bigpo.ru
добавить свой файл
  1 2 3 ... 7 8

2. Методические основы сейсмического районирования.


В основу наших исследований положено учение о сейсмогеодинамике (СГД), рассматривающей сейсмичность как результат деформирования земной коры и всей литосферы с учетом фрактальных особенностей их слоисто-блоковой структуры, прочностных свойств и процессов разрушения на разных иерархических масштабных уровнях [14, 19, 24-28]. В результате была разработана целостная методология (рисунок 2), созданы однородные сейсмологические и геолого-геофизические электронные базы данных для всей обширной территории Северной Евразии, охватывающей Россию и другие страны СНГ, а также сопредельные сейсмоактивные регионы. Создана основополагающая единая модель зон возникновения очагов землетрясений с адекватной их сейсмологической параметризацией [28,29]. Во всех расчетах и построениях участвовали не точечные, как прежде, а протяженные очаги землетрясений, и использовались новейшие представления о нелинейном проявлении сейсмогеодинамических процессов (нелинейное деформирование фрактальных структур, нелинейность пространственно-временного и энергетического распределения землетрясений, нелинейные синергетические явления, затухание сейсмических сотрясений и др.).

Впервые сейсмическим районированием была охвачена вся территория Северной Евразии, включая равнинные территории и шельфы окраинных и внутренних морей. В решении практически всех задач применены вероятностные и вероятностно-детерминированные характеристики, учитывающие как случайные, так и закономерные факторы сейсмогенеза, а также разного рода неопределенности в исходных и выходных данных. Все построения осуществлены в электронном виде в современной технологии Географических информационных систем (GIS ESRI).

Создан комплект из трех вероятностных карт общего сейсмического районирования (ОСР-97-А, ОСР-97-В, ОСР-97-С) территории Северной Евразии, отражающих различную степень сейсмической опасности в баллах шкалы MSK-64 [29-31]. Карта ОСР-97-А, представленная в пиковых ускорениях колебаний грунта (PGA), вошла составной частью в готовящуюся к изданию под эгидой ООН мировую карту глобальной сейсмической опасности (Global Seismic Hazard Assessment Program  GSHAP) [32, 33].



Рисунок 2. Методология сейсмического районирования [20, 28]. На основе трех блоков банка данных (геодинамика, сейсмичность и сильные движения грунта) формируются две модели  очаговых зон (МОЗ) и сейсмического эффекта (МСЭ), на основе которых ведется расчет сейсмической опасности, и составляются карты сейсмического районирования.


Новая методология разработки и практического использования Комплекта новых карт ОСР-97 одобрены решением расширенного заседания Ученого совета ОИФЗ РАН (12 февраля 1998 г.), утверждены Вице-президентом РАН (23 марта 1998 г.) и Заместителем министра строительства РФ (28 марта 1998 г.), постановлениями НТС Минстроя России (21 апреля 1998 г.), Бюро Отделением геологии, геофизики, геохимии и горных наук РАН (20 мая 1998 г.) и приняты в качестве основы для нормативных документов, позволяющих оценивать степень сейсмической опасности для строительных объектов разных категорий ответственности и сроков службы [30]. В 2000 г. карты ОСР-97 вошли в состав СНиП II-7-81*, а в 2002 г. удостоены Государственной премии Российской Федерации в области науки и техники.

2.1. Глобальная упорядоченность сейсмоактивных регионов.


Уже давно стало очевидным, что районирование сейсмической опасности, основанное исключительно на сведениях о произошедших землетрясениях, без разработки адекватных прогностических сейсмогеодинамических моделей (СГД-модели), абсолютно бесперспективно [4-7, 11, 22].

Структурные и геодинамические закономерности, свойственные обширной территории Северной Евразии, позволяют рассматривать ее как планетарную СГД-систему. Эти закономерности ярко выражены в иерархической гетерогенности современных тектонических структур, начиная с литосферы и кончая блоками земной коры различного ранга, а также в направленности их геодинамического развития. Связь региональной сейсмичности со структурой и динамикой литосферы наиболее ярко выражена в глобальных масштабах тремя основными типами СГД-взаимодействий, обусловленных дивергенцией, конвергенцией и трансформными перемещениями литосферных плит.

