Тема 6. Сейсмічні явища

Загальні відомості. До сейсмічних відносяться території, які характеризуються землетрусами, тобто різкими підземними поштовхами і коливанням земної кори, що загрожують життю і діяльності людини. Умови будівництва споруд в сейсмічних районах є особливими, специфічними, вони регламентуються спеціальними будівельними нормами і правилами. Життя змусило активно займатися питаннями будівництва споруд в сейсмічних районах, але складність цієї проблеми дозволяє рахувати її новою, залишилось ще багато невирішених питань. Тому перед рядом наук, і в тому числі перед інженерною геодинамікою, стоять великі задачі.

Сучасні землетруси пов'язані головним чином з геологічними структурами, що піддягають новітнім і сучасним рухам. По існуючим уявленням такі структури приурочені до регіональних тектонічних зон розломів – активним рухомим поясам Землі, що розділяють крупні геоблоки Землі – континенти і океани. Великими тектонічно активними поясами Землі є Євроазіатський і Тихоокеанський. З першим пов'язані Карпати, Південний Крим, Кавказ, Південна Туркменія, високогірна частина Середньої Азії, гірські споруди Алтає-Саянської зони і Прибайкалля. До другого відносяться Південне Примор'я, Сахалін, Курильське пасмо островів, приморська частина Магаданської області і Камчатка. Це все області альпійської складчастості з чітко вираженими новітніми (неоген-четвертинними) і сучасними тектонічними рухами, що відрізняються контрастністю рельєфу, тобто зон піднять, що стикуються з зонами опускань блоків земної кори палеозойського віку.

Причини землетрусів і формування сейсмічних районів. Гірський і високогірський рельєф сейсмічних районів є свідченням новітніх і сучасних тектонічних рухів. Вони приводять до утворення гір і западин, обумовлюють накопичення напруг в товщі гірських порід літосфери на протязі довгого часу. Коли такі напруги сягають своєї межі міцності гірських порід, відбувається розрив літосфери або її частини (земної кори) і утворюються розломи, її блоки переміщуються, при чому звільняється пружна енергія, яка і обумовлює різкі коливальні рухи земної кори – її трясіння. Область розриву в глибині Землі, що є безпосереднім вогнищем виникаючих коливальних рухів, прийнято називати областю вогнища землетрусу.

Руйнівна сила землетрусів залежить від їх інтенсивності та від глибин розташування вогнища. У відповідності з цим всі землетруси по глибині вогнищ підрозділяються на нормальні (з глибиною вогнища до 70 км), проміжні (від 70 до 300 км) і глибокі (понад 300 км). Проекція вогнища землетрусу на земну поверхню називається епіцентром. По мірі віддалення від епіцентру в усі сторони коливальні рухі і сила поштовхів поступово зменшуються до ледь помітних. Лінії на плані, що з'єднують пункти, в яких землетруси на поверхні землі проявились з однаковою силою, називають ізосейсмами. Крім землетрусів, що мають тектонічне походження, спостерігаються також трясіння земної кори, що пов'язані з діяльністю вулканів, утворенням обвалів, провалів, а також викликані вибухами при будівельних і гірничих роботах. Всі такі землетруси не досягають загрозливої сили і не розповсюджуються на значні відстані.

Сейсмічні хвилі Коливальні рухи часток середовища, що виникають у вогнищах землетрусу, розповсюджуються в товщах гірських порід літосфери і в цілому всередині Землі у вигляді сейсмічних хвиль. Вони мають великі швидкості, що дозволяє розглядати товщі гірських порід літосфери як ідеальні пружні середовища, а сейсмічні хвилі – як пружні хвилі. Хвилі підрозділяються за видом деформації на: повздовжні, поперечні і поверхневі, а по характеру розповсюдження – на прямі, відбиті, заломлені та інш. Повздовжні хвилі розповсюджуються з максимальною швидкістю, вони переносять великі запаси енергії і при землетрусах викликають найбільші порушення. Ці хвилі об'ємні, коливання часток середовища при цьому здійснюється в напрямку, що співпадає з напрямом хвилі. Вони розповсюджуються не лише у твердих тілах, а також у рідинах і газах. Поперечні хвилі викликають зміни форми елементу середовища без зміни його об'єму, це хвилі зсуву і кручення. Коливання часток середовища при розповсюдженні цих хвиль відбувається в напрямку, перпендикулярному променю хвилі. При виході повздовжніх і поперечних хвиль на поверхню Землі на ній виникають коливальні рухи у вигляді коливальних хвиль, а при проходженні пружних хвиль крізь границі розділу середовища в ній виникають другорядні хвилі – відбиті, заломлені та інш. Всі другорядні хвилі розповсюджуються з меншими швидкостями в порівнянні зі швидкостями викликаних пружних хвиль і несуть малі запаси енергії.

