землетрясения. Институт географии, геологии, туризма и сервиса Кафедра нефтяной геологии, гидрогеологии и геотехники реферат сейсмичность и методы её прогнозирования

• Название: Институт географии, геологии, туризма и сервиса Кафедра нефтяной геологии, гидрогеологии и геотехники реферат сейсмичность и методы её прогнозирования
• Анкор: землетрясения
• Дата: 21.12.2021
• Размер: 1.63 Mb.
• Имя файла: 1639150780261_1639150604429_Grozdev_Referat_Seysmichnost_itog.docx
• Тип: Реферат; #312446
• страница: 2 из 3

Ms=lg A / T+ 1.66 lg D +3.3,

где D – эпицентриальное расстояние в градусах. В 1977 году сейсмолог Хиро Канамори из Калифорнийского технологического институ- та предложил принципиально иную оценку интенсивности землетрясений, основанную на понятии сейсмического момента.[4] Сейсмический момент землетрясения определяется как:

,

где µ – сдвиговая прочность пород в зоне разлома, S – площадь поверхности разлома, u – среднее смещение по разлому, позволяет довольно объективно оценить величину землетрясения. Магнитуда, вычисленная по сейсмическому моменту:

Mw = 2/3lgMo – 10,7

(в разных источниках вместо 10,7 встречается 9,1)

Наибольший из известных сейсмический момент был установлен для землетрясения в Чили в 1960 г. – МW= 9,6.

Энергия, выделяющаяся при землетрясениях:

Е = π2 ρV(а/Т),

где V – скорость распространения сейсмических волн, ρ – плотность верхних слоев Земли, а – амплитуда смещения, Т – период колебаний.

Исходным материалом для расчета энергии служат данные сейсмограмм. Б. Гутенберг, как и Ч. Рихтер, работавший в Калифорнийском технологическом институте, предложил связь между энергией землетрясения и его магнитудой по шкале Рихтера (данная формула показывает колоссальное возрастание энергии при увеличении магнитуды

землетрясения):


Важным понятием в сейсмологии является удельная сейсмическая мощность, то есть количество энергии, выделившейся в единице объема, например в 1 м3, за единицу времени 1 с. Интенсивность землетрясения в эпицентре землетрясения и в плейстосейстовой области тем выше, чем ближе к поверхности находится очаг. Однако с расстоянием от эпицентра в этом случае колебания быстро затухают. При очень сильных землетрясениях с М = 8 сейсмоколебания охватывают огромную площадь радиусом около 1000 км. Площадь, охваченная разрушением, растет в зависимости от магнитуды. Так, при М = 5 и глубине очага 40 км площадь разрушений составит около 100 км2, а при М = 8 – около 20 тыс. км2.

1. Виды землетрясений

1. 
   Вулканическиеземлетрясения- сотрясения участков земной
   

поверхности, связанные с движением магмы, взрывом и обрушением вулканических аппаратов. Местом возникновения как слабых, так и сильных землетрясений могут быть вулканы. Раскаленные газы и лава давят на верхние слои, в результате чего появляются толчки. Движение лавы и газов вызывает серию мелких землетрясений или по-другому вулканический тремер – вулканическое дрожание. Данное явление говорит о том, что вулкан готовится к извержению. Продолжаться такой процесс может длительное время. Движение раскаленной магмы в недрах вулкана может сопровождаться взрывами пара и газов, растрескиванием горных пород, а это, в свою очередь, провоцирует сейсмические и акустические колебания.[13]

2. 
   Подводные землетрясения – землетрясения, способные вызвать цунами. При землетрясении под водой образуется вертикальная трещина (разлом) и часть дна опускается. Дно внезапно перестает поддерживать столб
   

воды, лежащий над ним. Поверхность воды приходит в колебательное движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, – среднему уровню моря, – и порождает серию волн. В глубоком океане масса такой потерявшей опору колонны воды огромна. Когда сброс дна прекращается, эта колонна находит себе новый, более низкий «пьедестал» и таким движением рождает волны с высотой, эквивалентной расстоянию, на которое переместилась эта колонна. Подвижка при землетрясениях имеет высоту обычно порядка 50 см, но по площади огромна – десятки квадратных километров. Поэтому возбуждаемые волны цунами имеют маленькую высоту и очень большую длину. Эти волны несут колоссальный запас энергии. Но далеко не каждое подводное землетрясение сопровождается цунами. Цунамигенным (т.е. порождающим катастрофическую волну) может быть лишь землетрясение с неглубоко расположенным очагом. При этом сила подземного толчка должна быть такой, чтобы произвести сброс участков морского дна. Считается, что если очаг землетрясения лежит неглубоко под дном океана (в пределах 10*60 км), а само землетрясение обладает большой силой (магнитуда более 7,8), то возникновение цунами почти совершенно неизбежно. Если же магнитуда меньше 6, то вероятность цунами близка к нулю. [4]

