Методика и принципы проведения детального сейсмического районирования (ДСР) (стр. 5 )

- Низины на равнинах, межгорные и предгорные впадины в орогенах, долины рек и т. д. – все эти формы рельефа прямо отражают процессы прогибания. Прогибы развиваются одновременно с осадконакоплением и отвечают конседиментационным условиям развития. Степень выраженности прогиба в рельефе зависит от соотношения скоростей понижения и компенсации их аккумуляцией обломочного материала. На этом основании выделяются некомпенсированные, компенсированные и перекомпенсированные прогибы. Скорость накопления осадочного материала зависит от климатических условий в регионе.

Картографирование современной (четвертичной) неотектонической зональности очень важно с точки зрения сейсмического районирования, поскольку в отличие от главных новейших структур, четвертичные структуры определяют современные геодинамические условия территорий строительства. Даже в рамках четвертичного времени рассматриваемые структуры различаются по времени развития, амплитудам деформаций, скоростям движений и геодинамическим условиям образования (Макаров, 2003; Макеев, 2007). У них может вычисляться глубина заложения, характер сопряженности и перекрестность строения (зоны интерференции, зоны несогласий и т. п.). По причине разницы в масштабах деформаций определяется глубинные плоскости рассогласования современных структур в чехле и фундаменте платформ, в орогенных структурах (волноводы, сейсмолинзы).

В рельефе также прямо выражаются четвертичные разломы: взбросы, сбросы и надвиги, отвечающие длительному развитию. Как правило, они образуют уступы и линейные зоны эрозионных понижений, которые из-за давности своего развития хорошо выражены на топографических картах. Они маркируются прямолинейностью малых форм рельефа, плавным смещением гребней возвышенностей, русел рек, ручьев, оврагов и выходами подземных вод и др. формами. Все это указывает на наличие современного сдвига. Как правило, эти маркеры подлежат тщательному изучению разными методами

Менее всего видны на топографических картах сейсмогенные разрывы, отличающиеся от других неотектонических разрывов, мгновенным (быстрым) образованием. Они хорошо проявляются на фотоснимках. Их уступы выражены особенно отчетливо и ярко, поскольку активно расчленяются эрозией. С ними связано формирование своеобразных сейсмогенных отложений, мощность которых должна быть измерена и определена скорость их накопления. Их состав и мощность должны быть сопоставлены с аналогичными накоплениями, сформированными на других участках. Это делается с целью корректного определения происхождения этих накоплений и оценки амплитуд движений.

Крупные уступы характерны не только для разломов, но и для зон сопряжения современных поднятий и прогибов, т. е. для сопряжено развивающихся структурных форм. Они могут быть крутыми и пологими. Часто это зависит от тектонических условий развития структур и рельефа. Рельеф, формирующийся в условиях растяжения, более сглажен, в условиях сжатия – сильно дифференцирован по высоте. Ступени, отвечающие зонам сопряжений изгибных деформаций, часто путают с уступами разрывной природы. В этой связи важны полевые заверки, выявленных камеральным путем структур.

Методы изучения рельефа.

Экзогенный и эндогенный рельеф изучается структурно-геоморфологическими методами и на основании историко-генетического подхода. Это позволяет определить генезис, возраст и морфологию рельефа, а вместе с ними и геодинамические условия образования структур и их интенсивность развития. Для этого используются топографические карты, аэро - и космические снимки различных масштабов. Дополнительными материалами являются карты четвертичных отложений, геологические материалы, данные бурения и геофизические материалы. На этом основании получают качественные и количественные характеристики новейших и современных структур. Методы используется для анализа косвенных и прямых проявлений современных тектонических движений за четвертичное время.

Рельеф изучается в камеральных и полевых условиях с непременным построением структурно-геоморфологических профилей. Итогом работ является специальная структурно-геоморфологическая карта в радиусе ближней и дальней зон относительно рассматриваемого объекта.

В камеральных (предполевых) условиях используются морфометрические методы, которые основаны на количественных характеристиках рельефа. Они основаны на анализе топографических карт и геоморфологических профилей. В качестве вспомогательного материала используются космо - и аэрофотоснимки. При наличии в районе исследования широко развитой погребенной речной сети обязательно применяется палеогеоморфологический метод.

Морфометрический метод позволяет составить карты интенсивности расчлененности рельефа, углов наклона склонов, уклонов гидросети и основных этапов развития рельефа.

-Карта интенсивности расчлененности рельефа отражает степень горизонтального и вертикального расчленения рельефа. Горизонтальная расчлененность определяется по плотности всех линейных эрозионных форм и водотоков, измеряемой количеством форм или по суммарной их длине на единицу площади. Вертикальное расчленение рельефа по разности высот (максимальной и минимальной) земной поверхности на отдельных участках, а также по глубинам эрозионных врезов относительно водоразделов. Степень вертикального и горизонтального расчленения выше на растущих поднятиях по сравнению с прогибающимися впадинами. Этот метод особенно эффективен при анализе равнинных территорий.

-Карта углов наклона склонов составляется для определения степени устойчивости склонов, в том числе от воздействия сейсмических колебаний. Известны многочисленные случаи воздействия удаленных сейсмогравитационных явлений на объекты строительства с трагическим исходом.

-Карта основных этапов развития рельефа составляется для определения характера развития и расчленения структурно-орографических форм, последовательного их роста, оформления в рельефе и расчленения, определения возраста рельефа, вычисления скоростей поднятия за отдельные стадии и общей реконструкции рельефа в отдельные циклы (Несмеянов, 1971). Ее основой являются топографические карты и геолого-геоморфологические профили.

-Для выявления новейших и современных структур в области новейшего воздымания создается карта возрастного расчленения рельефа. На ее основании делается вывод о направленности и тенденциях развития современных структур. Не исключается несогласованность развития современных структур относительно суммарных новейших.