Оцінка сили землетрусу. Інтенсивність землетрусу визначається, в першу чергу, кількістю енергії, що виділяється в області вогнища землетрусу. В зв'язку з тим, що енергію, яку випромінює вогнище землетрусу, визначити важко, у світовій практиці її оцінюють умовною енергетичною характеристикою, яку називають магнітудою М. Вона змінюється від 0 при слабких землетрусах до 8,8 при дуже сильних, катастрофічних.

Вплив інженерно-геологічних умов району на інтенсивність землетрусу на поверхні Землі. Сильні землетруси виникають не всюди, а лише в певних геологічних умовах. Підвищена сейсмічна активність відмічається в зонах:

1. Зчленування геологічних структур, які мають різну будову, 2. Периферійних ділянок геологічних структур,

3. Неодноразові зміни напрямку вертикальних рухів, коли в загальному плані тектонічного розвитку прогинання змінюється підняттям, а підняття переходять у прогинання,

4. Інтенсивних диференційованих тектонічних рухів по поверхневим або уявним розривам на великих глибинах.

На розповсюдження сейсмічних коливань також впливають наступні регіональні фактори:

1. Потужність покривних осадочних порід і склад підстилаючих порід, які мають різну властивість поглинати сейсмічну енергію,

2. Умови залягання гірських порід. Інтенсивність землетрусів на певній відстані від епіцентру вхрест простягання структури буває на 1 бал менше, ніж на тій же відстані вздовж її простягання.

3. Умови залягання крупних глибинних зон і розривів.

Головними характеристиками гірських порід при оцінці їх сейсмостійкості є щільність, швидкість розповсюдження пружних хвиль і сейсмічна жорсткість. Жорсткісь гірських порід – це властивість чинити опір деформації, а сейсмічна жорсткість характеризує опір гірських порід розповсюдженню виникаючих в них деформацій.

Зміни сейсмічної активності територій у зв'язку з штучним обводненням гірських порід в верхніх горизонтах земної кори. Спостереження, що виконані в ряді країн, показали, що штучне обводнення гірських порід в верхніх горизонтах земної кори викликає помітні зміни сейсмічності, сейсмічної активності територій. Так, наприклад, в районі м. Афіни іноді спостерігалось слабке дрижання земної поверхні, значних землетрусів не було, поки не побудували греблю Крамаста на р.Ахілос і водосховища об'ємом 4.7 км³. Основою плотини тут служать флішові відклади, що контактують в 11 км від плотини з юрськими вапняками. Поблизу греблі є виходи термальних вод. Під час'заповнення водосховища були зареєстровані невеликі підземні поштовхи, а коли напір на плотину досяг 120 м, відбувся сильний землетрус з магнітудою 6.5, що приблизно відповідає силі землетрусу на поверхні землі у 8 балів. Він супроводжувався утворенням зсувів на схилі долини, відкритих тріщин на поверхні землі, було зруйновано 480 будинків.

Для проявлення локальної сейсмічності необхідні деякі геологічні умови:

1. Розвиток тріщинуватих порід з великою можливістю проникнення води в глибину; . 2. Наявність тектонічних розломів,

3. Гетерогенні підстилаючі породи, що полегшують рух води підтиском.

Сейсмічне мікрорайонування. Його результатом є карта сейсмічного мікрорайонування територій. Такі спеціальні карти рекомендується складати в масштабі 1 : 10000, а для дуже великих територій – в масштабі 1 : 25000. Сейсмічне мікрорайонування – це уточнення сейсмічності тієї чи іншої території чи окремих її частин на основі більш повного врахування їх інженерно-геологічних умов. Його рекомендується проводити згідно спеціальної інструкції. Уточнення сейсмічності території можна виконувати також за даними інструментальних спостережень. Вони дозволяють використовувати для оцінки сейсмічності територій кількісні показники властивостей гірських порід, амплітуди коливань гірських порід. До них відносяться обгрунтування сейсмічного мікрорайонування, безпосередні спостереження за коливаннями гірських порід, що збуджуються різними природними чи штучними джерелами.

Будівництво в сейсмічних районах. Першочерговою задачею при будівництві в таких районах є правильний вибір будівельного майданчика, що засновано на детальному сейсмічному мікрорайонуванні. Другою важливою задачею на початкових етапах є правильна компоновка споруд на обраному майданчику. Глибина закладання фундаментів споруд у сейсмічних районах у відповідності з існуючими Будівельними нормами і правилами приймається такою ж, як і в несейсмічних районах. Особливу увагу слід приділяти регулюванню поверхневого стоку на будівельних майданчиках і попередження їх

Контрольні запитання

1. Що таке землетрус?

2. Які причини виникнення землетрусів?

3. Дайте характеристику сейсмічним хвилям.

4. Як впливають інженерно-геологічні умови району на інтенсивність землетрусу на поверхні Землі