title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Уточнение исходной сейсмичности

Уточнение исходной сейсмичности

В сейсмическом районировании обычно различаются три вида исследований, которые рассматриваются в качестве последовательных стадий такого районирования: 1) обзорное — ОСР или СР, реализуемое в масштабах 1: 5 000 000 или 1:2 500 000; 2) детальное — ДСР, которое первоначально производилось для наиболее изученных регионов перспективного строительства (БАМ, Ферганская долина, Северная Киргизия и др.) в масштабах преимущественно 1:1 000 000, 1:500 000 и очень редко в масштабе 1:200 000; 3) сейсмическое микрорайонирование — СМР, проводящееся в масштабах 1:25 000 и крупнее и входящее в систему инженерных изысканий.
Обзорное сейсмическое районирование регулярно пересматривается и соответствующая карта, обычно входит в качестве нормативной в строительные нормы и правила (СНиП) по строительству в сейсмических районах.
Детальное сейсмическое районирование, методика которого разработана крайне схематично, предполагает чрезвычайно сложный и дорогостоящий комплекс геолого-тектонических, геофизических и сейсмологических исследований, позволяющий количественно определить широкий спектр сейсмических воздействий на любой участок региона перспективного освоения.
Однако общие тенденции и нарастание темпов инженерных изысканий постоянно приводили к ситуациям, когда сейсмическое микрорайонирование приходилось проводить на территориях, на которых еще не велось ДСР. Использование материалов ОСР во многих случаях становилось неприемлемым из-за необходимости более детального учета региональных и локальных материалов, в том числе тектонических. Поэтому в СМР было включено в качестве самостоятельного вида исследований уточнение исходной сейсмичности (УИС). Этот вид исследований содержал по-возможности все методы, которые используются при ДСР, но оценивал количественно исходные (фоновые) сейсмические воздействия только на рассматриваемый участок СМР (точнее — для средних грунтовых условий или грунтов II-й категории на этом участке). Именно данный вид исследований и представляет особый интерес для современных инженерных изысканий.
Следует отметить, что методика ДСР-УИС исходно формировалась параллельно с совершенствованием методики ОСР, отличаясь от нее преимущественно масштабом, а также применением некоторых дополнительных методов. Существует целый ряд достаточно самостоятельных комплексных методов (точнее — методических направлений), используемых при ОСР и ДСР. На них необходимо кратко остановиться, охарактеризовав основные особенности, в том числе — использование тектонических структур. Последние анализируются преимущественно для обособления сейсмогенерирующих структур (СГС), которые служат структурной основой большинства коровых зон возникновения опасных землетрясений (зон ВОЗ).
Наиболее известными можно считать методы сейсмогеологический, сейсмотектонический, сейсмоструктурный, тектонофизический, квазиоднородных зон, сейсмоактивных узлов, палеосейсмогеологический. Многие из них, развиваясь параллельно, преобразовывались и комплексировались между собой.
Сейсмогеологический метод

Уже первые обследования эпицентральных зон в конце XIX и начале XX веков позволили Г. Абиху, А.Е. Лагорио и др. получить сведения о связи землетрясений с тектоническими структурами. И.В. Мушкетов описывая последствия Верненского землетрясения 1887 г., связывал землетрясения Туркестана с крупными разрывными нарушениями. По его мнению, землетрясения “достигают наибольшего развития на рубеже самых крупных и самых новых нарушений”. Кроме того, он показал, что некоторые группы землетрясений приурочены к линиям, поперечным общему простиранию складчатости, то есть связал их с поперечными структурами в современной терминологии. Его прогноз 12-и сейсмичных районов Тянь-Шаня блестяще подтвердился.
К.И. Богданович анализируя последствия Кебинского (1911 г.) землетрясения в Северном Тянь-Шане, ввел понятие о сейсмотектоничских элементах и впервые обосновал возможность миграции сейсмических толчков внутри сейсмоактивной области.
Н.П. Васильковский оценивал ширину активных зон, сопровождающих крутые надвиги Ташкентского района, в 5-10 км.
Таким образом, сейсмогеологический метод на среднеазиатских материалах позволил выявить многие признаки связи сильных землетрясений с тектоническими структурами. Эти признаки позднее стали именоваться геологическими критериями сейсмичности и использоваться в других методах.
Сейсмотектонический метод

