Землетрясения.
Механизм возникновения.
Прогноз

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

КУРСОВАЯ РАБОТА

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ. МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ. ПРОГНОЗ

Работу выполнила

Филатова

Факультет геологический курс 1

Направление подготовки 20 700. 62 Геология

Научный руководитель

О.Н. Зуб

Нормоконтролер

доцент, к.г.п. О.Л. Донцова

Краснодар 2013

РЕФЕРАТ

Курсовая работа состоит из введения, двух глав и заключения.

В работе рассмотрены современные проблемы сейсмологии. Изложены общие сведения о землетрясениях, а также их классификация по типу. На основе анализа географического распределения сейсмических зон сделаны выводы о пространственном размещении сейсмофокальных зон. Приводятся сведения о методах их прогноза и антисейсмических мероприятиях.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА. Сейсмические зоны; плейстосейстовая область; гипоцентр землетрясения; сейсмические волны; тектонические, вулканические и техногенные землетрясения; прогноз; антисейсмические мероприятия.

Составила В.В. Филатова

ВВЕДЕНИЕ

Прогноз землетрясений в настоящее время является одной из актуальнейших проблем наук о Земле, в значительной степени одной из главных задач физики Земли. Землетрясения — весьма быстрые упругие колебания мантии и литосферы и вызванные ими сотрясения земной поверхности, происходящие при взрывообразном высвобождении механической энергии в очагах на глубинах от 3 до 750 км. Очаг землетрясения — это некоторый объём пород, в котором происходит их динамический разрыв под воздействием напряжений, накопившихся в процессе тектонических деформаций.

Под прогнозом понимается предсказание места и времени возникновения будущих землетрясений с указанием их возможной силы и характера проявления на поверхности Земли. Попытки постановки задачи предсказания в момент сильных толчков предпринимались во многих странах, в особенности в связи с разрушительными землетрясениями.
К настоящему времени возможность предсказания времени возникновения сильных землетрясений значительно усилилась благодаря обнаружению большого числа явлений — предвестников приближающихся землетрясений, когда вероятность предсказания может быть подтверждена многочисленными инструментальными наблюдениями. Тем не менее, в сообществе исследователей в области прогноза землетрясений сформировался скептический взгляд на наличие физически обоснованных, надёжно инструментально регистрируемых предвестников катастрофических землетрясений, на основе которых возможно осуществление прогноза времени, места и силы будущих событий.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ

1.1. Причины землетрясений

Ценою усилий нескольких поколений исследователей специалисты теперь неплохо представляют, что происходит при землетрясении и как оно проявляется на поверхности Земли. Но ведь поверхностные явления-это результат того, что происходит в недрах. И основное внимание специалистов теперь сосредоточено на познании глубинных процессов в недрах Земли, процессов, приводящих к землетрясению, его сопровождающих и за ним следующих.

Большинство землетрясений вызывают огромные силы, возникающие, когда две плиты сталкиваются друг с другом: либо в зонах субдукции, где одна плита поддвигается под другую, либо вдоль трансформ, по которым две плиты проходят мимо друг друга. Во время притирания порода на любой из сторон может немного изгибаться и растягиваться, но рано или поздно напряжение возрастет до такого уровня, что они внезапно раскалываются. Стремительный отрыв порождает ударные (сейсмические) волны, расходящиеся по земле во всех направлениях от очага, или гипноцентра, — точки, где оторвалась порода. [2]

Разрыв распространяется вдоль границы плиты, как трещина в стекле. Чем длиннее трещина, тем сильнее землетрясения. Например, во время землетрясения в 2004 году в Южной Азии разрыв вдоль границы Индо-Австралийской плиты прошел на 1000 километров. Крупное землетрясение в 1964 году на Аляске подняло горы вверх на 12 метров.

Большинство землетрясений сдвигают грунт всего на несколько сантиметров. Однако совокупное воздействие на ландшафт последовательных землетрясений оказывается весьма значительным. Если породы на каждой стороне разрыва смещаются лишь на 10 сантиметров в столетие, то через миллион лет они могут подняться или опуститься на целый километр.