3. 
   Обвальные землетрясения. Они происходят из-за того, что под землей существуют пещеры. Из-за вымывания известковых пород подземными водами образуются карсты, более тяжелые породы давят на образующиеся пустоты и они иногда обрушаются, вызывая землетрясения. В некоторых случаях, за первым ударом следует другой или несколько ударов с промежутком в несколько дней. Это объясняется тем, что первое сотрясение провоцирует обвал горной породы в других ослабленных местах. Подобные землетрясения называют еще - денудационными. Сейсмические колебания могут возникать при обвалах на склонах гор, провалах и просадках грунтов. Хотя они носят локальный характер, но могут привести и к большим
   

неприятностям. Сами по себе обвалы, сходы лавин, обрушение кровли пустот в недрах могут подготавливаться и возникать под воздействием различных, достаточно естественных факторов. Обычно это следствие недостаточного отвода воды, вызывающее размывание оснований различных построек, или проведение земляных работ с использованием вибраций, взрывов, в результате которых образуются пустоты, изменяется плотность окружающих пород и другое.[19]

4. 
   Микросейсмы. Кроме волн от землетрясений сейсмографы записывают более или менее непрерывный фон, преобладающие периоды которого обычно составляют от 5 до 10 секунд, а амплитуды иногда достигают 10 мкм. Микросейсмы возбуждаются разными источниками. Большой интерес представляют микросейсмы, возбуждаемые штормами в океане, береговыми прибоями. Существует связь между циклонами на океанах и большой интенсивностью микросейсм. Сверхдлиннопериодные микросейсмы вызываются, по современным представлениям, вариациями атмосферного давления. [2]
   
5. 
   Техногенные (наведённые) землетрясения – сейсмичность, возникающая в связи с развитием антропогенной деятельности людей. Механизмы появления техногенной сейсмичности на месторождениях углеводородов включают, главным образом, изменение напряженного состояния среды, изменение порового и пластового давления, перемещение флюидов внутри среды, соответственно и величину приложенных сил и нагрузок. Если, изменение напряженного состояния в результате воздействия достаточно велико, это может вызвать разрушение горного массива или, активизировать деформационные процессы, сопровождающиеся подвижками по существующим тектоническим нарушениям. В платформенных районах, в которых энергия естественных тектонических напряжений невелика, энергия, высвобождаемая техногенными землетрясениями, как правило невелика и магнитуда событий составляет 0÷3 балла по шкале Рихтера. Гипоцентры этих
   

землетрясений расположены в пределах объекта, оказывающего воздействие (например, месторождения), или на его границах; сотрясения, связанные с такими событиями, слабо ощущаются на поверхности. Такие сейсмические события можно отнести к индуцированным. Наиболее характерными примерами индуцированной сейсмичности являются горные удары, возникающие при подземных работах, активизация сейсмичности при сооружении водохранилищ или усиление сейсмичности при разработке нефтяных и газовых месторождениях и другие причины. (Рисунок 4). [14]



Рисунок 4. Положение эпицентров местных землетрясений в пределах Ромашкинского месторождения нефти за период 1986-1989 г.г.

2. Примеры самых разрушительных землетрясений

Последствия землетрясений связаны с многочисленными человеческими жертвами и огромными экономическими потерями. Землетрясения наносят колоссальные материальные убытки населению. Размер ущерба оценивается более 200 млрд. долларов за десятилетие. В прошедшем десятилетии убыток от землетрясений на одного человека

составлял 1,5 тыс. долларов, в настоящее время – 30 тыс. долларов. В результате этого стихийного бедствия гораздо больше и человеческих жертв, чем, например, при ураганах или тайфунах. За последние пять веков от подземных толчков погибло 4,5 млн. человек. В год умирают из-за землетрясений примерно 9 тыс. человек. В середине двадцатого века погибали 28 тыс. человек в год. За последние 4000 лет землетрясения унесли жизни более 13 млн. чел.

