Геофизические и геологические чрезвычайные ситуации

 

Землетрясения

 

Землетрясение – это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие, в основном, в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней мантии и передающиеся на большие расстояния.

Колебания земной поверхности при землетрясениях носят волновой характер. Колебания грунта возбуждают колебания зданий и сооружений, вызывая в них инерционные силы. При недостаточной прочности (сейсмостойкости) происходит их разрушение. Сейсмическая опасность при землетрясениях определяется не только колебаниями грунта, но и возможными вторичными факторами, к которым можно отнести лавины, оползни, обвалы, опускание (просадку) и перекосы земной поверхности, разрушение грунта, наводнения при разрушении и прорыве плотин и защитных дамб, а также пожары.

Наиболее частой причиной землетрясений является появление чрезмерных внутренних напряжений и разрушение пород. Потенциальная энергия, накопленная при упругих деформациях породы, при разрушении (разломе) переходит в кинетическую энергию сейсмической волны в грунте. Землетрясение такого плана называется тектоническим.

Место разрушения породы называют гипоцентром. В зависимости от глубины Н гипоцентра, землетрясения подразделяются на нормальные (при глубине до 70 км), промежуточные (от 70 до 300 км) и глубокофокусные (более 300 км).

Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром, а расстояние от гипоцентра до некоторой точки земной поверхности – гипоцентральным расстоянием: , где R – эпицентральное расстояние. Сдвиг поверхности грунта в радиусе R < H считают эпицентральным. В этой зоне преобладают колебания грунта вертикального направления. По мере удаления от эпицентра усиливаются горизонтальные колебания, которые представляют наибольшую опасность для зданий.

Классификация землетрясений по его величине и мощности ведется по шкале магнитуд. Магнитуда (М) землетрясения является мерой общего количества энергии, излучаемой при сейсмическом толчке в форме упругих волн.

Зависимость между излучаемой при сейсмическом толчке энергией (Е) в джоулях и силой землетрясения, измеренной по шкале магнитуд (М), выражается уравнением:

lg E = 5,24 + 1,44×М. (1.8)

 

Проявление землетрясения в тех или иных районах называют сейсмичностью. Количественно сейсмичность характеризуется как магнитудой, так и интенсивностью. Интенсивность землетрясения характеризует силу землетрясения, которая зависит от расстояния, убывая от эпицентра к периферии. Интенсивность землетрясения на поверхности Земли оценивается по 12-балльной шкале. В пределах от 6 до 9 баллов по шкале ИФЗ (Институт физики Земли), рекомендованной Бюро межведомственного совета по сейсмологии и сейсмическому строительству АН РФ, интенсивность землетрясения устанавливается по параметрам колебаний на поверхности земли (таблица 1.15).

Таблица 1.15

Параметры максимумов колебаний поверхности Земли,

соответствующие интенсивности землетрясения

Интенсивность в баллах	Ускорение смещения грунта, см/с^2, при периоде Т³0,1 с	Скорость колебаний грунта, см/с
	30 - 60	3,0 - 6,0
	61 - 120	6,1 - 12,0
	121 - 240	12,1 - 24,0
	241 - 480	24,1 - 48,0

Интенсивность сотрясений J на конкретной площади по 12-балльной шкале может быть определена в зависимости от магнитуды землетрясения М, расстояния R до эпицентра, глубины гипоцентра Н, км и региональных констант а_з, в_з, с_з по формуле:

J = а_з + в_з×М - с_з×lg . (1.9)

Для территории России эти константы имеют значения а_з = 3; в_з = 1,5; с_з= 3,5.

По интенсивности землетрясений осуществляется сейсмическое районирование, которое заключается в том, что сейсмически опасные районы разделяют на зоны с одинаковым сейсмическим воздействием. На основе этого районирования разработаны карты сейсмического районирования и список населенных пунктов РФ, расположенных в сейсмических районах, с указанием принятой для них сейсмичности в баллах и повторяемости землетрясений. Распределение площадей зон различной интенсивности приведены в таблице 1.16.

Таблица 1.16

Зоны различной интенсивности сейсмических воздействий

Р е г и о н	Площадь (тыс.км^2) при интенсивности в баллах
				Более 9
Алтай и Саяны
Восточная Сибирь
Якутия и районы Магадана				-
Чукотка			-	-
Камчатка и Камчатские острова
Курильские острова	-	-	-
Сахалин			-	-
Приморье			-	-
Крым				-

Наряду с тектоническими процессами, землетрясения могут возникнуть и по другим причинам. Одной из таких причин являются вулканы. Извержение лавы из кратера сопровождается выделением энергии и порождает вулканические землетрясения. По сравнению с тектоническими явлениями сейсмические толчки, вызванные вулканической деятельностью, представляют собой менее опасное природное явление, так как большая часть энергии разряжается в атмосферу.

