Землетрясения геологические

Колебания от землетрясений передаются в виде сейсмических волн
. Землетрясения и связанные с ними явления изучает сейсмология
, которая ведёт исследования по следующим основным направлениям:

• Изучение природы землетрясений: почему, как и где они происходят.
• Применение знаний о землетрясениях для защиты от них путём прогноза возможных в том или ином месте сейсмических ударов в целях строительства стойких к их воздействию конструкций и сооружений.
• Изучение строения земных недр и разведка месторождений полезных ископаемых
  с использованием сейсмических волн от землетрясений и искусственных сейсмических
  источников ^[3]
  
  .

Регистрация и измерение интенсивности землетрясений


Размещение сейсмически активных зон

Землетрясение
– это резкие импульсные сотрясения участков земной поверхности. Эти сотрясения могут быть вызваны разными причинами, что позволяет по происхождению землетрясения разделять на следующие главные группы:

• тектонические, обусловленные высвобождением энергии, возникающей вследствие деформаций толщ горных пород;
• вулканические, связанные с движением магмы, взрывом и обрушением вулканических аппаратов;
• денудационные, связанные с поверхностными процессами (крупными обвалами, обрушением сводов карстовых полостей);
• техногенные, связанные с деятельностью человека (добыча нефти и газа, ядерные взрывы и пр.).

Наиболее частыми и мощными являются землетрясения тектонического происхождения. Напряжения, вызванные тектоническими силами, накапливаются в течение некоторого времени. Затем, когда превышается предел прочности, происходит разрыв горных пород, сопровождающийся выделением энергии и деформацией в виде упругих колебаний (сейсмических волн). Область внутри Земли, где происходит образование разломов и возникновение сейсмических волн, называют очагом землетрясения
; очаг является областью зарождения землетрясения. Как правило, главному сейсмическому удару предшествуют предварительные более слабые точки – форшоки
( англ. «fore» — впереди + «shock» — удар, толчок
), связанные с началом образовании разломов. Затем происходит главный сейсмический удар и следующие за ним афтершоки. Афтершоки
– это подземные толчки, следующие за главным толчком из одной с ним очаговой области. Число афтершоков и продолжительность их возникновения возрастает с ростом энергии землетрясения, уменьшением глубины его очага и может достигать нескольких тысяч. Их образование связано с возникновением новых разломов в очаге. Таким образом, землетрясение обычно проявляется в виде группы сейсмических толчков, состоящей из форшоков, главного толчок (сильнейшего землетрясение в группе) и афтерошоков. Сила землетрясения определяется объёмом его очага: чем больше объём очага, тем сильнее землетрясение.

Условный центр очага землетрясения называют гипоцентром
, или фокусом
землетрясения. Его объём можно очертить по расположению гипоцентров афтершоков. Проекция гипоцентра на поверхность называется эпицентром
землетрясения. Вблизи эпицентра колебания земной поверхности и связанные с ними разрушения проявляются с наибольшей силой. Территория, где землетрясение проявилось с максимальной силой, называется плейстосейстовой областью
. По мере удаления от эпицентра интенсивность землетрясения и степень связанных с ним разрушений уменьшается. Условные линии, соединяющие территории с одинаковой интенсивностью землетрясения называются изосейстами
. От очага землетрясения изосейсты вследствие разной плотности и типа грунтов расходятся в виде эллипсов или изогнутых линий.

По глубине гипоцентров землетрясения делятся на мелкофокусные (0-70 км от поверхности), среднефокуные (70-300 км) и глубокофокусные (300-700 км). Основанная часть землетрясений зарождается в очагах на глубине 10-30 км, т.е. относится к мелкофокусным.

Землетрясением
называют всякое сотрясение земной
коры, вызывае­мое действием внутренних
сил Земли. Совокупность явлений, связанных
с землетрясением, называется сейсмическими
явлени­ями.

Местности, где часто наблюдаются
землетрясения значительной силы,
называют сейсмическими
районами.

Основной
причиной землетрясений являются
нарушения равновесия в находящихся
под постоянным давлением частях
литосферы.

Землетрясения
происходят очень часто
(
в
среднем
I
землетрясе­ние каждый час). Абсолютно
неподвижных участков на земном шаре не
существует. Любой участок земной
поверхности испытывает легкие со­трясения.
Однако интенсивность колебаний
поверхности обычно весьма незначительна
и редко ощущается людьми. Только около
100 землетря­сений в течение года бывают
разрушительными.

История
знает большое количество катастрофических
землетрясений, когда погибали десятки
тысяч людей и разрушались целые города
или их большая часть.