Ниже приведён список известных наиболее разрушительных землетрясений[3]:

1. 
   Землетрясение в Гяндже– одно из крупнейших по количеству жертв землетрясений в истории интенсивностью в 11 баллов и магнитудой равной 6,7, произошедшее 30 сентября 1139 года близ города Гянджа. В результате катастрофы погибло около 230 тыс. человек. Во время землетрясения обрушилась гора Кяпаз и преградила русло реки Ахсу, пролегавшую через неё, вследствие чего образовались восемь озёр, одно из которых – озеро Гёйгёль. Это озеро в данное время находится на территории одноимённого заповедника. Это землетрясение входит в пятёрку землетрясений, унёсших самое большое количество жизней.
   
2. 
   Великое китайское землетрясение – самое смертоносное землетрясение в истории человечества. Произошло в провинции Шэньси 23 января 1556 года. Обладало магнитудой 7,8. Оно унесло жизни приблизительно 830 000 человек. Эпицентр Шэньсийского землетрясения находился в долине реки Вэй в провинции Шэньси, недалеко от уездов Хуасянь, Вэйнань и Хуаинь. В Хуасяне были разрушены все постройки, погибло более половины населения. В эпицентре землетрясения открылись 20-метровые провалы и трещины. Разрушения затронули территории, расположенные в 500 км от эпицентра. Некоторые районы Шэньси вовсе обезлюдели, в других погибло около 60 % населения.
   
3. 
   Великое чилийское землетрясение – сильнейшее в истории наблюдений землетрясений на планете, моментная магнитуда – по разным оценкам от 8,3 до 8,5, произошло 22 мая 1960 года в 19:11 UTC в Чили. Эпицентр располагался возле города Вальдивия. Волны возникшего цунами достигали высоты 10 м и нанесли значительный ущерб городу Хило на Гавайях примерно в 10 000 км от эпицентра, остатки цунами достигли даже берегов Японии и Филиппин. Сильные толчки потрясли территорию в 200 тысяч км². Главный удар и серия повторных толчков унесли жизни более 5700 человек и оставили без крова ещё сто тысяч. Уничтожено около 20 % промышленного потенциала Чили. После основного толчка серия более слабых землетрясений прокатилась по территории Чили вплоть до Огненной Земли. Непрекращающимися землетрясениями, извержениями вулканов и гигантскими цунами было опустошено более 100000 км² сельской местности в Андах. Вскоре после главного толчка начался отлив, сменившийся перемещающимся со скоростью около 800 км/час цунами. Отхлынув, волна двинулась в противоположном направлении и достигла берегов Японии. Здесь от цунами погибло 150 человек. Было разрушено шесть тысяч и затоплено сорок тысяч зданий. Спустя 15 часов после землетрясения цунами достигло гавани Хило, пройдя путь в 10 000 км со скоростью около 700 км/ч. Затем волны цунами достигли Калифорнии, удалённой от Чили на 9 тысяч км. Количество жертв составило около 6 тысяч человек, причём основная часть людей погибла от цунами.
   
4. 
   ЗемлетрясениевТаншане – природная катастрофа, произошед- шая в китайском городе Таншане (провинция Хэбэй) 28 июля 1976 года. Землетрясение магнитудой 8,2 по шкале Рихтера является одной из крупнейших природных катастроф XX века. По официальным данным властей КНР, количество погибших составило 242419 человек. В 03:42 по местному времени город был разрушен сильным землетрясени- ем, гипоцентр которого находился на глубине 22 км. Разрушения имели
   

место также и в Тяньцзине и в Пекине, расположенном всего в 140 км к западу. Вследствие землетрясения около 5,3 миллионов домов оказались разрушенными или повреждёнными настолько, что в них невозможно было жить. Несколько афтершоков, сильнейший из которых имел магнитуду 7,1, привели к ещё большим жертвам. От первого толчка рухнуло более 90 % всех городских построек. Через 15 часов после него последовал мощный афтершок с М=7,1 похоронивший под обломками рабочих по расчистке завалов и тех, кто оказался в ловушке, оставшись в живых после первого удара. Сильные афтершоки возникали вплоть до 1 августа. Всего их было зарегистрировано около 130 магнитудами до 4,5 по шкале Рихтера. (Рис.5)

