Типология землетрясений

Колебания земной коры при землетрясениях разнообразны. Однако среди них можно выделить некоторые характерные комбинации, определяющие вид землетрясения. Наиболее часто встречаются так называемые главные землетрясения, характеризующиеся наличием нескольких сильных толчков в сопровождении более слабых последующих, а иногда и предшествующих толчков. В районах, где имеются действующие или потухшие вулканы (Япония, Новая Зеландия и др.), часто наблюдаются рои землетрясений. Рои землетрясений — последовательность слабых или умеренных толчков, частота и сила которых слабо меняются во времени и ни один из которых нельзя идентифицировать как главный. На рис. 4.1 представлены основные виды землетрясений:

Рис. 4.1. Классификация землетрясений

Вулканические землетрясения являются следствием вулканической деятельности и приурочены к местам расположения активных вулканов (их на земном шаре порядка 800-900, однако в год происходит не более 20-30 их извержений). Извержение вулкана сопровождается так называемым вулканическим дрожанием, представляющим собой высокочастотные колебания горных пород с периодом в основном менее 0,5 с. На фоне этого дрожания появляются более сильные и редкие толчки, связанные с взрывами внутри кратеров или в жерлах вулканов. Следует, однако, отметить, что взрывы обычно сопровождают сильные извержения вулканов.

Обвальные землетрясения вызываются сильными горными обвалами, оползнями, обрушениями подземных карстовых пустот. Сила таких землетрясений невелика, распространяются они на небольшой площади.

Моретрясения — это обычные землетрясения, но с очагами, расположенными под дном морей или океанов.

Земля никогда не бывает спокойной. Даже в отсутствие землетрясений в земной коре постоянно существуют слабые колебания хаотического характера, называемые микросейсмами. Микросейсмы могут вызываться действием волн прибоя, штормами, колебаниями метеорологических условий (дожди, морозы), движениями на дорогах, жизнью городов и др.

По происхождению землетрясения бывают природные и техногенные, вызванные деятельностью человека.

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности.

При изучении землетрясений используются понятия «гипоцентр», «эпицентр» и «очаг землетрясения» (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Схема формирования эпицентра и гипоцентра землетрясения

Гипоцентром называется та точка в недрах земли, где начался разлом горных пород при землетрясении. Фактически это точка его начала. В дальнейшем разлом пород развивается, захватывая некоторую область, в объеме которой высвобождается накопившаяся ранее тектоническая энергия; этот объем среды носит название очага землетрясения. Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром землетрясения. Для слабых землетрясений понятия «очаг» и «гипоцентр» можно отождествить, однако для сильных землетрясений они существенно различны. Эпицентр, как правило, не совпадает с проекцией очага на земную поверхность.

Если на земной поверхности вокруг эпицентра измерить силу землетрясения и затем соединить точки, где сила землетрясения была одинакова, получим линии, называемые изосейстами. Изосейсты — линии равной силы или интенсивности землетрясения. Они образуют систему линий, окружающих эпицентр.

Земля, в недрах которой зарождаются землетрясения, имеет сложное строение, в целом симметричное относительно ее центра. Центральная часть Земли состоит из имеющих высокую температуру и находящихся в расплавленном или пластичном состоянии горных пород, ее наружная оболочка — из сравнительно холодных твердых горных пород. Как геологическое тело Земля «живет», в ней постоянно происходят тектонические процессы, связанные с общим остыванием Земли и конвективными движениями жидкого вещества в ее ядре. Землетрясения являются одним из проявлений этих процессов.

Землетрясения могут быть вызваны не только природными причинами, но и воздействием деятельности человека на земную кору. Такие землетрясения называются техногенными, а их совокупность — наведенной сейсмичностью. Приведенные выше факторы, играющие роль «триггеров», могут быть и самостоятельными причинами техногенных землетрясений. В этих случаях они не являются добавочными воздействиями, нарушающими равновесие тектонических сил у предела прочности горных пород, а сами создают силы, достаточные для сдвижения горных пород. Кроме упомянутых выше факторов причинами техногенных землетрясений могут быть подземные ядерные взрывы. Например, ядерные взрывы на полигоне в штате Невада (США) с тротиловым эквивалентом до нескольких мегатонн вызывали рои землетрясений, длившиеся от нескольких дней до нескольких месяцев. Техногенные землетрясения могут вызываться закачкой воды в скважины при добыче нефти и газа, выщелачивании соли и в других случаях. Однако наиболее часто эти землетрясения связаны с заполнением водохранилищ. Так, заполнение водохранилищ Кремастн (Греция, 1965—1966 годы) и Койна (Индия, 1962—1967 годы) вызвало разрушительные землетрясения с магнитудой 6,0-6,3 и интенсивностью до 8 баллов.