Так,
в ночь с
29
февраля на
I
марта
1960
года в марокканском городе Агадир
произошло землетрясение силой в
8
баллов, длившееся 4
секунды. В результате чего были разрушены
целые кварталы, похоро­нив под обломками
тысячи людей.

Исключительное
по силе катастрофическое землетрясение
произошло 4
декабря
1956
г. в МНР, в смежных районах СССР и Китая.
Это земле­трясение сопровождалось
огромными разрушениями. Один из горных
пиков раскололся пополам. Часть горы
высотой в
400
м обрушилась в ущелье. Образовалась
сбросовая впадина длиной до
18
км и шириной
800
м. На поверхности земли появились трещины
шириной до
20 м.
Главная из этих трещин протянулась на
250
км. Сила землетрясения достигла
приблизи­тельно
II
баллов.

21
мая
1960
г. в Чили произошло землетрясение
огромной силы, опустошившее несколько
провинций. На другой день последовала
еще

одна
серия толчков большой силы с одновременной
бурей на океане с высотой волн до 10 м.
Сильнейшие разрушения были отмечены в
13 провинциях
Чили из
24.
Погибло
5
тыс. человек, пострадало около 300
тыс. чел. Материальный ущерб достиг
I
млрд. долларов. Одновременно с
землетрясением началось извержение
14
вулканов.

На
Украине и в России землетрясения
неоднократно возникали в Кры­му, на
Кавказе, в Карпатах, в Средней Азии,
Прибайкалье и в других районах.

Наиболее
сильные землетрясения отмечены в Средней
Азии. В ночь с
5
на
6
октября
1948
г. произошло землетрясение силой
10
баллов с эпицентром у пос. Карагаудан
в
30
км к юго-востоку от г. Ашхабада в предгорьях
Копетдага.

В
городе сила землетрясения достигла
9
бал­лов. На поверхности земли в
эпицентре образовались трещины,
протя­нувшиеся в направлении с востока
на запад на расстояние в сотни метров.
Произошли обвалы, оползни покровных,
глинистых пород на склонах. В Ашхабаде
и окружающих поселках были разрушены
все здания из сырцовых кирпичей и
частично здания из обожженного кирпича.
Относительно небольшие повреждения
получили здания, выстроенные по правилам
сейсмостойкого строительства. Наблюдения
показали, что сильнее пострадали здания
и сооружения, построенные на
супесчано-суглинистых грунтах, меньше
—
постройки, возведенные на гравии и
галечниках. В течение нескольких лет в
районе Ашхабадского землетря­сения
продолжались повторные сейсмические
толчки силой до
5-7
баллов.

В
5 ч.23
мин. по местному времени
26
апреля
1966
г. в связи с подвижкой горных пород по
разлому в земной коре произошло
землетря­сение в Ташкенте. В эпицентре
сила землетрясения составила
8
баллов. В городе землетрясение
сопровождалось сильным гулом. Больше
всего разрушилось зданий, возведенных
на лессовых грунтах вблизи много­численных
каналов и в местах неглубокого залегания
уровня грунтовых вод. Меньше пострадали
здания, возведенные на галечниках.

В
пос. Газли, расположенном в
100
км на северо-запад от г. Буха­ры ,17
мая
1976
г. произошло землетрясение силой
9 баллов.
Обрушились вертикальные трубы, буровые
вышки, здания. Лю­ди от землетрясения
не пострадали, так как еще
8
апреля при пер­вых подземных толчках
перешли из зданий в палатки и вагончики.

Еще
более сильные землетрясения произошли
в
1976
г. в Турции, Китае, Гватемале, Италии и
Чили. При этих землетрясениях пострадали
десятки тысяч людей, а сотни тысяч
—
остались без крова.

В
зависимости от причин возникновения
различают следующие три типа землетрясений:
провальные,
вулканические
и
тектонические

или горообразовательные.

Провальные

землетрясения, как правило, захватывают
небольшую территорию. Они связаны с
образованием пустот на сравнитель­но
небольшой глубине, в результате
растворения пород подземными вода­ми.
По мере роста пустот происходит
систематическое обрушение сво­дов,
влекущее за собой проседание поверхности.
Таковы провалы в райо­не Волганска,
Харьковской обл., происходившие в
1915
г., причем сот­рясения поверхности
ощущались на площади 7000 —
8000
км
.

Вулканические

землетрясения происходят только в
районах действующих вулканов. Извержение
огромных твердых и жидких масс на
поверхность земли вызывает ее смещения.
Иногда эти смещения начинаются до
извержения. Вулканические землетрясения
также имеют локальное распространение.

Наоборот,
тектонические

землетрясения, связанные с
горо-образовательным процессом,
охватывают большие пространства, главным
образом, в горных районах.

Сейсмические
волны.

Очаг зарождения сейсмических волн
называется гипоцентром

(рис.
3.2.).
По глубине залегания гипоцентра различают
землетрясения :
поверхностные

—
от
I
до
10
км глубины, коровые

—
30 —
50
км и
глубокие

(или плутонические)
—
от 100 — 300 до
700
км. Последние находятся уже в мантии
Земли и связаны с движениями, происходящими
в глубинных зонах планеты. Такие
земле­трясения наблюдались на Дальнем
Востоке, в Испании и Афганистане.
Наиболее
разрушительными являются поверхностные
и коровые землетря­сения.

Рис. 3. 2. Схема
распростра-нения сейсмических волн:

1 – продольных; 2
– попереч-ных; 3 – поверхностных.

Г – гипоцентр. Эп
– эпицентр.

Непосредственно
над гипоцентром

на поверхности Земли располагается
эпицентр.

На этом участке сотрясение поверхности
происходит в первую очередь и с наибольшей
силой.

От
гипоцентра во все стороны рас­ходятся
сейсмические волны, по своей природе
являющиеся упругими колеба­ниями.
Различают два основных типа волн:
продольные

и поперечные
.
Продольные волны вызывают расширение
и сжатие пород в направлении их движения.
Они распространяются во всех средах
—
твердых, жидких и газообразных. Скорость
их зависит от вещества пород. Поперечные
колебания перпен­дикулярны продольным,
и распространяются только в твердой
среде, вы­зывая в породах деформации
сдвига. Скорость поперечных волн
пример­но в
1,7
раза меньше, чем продольных. На поверхности
Земли от эпицентра во все стороны
расходятся волны особого рода —
поверхностные
,
являющиеся по своей природе волнами
тяжести. Скорость их распространения
более низка, чем у поперечных, но они
оказывают на сооружения не менее пагубное
влияние.

Действие
сейсмических волн или, иначе говоря,
продолжитель­ность землетрясений,
обычно проявляется в течение нескольких
секунд, реже минут. Так, например,
длительность основного подземного
толчка Ашхабадского землетрясения
составила всего 8 —
10
сек. Иногда наблю­даются длительные
землетрясения. Например, на Камчатке в
1923
г. землетрясение продолжалось с февра­ля
по апрель
(195
толчков). В районе г. Алма-Аты, начиная
с 1887
г., землетрясение продолжалось около
трех лет и сопровождалось более чем
600
толчками.

В
настоящее время за землетрясениями
ведутся постоянные наблюдение при
помощи специальных приборов — сейсмографов,
которые обеспечивают автоматическую
запись колебаний Земли в виде сейсмограмм.

3.3.1.
Оценка силы землетрясений.

Для
оценки силы землетрясений используется
шкала, сос­тоящая из
12
баллов. ( За рубежом шкала Рихтера
—
из
9
баллов). Каждому баллу отвечает
определенная величина сейсмического
ускоре­ния

— а (мм /сек
),
вычисляемая по формуле:

Т
—

период колебаний сейсмической волны,
сек.

По
величине

а вычисляют коэффициент
сейсмичности:

g
—
ускорение силы тяжести,
мм/сек

В
таблице
3.3.
приведена современная сейсмическая
шкала, где каждо­му баллу соответствует
определенная величина Ks
и дана характерис­тика землетрясений.
В целях сравнения приводятся также
значения величин сейсмического ускорения
a

.
Необходимо отметить, что при­веденная
в таблице оценка степени разрушения
зданий, в известной степени является
условной.

Землетрясения
проявляются лишь в районах геосинклиналей.
К та­ким сейсмическим районам относятся:
Карпаты, Крым, Кавказ, Копетдаг, Памир,
Тянь-Шань, Алтай, Забайкалье, Дальний
Восток, Сахалин, Ку­рильские острова
и Камчатка.

Имеются
карты сейсмического районирования,
где показаны территории с силой
землетрясения
6-9
баллов.

Сейсмические
районы занимают пятую часть территории
бывшего СССР. В них располагаются
такие крупные города, как Кишинев,
Тбилиси, Баку,

Ереван,
Ашхабад, Ташкент, Душанбе и т.д.

