землетрясением, паники возникают только при появлении слуха о возможности сильного землетрясения.

Прогнозирование землетрясений, сейсмическое районирование и сейсмостойкое строительство

Прогноз землетрясений. С целью предупреждения возможных последствий предпринимаются попытки предсказания землетрясений. В этом направлении намечены некоторые успехи, однако, практически важных результатов пока не достигнуто.

Единственный пока случай прогноза сильного землетрясения с эвакуацией населения из эпицентральной зоны был осуществлен в Китае.

Вокруг г. Хайченга были установлены приборы для регистрации наклонов земной поверхности, флуктуаций магнитного поля, изменений содержания хлора и радона в подземных водах. Анализировались и другие предвестники землетрясений – сейсмические (форшоки, рои), а также странные запахи, туман, повышение температуры почвы, свечение. Население просили отмечать изменение уровня воды в колодцах и сообщать о любых странностях в поведении животных. В районе разлома Чинжоу в провинции Ляонин дневная поверхность стала вздыматься в 20 раз быстрее обычного: за девять месяцев высота местности увеличилась примерно на 2,5 мм. Были замечены аномальные флуктуации геомагнитного поля, а также изменения высотных отметок вдоль побережья Ляодунского полуострова [Болт, 1981, с. 171-177; Соболев, 1993, с. 288-292].

С учетом всех этих событий общая тревога была объявлена 2 февраля 1975 г. в 14 часов. Были мобилизованы спасательные средства, закрыты магазины и учреждения, больные вынесены из клиник. Вечером в 19 часов 30 минут, спустя 5,5 часа после объявления тревоги, произошло катастрофическое землетрясение, в результате которого сильно пострадал г. Хайченг со стотысячным населением. Были разрушены сотни домов и фабрик, но погибло около тысячи человек [Гир, Шах, 1988, с. 202].

В 1976 г. в Китае вслед за Хайченгским землетрясением в реальном времени были последовательно предсказаны еще три землетрясения. Оперативный прогноз для каждого из них был сделан своевременно в период от нескольких часов до нескольких дней. Казалось бы, проблема прогноза землетрясений решена. Но прогноз катастрофического Таньшанского землетрясения 21.07.1976 г., несмотря на наличие явных предвестников, сделан не был. В результате был полностью разрушен многомиллионный промышленный г. Таньшань и по официальным данным погибло 243 тыс. человек [Гир, Шах, 1988, с. 110113, 203]. По неофициальным оценкам иностранных специалистов потери при Таньшанском землетрясении составило 650 тыс. человек погибшими при числе пострадавших до 780 тысяч. [Болт, 1981, с. 173-174]. Известны публикации, в которых сообщалось до одного миллиона погибших [Вокруг, 2007].

Такой может быть цена прогноза!

Как это не может показаться странным, но объективно наиболее благоприятные условия для решения проблемы прогноза землетрясений в настоящее время имеются именно в Петропавловске-Камчатском. Наш город и область за более чем 300-летнее «историческое» существование пережили большое количество природных катастроф. В то же время, с исследований времен первопроходцев и С.П. Крашенинникова был накоплен и преумножен уникальный опыт проведения научных исследований природных явлений и разработки конструкторских решений по сооружению сейсмостойких зданий и сооружений [Рекомендации, 1993]. В течение многих десятков лет в научных и научнопроизводственных учреждениях города и области проводятся работы по изучению камчатских землетрясений и извержений вулканов и созданы схемы прогноза их активности [Опыт, 1999].

При поддержке федеральных структур (МЧС РФ) на Камчатке действует прогнозный полигон, на котором в рамках утвержденных программ регулярно проводятся мероприятия по отработке мер защиты в результате сильного землетрясения.

Сама постановка проблемы прогноза землетрясений (и природных катастроф вообще) еще ждет своего времени.

74

Сейсморайонирование. ОСР. В настоящее время в значительно большей степени развито направление сейсмического районирования, т. е. разбиение территории на области с различной интенсивностью колебаний.

Для территории Камчатки такое районирование (общее сейсмическое районирование – ОСР) выполнялось многократно (рис. 3.3) [Проблемы…,2000]. Из данных, приведенных на этом рисунке, видно, что с увеличением наших знаний о сейсмическом процессе, допустимое картой ОСР значение наибольшей интенсивности колебаний почвы для территории г. Петропавловска-Камчаткого, в среднем, один раз в двадцать лет увеличивалось на единицу: 7 баллов в 1938 г., 8 баллов в 1963 г., 9 баллов в

1978 г. и более 9 (10) баллов в 1997 г.

					64
					ре
60				о
				м
			е
Охотско					тка
				а		VI
				ч
56	V		ам
			К
		в
	о
	-
	П			VII

64

V

	Корф			60
Оссора				е
				р
			во	мо
		о
	г
	рин			56
е
Б

Тихий океан

52 VIII	Г.Петропавловск-		1938
	Камчатский	52	168

IX

162

Аа

64

64

V

						е
					р
60				о
		е		м
	тс	ко
о
Ох						а
	VI		мчатк
56		Ка
-ов		VII
П

IX

	Корф
Оссора					ре
				о
			во	м
		о
	ри	нг
е
Б

60

56

I		Тихий океан
V
II
	Г.Петропавловск-			1978
52	Камчатский		52	168

162

В в

64

64

V

			е
		р
60	е	мо
ко
Охотс			VI
	амчаткаVII
56	К
-ов
П

Корф

Оссора			е
			мор
		о
	в
	го
н
Бери

60

56

VIII Тихий океан

	Г.Петропавловск-		1963
52	Камчатский	52	168

IX

162

Бб б

64

					е
				р
60			о
			м
Охотское			чатка
		м
	а
56	К
-ов
П VIII						X
		IX

VI				64
	VII			VII
	Корф			60
Оссора				е
				р
			о	мо
		в
		го
	н
	ри			56
е
X Б

Тихий океан

Г.Петропавловск-		1997
52 X Камчатский	52	168

162

Г г

В решении задачи сейсмического районирования территории большая заслуга принадлежит именно камчатским ученым: при составлении последней карты ОСР-97 была

75

использована новая методика, разработанная и доведенная до практического применения камчатскими учеными [Викулин, 1998; Викулин, Мелекесцев, 2006].

Новая для России методика расчета сотрясаемости была предложена сотрудником ИВиС ДВО РАН А.А. Гусевым и в ходе комплексных работ, выполняемых на территории Северной Камчатки в 1991-1996 гг. [Викулин, 1998; Викулин, Мелекесцев, 2006; Викулин, Дроздюк, Семенец, Широков, 1997, с. 15, 34-39] доведена до практического применения [Гусев, 2002, 2003; Гусев, Шумилина, 1995; Гусев, Петухин, 1996; Строительство, 2000; Уломов, Шумилина, 1998; Gusev et al., 1997]. Разработанная методика развивает принятую идеологию составления карт ОСР [Сейсмическая, 1979] и преодолевает слабые стороны такого подхода. В первую очередь, это использование как коротких рядов сейсмических наблюдений для описания долговременных характеристик сейсмического режима, так и гипотезы линейности графика повторяемости землетрясений при его экстраполяции в область максимально возможных магнитуд; использование в расчетах представлений об очаге как о точечном объекте; неучет разброса балла при заданных магнитуде и расстоянии и др. При построении карты проводилось разбиение территории на условнооднородные зоны и использовались полученные в ходе работ данные полевых геологических работ и результаты дешифрования аэрофотоснимков и космических изображений. Это позволило объединить выявленные в ходе геологических камеральных и полевых работ сейсмодислокации и сейсмообвалы [Егоров, 1996, 2008: Леонов, Егоров, 1998] с полученными ранее данными гравиметрических исследований [Зубин, Таракановский, 1976], глубинного строения [Мороз, 1987] и электропроводности [Мороз, 1991].

Следует отметить, что г. Петропавловск-Камчатский изначально строился с учетом антисейсмических мероприятий. И, как показало сильное ноябрьское землетрясение 1971 года [Сильные, 1975], здания и сооружения города являются, в целом, достаточно сейсмостойкими, что исключает в нашем городе трагедию типа Нефтегорской в 1995 г. Тем не менее, по инициативе С.А. Федотова в советское время было принято несколько исключительно важных для города и области и не имеющих аналогов в нашей стране Постановлений Правительства СССР, направленных на уменьшение сейсмической опасности [Федотов, 2004]. Как результат, с середины 90-х годов прошлого века в нашей области начала действовать федеральная программа «Сейсмозащита», в рамках которой здания и сооружения города и области усиливаются и по настоящее время, в том числе, по проектам, разработанным камчатскими специалистами [Рекомендации, 1993].

Сейсморайонирование. ДСР. МСР. С целью более тщательного районирования территории в случае сооружения на ней особо важных объектов (атомные электростанции, плотины, крупные холодильники, нефтехранилища и т. п.) проводится детальное сейсмическое районирование (ДСР) и микросейсмическое районирование (МСР). В соответствии с этими картами инженерами – строителями разрабатываются соответствующие сейсмостойкие конструкции, которые способны учесть специфику землетрясений и выдержать колебания соответствующей интенсивности [Сейсмическое…, 1977, 1980; Сейсмическая…,1979].

Землетрясение, его очаг, гипоцентр, эпицентр, эпицентральное расстояние

Всякое землетрясение возникает вследствие внезапного высвобождения значительного количества энергии в некотором объеме внутри Земли. Как правило, при этом в некоторой области в теле Земли происходят разрушение и другие необратимые деформации горных пород. Область, в пределах которой происходит высвобождение накопленной упругой энергии, называется очагом землетрясения, проекция очага на дневную поверхность – эпицентральной областью землетрясения. Точка, в которой начинается процесс выделения сейсмической энергии, называется гипоцентром землетрясения, его проекция на дневную поверхность - эпицентром землетрясения.

Расстояние вдоль земной поверхности от эпицентра до наблюдателя (сейсмической станции) называется эпицентральным расстоянием, которое измеряется в километрах или

76

в градусах дуги ∆ большого (с центром в центре Земли) круга. При этом расстояние, соответствующее одному градусу дуги, определяется из соотношения:

3600 = 2πR0 ; 10 =111,14 км,

где, как и выше, R0 ≈ 6371 км – средний радиус Земли.

В случае неглубокого сильного землетрясения, когда на поверхности Земли появляется трещины и разломы и/или в районе эпицентра располагается достаточно густая сеть населенных пунктов, в которых возможно определение интенсивности колебаний, область очага и/или эпицентральная область выявляется достаточно надежно.

Вне очага землетрясения деформации носят преимущественно характер упругих колебаний, распространяющихся от него по законам упругих сейсмических волн. К таким волнам применяются обычные понятия фронта и луча. Поверхность, во всех точках которой плотность потока сейсмической энергии одинакова, называется изосейсмической. Пересечение изосейсмических поверхностей с поверхностью Земли образуют линии,

называемые изосейстами.

При расхождении от очага землетрясения сейсмическая энергия распределяется на все большую поверхность. Это ведет к уменьшению плотности потока сейсмической энергии с увеличением расстояния r от гипоцентра. Явление это называется геометрическим расхождением. В однородном изотропном полупространстве для значительно превосходящего размеры очага r расхождение волн изменяется по закону 1/r2, для распространяющейся в плоском слое цилиндрической волны – по закону 1/r. Фактически, вследствие неоднородности Земли, наличия особенностей излучения из очага, поглощения энергии в процессе внутреннего трения, рассеяния энергии волны на различных неоднородностях и границах, спад плотности потока сейсмической энергии происходит по более сложному закону. Для однородной изотропной Земли при значительном удалении от очага изосейсмические поверхности с хорошим приближением можно считать сферами, а изосейсты – окружностями.

Сильное землетрясение часто предваряется и/или сопровождается достаточно большим количеством толчков, гипоцентры (эпицентры) которых располагаются вблизи гипоцентра (эпицентра) главного толчка. Частота повторения сопровождающих сильное землетрясение толчков во много раз превышает обычный «фоновый» режим и изменяется по закону Омори: сразу после сильного землетрясения частота афтершоков велика и с течением времени она выходит на «фоновый» режим по гиперболическому закону [Викулин, 2003, с. 20-23]. Сопровождающие сильное землетрясение толчки называются форшоками и афтершоками соответственно. Отличительной особенностью форшоков и афтершоков является их «компактное» сгущение в пределах примыкающей к гипоцентру (эпицентру) главного толчка области, которая, по сути, также может рассматриваться как очаг (очаговая область) землетрясения (рис. 3.4а, б, в). На рис. 3.4б представлена афтершоковая область Большого Камчатского землетрясения 4.11.1952, М = 8,5 (MW = 9,0), которая представлена двумя скоплениями афтершоков, разделенными друг от друга «пустой» областью протяженностью 150 км не содержащей ни одного афтершока. Показано, что это землетрясение представляло собой два толчка (дуплет), происшедшие с интервалом около 5 с, каждому из которых соответствовала своя афтершоковая область

(Викулин, 2003, с. 14, 45-48, 64-65).

Часто имеют место следующие «связки» событий: форшоки происходят вблизи гипоцентра главного толчка, а наиболее сильный афтершок, наоборот - на другом конце очага (рис. 3.4б). При этом может выполняться правило Бота: магнитуда наиболее сильного афтершока не превышает величины, на две десятых меньшей магнитуды главного толчка.

Размеры очага, определенные по выявленным на поверхности Земли нарушениям или по сгущению форшоков и афтершоков, как правило, пропорциональны магнитуде

77

главного толчка. Его большие (протяженность) L и меньшие (поперечные) D размеры определяются следующими соотношениями [Викулин, 2003, с. 14-18; Ризниченко, 1985, с. 10-33]:

lg L [км] = 0,4·М – 1,0, D ≈ 1/2·L

и для землетрясений с магнитудами М = 5, 6, 7, 8 достигают размеров L ≈ 10, 20-30, 50-60, 100-200 км соответственно.

Очаги шести сильнейших землетрясений 1929 - 1965 гг. с М = 7,9 – 8,5 в районе Алеутских островов – Аляски не зависят от магнитуды и имеют примерно одинаковые протяженности [Викулин, 2003, с. 14-18]:

700 км ≤ L ≤ 1300 км; L ≈ 1000 ± 300 км.

Аномальную протяженность имеют и очаги других наиболее сильных землетрясений: Чилийского 20.05.1960, М = 8,3: L = 1000-2000 км, и Суматра 24.12.2004,

М = 9,0: L = 1200-1300 км. Все эти землетрясения имеют одну особенность: их моментная магнитуда МW (см. далее) достигает наибольших значений МW = 9,0-9,5.

Рис. 3.4. Очаги сильнейших Итурупского 6.11.1958, М = 8,2 (а), Большого Камчатского 4.11.1952, М = 8,5 (б) и Аляскинского 28.3.1964, М = 8,3 (в) землетрясений, определенные по форшокам и афтершокам с М ≥ 5 (а), М ≥ 6 (б) и М ≥ 5 (в) первого года. 1 – эпицентры наиболее сильных форшоков: 21.07.1958, М = 6,3 (а), 4.04.1952, М = 6,8 (б) и 6.02.1964, М = 6,9 (в); 2 –

эпицентры главных толчков; 3 – эпицентры наиболее сильных афтершоков: 12.11.1958, М = 7,5 (а), 5.01.1953, М = 7,0 (б) и 30.03.1964, М = 6,6 (в). Толстой линией обведена граница очага, тонкой обозначена ось глубоководного желоба.

Видно, что формы очагов достаточно сильных землетрясений могут быть аппроксимированы эллипсами или овалами. Следовательно, изосейсты – линии, вдоль которых интенсивности сотрясений будут иметь одинаковые значения, в областях, примыкающих к очагам таких землетрясений, также будут представлять собой замкнутые линии по форме близкие к эллипсам или овалам.

Очаги землетрясений (рис. 3.4), определяемые по скоплению афтершоков, японским ученым К. Моги были названы сейсмическими брешами первого рода [Моги, 1988, с. 93-97]. Такие очаги, определенные для наиболее сильных землетрясений, обладают свойством не перекрывать друг друга в пространстве в течение определенного

78