Другую категорию образуют обвальные землетрясения, которые происходят в результате обрушения кровель шахт или подземных пустот и вызывают волны в грунте. Эти землетрясения относятся к категории слабых.

Классификация землетрясений, в зависимости от причины их возникновения, приведена на схеме 1.6.

Землетрясения, в зависимости от интенсивности колебаний поверхности земли, разделяются на следующие группы: слабые (1 – 3 балла); умеренные (4 балла); довольно сильные (5 баллов); сильные (6 баллов); очень сильные (7 баллов); разрушительные (8 баллов); опустошительные (9 баллов); уничтожающие (10 баллов); катастрофические (11 баллов); сильно катастрофические (12 баллов).

Как было отмечено, внезапность землетрясения в сочетании с огромной разрушительной силой колебаний земной поверхности часто приводит к большому числу человеческих жертв и значительному материальному ущербу.

Землетрясения

тектонические

вулканические

обвальные

Вызванные деятельностью человека

краевые (на краях) тектонических плит

внутри- плито- вые

горно- ударные

оползне- вые

заполне- ние водо- хранилищ

закачка воды в скважины

Схема 1.6. Классификация землетрясений в зависимости

от причин их возникновения

 

При этом необходимо отметить, что важный вклад в количество спасенных людей – это предельно сжатые сроки выполнения спасательных работ, так как через сутки после землетрясения 40 % числа пострадавших, получивших тяжелые травматические повреждения, относятся к безвозвратным потерям, через трое суток – 60 %, а через шесть суток – 95 %. Данная статистика свидетельствует о необходимости проведения спасательных работ по извлечению людей из завалов как можно быстрее. Даже при массовых разрушениях спасательные работы необходимо завершить в течение пяти суток.

Исходя из вышесказанного, следует, что для эффективной организации аварийно-спасательных и других неотложных работ необходимо сразу после воздействия землетрясения оценить объем возможных разрушений, определить состав сил и средств, необходимых для проведения спасательных работ в нормативно отведенные сроки, приступить к их вводу в районы выполнения задач. Затем, по мере поступления данных разведки, уточнить необходимое количество сил и средств.

При проведении расчетов по определению последствий землетрясения целесообразно пользоваться классификацией зданий, приведенной в сейсмической шкале ММSК - 86.

В соответствии с этой шкалой здания разделяются на две группы:

– здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий;

– здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями.

Здания и типовые сооружения без антисейсмических мероприятий разделяют на типы:

А1 – Местные здания. Здания со стенами из местных строительных материалов: глинобитные без каркаса; саманные или из сырцового кирпича без фундамента; выполненные из окатанного или рваного камня на глиняном растворе и без регулярной (из кирпича или камня правильной формы) кладки в углах и т.п.

А2 – Местные здания. Здания из самана или сырцового кирпича, с каменными, кирпичными или бетонными фундаментами; выполненные из рваного камня на известковом, цементном или сложном растворе с регулярной кладкой в углах; выполненные из пластового камня на известковом, цементном или сложном растворе; выполненные из кладки типа «мидис»; здания с деревянным каркасом с заполнением из самана или глины, с тяжелыми земляными или глиняными крышами; сплошные массивные ограды из самана или сырцового кирпича и т.п.

Б – Местные здания. Здания с деревянными каркасами с заполнителями из самана или глины и легкими перекрытиями.

Б1 – Типовые здания. Здания из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе; деревянные щитовые дома.

Б2 – Сооружения из жженого кирпича, тесаного камня или бетонных блоков на известковом, цементном или сложном растворе: сплошные ограды и стенки, трансформаторные киоски, силосные и водонапорные башни.

В – Местные здания. Деревянные дома, рубленные в «лапу» или в «обло».

В1 – Типовые здания. Железобетонные, каркасные крупнопанельные и армированные крупноблочные дома.

В2 – Сооружения. Железобетонные сооружения: силосные и водонапорные башни, маяки, подпорные стенки, бассейны и т.п.

Здания и типовые сооружения с антисейсмическими мероприятиями разделяются на типы:

С7 – Типовые здания и сооружения всех видов (кирпичные, блочные, панельные, бетонные, деревянные, щитовые и др.) с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 7 баллов.

С8 – Типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 8 баллов.

С9 – Типовые здания и сооружения всех видов с антисейсмическими мероприятиями для расчетной сейсмичности 9 баллов.

При сочетании в одном здании двух или трех типов – здание в целом следует относить к слабейшему из них.