При
работе в районах землетрясений строители
должны помнить, что балл, полученный по
карте сейсмичности, характеризует
усреднен­ные грунтовые условия для
всего района и поэтому не отражает
кон­кретных особенностей той или иной
строительной площадки. Этот балл подлежит
уточнению на базе конкретного
геолого-литологического стро­ения и
гидрогеологических условий площадки.
В общем виде это дости­гается увеличением
среднего балла на единицу для участков,
сложенных рыхлыми породами, в особенности
увлажненными, и его уменьшением на
единицу для участков, сложенных прочными
скальными породами.

Моретрясения

возникают
в глубоких океанических впадинах Тихого,
реже Индийского и Атлантического
океанов. Быстрые поднятия и опуска­ния
дна океанов вызывают смещение крупных
масс горных пород и на по­верхности
океана порождают огромные волны, высотой
до
15-20
м, кото­рые именуются японским словом
цунами.

Цунами
перемещаются на расстояния в сотни и
тысячи километров со скоростью 500-1000 и
даже более
1000
км/ч. По мере уменьшения глубины моря,
крутизна волн резко возрастает, и они
со страшной си­лой обрушиваются на
берега, вызывая разрушения сооружений
и гибель людей. При землетрясении
1896
г. в Японии были отмечены волны высо­той
30
м. В результате удара о берег они разрушили
10500
домов, по­гибло более
27
тыс.человек.

От
цунами чаще всего страдают Японские,
Индонезийские,
Филиппин­ские и Гавайские острова, а
также тихоокеанское побережье Южной
Америки. Последнее катастрофическое
цунами в этом районе возникло в ноябре
1952
г., в Тихом океане, в
140
км от берега. Перед приходом волны море
отступило от берега на расстояние
500
м, а через
40
мин. на побережье обрушилась цунами с
песком, илом и различ­ными обломками.
Затем последовала вторая волна высотой
до 10-15 м, которая довершила разрушение
всех построек, расположенных ниже
десятиметровой отметки.

Цунами
возникают сравнительно редко. За
200
лет на побережье Камчатки и Курильских
островов наблюдалось всего
14,
из которых че­тыре были катастрофическими.

На
побережье Тихого океана созданы
специальные службы наблюдения, которые
освещают о приближении цунами. Это
позволяет вовремя предупредить и укрыть
людей от опасности. Для борьбы с цуна­ми
возводят инженерные сооружения в виде
защитных насыпей, железо­бетонных
молов, волноотбойных стенок, создают
искусственные отмели. Здания размещают
на высокой части рельефа. В Японии,
например, вдоль располагают лесополосы,
в задачу которых входит снижение силы
волны.

Регистрация и измерение интенсивности землетрясений

Ежегодно на Земле регистрируется несколько сотен тысяч землетрясений, часть из них оказываются разрушительными, часть вообще не ощущается людьми. Интенсивность землетрясений может быть оценена с двух позиций: 1) внешнего эффекта землетрясения и 2) измерения физического параметра землетрясения – магнитуды.

Определение внешнего эффекта землетрясения основано на определении его интенсивности
, представляющей собой меру величины сотрясения грунта. Она определяется степенью разрушения построек, характером изменения земной поверхности и ощущениями, которые испытывают люди во время землетрясений. Интенсивность землетрясений измеряется в баллах.

Разработано несколько шкал для определения интенсивности землетрясений. Первая из них была предложена в 1883-1884 гг. М. Росси и Ф. Форелем, интенсивность в соответствии с этой шкалой измерялась в интервале от 1 до 10 баллов. Позднее, в 1902 г. в США была разработана более совершенная 12-балльная шкала, получившая название шкалы Меркалли (по имени итальянского вулканолога). Этой шкалой, несколько видоизменённой, и в настоящее время широко пользуются сейсмологи США и ряда других стран. В нашей стране и некоторых европейских странах используется 12-балльная международная шкала интенсивности землетрясений (MSK-64), получившая название по первым буквам её авторов (Медведев –Шионхойер — Карник).

В соответствии с этой шкалой землетрясения подразделяются на слабые — от 1 до 4 баллов, сильные — от 5 до 7 баллов и сильнейшие — более 8 баллов.

Оценка интенсивности землетрясений, хотя и опирается на качественную оценку эффекта землетрясения (воздействие землетрясения на поверхность), но не позволяет проводить математически точное определение параметров землетрясения.

В 1935 г. американским сейсмологом Ч. Рихтером была предложена более объективная шкала, основанная на измерении магнитуды (эта шкала впоследствии стала широко известна как шкала Рихтера). Магнитуда
( от лат. «magnitudo» – величина
), согласно определению Ч. Рихтера и Б. Гуттенберга, это величина, представляющая собой десятичный логарифм максимальной амплитуды сейсмической волны (в тысячных долях миллиметра), записанной стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения
.