Сейсмотектонический метод предложен в конце 40-х годов И.Е. Губиным при изучении Гармского района на границе Памира и Тянь-Шаня. Этот исследователь связывал землетрясения с разрывными зонами шириной до нескольких десятков километров. Он полагал, что “степень сейсмогенности” не только сохраняется в пределах всей зоны, но “степень сейсмичности” можно приписывать другим таким же зонам, “если эти структуры, по геологическим данным, связаны общим процессом развития одинаковой интенсивности”. Данная методика широко использовалась в эпиплатформенных регионах Средней Азии (рис. 1.14).

Позднее основной вывод данного метода был трансформирован в “Закон сейсмотектоники Губина”, гласящий, что в данной геологической среде в активных структурах одного типа и размера, возникающие в результате смещения по активным разрывам массивов горных пород, максимальные землетрясения имеют равные по величине очаги и магнитуды.
Сейсмотектонический метод акцентировал внимание на таком геологическом критерии сейсмичности, как скорость молодых разрывных смещений.
Сейсмоструктурный метод

Сейсмоструктурный метод разработан в середине 50-х годов В.В. Белоусовым, А.В. Горячевым, И.В. Кирилловой, Б.А. Петрушевским, И.А. Резановым, А.А. Сорским и наиболее полное отражение получил в работах Б.А. Петрушевского. Землетрясения связывались с крупными структурными комплексами — блоками, которые выделялись с помощью историко-структурного анализа, и с их разрывными сочленениями. Масштабный анализ блоков позволял связывать с ними (и с глубинными разломами) различный диапазон глубин очагов землетрясений (наиболее глубокие на сочленении Тихого океана с Евразиатским и Американским континентами). Нужный акцент был сделан на важности учета древности заложения анализируемых структур, но первоначально недостаточное внимание уделялось молодой и современной тектонике.
Представление о связи очагов сильных землетрясений с различными объемными структурами земной коры нашло дальнейшее развитие в работах Г.П. Горшкова. Однако это перспективное направление нуждается в конкретизации.
Тектонофизический метод

Тетонофизический метод разработан во второй половине 50-х годов М.В. Гзовским. Метод связывал землетрясения с областями максимальных касательных напряжений, к которым приурочены максимальные градиенты средних скоростей тектонических движений и разрывы.
Главные сейсмические пояса связывались с: 1) границами континентов и океанов, 2) альпийскими геосинклиналями, активизированными платформами, рифтовыми областями, 3) некоторыми участками платформ, особенно эпигерцинских. Внутри таких поясов сейсмоактивными считались районы с: 1) наибольшей структурной дифференцированностью земной коры, 2) наибольшими структурными “уступами” и “уклонами” (например, северное и южное ограничения Тянь-Шаня), 3) наибольшей интенсивностью современного развития тектонических разрывов (Таджикистан), 4) местами наиболее молодой вулканической деятельности, свидетельствующей о развитии крупных молодых разрывов (Малый Кавказ), 5) местами наиболее дифференцированного рельефа тектонического происхождения (Таджикская депрессия), 6) местами наибольших уступов и уклонов в рельефе тектонического происхождения (Кеминский грабен в Северном Тянь-Шане, северный борт Гиссарской долины в Таджикистане), 7) местами структурной перестройки (Ашхабад), 8) местами развития поперечных структурных элементов, зарождающихся на разных глубинах в земной коре и в верхней мантии. Отмечалась необходимость комплексного использования всех критериев.
Энергия землетрясений была поставлена М.В. Гзовским в зависимость от:
1 — длины по простиранию возникающего или обновляющегося разрыва сколового типа (что характеризует объем очага землетрясения),
2 — средней величины градиента скорости новейших и современных тектонических движений (это согласуется с величиной касательных напряжений в недрах),
3 — механических свойств земной коры — ее вязкости и прочности, зависящих от истории тектонических движений,
4 — типа механизма современной деформации земной коры, так как этим определяется место наибольшей концентрации касательных напряжений и количественные соотношения между указанными напряжениями и величиной градиента скорости тектонических движений.
Предложены формулы связи между максимальной силой землетрясения, градиентом скорости, длиной разрыва, глубиной очага и энергии землетрясения, а также формулы зависимости от этого градиента повторяемости землетрясений, формулы связи силы и повторяемости землетрясений с некоторыми другими геологическими критериями сейсмичности.
Но как отмечают многие исследователи, “провести такие расчеты было невозможно (как невозможно их осуществить и в настоящее время) прежде всего потому, что механические свойства земной коры и ее вязкость в области максимумов касательных напряжений могут быть оценены только в качественной форме”. Данный подход слишком прямолинеен и механистичен. В ряде случаев зоны с высоким градиентом скорости тектонических движений слабо сейсмичны или асейсмичны (например, в Центральном Тянь-Шане).
Метод выделения квазиоднородных зон

В конце 50-х годов начал разрабатываться метод выделения квазиоднородных зон возникновения землетрясений по одному или совокупности геологических и геофизических критериев, часть из которых имела тектоническую природу. В качестве единого (или ведущего) критерия сейсмичности предлагались: 1) градиент скорости вертикальных тектонических движений; 2) тектоническая активность; 3) градиент изостатических аномалий силы тяжести. Однако все эти критерии оказались не эффективными в ряде регионов.
Надежнее способы выделения квазиоднородных зон по ряду критериев. Но расширение площади исследований приводило к бесконечному увеличению числа критериев и к невозможности повсеместного использования каждого из них. По-разному понималась значимость разных критериев, порядок и характер сопоставления геологических, географических, топографических, сейсмологических и геофизических данных. Активно использовались специальный математический аппарат и ЭВМ. При подобном подходе квазиоднородные зоны постепенно утрачивали структурно-геологический смысл.
По Ю.К. Щукину, “сейсмичность литосферы Юга СССР есть следствие не всех возможных причин геодинамического режима, а определяется их сочетанием. Эти конкретные совокупности признаков, обязательно включающие динамические структурные глубинные сейсмогенные факторы, образуют (по выражению А.А. Борисова) порог сейсмической опасности, индивидуальный по составу частных признаков, но одинаковый по значению интегральной характеристики (обобщенных признаков). Эти обобщенные признаки не могут быть экстраполированы из региона в регион с разными геодинамическими режимами”. Практика внедрения данной методики оказалась весьма неоднозначной. Разработаны сложные программы формализации признаков сейсмичности, но исследования до сих пор остаются в стадии поиска оптимальных решений. Наибольшее количество экспериментов поставлено на примере региона, включающего Крым, Кавказ и Западную Туркмению. Чаще используются пять или шесть геолого-геофизических признаков. Большинство из них не могут в полной мере считаться структурными: 1) модуль градиента высот земной поверхности, 2) модуль градиента рельефа консолидированного фундамента, 3) модуль градиента изостатических аномалий силы тяжести, 4) значения аномалий силы тяжести, 5) глубинные сейсмически активные “линеаменты”, 6) сейсмическая активность. С помощью поиска прогнозирующей функции строится непосредственно карта Мmax. Собственно сейсмогенерирующие структуры не выделяются и не анализируются. Поскольку выбор, количество и кодировка признаков и их сочетания бесконечны, столь же бесконечны могут оказаться варианты карт Мmax.
Поэтому был предпринят способ анализа практически всех имеющихся геологоструктурных, сейсмологических и геофизических карт для районирования территории по сейсмотектоническому потенциалу (совокупности геологических критериев, отражающих характеристику свойств среды и интенсивность проявления тектонического процесса), охарактеризованному в условных единицах на эталонный участок. На основе математических закономерностей производится прогнозирование Мmax с эталонных участков на остальную территорию.
Первоначально эталонные участки выбирались в пределах анализируемой Альпийской области (Кавказ, Крым, Карпаты, Болгария, Северная Италия) и набор карт варьировал (для Болгарии анализировалось до 18 карт масштаба 1:1 000 000). Здесь наиболее информативными оказались неотектничесике и тектонические материалы, а также изостатические аномалии, изостатические градиенты, сейсмическая активность, мощность сейсмоактивного слоя, современные движения и мощность земной коры. Важную роль сыграло представление о дизъюнктивных узлах, как месте наиболее вероятного возникновения сильных землетрясений.
В другом варианте эталонные участки использовались во всех сейсмоактивных зонах планеты. Но при этом в анализ вовлекались самые различные в тектоническом отношении области, где критерии сейсмичности неоднозначны. Естественно, что общими оказывались часто совсем не тектонические критерии (мощность земной коры, плотность теплового потока, высота рельефа, изостатические аномалии силы тяжести, глубина залегания консолидированного фундамента и т.п.). Поэтому собственно тектоника стала практически выпадать из данного анализа и подобный материал выходит за рамки настоящего рассмотрения, посвященного именно тектонике.
Важным обстоятельством данных вариантов рассматриваемого метода является вынужденно большой размер “ячеек”, служащих минимальным объектом анализа. Обычно поперечник такой ячейки не может быть менее 35-40 км (т.е. он близок к поперечнику листа топографической карты масштаба 1:100 000). В результате, например, в поперечном сечении Большого Кавказа помещается примерно 2-4 ячейки, и вся эта горная область оказывается сейсмогенерирующей (рис. 1.15 а,б). Такая ситуация совершенно непригодна для сейсмического микрорайонирования, поскольку горно-складчатые области становятся целиком опасными для строительства. Естественно, что при УИС необходима методика, позволяющая выделять более узкие СГС и зоны ВОЗ.