Наиболее активными в сейсмическом отношении являются конвергентные структуры литосферы. Они достаточно упорядочены по своим размерам и представлены дугообразными границами между литосферными плитами, расположенными по периферии океанов в виде зон субдукции, а также их реликтами на континентах (рисунок 3). Размеры океанических, а, следовательно, и континентальных дуговых структур обусловлены кривизной земной сферы, а также толщиной, прочностными свойствами и интенсивностью геодинамического взаимодействия литосферных плит. Среднестатистическая протяженность всех конвергентных регионов мира составляет 3000  500 км. Соизмеримой с этой величиной оказались и преимущественные расстояния между центрами ближайших друг к другу пар регионов. Как выяснилось, размеры этих сейсмоактивных областей и их пространственное распределение имеют самое непосредственное отношение к оценке величины магнитуд максимальных возможных в их пределах землетрясений [27].



Рисунок 3. Глобальная упорядоченность сейсмогенерирующих региональных структур: жирные линии  оси конвергентных зон субдукции и их реликтов на континентах; тонкие линии - оси дивергентных шрифтовых зон.


Каждый из таких регионов характеризуется своим сейсмическим режимом и свойственной ему структурой сейсмичности, отражая своеобразный сейсмогеоценоз. Поэтому, как будет показано ниже, именно регион указанных выше размеров (3000  500 км) принят за «исходную» сейсмогенерирующую структурную единицу при разработке модели зон возникновения очагов землетрясений (зоны ВОЗ). Обнаруженные закономерности явились основой и для адекватной сейсмической регионализации Северной Евразии (см. рисунок 4 и таблица 1) , явившейся некоторой корректировкой прямоугольной схемы мировых регионов Флинна и Енгдала (Flinn-Engdahl regions).

2.2. Сейсмичность и сейсмический режим регионов Северной Евразии.


Сейсмичность Северной Евразии обусловлена интенсивным геодинамическим взаимодействием нескольких крупных литосферных плит  Европейской, Азиатской, Аравийской, Иранской, Индийской, Китайской, Тихоокеанской, Охотской и Северо-Американской (рисунок 4).

Таблица 1

Сейсмическая регионализация Северной Евразии

Номера и название секторов и регионов

Географические координаты углов контуров основных секторов (1-4) и регионов: широта (N)- долгота (E – всюду, кроме пометок W)

0. Северная Евразия

(общий контур)

90-20

44-20

44-22

40-22

40-30

35-30

35-80

40-80

40-164

50-164

50-174

60-174

60-198W

90-168W







1. ВосточноЕвропейский сектор

(общий контур)

90-20

44-20

44-22

40-22

40-30

35-30

35-62

64-62

64-70

70-70

70-62

74-62

74-70

90-70







Регионы:




1.1. Иран-Кавказ-Анатолийский

40-30

35-30

35-62

48-62

1.2. Карпато-Балканский

50-20

44-20

44-22

40-22

40-30

50-30







1.3. Прибалтийский

70-20

50-20

50-30

70-30

1.4. Центрально-Восточно-Европейский

70-30

48-30

48-56

70-56

1.5. Уральский

70-56

48-56

48-62

64-62

64-70

70-70







1.6. Новоземельский

90-20

70-20

70-62

74-62

74-70

90-70







2. Центрально-Азиатский сектор

(общий контур)

55-62

35-62

35-80

40-80

40-102

44-102

44-90

46-90

46-80

55-80







Регионы:




2.1. Памиро-Тянь-Шанский

46-62

35-62

35-80

40-80

40-102

44-102

44-90

46-90

2.2. Центрально-Казахстанский

55-62

46-62

46-80

55-80

3. Центрально-Сибирский сектор

(общий контур)

74-62

55-62

55-80

46-80

46-90

44-90

44-102

40-102

40-124

58-124

58-110

76-110

76-70

74-70







Регионы:




3.1. Алтай-Саяно-Байкальский

58-80

46-80

46-90

44-90

44-104

48-104

48-124

58-124

3.2. Западно-Сибирский

74-62

70-62

70-70

64-70

64-62

55-62

55-80

58-80

58-110

76-110

76-70

74-70

3.3. Восточно-Монгольский

48-104

44-104

44-102

40-102

40-124

48-124







4. Восточно-Азиатский сектор

(общий контур)

90-70

76-70

76-110

58-110

58-124

40-124

40-164

50-164

50-175

60-175

60-168W

90-168W

Регионы:




