. Такое рассеяние очагов обусловлено размером областей динамического влияния линеаментных структур на прилегающую геологическую среду и ее фрактальным строением.

Верхний уровень магнитуд (Mmax) определяется реальной СГД-обстановкой, а нижний (Mmin) - минимальной сейсмической опасностью, учет которой необходим для проектирования сейсмостойких сооружений. В наших исследованиях по ОСР-97 было принято Mmin=4.0, а сейсмическая интенсивность Imin=5 баллов.

Рис. 12.2 Модель очагов землетрясений (по В.И.Уломову).

Рис. 12.3 Модель очага и сейсмического эффекта и вторичных поражающих факторов (по В.И.Уломову).

На рис. 12.4 показаны структурные элементы зон ВОЗ (линеаменты и домены) с разными Mmax, ставшие основой при создании комплекта карт ОСР-97. Здесь же окружностями контурены районы, в которых выполнено уточнение зон ВОЗ для актуализированных карт ОСР-97*.

Рис. 12. 4. Зоны ВОЗ карт ОСР-97 и районы, в которых в 2010-2011 гг. выполнено утонение.

Слева направо: 1 - добавлено два домена на западе Калининградской области, котоорая на картах ОСР-97 не была охвачена с позиций сейсмотектоники; 2 - из каталога землетрясений ОСР-97 удалено «Тамбовское землетрясение» 1954 г., оказавшееся техногенным; 2 - укорочен линеамент с М=6.5 в Кандалакшском заливе; 4 - переориентированы линеаменты на Среднем Урале; 5 - снижена на 0.5 магнитуда домена в районе Томска. 6 - учтена сейсмодислокация с М=7.5 в Восточном Саяне; 7 -смещен к западу линеамент в Корякии.

В 1991-1997 гг. для составления нормативных карт ОСР-97 была разработана ЛДФ-модель зон ВОЗ для всей обширной территории Северной Евразии, охватывающей территорию бывшего СССР. В общей сложности для этой обширной территории при выполнении расчетов по ОСР-97 выделено свыше 1000 линеаментных структур и около 500 доменов.

В связи с актуализацией в 2010-2011 гг. ОСР-97 и созданием комплекта карт ОСР-97* выполнены некоторые уточнения. В частности, пополнен каталог землетрясений на территории России и сопредельных регионов с древнейших времен по 2010 г. В него добавлено несколько тысяч событий с магнитудой М=3.3 и выше. Составлены графики повторяемости землетрясений для всех основных сейсмоактивных регионов Северной Евразии, согласно сейсмической регионализации (рис. 5). Существенно пересмотрен каталог землетрясений Европейской части страны. В него добавлены новые сведения о древних землетрясениях и исключены сомнительные, в том числе и «Тамбовское землетрясение» 1954 г. с М=4.8, признанное техногенным, но фигурировавшее многие десятилетия в официальных каталогах.

Частично модифицирована модель зон ВОЗ (рис. 12.4). Так, в связи с исключением из каталога «Тамбовского землетрясения», максимальная возможная магнитуда Ммах=5.0 землетрясений в районе Воронежского кристаллического массива была снижена до Ммах=4.5 и её величина была обусловлена местным Никольским землетрясением 2000 г. с М=3.8 (добавлено 0.7 единицы М, согласно существующему положению увеличивать наблюденную магнитуду минимум на полмагнитуды).

Незначительная редакция коснулась и двух сейсмолинеаментов на Среднем Урале, которые были повёрнуты по часовой стрелке до совпадения с вновь выявленными активными разломами (рис. 3). Был укорочен сейсмолинеамент в Кандалакшском заливе. В Корякии на один размер очага с М=7.5 был смещен в западном направлении параллельно самому себе сейсмолинеамент с Ммах=7.5. В центральной части Восточного Саяна была учтена обнаруженная палеосейсмодислокация с М=7.3 и возрастом около 9600 лет. Модифицирована модель зон ВОЗ в районе Калининградской области, которая в действующих СНиП II-7-81* вообще была упущена, и на северо-западной окраине которой на карте ОСР-97-С* появилась небольшая 6-балльная зона.

Результаты ОСР-97* полностью включены в ЕИС и во многом стали её основой. Они вошли в следующие основные разделы ЕИС: Землетрясения, Воздействия, Сейсмоопасность, Сейсмический риск, Нормативы, Фактография, Информация.

С целью создания карт ОСР-2012 следующего поколения разработаны научные и методологические основы новых подходов к оценке сейсмической опасности. Предусматривается привязка сейсмических воздействий не только к грунтам 2-й категории, как прежде, но и к скальному основанию (грунты 1-й категории), как это делается во многих странах мира. Планируется дальнейшее развитие методов сейсмогеодинамического районирования, включающего элементы долгосрочного и среднесрочного прогноза сейсмической опасности путем выявления потенциальных очагов землетрясений и слежения за миграцией сейсмической активизации вдоль сейсмогенных структур.