5. 
   Ашхабадскоеземлетрясение– землетрясение магнитудой 7,3, произошедшее в ночь с 5 на 6 октября 1948 года в районе горо- да Ашхабада (Туркменская ССР, СССР) в 2 часа 17 минут по местному времени. Его очаг был расположен на глубине в 18 км – практически прямо под городом. Помимо Ашхабада пострадало большое количество населённых пунктов в близлежащих районах, в Ашхабадском – 89 и Геок-Тепинском – 55 и соседнем Иране. Является самым сильным землетрясением за историю СССР. (Рисунок 6)
   
6. 
   Нефтегорское землетрясение – катастрофическое землетрясение магнитудой 7,6, произошедшее ночью в воскресенье 28 мая 1995 года в 01:04 местного времени на острове Сахалин. Оно полностью разрушило посёлок Нефтегорск всего за 17 секунд. По данным МЧС России, на территории, попавшей в зону бедствия (около 1482 квадратных километров) проживало 55400 человек. Землетрясение на Сахалине стало самым разрушительным в России за последние 100 лет. Его воздействие ощущалось всюду – на севере острова и во многих пунктах прилегающей части материка. Пострадали город Оха (6-7 баллов) и поселки Сабо, Тунгор (7 баллов), Ноглики, Москальво, Колендо (5 баллов), Эхаби, Восточный-1, Некрасовка (5-6 баллов). Но наиболее тяжёлые последствия землетрясение вызвало в
   

городе Нефтегорске, который находился в 25-30 км западнее эпицентра главного толчка. Из 3197 жителей посёлка Нефтегорск погибло 2040 человек. (Рисунок 7) [23]



Рисунок 5. Землетрясение в Таншане




Рисунок 6. Здание инфекционной клиники в городе Ашхабаде 1948 г. [ https://madi- ha.livejournal.com/364858.html]



Рисунок 7. Разрушенный Нефтегорск

2. Методы прогнозирования землетрясений

Прогноз землетрясений – наиболее важная проблема, которой занимаются ученые во многих странах мира. Однако, несмотря на все усилия, этот вопрос еще далек от разрешения. Прогнозирование землетрясений включает в себя как выявление их предвестников, то есть сейсмопрогнозирование, так и сейсмическое районирование, то есть выделение областей, в которых можно ожидать землетрясение определенной магнитуды или бальности.

1. Сейсмическое районирование

Сейсмическое районирование – это картирование потенциальной сейсмической опасности, обусловленной максимальными возможными сейсмическими воздействиями, выраженными в баллах макросейсмической шкалы интенсивности, а также в других физических единицах – в ускорениях, скоростях, спектрах, длительности колебаний грунта и др. Согласно российским стандартам, сейсмическое районирование подразделяется на общее сейсмическое районирование (ОСР), детальное сейсмическое районирование (ДСР) и сейсмическое микрорайонирование (СМР). ОСР отвечает федеральному уровню, ДСР – региональному и СМР – местному (муниципальному). [11]

В Институте физики Земли РАН в 1997 впервые на основе новой методологии был создан комплект вероятностных карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации и сопредельных с ней регионов – ОСР-97. В 2009 –16 взамен ОСР-97 составлен комплект карт ОСР-2016, дополненных территорией Крыма и новыми сведениями о проявлениях современной сейсмичности (карта). Комплект ОСР-2016 так же, как и ОСР-97, состоит из трёх карт, отражающих 10%-ную (ОСР-А), 5%-ную (ОСР-В) и 1%-ную (ОСР-С) вероятность возможного превышения (или 90%, 95% и 99%-ную вероятность непревышения)

указанной на картах интенсивности сейсмических сотрясений в течение 50 лет, что соответствует их повторяемости на земной поверхности в среднем 1 раз в 500, 1000 и 5000 лет. Рисунок 8 [10]

Для детального сейсмического районирование применяют график (закон) повторяемости: Зависимость между числом событий и магнитудой землетрясения N(M), закон повторяемости Гутенберга-Рихтера. Для целей сейсмического районирования число событий в каждом интервале магнитуд нормируется на свой период представительной регистрации :

_.