4.1. Курило-Камчатский

58-164

44-146

44-140

40-140

40-164

50-164

50-175

60-175

60-158

58-158







4.2. Сахалино-Японский

58-140

46-140

46-138

40-138

40-140

44-140

44-146

58-146

4.3. Приамуро-Приморский

58-124

40-124

40-138

46-138

46-140

58-140







4.4. Верхоянский

76-110

58-110

58-158

76-158

4.5. Североземельский

90-70

76-70

76-168W

90-168W

4.6. Чукотский

76-158

60-158

60-168W

76-168W


С геологической точки зрения, рассматриваемая территория включает в себя четыре крупные платформы разного возраста с относительно низкой и рассеянной сейсмичностью (Восточно-Европейская, Западно-Сибирская, Туранская и Сибирская) и ряд орогенических регионов с чрезвычайно высокой сейсмической активностью (Иран-Кавказ-Анатолийский, Центрально-Азиатский, Алтай-Саяно-Байкальский, Курило-Камчатский и др.). Курило-Камчатская зона субдукции с глубиной гипоцентров, превышающей 600 км, является наиболее подвижным и сейсмически активным регионом Северной Евразии. Здесь возникают наиболее крупные землетрясения, и высвобождается основная доля СГД-деформаций и сейсмической энергии на рассматриваемой территории. Очаги с промежуточной глубиной залегания (соответственно, до 200 и 300 км) свойственны двум другим хорошо выраженным реликтовым зонам субдукции  зоне Вранча в Восточных Карпатах и Памиро-Гиндукушу  в Центральной Азии. Преобладающее число внутрикоровых очагов расположено в верхней части земной коры, на глубинах до 15 км. Распределение по глубине их гипоцентров обусловлено иерархической структурой среды, размерами LM и вертикальной протяженностью НМ самих очагов, связанными с величиной магнитуды М соответствующих землетрясений.




Рисунок 4. Сейсмичность и сейсмогеодинамическая регионализация Северной Евразии (таблица 1) с координатами границ основных регионов:

1  очаги землетрясений разных магнитуд (с M5.0 с древнейших времен по 1995 г. и с M3.5  с 1960 по 1991 г.) и глубин залегания гипоцентров (h70; 70300 км); 2  условные границы и направление (стрелки) перемещения литосферных плит (ЕВП  Европейская, АЗП  Азиатская, АРП  Аравийская, ИРП  Иранская, ИНП  Индийская, КИП  Китайская, ТОП  Тихоокеанская, ОХП  Охотская, САП  Североамериканская); 3  условные границы и номера сейсмоактивных регионов и сегментов:

Сегменты: 1 — Восточно-Европейский; 2 — Центрально-Азиатский; 3 — Центрально-Сибирский; 4 — Восточно-Азиатский. Регионы: 1.1 — Иран-Кавказ-Анатолийский; 1.2 — Карпато-Балканский; 1.3 — Прибалтийский; 1.4 — Восточно-Европейский; 1.5 — Уральский; 1.6 — Новоземельский; 2.1 —Памиро-Тянь-Шаньский; 2.2 — Центрально-Казахстанский; 3.1 — Алтай-Саяно-Байкальский; 3.2 — Западно-Сибирский; 3.3 — Восточно-Монгольский; 4.1 — Курило-Камчатский; 4.2 — Сахалино-Японский; 4.3 — Приамуро-Приморский; 4.4 — Верхоянский; 4.5 — Североземельский; 4.6 — Чукотский.


На рисунке 5 приведены графики среднегодовой скорости потока VRM (т.е. числа NM землетрясений в год) сейсмических событий с М4.0 в восьми основных сейсмоактивных регионах Северной Евразии (см. также таблицу 1). При этом среднегодовая сейсмическая активность не нормирована на единицу площади, а характеризует среднегодовой поток сейсмических событий в каждом из регионов в целом. Во всех случаях значения активности относятся к интервалам М=0.2 с шагом в 0.5 единицы магнитуды М, которая всюду (если это не оговорено) соответствует MLH.

Выше всех расположен график для Курило-Камчатского региона, на втором месте - Центральная Азия, далее следует Иран-Кавказ-Анатолийский регион. Наименьшей активностью из приведенных на этом рисунке регионов характеризуется Чукотский. Рисунок 5 (справа) иллюстрирует среднегодовой поток сейсмических событий на всей Земле раздельно по годам (с 1987 по 1996 г.) в сравнении с суммарным среднегодовым сейсмическим режимом всех регионов Северной Евразии. И здесь параллельность графиков наблюдается лишь в интервале магнитуд умеренных землетрясений  5.0М6.0. Заметное снижение на графиках уровня сейсмической активности землетрясений с М<5.0 (левый загиб графика) обусловлено их частичным пропуском из-за невысокой чувствительности и редкой сети сейсмических станций на каждой их рассматриваемых территорий.





Рисунок 5. Скорость потока VRM сейсмических событий в основных регионах Северной Евразии (слева) и сейсмическая активность Vg Земли в целом.

Слева: 1.1  4.6 - номера регионов; справа: 1 - графики повторяемости землетрясений на земном шаре по годам за 10 лет - с 1987 по 1996 гг.; 2 - среднегодовая сейсмическая активность всей территории Северной Евразии.