- На основании генерализации форм рельефа составляется карта морфоизогипс. С топографической карты снимаются малые формы рельефа, созданные линейной эрозией, и восстанавливается (реконструируется) исходная поверхность рельефа, положение которой отражает структурные формы - поднятия и опускания. Плавными линиями - морфоизогипсами - соединяются положительные выступы однозначных горизонталей, проявляя овалы тектонических. Пониженные значения морфоизогипс вырисовывают соответственно прогибы. Зоны сопряжений поднятий и прогибов является предметом дальнейшего рассмотрения, поскольку они могут быть как пликативного, так и разрывного характера.

Палеогеоморфологический метод изучает древний, в том числе и погребенный рельеф: палеодолины (дочетвертичные) и прадолины (четвертичные). Он позволяет рассмотреть историю развития рельефа, определить этапы рельефообразования и осадконакопления, восстановить последовательность изменения континентальных и морских условий, реконструировать уничтоженные денудацией формы рельефа: поверхности выравнивания, речные долины и др. формы. Погребенные долины являются самостоятельным объектом изучения, поскольку с ними связывается развитие карста, суффозии и повышенной обводненности, что, несомненно, сказывается на потери устойчивости участков блока при появлении сейсмогенных колебаний или при техногенных нагрузках.

Принципы составления этих и других карт достаточно хорошо изложены в многочисленных публикациях (, , и др. исследователи). Главным аспектом их построения является фундаментальный подход к изучению свойств среды. Как правило, активность структур определяется исключительно на основании решения целого ряда фундаментальных проблем. Возраст, генезис и условия образования рельефа и структур - это главные проблемы территорий застройки. В пределах техногенно измененного ландшафта трудно восстановить первоначальный рельеф, а с ним характер развития структур, чтобы получить корректный прогноз событий, связанный с сейсмическими колебаниями.

Все карты рельефа, построенные в камеральных условиях, требуют обязательной заверки в полевой обстановке. Как правило, здесь используется два метода: структурно-геоморфологический и геологический.

Для изучения неотектонических и современных проявлений в рельефе изучается строение речных долин: определяют их форму (V –образная, широкая и др.), крутизну и форму склонов (пологие, крутые, выпуклые), форму русел, их меандрированность, измеряют высоту и ширину террас и пойм, выявляют их деформации, определяют их относительный полевой возраст.

Не меньшее значение имеет изучение аллювия, его фаций и мощностей и изменение их на разных участках долин. На побережьях морей изучают современные и древние береговые линии и их деформации. На склонах и водоразделах фиксируются поверхности выравнивания, которые прослеживаются на дальние расстояния, определяется их морфология: холмистые, горизонтальные, наклонные и т. д. По облику рельефа и степени его дифференцированности определяется характер деформаций его создавших: рельеф растяжения, сжатия, сдвига и их комбинаций. Изучаются экзогенные формы рельефа.

Изучению подвергаются петрографический и минералогический состав обломочного материала в различных отложениях – гляциальных, аллювиальных и др. – что позволяет определить области денудации и пути аккумуляции материала. На этом основании можно выявить специфические формы отложений: тектониты, сейсмиты и проч. Важно изучение фаций и мощностей аллювия, прослеживание изменения этих характеристик на разных участках долин, косвенно или прямо отражающих развитие современных деформаций. Проблема видится в том, что современные дислокации могут не выражаться отчетливо в рельефе из-за очень короткого времени развития. Но интенсивность их бывает высокой по сравнению с интенсивностью движений за позднечетвертичное время.

При камеральных и полевых работах обязательно составляются структурно-геоморфологические профили. Они позволяют выделить и скоррелировать, т. е. взаимно увязать на больших площадях, поверхности выравнивания разного генезиса и возраста, речные и морские террасы. По геолого-геоморфологическим профилям выявляются места положительных и отрицательных деформаций, определяется этапность развития рельефа, скорости врезания эрозионной сети за отдельные этапы, которые используют для определения скоростей новейших тектонических движений.

Главным результатом обобщения камеральных и полевых исследований экзогенного и эндогенного рельефа является структурно - геоморфологическая карта. Она является основой для изучения новейших и современных тектонических структур. Ее содержание основывается на том, что в рельефе находят отражение новейшие тектонические структуры: четвертичные (современные) и дочетвертичные. Цель такой карты – по геоморфологическим признакам (косвенным и прямым) выделить поднятия и прогибы, разломы, структурные ступени и линеаменты разных порядков, определить их возраст, границы, морфологию и характер современного развития. На основании этих карт делается главный вывод о геодинамических условиях формирования рельефа и структур.

Таким образом, экзогенный и эндогенный рельеф являются тонкими индикаторами современных движений, часто непродолжительных по времени, но очень интенсивных по скорости деформаций. По причине относительно короткого времени своего развития они часто не выражаются отчетливыми видимыми формами в рельефе, но от этого они не становятся безопасными. В связи с этим на их выявление направлен целый комплекс прямых и косвенных методов, перечисленных выше.

Неотектонические данные

Новейшие и современные (четвертичные) структуры - это развивающиеся структуры. В рамках новейшего этапа (35-40 млн. лет) выделяется особый четвертичный этап (1,8 млн. лет), для которого характерна повышенная активизация тектономагматических процессов. Они привели к увеличению контрастности рельефа Земли в целом и особенно континентов, предопределили условия образования четвертичных отложений, их строение и распространение. Четвертичные движения и созданные ими тектонические формы во многих случаях являются несогласными относительно палеозойских и мезозойских структур. Тектонические движения и деформации земной коры с разной интенсивностью продолжаются в настоящее время. Доказательством этого является широкое проявление сейсмичности и вулканизма.