1.2. Механизм возникновения

Любое землетрясение — это мгновенное высвобождение энергии за счет образования разрыва горных пород, возникающего в некотором объеме, называемом очагом землетрясения, границы которого не могут быть определены достаточно строго и зависят от структуры и напряженно-деформированного состояния горных пород в данном конкретном месте. Деформация, происходящая скачкообразно, излучает упругие волны. Объем деформируемых пород играет важную роль, определяя силу сейсмического толчка и выделившуюся энергию.

Большие пространства земной коры или верхней мантии Земли, в которых происходят разрывы и возникают неупругие тектонические деформации, порождают сильные землетрясения: чем меньше объем очага, тем слабее сейсмические толчки. Гипоцентром, или фокусом, землетрясения называют условный центр очага на глубине. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 километров. А эпицентром — проекцию гипоцентра на поверхность Земли. Зона сильных колебаний и значительных разрушений на поверхности при землетрясении называется плейстосейстовой областью (рис. 1.2.1.)

Рис. 1.2.1. Плейстосейстовая область

По глубине расположения гипоцентров землетрясения делятся на три типа:

1) мелкофокусные (0−70 км),

2) среднефокусные (70−300 км),

3) глубокофокусные (300−700 км).

Чаще всего очаги землетрясений сосредоточены в земной коре на глубине 10−30 километров. Как правило, главному подземному сейсмическому удару предшествуют локальные толчки — форшоки. Сейсмические толчки, возникающие после главного удара, называются афтершоками. Происходящие в течение значительного времени, афтершоки способствуют разрядке напряжений в очаге и возникновению новых разрывов в толще горных пород, окружающих очаг.

Рис. 1.2.2 Типы сейсмических волн: а — продольные P; б — поперечные S; в — поверхностные ЛяваL; г — поверхностные Рэлея R. Красной стрелкой показано направление распространения волны

Сейсмические волны землетрясения, возникающие из-за толчков, распространяются во все стороны от очага со скоростью до 8 километров в секунду.

Различают четыре вида сейсмических волн: P (продольные) и S (поперечные) проходят под землей, волны Лява (L) и Рэлея ® — по поверхности (рис. 1.2.2.)Все виды сейсмических волн распространяютсяочень быстро. Волны P, сотрясающие землю вверх и вниз, самые стремительные, они движутся со скоростью 5 километров в секунду. Волны S, колебания из стороны в сторону, лишь незначительно уступают в скорости продольным. Поверхностные волны медленнее, однако, именно они вызывают разрушения, когда удар приходится на город. В твердой породе эти волны распространяются так быстро, что их нельзя увидеть глазом. Однако рыхлые отложения (в уязвимых районах, например, в местах подсыпки грунта) волны Лява и Рэлея в состоянии превратить в текучие, так что можно видеть проходящие по ним, как по морю, волны. Поверхностные волны могут опрокидывать дома. И во время землетрясения 1995 года в Кобе (Япония), и в 1989 году в Сан- Франциско серьезней всего пострадали здания, построенные на насыпных грунтах. 3]

Очаг землетрясения характеризуется интенсивностью сейсмического эффекта, выражаемого в баллах и магнитуде. В России используется 12-балльная шкала интенсивности Медведева-Шпонхойера-Карника. Согласно этой шкале, принята следующая градация интенсивности землетрясений (1.2.1.)

Таблица 1.2.1. 12-балльная шкала интенсивности

Интенсивность баллы

Общая характеристика

Основные признаки

1

Незаметное

Отмечается только приборами.

II

Очень слабое

Ощущается отдельными людьми, находящимися в здании в полном покое.

III

Слабое

Ощущается немногими людьми в здании.

IV

Умеренное

Ощущается многими. Заметны колебания висящих предметов.

V

Сильное

Общий испуг, в зданиях легкие повреждения.