Метод сейсмоактивных узлов

Уточнение структурной приуроченности землетрясений позволило В.М. Рейману еще на рубеже 50-х и 60-х годов высказать по среднеазиатским материалам идею о дизъюнктивных узлах, в которых концентрируются сильные землетрясения. Тогда же И.В. Кириллова и А.А. Сорский на материалах по Кавказу предложили выделять “сейсмогенетические узлы”. Позднее во многих работах стал активно использоваться термин “сейсмоактивные узлы”. Наиболее полно этот метод был разработан Е.Я. Ранцман, которая распространила соответствующие схемы на многие орогенические области Мира. Она выделяла продольные и поперечные (или секущие) морфоструктурные линеаменты преимущественно разрывной природы. Продольные линеаменты делились на три ранга. К первому рангу относились линеаменты, ограничивающие горные страны или крупные морфоструктурные области, ко второму — ограничивающие мегаблоки, а к третьему — блоки. Позднее и поперечные линеаменты стали делиться на три ранга. Линеаменты, по ее мнению, обычно выражены “системой близпараллельных дизъюнктивных и флексурных нарушений, дробящих зону линеамента на несколько узких подвижных блоков”. Морфоструктурными узлами она называет “территории, образовавшиеся при пересечении или причленении двух или нескольких (обычно не более четырех) линеаментов”. “На территории узла создается сложный мозаичный рельеф, нарушается линейность зон линеаментов, усиливается контрастность тектонических движений, а активные движения по разломам деформируют молодые формы рельефа”. В узлах область дробления расширяется по сравнению с линеаментами на величину порядка 10-20 км. Е.Я. Ранцман связывает с узлами эпицентры землетрясений, подчеркивая, что “сами очаги могут достигать сотни километров и выходить далеко за пределы морфоструктурных узлов”. Для классификации структур по степени сейсмичности предложена сложная система формализованных критериев (расстояние от границ узла, тип рельефа, максимальная высота, площадь рыхлых отложений и т.п.) и математический аппарат. Тем не менее, конкретные варианты применения метода морфоструктурных узлов (рис. 1.16), предложенные Е.Я. Ранцман, встречали вполне заслуженную критику. Последняя чаще всего связана с неоднозначностью использования геоморфологических элементов для отражения тектонических структур, которые являются сейсмогенерирующими.
Дальнейшие исследования последних позволили включить поперечные поднятия в число структур, образующих узлы, которые предложено делить соответственно на дизъюнктивные и дизъюнктивно-пликативные.