Для целей сейсмического районирования важны градиентные зоны деформаций, в которых фиксируется повышенная концентрация современных напряжений. К ним могут быть отнесены: зоны сопряжений геодинамических систем, зоны разнопланового сочленения новейших структур (зоны интерференций, зоны структурных несогласий и др.), узлы пересечения структур, неотектонические и сейсмотектонические разломы (взбросы, сбросы, надвиги и их комбинации) и геодинамически активные зоны площадного и линейного характера. Геодинамически активные зоны фиксируются преимущественно на платформах и в зонах перехода от платформы к орогену, т. е. в периорогенных зонах (Макеев, 2008).

Основным методами изучения новейших и современных структур является геоморфологический (рельеф как геологическое образование) и геологический (четвертичные отложения и дочетвертичные породы). В литературе эти два метода объединены в один геоморфолого-геологический или, точнее, структурно-геоморфологический (Бабак, 1983). В качестве фактического материала привлекаются данные по современным движениям земной коры (ВДЗК, GPS). Вспомогательным материалом являются результаты дешифрирования фотоснимков, цифровых моделей рельефа и лазерной съемки.

Методологической основой изучения новейших и современных структур является концепция тектоники литосферных плит и блоков и концепция современных глубинных геодинамических систем разного ранга и происхождения (Юдахин, Щукин, Макаров, 2003). В рамках неотектонического тектономагматического этапа предпочтение отдается изучению современных структур, включающие в себя формации четвертичного возраста. В этой связи они рассматриваются как активные. В процессе работ устанавливается их происхождение, условия образования и морфолого-кинематические типы.

Значительная часть работ по их изучению проводится в камеральных предполевых условиях.

В камеральных условиях производится:

1) Оценка суперпозиции геодинамических систем, областей и зон, поскольку на границах этих разноранговых систем происходит образование полос повышенных напряжений и деформаций. В литературе они известны как геодинамически активные зоны (ГдАЗ). Сейсмичность, непривязанная к установленным в приповерхностной зоне коры разломам, часто отвечает ГдАЗ.

2) Выделение древних и новейших вещественно-структурных неоднородностей на разных глубинных уровнях земной коры. Здесь особое значение придается зонам значительных структурных перестроек и несогласий современных структур относительно более древних, как объемам возможной концентрации дополнительных напряжений и деформаций (волноводы, сейсмолинзы).

3) Изучение структурно-реологической и геодинамической анизотропии и тектонической расслоенности земной коры с целью локализации зон возможных сейсмотектонических срывов на некоторых глубинных уровнях коры.

4) Изучение структурно-геодинамической эволюции исследуемой территории. Поскольку каждая геодинамическая система разного ранга объединяет тектоническую активную область, которая является источником сил и напряжений, и сопряженные территории, на которые распространяется динамическое воздействие активной области, выявленные структуры должны быть проинтерпретированы на предмет связи с современными геодинамическими системами. Если этой связи нет, то нет оснований считать их тектонически-активными.

5) Изучение структурных, геодинамических и других признаков мест возможной концентрации дополнительных напряжений и деформаций (Макеев, Макаров, 2003). В этом отношении особое внимание обращается на различного рода узлы пересечения структурных форм: разновозрастных и одновозрастных, развивающихся в одном структурном этаже (слое) или в разных этажах (слоях), разных по типу и т. д.

6) Изучение линеаментов, выделенных по анализу топографических и других карт и аэрокосмических изображений, на предмет их разрывной природы и особенно их соответствия активным разрывам.

7) Детальное структурно-геоморфологическое изучение активных современных структур - зон крупных разломов, складок, блоков коры на участках повышенного градиента неотектонических движений, геодинамически активных зон, что особенно актуально в пределах платформенных областей.

Наибольшие сложности возникают при выявлении и изучении ГдАЗ. Как правило, они образуются:

- на границах геодинамических систем разного ранга и масштаба. Здесь они выделяются как линейные ГдАЗ.

-в зонах суперпозиции геодинамических систем разных типов (площадные ГдАЗ).

-на границах объёмов геологической среды (литосферы, земной коры, отдельных слоёв земной коры), характеризующихся разным вещественным содержанием (составом) и неотектонической структурой (зоны структурных несогласий). Эти несогласия могут быть некими разделами как субгоризонтального заложения (например, разделы между различными структурными этажами), так и субвертикальными или наклонными (секущими все или слои земной коры).

-в зонах значительной структурной перестройки и несогласия разновозрастных структурных планов. Особенно значимой является степень и характер рассогласования неотектонического и/или четвертичного, или современного структурного плана относительно более древних структур, в том числе четвертичного относительно суммарного неотектонического, современного (или позднеплейстоцен-голоценового) относительно четвертичного.

В полевых условиях работы направлены на сбор информации, недостаток которой выявился в ходе изучения территории. Особенно важно разрешить неясные вопросы или противоречивые точки зрения. Обычно они появляются при изучении фондовых и опубликованных материалов и при анализе картографического материала.

В зависимости от степени обнаженности территории проводится изучение признаков неотектонических деформаций в рельефе и в коррелятных ему отложениях (дислоцированности). Поскольку часто в рельефе фиксируются дислокации не только тектонической природы, но и экзогенной, важно хорошо представлять характер проявления экзогенной зональности на рассматриваемой территории. В противном случае будут сделаны неверные суждения о неотектонической активности района.

Для идентификации геодинамически активных зон и активных разрывных нарушений изучаются газо - и гидрогеохимические аномалии. Разрывы изучаются с точки зрения их возраста, морфологии, размеров и морфолого-кинематического типа. Важно определить на плоскостях сместителей глинку трения. И, наоборот, важно зафиксировать признаки, свидетельствующие о консолидации разломов и их залечивании. В этом случае эти разрывы считаются неактивными и снимаются с карт и разрезов.

В платформенных условиях заверяются фрагменты разломов, просвечивающих через покровные отложения, и выясняется их природа. В узлах пересечения разломов и линеаментов изучается рельеф, строение покровных и коренных пород на предмет наличия их дислоцированности.

Проводятся поиски и картирование следов сейсморазрывов, массовых гравитационных склоновых нарушений, явлений древнего разжижения песков и захоронений палеопочв (с отбором из них образцов для определения радиоуглеродного возраста). Как правило, в полевых условиях проводятся исследования с целью различить сейсмогравитационные образования от обычных гравитационных форм. Сейсморазрывы изучаются на предмет определения их возраста, одноактности или многоактности образования, длины, ширины, амплитуд, типа подвижки. Параметры сейсмодислокации устанавливается методом тренчинга, радиологического метода и историко-археологических методов. Для сейсмодислокаций характерно образование специфических сейсмогенных отложений коллювиального и грубообломочного ряда. На их изучении основан метод тренчинга.

Здесь важно подчеркнуть, что:

1) Тренчинг – не способ поиска, а метод изучения уже обнаруженных разломов.

2) Наиболее результативны канавы, заложенные в тех точках на линии разлома, где на его крыльях происходило накопление молодых отложений – аллювиальных, морских, озерных, и т. п. Возможность датирования подвижек снижается, если накопление отложений, примерно соответствующих по возрасту подвижкам, происходило лишь по одну сторону от разлома, либо они не накапливались вовсе.

3) Для тренчинга важны участки поверхности, амплитуда смещений которых минимальна. В идеале она оказывается равной величине одноактной подвижки. В таких случаях вероятность того, что канава достигнет следов подвижек максимальна.

В общем виде, изучение и интерпретация разрезов в стенках траншеи основана на анализе фаций и мощностей отложений и, в итоге, выделении стратиграфических единиц и их корреляции между крыльями разрыва.

По относительному датированию ступеней в поле в камеральных условиях определяется стратиграфический возраст новейших деформаций. При необходимости производится отбор проб на радиологическое определение возраста отложений, для уточнения возраста разных по происхождению и условиям образования уровней. При этом точность определения возраста трудно переоценить, поскольку на его основании проводится оценка амплитуд поднятий и оценка градиентов скоростей неотектонических движений.

Чтобы оценить активность структур и амплитуды вертикальных смещений, в ближней и дальней зонах, обязательным является построение геолого-геоморфологических профилей. Они строятся вдоль главных речных долин и вкрест простирания основных орографических и структурных форм. Для фиксации незначительных смещений на профилях увеличивается вертикальный масштаб. При этом под ним приводится геологический профиль в нормальном масштабе. Сдвоенные таким образом профили без труда позволяют различать разрывы древние и разрывы молодые, или активизированные. При наличии разрезов и планового расположения активных структур строится объемная модель сейсмогенрирующей зоны.

В ходе маршрута собираются данные по составу и строению коренных пород. Важно выявить современные подвижки по древней (донеотектонической) трещиноватости и напластованию. По возможности характеризуется строение цоколя коренных пород. Здесь замеряются углы падения и азимуты заложения поверхности, наличие изгибных и разрывных форм. Это важно с т. зр. выявления степени унаследованности новейших структур или их рассогласованного развития с древними. В случае рассогласованности могут быть установлены глубинные и приповерхностные субгоризонтальные поверхности дислокаций, в которых могут концентрироваться избыточные напряжения.

Таким образом, выявленные в ходе камеральных работ активные структуры и градиентные формы рельефа тектонического происхождения должны подтверждаться полевыми наблюдениями. Для этого приводятся фотографии обнажений, трещиноватости, зеркал (борозд) скольжений, зарисовки и описания коренных пород и рельефа, а также различного рода таблицы замеров параметров разломных зон: залегания, протяженности, типа смещений. Это позволит снять многие противоречия, которые возникли в ходе изучения территории камеральными методами. В поле решается основной вопрос - оценка характера активности рассматриваемой территории. На основании полевых работ вычисляются амплитуды, градиенты и скорости современных деформаций.

На основании проведенных работ составляется карта неотектоники (новейшей тектоники или карта неотектонического районирования), являющаяся одним из главных документов сейсмического районирования. На ней показываются вертикальные амплитуды поднятий за четвертичное время. Цветом раскрашиваются структурные формы: поднятия и прогибы. Разрывы классифицируются по морфолого-кинематическим типам и показываются с помощью бергштрихов различного вида, оцифровкой указываются амплитуды перемещения крыльев, геологическими индексами нижняя граница их активизации (Q1, Q2, Q3). Обязательным условием является показ эпицентрии землетрясений. Характер морфологии новейших структур раскрывает не только вертикальную составляющую деформаций, но и горизонтальную. Для этого привлекаются результаты полевых наблюдений за смещениями горизонтальной составляющей новейших разломов и древних дислокаций, активизированных в новейшее время.

При необходимости, вызванной сложностью строения рассматриваемой территории или недостаточностью ее изученности, составляются другие специальные карты неотектонического содержания. К ним относятся:

1) Карта структурно-геодинамического районирования; 2) карта историко-тектонического районирования, для которой вспомогательным материалом может служить карта соотношения разновозрастных структур; 3) карта активизированных структур, для составления которой полезна карта современных движений земной коры; 4)  карта соотношения приповерхностных и глубинных структур, часто сопровождаемая картой геофизических полей.

-Карта структурно-геодинамического районирования показывает совокупность разноранговых и генетически разнотипных геодинамических систем, которые определяют напряженное состояние, распределение и характер возможных проявлений тектонических сил. Также она должна отражать: а) расположение, строение и соподчинение приповерхностных разрывных СГС и б) районирование новейших структур главных и второстепенных структурных планов с возможным отношением их к разным глубинным уровням. Эту карту полезно дополнить структурно-геологической картой. На ней важно отразить: приповерхностное распределение древних структурно-литологических (обычно, формационных) комплексов, морфологию складчатых, блоковых и разрывных структур, данные о строении разрывных зон, признаки поперечных структур и т. п. Этим самым она характеризует некоторые сейсмические свойства среды. Карта сопровождается геологическими профилями для построения объемной модели активных зон.

-Карта историко-тектонического районирования должна: а) отражать соотношение новейших структур с древними для выявления районов разновозрастных структурных перестроек, особенно неотектонических, б) позволять оценивать древность заложения главных разрывных структур. Степень согласованности или рассогласованности (дискордантности) новейших и древних структур определяет соответствующее распределение и локализацию зон концентрации дополнительных напряжений в геологической среде. Для разрывных структур величина перестройки определяется степенью новообразования, т. е. отношением протяженности переработанной части структуры к ее общей длине. Смена знака движений может выражаться в формировании наложенных впадин или инверсионных поднятий. Для региональных разрывов важно отразить неравномерность древности заложения отдельных звеньев, одноактность или многоактность смены знака смещения крыльев. Сведения о наиболее молодых смещениях могут переноситься с карты активных структур. Разрывные сейсмогенерирующие структуры часто характеризуются древностью заложения одних своих звеньев и перестройкой других, т. е. обладают наряду с древностью заложения высокой (до 30% и более) степенью новообразования.

-Карта активных структур содержит материалы по тектонической активности новейших структур на наиболее молодых этапах геологической истории, т. е. отражать результаты качественного и количественного анализа новейших, четвертичных и современных движений, а также данные о размещении современных и древних сейсмотектонических дислокаций. Количественные данные о разновозрастных движениях позволяют наметить тенденции изменение тектонической и соответственно сейсмической активности сейсмогенерирующих структур.

-Карта соотношения приповерхностных и глубинных структур составляется с целью показать характер соотношения разновозрастных структур. Различается согласные и не согласные соотношения структур по простиранию, форме, морфолого-кинематическим и геодинамическим условиям. На этом основании выделяются площадные и линейные структурно-геодинамические зоны, которые интерпретируются как объемы коры с повышенным напряженно-деформируемым состоянием.

Таким образом, основными видами геоморфологических и неотектонических карт, составляемых для выделения активных структур, являются:

1) карта основных этапов развития рельефа,

2) структурно-геоморфологическая карта,

3) карта неотектоники, или карта неотектонического районирования,

4) карта историко-тектонического районирования,

3) карта активных структур, для составления которой используется карта современных движений земной коры,

4) карта соотношения приповерхностных и глубинных структур, часто сопровождаемая картой геофизических полей.

При этом реальный набор материалов определяется конкретным состоянием региональной изученности территории.

14. Сейсмологические исследования (макросейсмика)

Сейсмологические исследования являются важной составной частью комплексных исследований по оценке сейсмической опасности, позволяющих с той или иной точностью решать все без исключения задачи, стоящие перед ДСР.

Эти исследования можно разделить на макросейсмические и инструментальные. Различия между этими видами сейсмологических исследований подчеркнуты специально, поскольку макросейсмическим методам уделяется недостаточно внимания при оценке сейсмической опасности. Между тем, макросейсмические методы позволяют не только оценивать конфигурацию зон той или иной балльности и давать информацию о сейсмическом режиме, но и судить о строении очага и среды и даже о характере излучаемых колебаний. При этом оценки, получаемые макросейсмическим и инструментальным методами, являются независимыми, и использование обоих методов позволяет повысить точность результатов. Независимость результатов макросейсмических и инструментальных исследований следует иметь в виду при экспертных оценках.

14.1. Целью макросейсмических исследований является решение следующих задач: 1) выделение зон ВОЗ и оценка их параметров; 2) оценка сейсмических воздействий на исследуемой территории в баллах шкалы сейсмической интенсивности; 3) оценка сейсмических воздействий в количественных характеристиках по макросейсмическим данным (на основе корреляционных соотношений между сейсмической интенсивностью и параметрами сильного движения грунта).

14.2. Решение задачи 1) зависит от результатов решения частных задач: а) определение геометрических параметров зон ВОЗ; б) определение функций распределения параметров землетрясений прошлого.

14.3. Pешение зaдачи 2) зависит от резyльтатов pешения частных задач: а) определение максимальной интенсивности в зонах ВОЗ; б) оценка механизма очага и особенностей его строения, влияющих на уровень распределения сейсвмической интенсивности в пространстве. Например, известно, что ширина полосы максимальных разрушений нa активном крыле разлома в 1разa больше, чем на пассивном; в) определение коэффициентов в уравнении макросейсмического поля, необходимых для оценки сейсмических воздействий по всей районируемой территории (не только в самих зонах ВОЗ); г) оценка повторяемости сейсмических воздействий paзличной интенсивности, нoрмированной к площадке 1000 км2. При ДСР первой категории, кpоме того, производится оценка параметров графика повторяемости интенсивности (ГПИ) на строительной площадке.

14.4. Методы решения задачи 3) можно разделить на 2 класса: непосредственная оценка параметров сейсмических колебаний и факторов, влияющих на параметры сейсмических колебаний. Знание этих факторов позволяет выбрать из массива мировых данных о сильных движениях наиболее подходящие.

При прямой оценке, кроме использования соотношения между описательной и инструментальной частями шкалы сейсмической интенсивности, изучается характер повреждения грунта, деревьев, сооружений и других объектов, смещение и падение различных предметов, ощущения людей.

При наличии в регионе станций, позволяющих регистрировать ощутимые землетрясения, проводится корреляция сейсмической интенсивности с уровнем сейсмических колебаний для местных условий.

Пpи oцeнкe фaктopoв, влиющих на параметры сейсмических кoлебaний, определяется наиболее вероятное положение эпицентров возможных землетрясений. Следует yчесть, что пoложение мaкрoсейсмических и инструментальных эпицентров (гипoцентpoв) в общем слyчaе не сoвпaдает, причем причина несовпадений заключается не в погрешности измерений, a в рaзличияx физического смыслa, вкладываемого в это понятие. Следyет имeть в виду, что при кoppеляции изменения уровня сейсмических кoлебаний с эпицентральным или гипoцентральным рaсстояниями, оценки последних по мaкросейсмическим признакам дaют лучшую сходимость pезyльтатов.

14.5. Пезультаты решения задачи 1) и 2) используются также для оценок параметров сейсмического режима, поскольку значения магнитуд связаны с сейсмической интенсивностью уравнениями макросейсмического поля.

14.6. Pезyльтаты макрoсейсмических исследований сoвместнo с резyльтатaми, пoлyченными другими методами, должны быть обобщены в сводном каталоге. В каталоге пpивoдятся данные о координатах, глубине, магнитудах по oбъемным (МPVA иMPVC) и поверхностным волнам (разyмеется, эти оценки должны быть получены независимо, пересчеты не допускаются), максимальная интенсивность, большrий и мeньший радиусы пеpвoй изосейсты, тип подвижки в очаге, жесткость процесса. Последняя характеристика пoка нoсит качeственный хaрактер и имеет три градации – вялые, нормальные и жесткие oчаги. Кроме сейсмических хaрaктеристик землетрясений, в каталог включаются характеристики геoлогических нарушений: пpотяженность paзpыва, вертикальная и горизонтальная максимальные подвижки, в тoм числe и характеристики раздвига. B кaталог мoгyт быть включены дoпoлнительные хapaктеристики землетрясений, типичные для изучаемой теppитoрии.

14.7. Кроме каталога мaкpoсeйсмичeские дaнные представляются в виде карт изoсейст землетрясений пpошлого и свoдной кapты изoсейст. Оцeнивaeтся сpедняя фopмa изосейст в изучаемом районе (гладкость изолиний, их вытянутость, ориентация осей, асимметрия, другие особенности).

14.8. При ДСР первой и второй категории рассматриваются все ощутимые землетрясения, при ДСР третьей категории, как и при ОСР, рассматриваются лишь землетрясения с интенсивностью не выше 6 баллов.

14.9. При сборе макросейсмической информации используется опрос населения (последние десятилетия), материалы периодической печати, другие историко-архивные и литературные материалы прошлого. Известны, например, факты успешного использования нотариальных архивов. При изучении литературных и исторических материалов возможна помощь соответствующих учебных и академических институтов.

Методика макросейсмических исследований описана в работах [2, 23, 24,25,26,27].

15. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты этих исследований используются для решения всех общих и частных задач, стоящих перед ДСР. С результатами сейсмологических исследований кoрpелируют данные, полученные другими методами. Поэтому точность сейсмологических измерений должна быть не ниже точности других методов. Например, если точность определения координат гипоцентров землетрясений не позволяет связать очаги с теми или иными геологическими структурами или элементами этих структур, с теми или иными аномалиями геофизических полей, то надежность общих оценок резко падает. При ОСР вопрос о привязке сейсмологических данных к тем или иным структурам несколько облегчается тем, что пpи выделении зон ВОЗ, наиболее опасных для региона в целом, естественно рассматривать структуры наиболее высоких рaнгoв. При ДСР приходится считаться с тем, что для отдельных oбъектов наиболее опасными могут оказаться структуры низших paнгов. Некоторые исследователи, для того чтобы подчеркнуть этот факт и избежать ошибок типа “пропуск цели”, предлагают ввести в обиход специальный термин “локально-опасные очаговые зоны” (ЛООЗ). Сейсмoлогические исследования являются основным источником сведений о параметрах сейсмического режима, характере сейсмических воздействий.

Оснoвным нeдoстaткoм инструментального метода исследований являeтся относительно малая представительность инструментальных данных (малость периода наблюдений и дискретность этих наблюдений по площади). Эти недостатки в какой-то мере компенсируются при комплексном использовании данных инструментальных сейсмологических наблюдений с материалами макросейсмики, геологии, геофизики, геодезии.

15.1. Исxoдя из вышеизложенного, пpи ДСР первoй категории организуется минимум четыре временные сейсмические станции. Одна из них рaсполагается на планируемом объекте или в егo ближайшиx oкpeстнoстях. Tpи других - y гpaниц кapтиpyемoй облaсти. Станции должны обладать широким динамическим диапазоном peгистpaции и хopoшей временнoй paзверткой, позволяющей производить детальный чaстoтный анaлиз сейсмичeских кoлебaний. AЧХ сeйсмическиx каналов должны соответствовать велосигpaфaм или aкселepoгpaфaм. Это пoзвoлит, во-первыx, пoлyчaть зaписи в фopмe, бoлeе пдходящей для инженерных целeй, вo-вторых, подавить микpoсейсмичeские пoмeхи и форсировать усиление.

15.2. Кpaткосрочные инстpyментaльные нaблюдения пoзволяют выделить зоны повышeнной сейсмической aктивнoсти пo слaбым землeтpясениям и получить материал о распределнии землетрясений по глyбинaм.

Оценкa глyбины oчaгoв пpoвoдится paздельно для следyющих интepвалов клaссoв (магнитyд): 1) K<9; 2) 9£ K £ 13;£ M < 6.0;£ M < 7.0; 5) M ³ 7.0.

Peзyльтaтьt пpeдcтaвляются в виде гpaфикoв интегpальнoгo рaспpeделeния кoличествa землeтpясений по глyбинaм. Пoлyчeнныe oценки cопoстaвляются с aнaлoгичными oцeнкaми, полученными пo мaкpoсeйсмичеcким дaнным. Слeдyeт пoмнить o возможных систeмaтических paзличиях, связaнныx с oпpеделенными физичeскими paзличиями в пoнятии глубина.

15.3 Инструментальные наблюдения позволяют по слабым землетрясениям судить об опасности известных разломов.

15.4. По микроземлетрясениям часто удается обнаружить неизвестные ранее разломы. Трассировка разломов – одна из важных задач инструментальной сейсмологии. Для этой цели рекомендуется иметь передвижные пункты наблюдений. Остальное изучение микроземлетрясений позволяет не только производить трассировку разломов, но и определять элементы их залегания. При трассировке разломов по положению эпицентров хорошие результаты дают статистические методы (Таджикистан).

15.5. Оценка параметров механизма очага необходима при прогнозе сейсмических воздействий.

15.6. Полученные записи слабых колебаний также используются для прогноза сильных движений.

15.7 При картировании районов перспективного народнохозяйственного освоения рекомендуется совместная обработка записей местных землетрясений станциями сильных движений и записей сильных удаленных землетрясений местными станциями.

15.8. Инстpументальные сейсмологические исследования с целью оценки параметров сейсмического режима в принципе такие же, как и при ОСР. Oднaкo диапазон магнитуд (клaссов) зeмлетрясений расширяется. Наблюдается противоречие между rrрaктикой проведения paбoт пo сейсмическому районирования и изложением результатов этих работ: пpи исследованиии региональной сейсмичности используется в основном классификация землетрясений по классам, а результаты излагаются в терминах магнитуд, определяемых по поверхностным волнам [9, 5, 28]. При оценке классов в различных peгионaх используются палетки Рayтиaн, построенные для Гapмскогo рaйoнa. Фopмaльнoе пpименение этих палеток в других районах может привести к существенным ошибкам, о чем имеются публикации paзличных авторов, в том числе и автора палетки. Следует также иметь в виду, что пpименение палетки предполагает близость хapaктеpистик используемых приборов к характеристикам сейсмографа Aндеpсона-Byдa. Другим допущением является предположение о том, что шкaла локальных магнитуд MLOC, для кoтopой выведена формула Payтиан, совпадает со шкалой MLH, отличающейся кaк пo типу используемых волн, так и по методике измеpений на сейсмограммах. Пoвышeнные тpeбoвaния к точности результатов при ДСР вызывaют необходимость oценки кoppеляциoнных связей между paзличными шкалами для каждого pегиoнa. Эти оцeнки следует делать по экспеpимeнтальным зaмерам, тaк как в кaтaлоги часто попадают пересчитанные значения. Учитывaя бoльшую диспeрсию дaнных, эти корреляционные связи следyет искaть мeтoдoм opтoгонaльной pегpессии с yчетом пoгpешнoстей пpи oпpеделении клaссoв и мaгнитyд. Без пpoвeдeния такой рaбoты нельзя paссчитывaть нa yдовлетворительнyю точность oценoк сейсмичeской oпaсности.

15.9. Пpи oценке веpoятности появления землетpясений paзличнoй силы наряду с тpaдициoнными метoдaми oценки пaрaметpoв сейсмического pежима слeдyет пpименять и методы тeoрии экстремальных значений, a также yчитывать цикличность сeйсмических пpoцессoв. Тaким oбpaзoм, ДСP должно включать в себя элeменты дoлгoсpoчнoго пpогнoза.

16. ПРОГНОЗ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Пpoгноз сейсмических воздействий - важнaя состaвнaя чaсть oценки сейсмическoй oпaсности для oбъектa. Pешение этoй зaдачи пoзволяет пpoектиpoвщикам paзpaбaтывaть конструкции, наилучшим oбpaзoм oтвечaющие мeстным yслoвиям. Экoнoмический эффект от pешения этoй задaчи трудно переоценить. К сoжaлению, ypoвень развития теории и техничeские вoзмoжнoсти opгaнизaций, ведyщих paбoты пo oценке региональной oпaснoсти, дo пoследнегo вpемeни не пoзвoляли решaть эту зaдачу. Поэтому пока в СНиП независимо от местных yслoвий пpедлaгaется стaндаpтньrй спoсoб оценки сейсмических вoздействий. Учитывaются лишь гpyнтoвые yсловия, кoтopые оцениваются при работах по СМР [30].

Тaким oбpазом, зaдачей ДСР в нaстоящее время является изучение тех характеристик очагов и среды, которые позволяют уменьшать погрешность прогнозных оценок.

Поскольку точность теоретических pасчетoв, бaзиpующихся на тех или иных моделях paзрыва пока невелика, oценки сейсмических воздействий должны производиться на основании aнсaмбля реальных записей сильных движений [The dynamic…, 1982]. Составление такого ансамбля должно производиться с учетом результатов, полученных при работах по ДСР.

16.1. Оптимальным было бы составление ансамбля акселерограмм сильных местных землетрясений. С этой целью следует развивать сеть станций сильных движений в районах перспективного народнохозяйственного освоения, в местах предполагаемых крупных строек. Именно по такому пути идет большинство стран, расположенных в сейсмоактивных районах планеты. Конечно, рассчитывать на получение достаточно представительного материала по сильным движениям для каждого строительного объекта в ближайшем будущем ожидать не приходится. Но даже единичные записи, полученные на таких станциях, - наиболее надежный контроль точности прогнозных оценок, полученных другими методами.

16.2. Информацию об особенностях местных колебаний можно получить и на основании изучения сейсмических записей при слабых местных землетрясениях, т. к. многие факторы, влияющие на параметры сейсмических колебаний, оказываются одинаковыми для слабых и сильных землетрясений, например, вещественный состав и строение среды, региональные тектонические напряжения, ориентация разрывов и т. д. В литературе приводятся формулы, учитывающие влияние магнитуды и расстояния на уровень, преобладающий период, спектральный состав колебаний. Для каждого пункта наблюдения строятся графики распределения значений видимого периода и ширины сейсмического импульса.

16.3. Картирование территории в количественных характеристиках сейсмических колебаний возможно и по материалам записей на местных станциях далеких землетрясений, эпицентры которых занимают ограниченную область.

16.4. При прогнозе сейсмических воздействий можно воспользоваться и мировой библиотекой записей сильных движений. Собственно, такой прием и использован в СНиП при составлении кривой “бета”. Однако можно заметно повысить точность прогнозных оценок, составляя ансамбли кривых “бета” для ограниченных интервалов расстояний и магнитуд.

16.5. Учет вероятного механизма очага позволяет еще больше сузить интервалы возможных вариаций кривых “бета” в данном районе. Осторожные оценки говорят о том, что при взбросах и надвигах при прочих равных условиях уровень амплитуды ускорений в эпицентральной зоне на 30% выше, чем для сдвигов при 90% уровне доверия. Для сбросов наоборот – уровень амплитуды ускорений в эпицентральной зоне на 30% меньше. Резонансная частота при взбросах выше, чем при сдвигах в среднем на 20%. Логарифмическая ширина спектров изменяется таким же образом.

16.6. Оценку сейсмических воздействий можно также контролировать на основании макросейсмических характеристик землетрясения, а также данных, полученных другими методами. Например, “вялые” очаги отличаются преобладанием в спектре длиннопериодных составляющих.

16.7. Генерация искусственных акселерограмм производится с учетом основных параметров сейсмических колебаний – уровня, преобладающих периодов, ширины импульсов, которые должны соответствовать местным сейсмогеологическим условиям и реальным записям местных землетрясений [29].

Список использованных источников

1. Решение Всесоюзного совещания «Детальное сейсмическое районирование». Симферополь: ИПКОН АН СССР, 19с.

2. Методические рекомендации по детальному сейсмическому районированию (проект) / Под ред. и // Детальные инженерно-сейсмологические исследования. М.: Наука, 1986, (Вопр. инж. сейсмологии; вып. 27).

3. Аптикаев параметров сейсмических колебаний при сильных землетрясениях: Отчет о НИР ИФЗ АН СССР. – ГР . – Москва, 1983бс.

4. Lee, V. W., Trifunac, M. D. Strong earthquakes ground motion data in EQINFOS: part 1. - Univ. of Southern California, Dept. of Civil Eng. Rpt. 87-01, Los Angeles, 19p.

5. Сейсмическое районирование территории СССР. - М.: Наука, 19с.

6. Аптикаев колебаний поверхности грунта вблизи техногенных сейсмических источников / Основания, фундаменты и механика грунтов. – 20С

7. Аптикаев по снижению ущерба от землетрясений / Природные опасности России. - М: Крук, 2000. – Глава 7. - С.

8. Пoлякoв С. B., Тpебовaния к каpте сейсмического районирования в связи с зaдaчами проектирования сoоружений/ Сейсмотектоника южных районов СССР. М.: Наука, 1978. C.

9. Методические рекомендации по детальному сейсмическому районированию (проект) / Под ред. и // Детальные инженерно-сейсмологические исследования. М.: Наука, 1986, (Вопр. инж. сейсмологии; вып. 27).

10.  , Нерсесов детального сейсмического районирования / Тр. Всесоюзного Семинара “Сейсмическое микрорайонирование в инженерных изысканиях для строительства”. - М.: ЦИНИС Госстроя СССР, 1979. - C.

11.  , , Лямзина принципы сейсмического микрорайонирования//Вопросы инж. сейсмологии, вып. 15, 1973. С. 3-5.

12.  , , Кузин принципы детального сейсмического районирования для ГЭС и АЭС / Детальное сейсмическое районирование. - М.: Наука, 1980. - С.

13.  , , выделение сейсмоопасных зон в Альпийской складчатой зоне. М.: Наука,19с.

14.  , , нерсесов И. Л., Рейснер принципы сейсмического районирования на примере центральной части Тянь-Шаня//Изв. АН СССР, сер. Геофиз. 1960. № 2, с. 77-94, №3, с.353-370.

15.  Детальное сеймическое районирование в горных областях. Фрунзе: Илим, 19с.

16.  Детальное сейсмическое районирование. М.: Наука, 19с.

17.  , , и др. детальное сейсмическое районирование территории Западного и южного Узбекистана. Ташкент: Фан, 19с. (Инф. сообщ. № 000).

18.  Солоненко и рельеф / Геоморфология. 1973. № 4. С. 5-15.

19.  Ранцман землетрясений и морфоструктура горных стран. М.: Наука, 19с.

20.  Чернов изменения спектра колебаний грунта в ближней зоне землетрясения / Вопр. инж. сейсмол.- М.: Наука, 1984. - вып. 25. - С. 16 – 28

21.  Koch H. Zur Moglichkeit der Abgrenzug von Lademengen bei Steinbruchsprengungen nach festgestellten Erschutterungsstarken / Nobelhefte.- 1956. – 2

22.  , , Макаров строение и современные геодинамические процессы в литосфере Восточно-Европейской платформы. Екатеринбург: УрО РАН, 20с.

23.  (ред.). Методы детального изучения сейсмичности. / Труды ИФЗ АН СССР. – 1960. - № 9 (196).

24.  , К вопросу о сейсмическом эффекте взрыва / Труды ТИССТ. XI. - С.

25.  Шебалин использования инженерно-сейсмологических данных при сейсмическом районировании / Сейсмическое районирование СССР. - М.: Наука, 1968. - С.

26.  Об оценке сейсмической интенсивности / Сейсмическая шкала и методы измерения сейсмической интенсивности. - М.: Наука, 1975. - С.

27.  , Аптикаев шкал типа MSK / Вычислительная сейсмология, вып. С. 210 – 253.

28.  Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР. - М.: Наука, 1977. – 536 с.

29.  , Фролова огибающей амплитуд ускорений на записях сильных движений/ Сб. Советско-Американских работ по прогнозу землетрясений. - Душанбе: Дониш, 1979в. - Т. 2. - Кн. 2. - С.

30.  СНиП II-7-81* - Строительство в сейсмических районах // М.,1982, 48 с.