Хотя в этом определении не уточняется, какие из существующих волн надо принимать в расчет, стало общепринятым измерять максимальную амплитуду продольных волн (для землетрясений, очаг которых располагается вблизи поверхности, обычно измеряется амплитуда поверхностных волн). В целом, магнитуда характеризует степень смещения частиц грунта при землетрясениях: чем больше амплитуда, тем значительнее смещение частиц.

Шкала Рихтера теоретически не имеет верхнего предела. Чувствительные приборы регистрируют толчки с магнитудой 1,2, в то время как люди начинают ощущать толчки только с магнитудой 3 или 4. Наиболее сильные землетрясения, происшедшие в историческое время, достигали магнитуды 8,9 (печально знаменитое землетрясение в Лиссабоне в 1755 г.).

Между интенсивностью землетрясения в эпицентре (I ₀
), которая выражается в баллах, и величиной магнитуды (М) существует зависимость, описываемая формулами

I ₀
= 1,7М-2,2
и М = 0,6I ₀
+1,2
.

Соотношение между балльностью и магнитудой зависит от расстояния между очагом и точкой регистрации на поверхности земли. Чем меньше глубина очага, тем больше интенсивность сотрясения на поверхности при одной и той же магнитуде.

Следовательно, землетрясения с одинаковой магнитудой могут вызывать разные разрушения на поверхности в зависимости от глубины очага.

Регистрация землетрясений проводится на сейсмических станциях с помощью специальных приборов – сейсмографов, записывающих даже малейшие колебания грунта. Запись колебаний называют сейсмограммой. Сейсмограммы должны регистрировать колебания грунта в двух взаимоперпендикулярных направлениях в горизонтальной плоскости и колебания в вертикальной плоскости, для чего в состав сейсмографов включены три записывающих устройства (сейсмометра). На основании определения разницы во времени регистрации разных типов сейсмических волн, и зная скорость их распространения, можно определить положение гипоцентра землетрясения. Точность таких определений достаточно высока, особенно с учётом того, что к сегодняшнему дню действует развитая международная сеть сейсмических станций.

Для характеристики землетрясений важное значение имеют также их энергия и ускорение при сотрясении грунта.

Энергия, выделяемая при землетрясении, может быть рассчитана исходя из значения магнитуды по формуле

log Е = 11,5 M
, где Е – энергия, М – магнитуда.

Измерение силы и воздействий землетрясений

1. Бычков С. В.
   Прогноз землетрясений, плохие новости
    // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2018. — . — . Архивировано
   21 октября 2020 года.
   
   
2. Reid H. F. The California Earthquake of April 18 1906. Y.2. The Mechanics of the Earthquakes. The Carnegie Inst. — Washington. 1910.
3. Костров Б. В.
    Механика очага тектонического землетрясения. М.: Наука, 1975. 172 с.
4. Бычков С. В.
   Горный массив как аккумулятор энергии землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов. Миф или реальность?
    // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2018. — . — . — ISSN
   2072-6554
   . Архивировано
   21 октября 2020 года.
   
   
5. Мишин С. В.
   О гипотезе упругой отдачи в сейсмологии
    // Технологии техносферной безопасности : журнал. — 2016. — № 2


. — . Архивировано
21 октября 2020 года.



6. Эйби Дж. А.
   Землетрясения. М.: Недра, 1982. с. 101
7. Бычков С. В.
   Энергия землетрясений и законы гидродинамики
    // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2019. — . — . — ISSN
   2072-6554
   . Архивировано
   23 октября 2020 года.
   
   
8. Крупномасштабные обвалы: геодинамика и прогноз
   / И. М. Васьков. — Владикавказ, 2019. — С. 280. — 365 с.
   Архивная копия
   от 20 октября 2020 на Wayback Machine
   
9. Бычков С. Б.
   Крупномасштабные обвалы как геофизический процесс горного удара или внезапного выброса пород и газа
    // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2020. — . — . — ISSN
   2072-6554
   . Архивировано
   24 октября 2020 года.
   
   
10. Авершин С. Г.
     Горные удары. М., Углетехиздат, 1955.
11. Петухов. И. М.
     Горные удары на угольных шахтах. М., Недра, 1972
12. Ходот В. В.
     Внезапные выбросы угля и газа. М., ГНТИ, 1961

Распространение и история

Наиболее разрушительные землетрясения