8.2. Сейсмические явления

Сейсмология – наука о землетрясениях и связанных с ними явлениях. Сейсмические явления проявляются в виде упругих колебаний земной коры. Это явление типично для районов геосинклиналей, где активно действуют современные горообразовательные процессы. Сотрясения сейсмического происхождения происходят почти непрерывно. В течение года регистрируется более 100 000 землетрясений.

В среднем на Земле происходят:

– катастрофических землетрясений	– 1
– сильно разрушительных землетрясений	– 10
– разрушительных землетрясений	– 100
– землетрясений, сопровождающихся повреждением сооружений	– 1 000

Наиболее разрушительными являются тектонические сейсмические явления, занимающие большие площади. Они возникают на суше и на дне океанов. Местные и несущественные сотрясения поверхности вызывают провалы пещер, обвалы и лавины, падение метеоритов, создание водохранилищ.

Землетрясения. Очаг зарождения сейсмических волн называется гипоцентром. Непосредственно над гипоцентром на поверхности земли располагается эпицентр (рис. 24).

Рис. 24. Гипоцентр (Г) и эпицентр (Эп) землетрясений: 1 – продольные сейсмические волны; 2 – поперечные сейсмические волны; 3 – поверхностные сейсмические волны

На этом участке сотрясение поверхности происходит в первую очередь и с наибольшей силой. От гипоцентра во все стороны расходятся продольные и поперечные сейсмические волны. Продольные волны вызывают расширение и сжатие пород в направлении их движения. Поперечные волны вызывают в породах деформации сдвига. На поверхности земли распространяются поверхностные волны, способные вызвать не менее пагубное воздействие на здания и сооружения.

В зависимости от глубины залегания различают землетрясения поверхностные с гипоцентром на глубине 1…10 км, коровые – от 30 до 50 км и глубокие или плутонические – до 700 км.

Оценка силы землетрясения производится по балльной системе: 12-ти балльная в России (табл.).

На территориях, где сила землетрясений не превышает 7 баллов, основания зданий и сооружений проектируются без учета сейсмичности.

В сейсмических районах, т.е. районах с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 балов, проектирование ведется в соответствии со СНиП по проектированию зданий и сооружений в сейсмических районах. Строительство при этом следует проводить с учетом категорий горных пород по сейсмическим свойствам.

Категория I – скальные (граниты, гнейсы, известняки, песчаники) и полускальные (мергель, глинистые известняки, туфы, гипсы) породы; крупнообломочные особо плотные породы при глубине залегания уровня грунтовых вод более 15 м. Балльность сейсмичности снижается на 1.

Категория II – глины и суглинки, находящиеся в твердом состоянии, пески и супеси при глубине менее 8 м; крупнообломочные породы при глубинах залегания уровня грунтовых вод 8…10 м. Исходная балльность.

Категория III – глины и суглинки, находящиеся в пластичном состоянии, пески и супеси при глубинах залегания уровня грунтовых вод менее 4 м; крупнообломочные породы при глубинах залегания уровня грунтовых вод менее 3 м. Балльность сейсмичности повышается на 1.

Сейсмические баллы и последствия землетрясений

Балл	Характеристика	Последствия
1	Незаметное	Колебания земли отмечаются приборами
2	Очень слабое	В отдельных случаях ощущаются людьми, находящимися в спокойном состоянии
3	Слабое	Отмечаются некоторыми людьми
4	Умеренное	Отмечаются многими людьми
5	Довольно сильное	Качание висячих предметов, многие спящие просыпаются
6	Сильное	Легкие повреждения в зданиях, тонкие трещины в штукатурке; трещины в сырых грунтах, небольшие изменения дебита источников и уровня воды в колодцах
7	Очень сильное	Трещины в штукатурке и откалывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах; в единичных случаях нарушения стыков трубопроводов; большое количество трещин в сырых грунтах, в отдельных случаях мутнеет вода, изменяется дебит источников и уровень грунтовых вод
8	Разрушительное	Большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб, отдельные случаи разрушения стыков трубопроводов; трещины в сырых грунтах до нескольких см, вода в водоемах становится мутной, возникают новые водоемы, часто меняется дебит источников и уровень воды в колодцах
9	Опустошительное	В некоторых зданиях обвалы: обрушение стен, перекрытий, кровли; многочисленные разрывы и повреждения трубопроводов; трещины в сырых грунтах до 10 см; большие волнения в водоемах, часто возникают новые и пропадают существующие источники
10	Уничтожающее	Обвалы во многих зданиях. Трещины в грунтах до 1 м шириной
11	Катастрофическое	Многочисленные трещины на поверхности земли, большие обвалы в горах
12		Изменение рельефа местности в больших размерах

Сравнительные характеристики землетрясений приведены в табл.

Параметр землетрясений	Землетрясения
	слабейшие	сильные частные	сильнейшие частные
Протяженность очага, км	0,003	30	1000
Площадь главной трещины, км^2	10^–5	300	10^5
Объем очага, км^3	10^–9	1000	10^15
Длительность процесса в очаге, с	10^–3	10	10^2
Сейсмическая энергия, Дж	10^2	10^15	10^18
Класс землетрясения	2	15	18
Количество землетрясений в год	10^7	30	1
Преобладающий период колебаний, с	10^–2	10	50
Амплитуда смещений в эпицентре, см	10^–6	1	10^2
Амплитуда ускорений в эпицентре, см/с^2	–	300	2000

В сейсмических районах не рекомендуется прокладывать водоводы, магистральные линии и канализационные коллекторы в водонасыщенных грунтах (кроме скальных, полускальных и крупнообломочных пород), в насыпных грунтах независимо от их влажности, а также на участках с тектоническими нарушениями.

Геофизики Ч. Рихтер и Б. Гутенберг разработали шкалу оценки энергии землетрясений с учетом магнитуды – условной единицы, равной десятичному логарифму отношения амплитуды смещения частиц грунта, при данном землетрясении, к амплитуде смещения частиц при слабом эталонном землетрясении, расположенном на расстоянии около 100 км от эпицентра. Значения магнитуды (шкала Рихтера) изменяется от 0 до 8,8. Нуль шкалы Рихтера дает очаг, при котором амплитуда сейсмической волны на расстоянии 100 км от эпицентра будет равна 1 мкм или 0,001 мм. Магнитуда – расчетная величина, относительная характеристика сейсмического очага, не зависящая от места расположения записывающей станции. Она используется для оценки общей энергии, выделившейся в очаге (установлена функциональная зависимость между магнитудой и энергией).

Моретрясения – разновидность землетрясений, возникающих при перемещении блоков островных дуг и океанической коры. Они возникают на дне океанов, при этом создаются огромные волны, высотой до 30 м, которые называют цунами или торнадо. Самая высокая волна (цунами) у побережья Аляски достигла 66 м (1964 год) со скоростью 1000 км/ч. По мере уменьшения глубины моря крутизна волны возрастает и со страшной силой обрушивается на берег. Частота возникновения цунами не столь велика как у землетрясений. Так у побережья Камчатки и Курильских островов за 200 лет их наблюдалось всего 14, из которых только четыре были катастрофическими.

12