VII

Сильное

Паника, все выбегают из зданий. На улице некоторые люди теряют равновесие; падает штукатурка, в стенах появляются тонкие трещины, повреждаются Кирпичные дымовые трубы.

VIII

Разрушительное

Сквозные трещины в стенах, отмечается падение карнизов, дымовых труб Много раненых, отдельные жертвы.

IX

Опустошительное

Разрушение стен, перекрытий, кровли во многих зданиях, Отдельные здания разрушаются до основания, много раненых и убитых.

X

Уничтожающее

Обрушение многих зданий, в грунтах образуются трещины до метра шириной. Много убитых и раненых.

XI-XII

Катастрофическое

Сплошные разрушения всех сооружений. Образуются трещины в грунтах со смещением по горизонтали и вертикали, оползни, обвалы, Изменение рельефа в больших размерах.

Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты, дороги, дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.

1.3. Типы землетрясений

По характеру процессов в их очагах выделяют несколько типов землетрясений, основными из которых являются тектонические, вулканические и техногенные.

Тектонические землетрясения. Возникают вследствие внезапного снятия напряжения, например, при подвижках по разлому в земной коре (исследования последних лет показывают, что причиной глубоких землетрясений могут быть и фазовые переходы в мантии Земли, происходящие при определенных температурах и давлениях). Иногда глубинные разломы выходят на поверхность. Во время катастрофического землетрясения в Сан-Франциско 18 апреля 1906 общая протяженность поверхностных разрывов в зоне разлома Сан-Андреас составила более 430 км, максимальное горизонтальное смещение — 6 м. Максимальная зарегистрированная величина сейсмогенных смещений по разлому 15 м.

Вулканические землетрясения. Происходят вследствие резких перемещений магматического расплава в недрах Земли или в результате возникновения разрывов под влиянием этих перемещений.

Техногенные землетрясения. Могут быть вызваны подземными ядерными испытаниями, заполнением водохранилищ, добычей нефти и газа методом нагнетания жидкости в скважины, взрывными работами при добыче полезных ископаемых и пр. Менее сильные землетрясения происходят при обвале сводов пещер или горных выработок. 2]

1.4. Географическое распространение землетрясений

Размещение землетрясений на земном шаре носит вполне закономерный характер и в целом хорошо объясняется теорией тектоники литосферных плит. Наибольшее количество землетрясений связано с конвергентными и дивергентными границами плит, то есть с такими зонами, где плиты либо сталкиваются друг с другом, либо расходятся и наращиваются за счет образования новой океанической коры (рис. 1.4.1.). Высокосейсмичный район — активные окраины Тихого океана, где океанические плиты субдуцируют, то есть погружаются под континентальные и напряжения, возникающие в холодной и тяжелой плите, разряжаются в виде многочисленных землетрясений, гипоцентры которых образуют наклонную сейсмофокальную зону, уходящую в верхнюю мантию до глубин в 600−700 километров.

Такие наклонные сверхглубинные сейсмофокальные зоны были установлены и описаны голландским геофизиком С. В. Виссером в 1936 году, японским геофизиком К. Вадатив 1938 году и русским ученым А. Н. Заварицкимв 1946 году. Однако благодаря более поздним исследованиям американского сейсмолога Х. Беньофа в 1949 году они получили название сейсмофокальных зон Беньофа.

Землетрясения сопровождают и образование рифтов в срединно-океанических хребтах и на континентах, но там они в отличие от обстановок сжатия в зонах субдукции происходят в геодинамических условиях растяжения или сдвига.