В связи с высокой опасностью землетрясений особую актуальность приобретает проблема прогнозирования и защиты от них.

Прогнозирование землетрясений, по существу, является начальным этапом защиты от землетрясений. Применение тех или иных средств и способов защиты от землетрясений основывается, прежде всего, на прогнозе сейсмической опасности района. В настоящее время прогноз землетрясений осуществляется в основном путем анализа происшедших землетрясений и текущей сейсмической активности районов. Целью прогноза являются установление районов вероятных землетрясений и оценка степени их сейсмической опасности. На основе анализа инструментальных наблюдений землетрясений, исторических данных, геолого-тектонических и геофизических карт, а также данных о движениях блоков земной коры вначале выделяются в недрах земли зоны возможного возникновения очагов землетрясений.

При прогнозировании землетрясений следует учитывать проявления их предвестников.

Особой формой прогноза землетрясений является их провоцирование (досрочное возбуждение), например, путем закачки воды через глубокие скважины в очаговые области землетрясений или прострелки этих областей ядерными взрывами. Время таких землетрясений может быть установлено заранее, что позволяет предпринять необходимые меры безопасности. Имеются проекты разрядки напряжений (до появления разрывных нарушений в породах) в очагах возможных землетрясений, что в принципе позволяет исключить последние или существенно их ослабить.

Провоцирование землетрясений и разрядка напряженности — способы будущего. В настоящее же время защита от землетрясений осуществляется в основном мероприятиями строительного характера. Разработка мероприятий строительного характера базируется на изучении землетрясений, строительных сооружений и грунтов.

Изучение сооружений преследует цель создания сооружений, успешно противостоящих разрушительному действию землетрясений. Основное внимание здесь уделяется разработке сейсмостойких конструкций, выбору строительных материалов и методам проектирования сооружений. В конструктивном отношении предпочтение отдается домам с единым каркасом, связывающим основные части здания. При этом, чем меньше этажность зданий, тем при прочих равных условиях оно более сейсмоустойчиво. Стены должны укрепляться поэтажными железобетонными поясами. Здания не должны иметь висячих тяжелых выступов (парапетов, балконов и т. п.), в плане должны иметь упрощенную форму.

Для ограничения колебаний зданий применяют демпфирование, т. е. гашение колебаний. Для этой цели в конструкции зданий вводят специальные демпфирующие элементы, которыми могут быть определенные секции стен, металлические соединения или специальные поршневые устройства. Из материалов предпочтение отдается железобетону и стали, в одноэтажных домах это еще и дерево. Отмеченные материалы обладают необходимой гибкостью и позволяют выдерживать значительные перекосы. Проектирование сейсмоустойчивых сооружений осуществляют с учетом нагрузок, вызываемых землетрясением. В основном учитываются вызываемые землетрясением горизонтальные ускорения, которым должно противостоять здание. Практика показала, что здания, рассчитанные на горизонтальное ускорение, равное 0,1 ускорения свободного падения, хорошо выдерживают сейсмические нагрузки. При этом важно, чтобы период собственных колебаний здания не совпадал с периодом сейсмических волн. Колебания зданий изучают на сооружениях натурального размера (например, предназначенных на слом) с помощью специальных вибраторов или путем анализа ветровых колебаний, а также на моделях зданий.

Предупредить о землетрясении может сигнал гражданской обороны «Внимание всем!», подаваемый сиренами. Услышав его, следует включить приемник, репродуктор, телевизор (на местную станцию) и действовать в соответствии с полученной информацией.

Вулканизм

Вулкан — это геологическое образование, возникающее над каналами и трещинами в земной коре, по которым на земную поверхность извергаются расплавленные горные породы (лава), пепел, горячие газы, пары воды и обломки горных пород. Различают действующие, уснувшие и потухшие вулканы, а по форме — центральные, извергающиеся из центрального выводного отверстия, и трещинные, аппараты которых имеют вид зияющих трещин и ряда небольших конусов (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Строение вулкана

1 — вулканическая бомба; 2 — канонический вулкан;

3 — слой пепла золы и лавы; 4 — дайка; 5 — жерло вулкана; 6 — силь;

7 — магматический очаг; 8 — щитовой вулкан

Современные вулканы расположены вдоль крупных разломов и тектонически-подвижных областей. На территории России активно действующими вулканами являются: Ключевская Сопка и Авачинская Сопка (Камчатка). Опасность для человека представляют потоки магмы (лавы), падение выброшенных из кратера вулкана камней и пепла, грязевые потоки и внезапные бурные паводки. Извержение вулкана может сопровождаться землетрясением.