Палеосейсмогеологический метод

Палеосейсмогеологический метод позволяет по расположению палеосейсмодислокаций трассировать зоны ВОЗ и оценивать их магнитуду и сейсмическую интенсивность (балльность). Для оценки этих параметров используются в основном сейсмотектонические дислокации. В настоящее время существует множество формул (общих и региональных), описывающих статистические связи между параметрами сейсмодислокаций (длина, амплитуда смещения) и сейсмологическими параметрами (магнитуда, глубина очага, интенсивность сейсмических сотрясений или балльность) землетрясения. Первоначально метод отрабатывался в Сибири и в Монголии, на Кавказе, а позднее получил самое широкое распространение.
Для определения повторяемости землетрясений очень важна надежная оценка возраста палеосейсмодислокаций. Используются геолого-геоморфологические, археологические, исторические данные и материалы радиоуглеродного датирования отложений, нарушенных сейсмодислокацией и более поздних. Применяется дендрохронологический метод, учитывающий изменения в росте деревьев, связанные с землетрясениями, а также лихенометрический метод датировки сейсмогенных сместителей по возрасту приуроченных к ним некоторых видов лишайников.
Некоторые общие тенденции сейсмотектонических исследований

В настоящее время параллельно используется большинство перечисленных методов, которые модернизируются и часто взаимообогащаются. Правда, сейсмотектонический метод и метод выделения сейсмоактивных узлов часто рассматриваются как атиподальные. Главным противоречием между ними является противоположная оценка распределения очагов ожидаемых землетрясений в пределах СГС. Сейсмотектонический метод подразумевает, что сильное землетрясение может возникнуть в любой части СГС, но преимущественно в “окнах” между предшествующими. Метод сейсмоактивных узлов, напротив, предполагает возникновение сильных землетрясений только в определенных участках СГС — в “узлах”. Как показывает практика, в разных регионах землетрясения могут тяготеть как к узлам, так и к междуузлиям.
Намечается несколько общих тенденций развития сейсмотектонических исследований.
Во-первых, происходит все более полное осознание необходимости учета региональной специфики в использовании ряда методических подходов, например, метода выделения квазиоднородных зон и метода анализа сейсмоактивных узлов. Подобная же необходимость назрела и в оценке сейсмогенных проявлений, например, при расчете параметров землетрясений по сейсмодислокациям.
Во-вторых, наметилась тенденция к формализации геологических критериев сейсмичности и использованию для этой цели сложного математического аппарата. Однако, данная тенденция часто чревата потерей представления об определенной структурной приуроченности землетрясений.
В-третьих, намечается как бы “взаимопроникновение” различных методик. Это проявляется в учете критериев, первоначально не привлекавшихся или отвергавшихся. Так, при использовании сейсмотектонического метода все чаще начинают использоваться поперечные структуры. Методика выделения квазиоднородных зон по своему математическому аппарату сближается с методом выделения сейсмоактивных узлов (распознавание образов). Метод сейсмоактивных узлов часто включает элементы сейсмотектонического и тектонофизического методов. Он же наиболее полно “освоил” прогрессивные черты сейсмоструктурного метода особенно в части анализа глубинных структур. Потенциально подготовлен он и для восприятия представлений о неодинаковой ориентировке разноглубинных структур (т.е. структур, связанных с разными сейсмоактивными слоями) и о необходимости историкотектонического анализа с привлечением геолого-геоморфологических исследований. Но во всех комплексах используется активно прогрессирующий палеосейсмогеологический метод.
Эти тенденции, в конечном счете, являются базой будущего синтеза существующих сейсмотектонических методов.
Следует отметить, что в последнее время публикуется ряд упрощенных методов оценки сейсмической активности и максимальной магнитуды ожидаемых землетрясений по некоторым однотипным косвенным материалам. В частности предлагается использовать для этого характер трещиноватости пород и количество террасовых уровней. Данная тенденция связана, по-видимому, с усилением пессимизма в отношении эффективности применения перечисленных выше традиционных методов. Однако любые упрощенные подходы также не могут стать универсальными из-за невозможности их повсеместного применения. Например, в районах широкого развития чехла рыхлых пород невозможно качественное изучение трещиноватости, а во многих районах не сохранились четвертичные террасы. Как будет показано ниже, перспективы выявления СГС скорее связаны с анализом дифференциации типов, истории развития, современной активности и иерархии более широкого круга объемных структур разрывной природы.

title-icon Подобные новости