Рис. 1.4.1 Строение сейсмофокальной зоны под Японскими островами

Еще один регион сильных и частых землетрясений — это Альпийский горно-складчатый пояс, простирающийся от Гибралтара через Альпы, Балканы, Анатолию, Кавказ, Иран, Гималаи в Бирму и возникший всего 15−10 миллионов лет тому назад в результате коллизии грандиозных литосферных плит: Африкано-Аравийской и Индостанской, с одной стороны, и Евразийской — с другой. Процесс сжатия продолжается и в настоящее время, поэтому постоянно накапливающиеся напряжения непрерывно разряжаются в виде землетрясений. Наибольшее количество гипоцентров землетрясений в этом поясе приурочено к земной коре, то есть к глубинам до 50 километров, хотя есть и глубокие (до 300 километров), однако наклонные сеймофокальные зоны выражены плохо и встречаются редко. Интересно, что распространение эпицентров в плане очерчивает, например, в Иране и Афганистане почти асейсмичные крупные блоки, которые оказались «спаянными» вместе в процессе коллизии, зоны их сочленения все еще активны. В пределах СНГ к наиболее сейсмически активным регионам относятся Восточные Карпаты, Горный Крым, Кавказ, Копетдаг, Тянь-Шань и Памир, Алтай, район оз. Байкал и Дальний Восток, особенно Камчатка, Курильские острова и о-в Сахалин, где 28 мая 1995 года произошло разрушительное Нефтегорское землетрясение с магнитудой 7,5, а число погибших составило 2 тысяч человек. 6]

Все перечисленные регионы обладают горным, часто высокогорным рельефом, свидетельствующим о том, что они в настоящее время испытывают активные тектонические движения, а вертикальная скорость подъема поверхности земли превышает скорость эрозии. Во многих регионах, например в Закарпатье, на Кавказе, на Байкале, последние извержения вулканов происходили геологически недавно, а на Камчатке и Курильских островах происходят и в наши дни. Именно такие районы и характеризуются высокой сейсмической активностью, прямо коррелирующейсяс тектонической. Следует отметить, что и на стабильных участках земной коры, на платформах, в том числе и на древних, также случаются землетрясения. Правда, эти землетрясения достаточно редкие и в целом относительно слабые. Однако бывают и сильные, как, например, на эпипалеозойской молодой Туранской плите в Кызылкумах в районе Газли в 1976 и 1984 годах, причем поселок Газли был дважды полностью разрушен.

Подавляющая часть землетрясений (более 85%) происходит в условиях обстановки сжатия, и только 15% - в обстановке растяжения, что согласуется с современной геодинамикой геологических структур и характером перемещений литосферных плит. 6]

2. ПРОГНОЗ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

2.1. Прогноз

Заинтересованность правительственных учреждений в прогнозе землетрясений исключительно велика — тысячи человеческих жизней могут быть спасены, если предсказания окажутся точными. Целые города могут, эвакуированы зря, если оно окажется ложным. Из-за многих неопределенностей, связанных с землетрясениями удачное их предсказание бывает весьма редким. Тем не менее, возможность точного предсказания настолько заманчива, что сегодня сотни ученых, в основном в США, Японии, Китае и России, заняты исследованиями по прогнозу землетрясений.

В качестве возможной основы прогноза принят целый ряд признаков. Наиболее важны и надежны из них следующие:

· статистические методы,

· выделение сейсмически активных зон, которые долго не испытывали землетрясения,

· изучение быстрых смещений земной коры,

· исследование изменений соотношений скорости продольных и поперечных волн,

· изменения магнитного поля и электропроводности горных пород,

· регистрация предваряющих толчков «форшоков»,

· исследование распределения очагов во времени и пространстве.

Статистические методы просты. Они основаны на анализе сейсмологической истории района: данных о числе, размерах и частоте повторения землетрясений. Предполагая, что сейсмичность района не меняется с течением времени, можно по этим данным оценить вероятность будущих землетрясений. Чем длиннее период времени, за который имеем сведения о землетрясениях, тем точнее будет прогноз. В Калифорнии сведения о землетрясениях собраны примерно за 200 лет, а в Китае имеются данные более чем за 2000 лет. 5]

Статистическое изучение сейсмического режима позволило ввести понятия сейсмического цикла и так называемых зон затишья — зон в сейсмически активных районах, где в течение длительного времени наблюдается слабая сейсмическая активность. Средняя длительность сейсмического цикла равна примерно 140 годам — время между сильнейшими сейсмическими событиями в одном месте. Зоны затишья — места накопления максимальной упругой энергии, где возможно ожидать сильное землетрясение. Это явилось основой долгосрочного сейсмического прогноза.
Если известна частота, с которой землетрясения происходили в прошлом, можно сделать обобщенный статистический вывод о вероятности землетрясения в будущем.