Подготовка к извержению вулкана. Необходимо следить за предупреждениями о возможном извержении вулкана. При получении предупреждения о выпадении пепла закрывают все окна, двери и дымовые заслонки. Автомобили ставят в гаражи. Животных помещают в закрытые помещения. Необходимо запастись источниками освещения и тепла с автономным питанием, водой, продуктами питания на 3-5 суток.

Порядок действий во время извержения вулкана. Нужно защитить тело и голову от камней и пепла. Извержение вулканов может сопровождаться бурным паводком, селевыми потоками, затоплениями, поэтому необходимо избегать берегов рек и долин вблизи вулканов, при этом лучше держаться возвышенных мест, чтобы не попасть в зону затопления или селевого потока.

Порядок действий после извержения вулкана. Необходимо закрыть марлевой повязкой рот и нос, чтобы исключить вдыхание пепла. Рекомендуется надеть защитные очки и одежду, чтобы исключить ожоги. Не нужно ездить на автомобиле после выпадения пепла — это приведет к выходу его из строя. В завершении требуется очистить от пепла крышу дома, чтобы исключить ее перегрузку и разрушение.

Горные удары

Горный удар — хрупкое разрушение предельно напряженной части пласта горной породы, прилегающей к горной выработке, возникающее в условиях, когда скорость изменения напряженного состояния в этой части превышает предельную скорость релаксации напряжений в ней вследствие пластических деформаций.

В горном ударе участвует упругая энергия пласта в очаге удара и энергия окружающих пород, данное явление сопровождается резким звуком, выбросом породы в горную выработку, образованием пыли и воздушных волн. Упругое расширение массива пород, прилегающих к очагу разрушения, порождает сейсмические волны, распространяющиеся при горном ударе большой силы на десятки и сотни километров. Разрушение происходит лавинообразно и совершается образованием устойчивой по форме полости при подпоре со стороны выброшенных пород. Следствием горных ударов становятся аварии на шахтах, сопряженные с разрушением крепи и оборудования, нанесением ущерба здоровью и гибелью людей.

В качестве локальных проявлений горных ударов выделяют стреляния, толчки и микроудары.

Стреляние горных пород (бергшляг) — это быстрое откалывание и отскакивание кусков породы от обнаженной поверхности горных выработок, сопровождающееся звуковым эффектом, возникающее вследствие их хрупкого разрушения при соответствующем напряженном состоянии. Стреляние горных пород может являться признаком возможных горных ударов.

Толчками принято называть горные удары, проявляющиеся в разрушении угленосной толщи за пределами контуров выработок без их выброса в горную выработку.

Микроудары характеризуются разрушением горных пород и пластов угля в пределах сравнительно небольшого объема геологического пространства при быстром их выбросе в горную выработку. Сопровождаются обычно резким звуком, образованием пыли, сотрясением горных пород и усилением газовыделения в газоносных породах.

Как правило, проявляются горные удары обычно в краевых частях подготовительных и очистных выработок, в целиках, на глубинах свыше 200 метров. Удароопасность тесно связана с прочностью и структурными особенностями пород кровли и угольных пластов, углами падения и глубинами разработки. Чем ниже прочность угля и круче углы падения пород, тем меньше глубина выработки разработки, при которой возникают горные удары. Удароопасность повышается с увеличением глубины при наличии разрывных нарушений, разделяющих массив на крупные блоки. Установлено также, что удароопасны в основном песчаники, известняки, пластовые жилы изверженных пород с пределом прочности на сжатие до 100 мПа, при мощности пластов 10 метров и более, залегающие на глубине более 500 метров.

В целях предотвращения горных ударов в ходе разработки угля принимаются меры по снижению горного давления на угольный пласт (опережающей отработкой неопасных соседних пластов, ведением работ без целиков угля, снижением зависания пород и др.) и уменьшению способности пласта к накоплению упругой энергии (рыхлением камуфлетными взрывами, нагнетанием воды в пласт).

Поиск по сайту: