Геофизические и геологические ЧС

Землетрясения – это подземные толчки и колебания земной поверхности, вызванные природными или антропогенными факторами.

Наиболее распространена классификация по причине возникновения землетрясения (рис. 1).

Различают землетрясения тектонические, вулканические, обвальные, и вызванные деятельностью человека.

Тектонические и вулканические землетрясения связаны с движением континентальных литосферных плит (участков земной коры) по поверхности вязкой, местами расплавленной части астеносферы (верхней части мантии).

На границах между плитами могут происходить три явления: плиты могут раздвигаться, сдвигаться или скользить относительно друг друга.

В местах столкновения двух плит происходит деформация земной поверхности с выделением энергии. Землетрясения подобного типа называются тектоническими.

В местах, где раздвигаются плиты, возникают восходящие потоки, извергающие лаву. Данный процесс сопровождается выделением энергии и порождает вулканические землетрясения.

Обвальные землетрясения включают обрушение кровли шахт, подземных пустот и оползневые землетрясения.

Землетрясение может быть вызвано и инженерной деятельностью человека. Например, заполнением больших и глубоких (более 10 м) водохранилищ или закачкой воды в скважины. Землетрясение в этих случаях, как правило, слабое и происходит в непосредственной близости от скважины или водохранилища. Наиболее вероятной причиной такого землетрясения является возрастание порогового давления в породах, вызванное нагнетанием воды. Так, закачивание зараженных радиоактивными отходами вод в специальные глубокие скважины в штате Колорадо (США) вызвало более 700 небольших землетрясений (А. Аллисон, Д. Палмер, 1984).

Кроме того, в эту группу землетрясений входят образование подземных полостей вследствие добычи полезных ископаемых, горные работы и взрывы большой мощности.

Основные параметры землетрясения:

• очаг землетрясения;
• магнитуда землетрясения;
• глубина очага;
• интенсивность сейсмических колебаний грунта.

Очаг землетрясения представляет собой разрыв или систему разрывов, возникших в земной коре во время землетрясения. При очень сильных землетрясениях вызвавшие их разрывы достигают поверхности земли. Длина разрывов для самых сильных землетрясений значительна. Длина разрывов для самых сильных землетрясений достигает несколько сотен километров.

Магнитуда характеризует величину землетрясения в его очаге, т.е. в глубине земли. Магнитуда землетрясения является мерой общего количества энергии, излучаемой при сейсмическом толчке в форме упругих (сейсмических) волн. Для оценки энергии сейсмических волн применяют сейсмическую шкалу магнитуд (табл 1).

Исходя из таблицы 1 увеличение магнитуды на 2 единицы соответствует увеличению энергии в 1000 раз.

Расчеты показывают, что при сильных землетрясениях выделяется энергия до 1,1·10²⁴ - 1,1·10²⁵ эрг. Это соответствует энергии, которую может дать Днепровская ГЭС при непрерывной работе в течение 300-350 лет.

Глубина очага землетрясения может колебаться в различных сейсмических районах от 0 до 730 км. После землетрясения определяется очаг под землей, являющийся источником землетрясения (гипоцентр) и на поверхности земли эпицентр, вокруг которого располагается область, называемая эпицентральной, испытывающая наибольшие колебания грунта.

Интенсивность сейсмических колебаний грунта представляет собой интенсивность проявления землетрясения на поверхности земли. Она определяется по 12-бальной шкале Рихтера (по имени американского сейсмолога; предложена в 1935 г.) (табл. 2).

Колебания интенсивностью до 4-х баллов не вызывают разрушения и даже не замечаются многими жителями. При землетрясении в 5 баллов могут возникать отдельные трещины в постройках, особенно старых. Землетрясения 6 баллов и выше вызывают разрушения различной степени: от повреждения отдельных домов до полного разрушения городских построек, с возникновением глубоких протяженных трещин на поверхности земли и изменением рельефа окружающей местности.

Табл. 2

Интенсивность землетрясения зависит от магнитуды и глубины очага. Разрушительные 7-балльные колебания наблюдаются, начиная с магнитуды 5,5 и в районе их эпицентров. При сильнейших землетрясениях с магнитудами 8 и выше они проявляются даже на расстояниях от эпицентра в 300-500 км.

Важным показателем землетрясения является площадь разрушений. Площадь разрушений растет в зависимости от магнитуды.

Например, площадь 7-балльной зоны при магнитуде равной 5, составляет 100 км², при магнитуде равной 6 – 500 км², при магнитуде – 7 – 3000 км² и т.д. Спитакское (Армения) катастрофическое землетрясение имело, например, магнитуду 6,9 и 7-балльная зона охватила площадь в 4000 км².

Землетрясение может длиться от нескольких мгновений до нескольких суток.

Известны два главных сейсмических пояса: Тихоокеанский (Камчатка, Япония, Мексика и др.) и Средиземноморский (Карпаты, Кавказ, Памир и т.д.). До 90 % землетрясений приходится на кольцевой тихоокеанский пояс.

В год происходит более 20 сильных землетрясений, вызывающих большие разрушения, из них в среднем одно – катастрофическое. В ΧΧ веке произошло 340 крупных землетрясений. Одно из значительных землетрясений (7,3 балла) произошло 6 октября 1948 г. в Туркмении. Город Ашхабад был полностью разрушен, под развалинами погибло 110 тыс. человек. Особенно катастрофическим было землетрясение в Китае (1976 г.) – полностью разрушен город Таньшин, погибло 830 тыс. человек. Землетрясение силой 7,7 балла произошло 7 декабря 1988 г. в Армении. Практически были разрушены три города. Погибло около 30 тыс. человек. Из-под развалин спасли около 15 тыс. человек. Мощнейшим подземным толчком (9,2 балла) 27 мая 1995 г. практически полностью уничтожен г. Нефтегорск (на севере Сахалина). Из-под завалов извлекли 2247 человек, из них 1841 погибли.

Территория Беларуси находится в платформенной области, где обычно проявляются лишь отголоски сильных карпатских землетрясений. В наше время наиболее заметные карпатские землетрясения силой 3-5 баллов отмечены в 1940, 1977, 1986 и 1990 гг. Местные очаги сейсмичности немногочисленны. Они проявляются эпизодически землетрясениями силой до 4-6 баллов. В наше время такие землетрясения отмечены в районе г. Солигорска (май 1978 г.). Их отличительной особенностью является неглубокое залегание подземного очага и незначительная площадь распространения.

Оползни – это скользящие смещения горных пород по склону под действием силы тяжести. Они вызываются как естественными, так и искусственными (антропогенными) причинами. К естественным причинам относятся увеличение крутизны склонов, подмыв их оснований морскими и речными водами, сейсмические толчки и др. Искусственными причинами являются разрушение склонов дорожными выемками, вырубка леса, неправильная агротехника склоновых сельскохозяйственных угодий и т.п. Согласно международной статистике, до 80 % современных оползней связано с деятельностью человека.

На абсолютные высоты от 800 до 1000 м приходится в горах 9,2 % всех оползней, от 1000 до 1700 м – 90,9 % оползней. Оползни могут быть на всех склонах начиная с крутизны 19°.

Так же как и обвалы, оползни особенно энергично развиваются весной или во время летних дождей.

Существует множество характеристик оползней. Можно выделить оползни по мощности, скорости движения и масштабам явления (площади).

По мощности оползневого процесса оползни бывают: малые (до 10 тыс. м³), средние (от 11 до 100 тыс. м³), крупные (от 101 тыс. до 1 млн. м³), очень крупные (свыше 1 млн. м³). Так, в 1962 г. в Италии оползень объемом 240 млн. м³ накрыл 8 городов, погубив при этом 3 тыс. человек.

По скорости движения оползни выделяют: исключительно медленные (0,06 м/год), очень медленные (1,5 м/год), умеренные (1,5 м/месяц), быстрые (1,5 м/сутки), очень быстрые (0,3 м/мин), исключительно быстрые (3 м/с).

Площадь оползневых процессов, прежде всего, зависит от объема смещения но, но несмотря на это она колеблется в значительных пределах. Например, в Средней Азии зафиксированы оползневые смещения от десятков тысяч до 40 млн м³, но площадь подверженная оползневому смещению как правило составляет 600-1200 м².

Оползни следует отличать от обвалов. Обвал – это почти мгновенное событие, происходящее в течение секунд, тогда как оползни движутся гораздо медленнее (несколько метров в сутки), но могут происходить и быстро – со скоростью сотен метров в минуту, как, например, было в Киргизии в 1994 г.

Оползни наблюдаются в Карпатах, Молдавии, Крыму, на Северном Кавказе, в Закавказье, Средней Азии, Восточной Сибири.

Наиболее крупные оползневые процессы отмечаются в Киргизии и Таджикистане (район Центрального и Южного Тянь-Шаня). Площадь их проявления составляет 32 тыс. км², объем – от сотен до миллионов кубометров.

В республике Беларусь оползни наблюдаются на некоторых склонах возвышенностей и, как правило, очень медленные и исключительно медленные.

Оползни наносят значительный ущерб экономике и здоровью людей. Например, в 1989 г. оползни в Ингушетии привели к разрушениям в 82 населенных пунктах. Оказались поврежденными 2518 домов, 44 школы, 60 объектов здравоохранения, культуры, торговли и бытового обслуживания.

Обвалы и осыпи. Обвал – это отрыв и падение больших масс пород на крутых и обрывистых склонах.

Обвалы происходят под воздействием выветривания горных пород, подмыва их рекой или морем, а также при землетрясении. В 80 % случаев обвалы связаны с деятельностью человека. Они образуются в основном при прокладке дорог, постройке на склоне тяжелых зданий, закладке различных горных выработок: буровых скважин, канав, штолен, карьеров.

Масштабы обвалов грандиозны. Например, объем одного из обвалов в Альпах достигал 15 км³, а площадь, занятая обвальными массами – 49 км². Крупная река Волга даже за 1000 лет не вынесет в море такого количества материала. Кроме того обвалы приводят к масштабным трагическим последствиям. В 1970 г. в Перу во время землетрясения произошло обрушение огромной массы горных пород, которые похоронили 2 города и 18 тыс. жителей.

Осыпание в отличие от обваливания происходит постепенно, порциями, по мере разрушения (выветривания) пород на склонах. Падают преимущественно мелкие обломки. В нижней части склонов образуются осыпи – конусовидные скопления упавших обломков. Обвалы и осыпи нередко происходят при землетрясениях 7 баллов и более, когда возможно обрушение горных склонов с крутизной 45-50°.

Сель (селевой поток) – это бурный грязевой или грязекаменный поток, состоящий из смеси воды и обломков горных пород, внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек. Характеризуется резким подъемом уровня воды, волновым движением, кратковременностью действия (в среднем от одного до трех часов) и другими факторами.

Непосредственными причинами зарождения селей являются сильные ливни, интенсивное таяние снега и льда, землетрясения, извержения вулканов, прорыв озерных плотин. Исходя из причин возникновения выделяют следующие виды селей: дождевой, снеговой, ледниковый, вулканогенный, сейсмогенный, лимногенный (озерный), антропогенный. Возникновению селей способствуют и антропогенные факторы, к которым относятся вырубка лесов, деградация почвенного покрова на горных склонах, взрывные работы при прокладке горных дорог и т.д.

Селевые потоки характерны для горных долин с наклоном русла 6-20°.

Доля твердого материала в объеме потока изменяется от 10 до 70 %. Исходя из этого объем селя колеблется от менее 1 тыс м³ (очень мелкий сель) до более 10 млн м³ (гигантский сель).

Передний фронт селевой волны достигает высоты – 5-15 м. Сель в отличие от водного потока, часто движется не непрерывно, а отдельными валами, то почти останавливаясь, то опять ускоряя движение. Это происходит в основном вследствие задержки селевой массы в сужении русла, на крутых поворотах, в местах резкого уменьшения уклона. Максимальная высота вала достигает 25 м. Ширина селевого потока колеблется от 3 до 100 м, глубина – от 1,5 до 15 м, длина от нескольких десятков метров до нескольких километров.

Если обычно скорость течения селя 2,5-4,0 м/с, то при прорывах заторов она иногда достигает 10 м/с. Максимальные скорости селей составляют 20-30 м/с (10-100 км/час).

Сели образуются во всех горных районах мира. Около 20-25 % горных районов СНГ находится в зоне действия селевых потоков. Кавказский и Памиро-Тянь-Шаньский регионы являются наиболее селеопасными в СНГ. Например, в Грузии площадь подверженная воздействию селей составляет около 30 тыс. км². В Киргизии только 10 % территории находится вне селевой опасности. В Таджикистане около 90 % территории является селеопасной.

Селевые потоки наносят большой ущерб экономике и жизни людей. Например, в 1985 г. в Колумбии в результате извержения вулкана возник гигантский сель, который, пройдя 40 км, буквально захлестнул один из городов. В результате погибло 29 тыс. человек, было уничтожено 4,5 тыс. жилых и административных зданий.

Дата добавления: 2014-01-15