Рисунок 6. Превышение наблюдаемой Vo среднегодовой скорости потока сейсмических событий с М6.5 в основных регионах Северной Евразии над вычисленной Vс по экспоненте, свойственной повторяемости событий с 4.0М6.0 и соответствующей уравнению logV=logMo - b(M-Mo), где Mo=4.0:

1.1 - Иран-Кавказ-Анатолийский: logV = 1.676 - 0.970 (M-4.0)

2.1 - Центрально-Азиатский: logV = 2.002 - 1.011 (M-4.0)

3.1 - Алтай-Саяно-Байкальский: logV = 1.423 - 0.970 (M-4.0)

4.2 - Сахалино-Японский: logV = 0.686 - 0.863 (M-4.0)

4.3 - Приамуро-Приморский: logV = 0.526 - 0.913 (M-4.0)

4.4 - Верхоянский: logV = 0.742 - 0.951(M-4.0).

Кривые 1.1  4.4 - сглаженные прогнозные величины Vo/Vc для каждого из этих регионов; гистограмма и вертикальные отрезки - средние для всех регионов интервальные значения Vo/Vc и их стандартные уклонения. Уравнения экспоненциального участка 4.0М6.0 графиков V отнесены к площади соответствующего региона, в пределах которой плотность эпицентров землетрясений не менее трех на 10 тыс. км2.


Существенный разброс величин среднегодового глобального потока сейсмических событий с М7.0, с одной стороны, свидетельствует о недостаточном времени наблюдений над крупными землетрясениями мира, а с другой,  о неправомерности прямолинейной (экспоненциальной) экстраполяции графиков вправо и в этом случае.

Весьма значительный, на первый взгляд, прогиб вверх правой части сводного графика повторяемости таких же землетрясений в Северной Евразии на рисунке 5 (справа) в какой-то мере обусловлен выбором при его построении не средних, а пороговых значений стандартных отклонений параметров активности наиболее крупных землетрясений, с целью большей уверенности в оценке сейсмической опасности рассматриваемой территории. Вместе с тем, амплитуда этого прогиба вполне сопоставима с величиной разброса параметров на аналогичном участке графика глобальной активности (рисунок 5б). Это еще раз подтверждает правомерность принятой нами нелинейной модели долговременного сейсмического режима.

Как видно, все графики не линейны. Прямолинейный участок графиков с углом наклона, близким к b = -0.9, свойственен лишь интервалу магнитуд 4.0М6.0 (см. уравнения в подписи к рисунку 6). Начиная же с М6.5, все без исключения графики прогибаются кверху, что указывает на более высокую повторяемость таких землетрясений, чем это следовало бы из традиционной линейной экстраполяции левой части графиков в правую сторону.

Как выясняется, реальная частота возникновения крупных землетрясений в три и более раз выше, чем это считалось прежде. Использование прямолинейных графиков в прошлые годы приводило к существенному завышению периода повторяемости крупных землетрясений и тем самым  к занижению оценки сейсмической опасности практически во всех регионах бывшего СССР.

Представление о сейсмическом режиме регионов Северной Евразии дает таблица 2, в которой наряду с высокоактивными регионами приведены данные по территории российской части Восточно-Европейской платформы (совместно регионы 1.4 и 1.5). Здесь ТМ (сутки, месяцы, годы)  периоды повторяемости землетрясений различных магнитуд М и интенсивности Io (баллы) в эпицентральных зонах основных регионов Северной Евразии (рисунок 4).

Таблица 2

Величина

Землетрясений

Средний период повторяемости ТМ (с –сутки, м - месяцы, остальное- годы)

Землетрясений разной величины в регионах Северной Евразии

M

Io

1.1

2.1

3.1

4.1

4.2

4.3

4.4

4.6

1.4+1.5

4

V-VI

7 с

3-4 с

14-15 с

2-3 с

2 м

4 м

2 м

1

4

4.5

VI-VII

22 с

10-11 с

1-2 м

5-7 с

7 м

10 м

6 м

3

10

5

VII-VIII

2 м

1 м

4 м

20 с

2

2

2

7

20

5.5

VIII

7 м

3-4 м

1

2 м

4

7

5

20

50

6

VIII-IX

2

1

3

5 м

10

20

15

50

100

6.5

IX

3

2

5

1

15

30

20

70

250

7

IX-X

5

4

10

2

20

50

40

100

550

7.5

X

14

8

30

3

40

170

140

200

-

8

X-XI

60

30

100

10

200

-

-

-

-

8.5

>XI

330

140

500

30

-

-

-

-

-





<< предыдущая страница   следующая страница >>