Наиболее распространённым способом СМР в высокосейсмичных районах является регистрация землетрясений малых энергий (а также взрывов) на площадках с различными инженерно-геологическими условиями. При этом сравниваются амплитуды сейсмических колебаний на записи смещений, скоростей или ускорений или соответствующих амплитуд спектров Фурье или спектров действия с аналогичными величинами, полученными на грунтах, принятых в данном районе за эталонные. Принимается, что измению в 2 раза максимальных амплитуд сейсмической записи соответствует изменеие интенсивности колебаний грунта на 1 балл:

ΔI = 3,3lg(A_i/A_o), (12.1)

где ΔI – приращение интенсивности в баллах, A_o, A_i - средние значения амплитуды колебаний в пределах эталонного и исследуемого участков соответственно.

При этом в каждом пункте регистрируют либо две горизонтальные, либо две горизонтальные и одну вертикальную составляющие колебаний. На каждом из типичных для участка грунтовых комплексов должно быть не менее одного пункта наблюдений. Зависимость приращений балльности от частоты ΔI(f) определяют по отношениям спектров Фурье на исследуемом и эталонном участкахв диапазоне частот от 0,5 до 10 Гц. Приращения на каждом участке рассчитывают по формуле ΔI(f) = 3,3lg[Ф_i(f)/Ф_o(f)], (12.2)

где Ф_i(f), Ф_o(f) – спектральные плотности на данной частоте на уровне половины от максимума (в эффективной полосе спектров).

Существуют и другие способы СМР, но их рассмотрение не входит в программу данного курса, а изучаются в курсе инженерной геофизики. Ниже мы поговорим лишь о детальном сейсмическом районировании и сейсмическом микрорайонировании для гидротехнических сооружений и атомных электростанций.

12. 2. Детальное сейсмическое районирование и сейсмическое районирование для гидротехнических сооружений и атомных электростанций

При расчетах га сейсмостойкость таких уникальных сооружений, как высотные плотины и атомные электростанции, требования к исходной сейсмологической информации резко возрастают. Помимо сейсмических воздействий в баллах, необходимы характеристики типов воздействия на строительной площадкев виде сейсмических записей (акселограмм, велосиграмм, сейсмограмм). Без этих данных не могут быть выполнены динамические расчеты сейсмостойкости и учтена пространственная работа этих сложных сооружений, имеющих размеры, соизмеримые с данными сейсмических волн. На карте общего сейсмического районирования условия размещения конкретного объекта и характеристики сейсмических воздействий на стройплощадке получить невозможно. Для перехода от карты масштаба 1:5 000 000 к сейсмическому микрорайонированию для ГЭС и АЭС, т.е. к масштабам 1:25 000 и крупнее, требуются промежуточные исследования в масштабах 1:500 000, 1:200 000 – детальное сейсмическое районирование (ДСР).

Основными задачами ДСР, помимо уточнения региональных сейсмических условий района строительства, являются следующие: 1) выявление зон возможных очагов землетрясений (ВОЗ) в районе стройплощадок; изучение этих зон (их протяженности, мощности, глубины заложения), расположение этих зон по отношению к стройплощадке, их конфигурация; 2) изучение ранее произошедших землетрясений, их интенсивности, энергии и механизмов очагов; 3) уточнение прогноза основных сейсмогеологических характеристик землетрясений, возможных в этих зонах: максимальных магнитуд М_max(±δМ), их глубины (Н±ΔН); наиболее вероятного характера подвижек в очагах (механизма землетрясений), определяемого по комплексу данных сейсмологии и тектоники; 4) определение «фоновой» сейсмичности в пункте строительства в баллах; получение основных динамических характеристик воздействий в виде набора сейсмических записей, который должен быть потом скорректирован на местные условия с учетом сейсмического микрорайонирования.

Кстати, одним из основных вопросов при ДСР и СМР для ГЭС и АЭС является также вопрос о возможном возникновении остаточных сейсмодеформаций, первичных и вторичных. При этом под первичными сейсмодеформациями понимают деформации, возникающие в очаге в процессе мгновенного снятия напряжения при землетрясении, под вторичными – те, которые образуются за пределами очага под воздействием сейсмических волн, излучаемых очагом.

Лекция 13. Исследования загрязнения геологической среды геофизическими методами и интерпретация результатов

Эта лекция еще не отредактирована

Дата добавления: 2014-01-07