ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ И ДИНАМИКА ГРУНТОВ

СИЛА И ЧАСТОТА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ   

Рис. 1. Сейсмичность южного полушария Земли: показаны эпицентры землетрясений, произошедших за 1975-1995 годы. Цветом обозначена глубина очага в км (шкала глубин приведена справа от рисунка). Видна концентрация очагов у границ литосферных плит (каталог Национального информационного центра землетрясений Геологической службы США).

    Тысячи землетрясений происходят в мире каждый день. Единственный относительно свободный от сейсмических толчков континент - это Антарктида (рис. 1), а остальные в той или иной мере сейсмичны. Однако распределение очагов землетрясений на Земле неравномерно как по площади, так и по глубине. Глубина очага очень важна с точки зрения силы, а значит, и последствий землетрясения: ведь сейсмические волны затухают с расстоянием от источника, однако величина накопленных напряжений обычно заметно возрастает с глубиной. Неглубокий толчок может ощущаться как сильный на небольшой площади, а на больших расстояниях от эпицентра его последствия будут незначительны. Глубокий же толчок может вызвать умеренные сотрясения, но на гораздо большей территории. Расчеты показывают [2], что практически везде земная кора испытывает сжатие. Естественно предположить, что наибольшая плотность сейсмических очагов должна быть в местах концентрации максимальных напряжений. Очаги землетрясений в разных местах планеты сосредоточены в пределах сейсмических зон четырех основных типов, что объясняется с позиций современной тектоники литосферных плит.   

    Большая часть действительно глубокофокусных толчков происходит вокруг Тихого океана или вблизи его берегов (рис. 2) и связана с зонами субдукции, или поддвига одной плиты (в данном случае Тихоокеанской) под другую (например, Южно-Американскую). Самый глубокий из известных толчков произошел на глубине около 720 км к востоку от острове Ява [4]. С зонами субдукции связаны и многочисленные мелко-среднефокусные очаги землетрясений в зависимости от их положения на погружающейся плите. В результате формируются наклонные сейсмофокальные плоскости (скопления очагов), именуемые зонами Беньоффа.
    Вне Тихого океана очаги глубиной более 100 км крайне редки. Так, в Калифорнии, самом сейсмичном районе Северной Америки (не считая Аляски), подавляющее большинство землетрясений происходит на глубинах не более 16 км. Приурочены они к сейсмической зоне другого типа - участку трения между двумя жесткими блоками земной коры, который проявляется как крупный сейсмогенерирующий разлом (например, разлом Сан-Андреас в Калифорнии и Анатолийский разлом в северной Турции).
    Преимущественно мелкофокусные землетрясения связаны также с широким поясом горных систем, протянувшимся из Мьянмы (ранее Бирма) через Гималаи и Среднюю Азию в Средиземноморье, где существуют зоны концентрации высоких сжимающих напряжений. Есть и исключения: район Гибралтара, где в 1954 году произошел толчок на глубине 640 км, горы Вранча в Румынии, а также Гиндукуш, где были толчки на глубине около 220 км.   

Рис. 2. Распространение очагов сильных землетрясений - с магнитудой более 6,5, произошедших на Земле за 20-летний период с 1.01.1976 по 31.12.1996 года (модифицированная проекция Мольвейде). Размер кружка соответствует магнитуде толчка, цвет - глубине фокуса в км (каталог Совета национальной системы сейсмических сетей США, CNSS).

    Последний тип сейсмогенерирующих зон - это срединно-океанические хребты, где более тонкая земная кора испытывает растяжение и накапливаемые напряжения сравнительно невелики. В результате вдоль оси такого хребта формируются мелкофокусные очаги с умеренной сейсмической активностью, сопровождающейся вулканизмом. Пример такого участка - остров Исландия, пересекаемый Срединно-Атлантическим хребтом.
    Примерно 2/3 всех произошедших на нашей планете землетрясений неглубокие (менее 70 км), и лишь несколько процентов толчков были отмечены на глубинах более 450 км [4]. Наиболее же сейсмичные районы, где происходит около 140 сильных землетрясений ежегодно, сосредоточены у границ литосферных плит и составляют порядка 10% площади Земли.
    Когда говорят о силе землетрясения, имеют в виду либо интенсивность толчка, либо его магнитуду. Первая есть мера разрушений, вызванных землетрясением, вторая - мера высвобожденной при толчке энергии сейсмических волн.   

    Максимальное число градаций сотрясения в современных шкалах интенсивностей - двенадцать (их называют баллами). Наиболее распространены модифицированная шкала Меркалли (ММ) и международная шкала MSK (Медведев-Спонейер-Карник). Например, 8-балльный толчок по шкале ММ описан следующим образом: "В зданиях, возведенных по специальным проектам, - легкие повреждения, в типовых зданиях - значительные, иногда частичное разрушение...Отрыв панелей от каркасов. Падают печные и фабричные трубы, колонны, памятники... Перемещается тяжелая мебель. Изменяется уровень воды в колодцах и скважинах". Условность таких шкал очевидна: сила землетрясения получается зависящей от качества строительства, плотности населения и других факторов.
    Более универсальной и физически обоснованной характеристикой землетрясения служит его магнитуда. Она характеризуется максимальной амплитудой записи, полученной сейсмографом стандартного типа на фиксированном расстоянии от эпицентра толчка. Первая шкала магнитуд землетрясений была изобретена в 1935 году американским профессором Чарлзом Фрэнсисом Рихтером (1900-1985) и носит его имя. В настоящее время используется несколько магнитудных шкал. В шкале локальных магнитуд (первоначальная шкала Рихтера) за магнитуду толчка принимается величина ML = lg A_max , где А_max - максимальная амплитуда колебаний (в мкм) по записи стандартного короткопериодного (0,8 с) крутильного сейсмографа на эпицентральном расстоянии 100 км. Эта шкала была разработана применительно к сейсмогеологическим условиям Калифорнии для изучения землетрясений с удалением эпицентров до 600 км и глубиной фокуса менее 30 км, когда в общем спектре сейсмических нагрузок преобладают поперечные волны.

Следующая страница