Параметр - это среднее число событий за год в соответствующем интервале магнитуд. График повторяемости оценивает средний период повторения землетрясений с данной магнитудой на территории ДСР. [21]



Рис. 8 Карты ОСР - 2016

2. Сейсмопрогнозирование

Предсказание землетрясений состоит из долгосрочного прогноза на десятки лет, среднесрочного прогноза на несколько лет, краткосрочного на несколько недель или первые месяцы и объявление непосредственной сейсмической тревоги. (Рисунок 9)



Рисунок 9. Прогнозы землетрясений.

Прогнозирование землетрясений использует много факторов, в которые включаются различные модели подготовки землетрясения и разные предвестники: сейсмологические, геофизические, гидродинами- ческие, геохимические. [1]

Согласно дилатантно-диффузионной модели, процесс подготовки землетрясения разделяется на три стадии. Первая характеризуется увеличением тектонического напряжения; вторая – возникновением микротрещин отрыва, т. к. напряжение практически равно пределу прочности пород. При этом происходит некоторое увеличение и упрочнение объема пород, называемое дилатансией. Если напряжения продолжают возрастать, то это приводит к макроразрушению объема пород, к землетрясению.

Модель лавинно-неустойчивого трещинообразованиябыла предложена в 1975 г. В.Н.Мячкиным. Она предполагает процесс

взаимодействия полей напряжений трещин и локализации трещинообразования. Напряжения, действующие длительное время в горных породах, вызывают постепенное образование трещин. Когда достигается некоторая критическая плотность трещин, начинается лавинообразный процесс их объединения, что сопровождается концентрацией трещин в одной узкой зоне, в которой и происходит макроразрыв, т.е. землетрясение. Предвестники землетрясений весьма разнообразны. Например, это предвестники электросопротив-ления, когда за пару месяцев перед землетрясением наблюдается понижение электросопротивления глубоких слоев земной коры, что связано с изменением порового давления подземных вод.

Гидродинамическиепредвестники связаны с изменением уровня вод в скважинах. Обычно за несколько лет до сильного землетрясения наблюдается падение уровня вод, а перед землетрясением – резкий подъем.

Геохимические предвестникиуказывают на аномальное увеличе- ние содержания радона перед землетрясениями.

Ионосферные предвестники. Впервые инструментальные наблюдения электромагнитных явлений, связанных с подготовкой землетрясения, выполнил в 1924 г. Б.А.Чернявский. Он описал возмущение атмосферного электричества перед Джелал-Абадским землетрясением в Узбекистане. Перед землетрясениями магнитудой более 5 за несколько часов до толчка иногда регистрировались изменения напряжённости вертикального электростатического поля на поверхности Земли в эпицентральной области от нескольких десятков до 1000 В/м. Возле земной поверхности поле вертикально, а на ионосферных высотах разворачивается параллельно земле. Образуется зона радиусом от десятков до сотен километров (рис. 10). В ионо-

сфере на высоте 100–120 км перед землетрясением может наблюдаться

свечение атмосферного газа. Таким образом, очаг землетрясения индукционно воздействует на нижнюю часть ионосферы. [14]




Рисунок 10. Электростатическое поле в ионосфере и поле сейсмического источника на земле.
В 2004-2005 году – автор, создавший хайфскую лабораторию предупреждения землетрясений, начал работу с математической обработки обнаруженной связи реакции животных с параметрами будущих землетрясений и продолжил ее нахождением физических полей, которые вызывали эту реакцию у животного. Дальнейшие изучения найденной волны (названной KaY-волной) привели к обнаружению гравитационно- сейсмического резонанса, связанного с началом процесса формирования очага землетрясения.[9]

Высокая форшоковая активность в сочетании с другими явлениями может служить оперативным предвестником. Так, например, Китайское сейсмологическое бюро на этом основании начало эвакуацию миллиона человек за день до сильного землетрясения в 1975 году. Хотя половине крупных землетрясений предшествуют форшоки, из общего числа

землетрясений форшоками являются только 5-10 %. Это часто порождает ложные предупреждения.

Все многообразие предвестников землетрясений неоднократно анализировалось с целью выявления общих закономерностей и устранения ошибок. Геофизик Т.Рикитаки провел статистический анализ связей длительности аномалий Т и ее амплитуды А и ожидаемой магнитуды М, выделив три класса предвестников. Для среднесрочных предвестников он получил уравнение: