О принципах построения региональной шкалы сейсмической интенсивности

, , и др. О принципах построения региональной шкалы сейсмической интенсивности. / , , // Геофизические исследования в Восточной Сибири на рубеже XXI века: Сб. науч. тр.- Новосибирск: Наука. Сиб. издат. фирма РАН, 1996. - С.

О принципах построения региональной шкалы сейсмической интенсивности

, , Институт земной коры СО РАН

Международная шкала MSK-64 исполь­зовалась на протяжении 30 лет, однако техни­ческий прогресс в области инженерной сейсмо­логии и сейсмостойкого строительства потре­бовал разработки модифицированных версий, ни одна из которых ввиду несовершенства не была узаконена. В 1992 году рабочей группой Европейской сейсмологической комиссии (ESC) была разработана новая версия, названная Евро­пейской макросейсмической шкалой EMS-92 (European, 1993), которая была рекомендована для использования в течение трехлетнего испы­тательного срока, после чего предполагалось ее редактирование с учетом накопленного опыта применения.

Во избежание пересмотра ранее полу­ченных оценок интенсивности и внесения бес­порядка в изучение сейсмического режима авто­ры Европейской шкалы придерживались прин­ципа преемственности шкал и сохранения внут­ренней логики шкалы MSKПри этом подразумевалось, что шкала может быть исполь­зована и осмыслена как компромисс, так как в принципе невозможно создание шкалы, которая могла бы ликвидировать все несогласованности

между диагностическими признаками различ­ных уровней интенсивности, поскольку эти не­согласованности могут отражать такие факторы, как различия в общественно-экономическом укладе и культурных традициях регионов.

В основу шкалы EMS-92 положены, пре­жде всего, макроэффекты, зафиксированные в сооружениях после землетрясений. Инструмен­тальные данные, например, ускорение верхнего слоя грунта, отнесены на второй план. В качес­тве основного критерия при оценке сейсми­ческой интенсивности принят анализ степеней повреждений зданий существующей застройки. При этом в классификацию включены здания с сейсмоусилением, тогда как в действующей шкале MSK-64 рассматриваются только здания без антисейсмических мероприятий.

Статистика повреждений включает все здания, расположенные на исследуемой тер­ритории, а не только здания со степенями повре­ждений dmax И dmax-1, KBK ЭТО было принято в

шкале MSK-64. Этот подход совпадает с рабо­тами (2), в которых обосновано использование нормального закона распреде­ления числа зданий по степеням их повре-

165

ждении, подтвержденного результатами стати­стического анализа последствий землетрясений.

В EMSвведено обобщающее по­нятие "класса повреждаемости" (уязвимости), включающее классификацию

- конструктивных типов зданий,

- уровней регулярности,

- уровней качества,

- уровней антисейсмического усиления.

Введение понятия уровня качества ценно тем, что судя по анализу последствий землетря­сений этот фактор зачастую является наиболее существенным в обеспечении сейсмостойкости сооружений. Здания, не имеющие специального антисейсмического усиления, но возведенные из хороших материалов и с высоким качеством строительных работ, оказываются более сейсмо­стойкими, нежели здания, запроектированные с сейсмоусилением, но построенные с технологи­ческими нарушениями и имеющие низкое качес­тво материалов.

Для застройки старинных городов Вос­точной Сибири со значительной долей ветхих строений (например, для Иркутска), включение в классификацию уровней качества особенно необходимо, так как это позволяет учесть сте­пень физического износа здания путем перевода его в соответствующий класс повреждаемости.

Регламентация уровней антисейсмичес­кого усиления актуальна для районов, в период освоения которых пересматривались отечест­венные нормы сейсмостойкого строительства, следствием чего явилось наличие в застройке зданий с различным уровнем сейсмоусиления, соответствующим времени их возведения.

В шкале EMS-92 сейсмологические и другие природные эффекты используются с большой осторожностью - только как вспомога­тельные критерии. Для густонаселенной Европы этот подход оправдан ввиду сложности разделе­ния первичных сейсмогенных эффектов и их последствий, однако в условиях неразвитой сети сейсмологических наблюдений и огромных не­заселенных пространств Сибири и Дальнего Востока других критериев определения интен­сивности попросту не существует. Поэтому тре­бования шкалы EMS-92 к неевропейским регио­нам оказываются недостаточными. Сейсмогеологические и инженерно-геологические факто­ры должны обязательно включаться в число ос­новных положений региональной шкалы. В шкале EMS-92 не акцентировано внимание на инструментальных методах оценки вероятных ускорений верхнего слоя земной коры, являю­щихся главной причиной повреждения зданий и сооружений. Шкала EMS-92 не нашла широкого

применения и не апробирована окончательно в Европе; можно уверенно сказать, что и в России применять ее без серьезной корректировки неце­лесообразно. Вместе с тем появление этой шка­лы подтолкнуло авторский коллектив к интенси­фикации ведущихся исследований по разработке региональной шкалы сейсмической интенсив­ности (РШСИ). Учитывая многообразие природно-климатических, сейсмологических и инже­нерно-геологических условий на обширной тер­ритории России, а также различия применяемых в застройке типов зданий и сооружений, в т. ч. крупных инженерных сооружений, разработка и практическое использование РШСИ является актуальной задачей.

Подобные шкалы должны учитывать прежде всего региональную ситуацию в кон­кретных географических регионах, которую ни­как "не воспринимает" общестандартная шкала. Хорошо известно, что локальные вариации лю­бых полей всегда более контрастны, чем сред­ние вариации относительно больших полей. РШСИ должна опираться на четыре группы фа­кторов и учитывать их практически в равной степени. К ним относятся:

- общая сейсмическая ситуация;

- максимально возможная магнитуда землетря­сения;

- региональные сейсмогеологические и инже­нерно-геологические условия;

- инструментальные характеристики вычислен­ных или измеренных при землетрясении ускоре­ний, скоростей и смещений верхней части гео­логического разреза;

- своеобразие применяемых в застройке региона конструктивно-технологических систем.

Широкий по специализации диапазон факторов требует применения нескольких раз­носторонних (часто не взаимосвязанных) мето­дов исследований. Они могут быть объединены в три группы:

- макросейсмические, в т. ч. оценка сейсмо­стойкости зданий и инженерных сооружений;

- инструментальные;

- сейсмогеологические, в т. ч. инженерно-геоло­гические.

Таким образом, принцип построения РШСИ носит интегральный характер. В регио­нальной шкале придается примерно равное зна­чение инструментальным и макросейсмическим методам исследований. Этим она отличается от других шкал, в частности, от EMS-92, в которой упор делается на макросейсмические эффекты. В этом смысле представляется существенным, что результаты инструментальных наблюдений позволяют дать количественную оценку сей-

166

омического события в отдельных пунктах тер­ритории, тогда как макросейсмические данные характеризуют сейсмический эффект на обсле­дуемой площади.

Естественно, что макросейсмические эф­фекты становятся явными после события. Для использования РШСИ при районировании неос­военных территорий рекомендуется проводить предварительные испытания на сейсмостой­кость планируемых к застройке основных типов зданий. Требованиям обязательного проведения подобных испытаний для типовых зданий при нагрузках, характерных для сейсмической си­туации в регионе, должен быть придан норма­тивный статус.

Инструментально-макросейсмический принцип построения РШСИ требует разработки критериев для интегральной оценки потенци­альной сейсмической опасности территории ре­гиона. Современные методы сейсморайонирования дают оценку вероятности возникно­вения землетрясений той или иной балльности по временной шкале повторяемости событий че­рез 100, 1000 или 10000 лет. (3) предлагает использовать шкалу ускорений с учетом вероятности их возникновения в течение 100 лет. Он же предлагаетя новую модель ин­струментальной шкалы сейсмической интенсив­ности.

Оценка сейсмической интенсивности по РШСИ должна проводиться путем интегриро­вания результатов исследований, как минимум двух групп методов. В своей основе все они ис­пользуют разные единицы измерений:

- описательные при макросейсмических (вклю­чая статистическую обработку результатов),

- полуколичественные при инженерно-геологи­ческих

- количественные при инструментальных иссле­дованиях.

По совокупности факторов интегральная оценка может быть получена экспертным путем через весовые коэффициенты факторов, исполь­зуемых в общей оценке интенсивности. Весовые коэффициенты факторов для каждого региона должны подбираться путем анализа эмпиричес­ких данных.

Переход на РШСИ является качествен­ным скачком в развитии методов детального сейсмического районирования. Региональная шкала легко позволяет осуществить переход к оценке сейсмического риска или к другой форме экономической оценки возможных последствий сейсмических событий. РШСИ ориентирована на оперирование большим количеством вход­ных данных и использование современной вы­числительной техники для получения интеграль­ных оценок сейсмической опасности. Это одно из минимальных требований наступающего нового века к научным исследованиям, имеющим высокую практическую значимость и необходи­мость незамедлительного внедрения в практику.

Список литературы

1. , Шкала сейсмической интенсивности MSK-64. - М.: 1965. 2. Распределение степеней повреждения зданий и использование его при оценке балльности // Сейсмическая шка­ла и методы измерения сейсмической интен­сивности. - М.: Наука, 1975. с. 253-266. 3. Aptikaev F. F. Development of Detailed Seismic Zoning / J. Earthquake Predict. Res. -1993. - vol. 2. -№ 1. - P. I 15-123. 4. European Macroseismic Scale 1992 (up-date MSK-scale) // Edit. G. Grunthal.- Luxem­bourg. -19 pp. 5. Rashutina N. V., Shermam S. I., Berzhinsky yu. a., Pavlenov KA. The basic principles of scale for assessing earthquake intencity in the Baikal seismic zone // Proceedings of the fifth international conference on SEISMIC ZONA-NION. - France, Nice, 1995. - p. .