Статистические прогнозы не помогают предсказать конкретное место и конкретное время землетрясения. Таким образом, они не очень полезны с точки зрения предварительных мероприятий по безопасности. С другой стороны они имеют огромное значение для инженеров, которые должны проектировать сооружения со сроком существования 50−100 лет.
Принцип другого метода — выделение сейсмически активных зон без землетрясений — логичен. В его основе определение в сейсмически активных зонах участков, где долго не было толчков и где, следовательно, долго не происходило разрядки энергии. Именно там можно ожидать катастрофическое землетрясение. Этот метод правилен и проверен, однако для точного прогноза не представляет. Он не позволяет назвать ни день, ни неделю, ни месяц, когда произойдет событие. Но это не означает, что такого рода исследования не имеют значения: это обеспечит в угрожаемых местах своевременную подготовку и должно учитываться во всех нормативах при возведении зданий и промышленных объектов. 2]

О готовящемся землетрясении может свидетельствовать и увеличение скорости движения земной коры. Этот метод исследований используется в России, Японии, Соединенных Штатах Америки. Перед некоторыми землетрясениями земная поверхность быстро поднималась (быстро в геологическом смысле, со скоростью несколько миллиметров в год), затем движения прекращались, и происходило разрушительное землетрясение.
Много внимания уделяют методу исследования соотношения скорости продольных и поперечных волн. Скорость сейсмических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через которые волны распространяются, а также от содержания воды и других физических характеристик пород. Скорости волн измеряются с помощью небольших взрывов в скважинах; при этом возбуждаются сейсмические волны, которые записываются близлежащими станциями.

Перед отдельными землетрясениями повышается напряженность магнитного поля и электропроводимость пород. Земное магнитное поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных пород и движений земной коры. С целью изменения магнитного поля были разработаны специальные магнитометры. Измерения электропроводимости пород проводятся с помощью электродов, помещаемых в почву на расстоянии нескольких километров друг от друга. При этом измеряется электрическое сопротивление толщи земли между ними.

Некоторым сильным землетрясениям предшествуют более слабые толчки, так называемые форштоки. Установлена последовательность событий, предшествовавших нескольким сильным землетрясениям в Новой Зеландии и Калифорнии. Во-первых, это тесно сгруппированная серия толчков примерно равной магнитуды, которая называется «предваряющим роем». За ним следует период, названный «предваряющим перерывом», в течение которого нигде в окрестностях сейсмических толчков не наблюдается. Затем следует «главное землетрясение», сила которого зависит от величины роя землетрясений и продолжительности перерыва. Предполагается, что рой вызывается раскрытием трещин. В Японии исследования этого явления признаны заслуживающими доверия, но надежным на 100% этот метод не станет никогда, ибо многие катастрофические землетрясения происходили без каких-либо предварительных толчков. 3]

Известно, что очаги землетрясений не остаются на одном и том же месте, а перемещаются в пределах сейсмической зоны. Зная направления этого перемещения и его скорость, можно было бы предположить будущее землетрясение. К сожалению, такого рода перемещение очагов не происходит равномерно. В Японии скорость миграции очагов определена величиной 100 км в год. В районе Мацуширо в Японии регистрировалось множество слабых толчков — до 8000 в день. Через несколько лет оказалось, что очаги приближаются к поверхности и смещаются в южном направлении. Было вычислено вероятное место -положение очага следующего землетрясения и непосредственно к нему была пробурена скважина. Толчки прекратились. 1]

2.2. Антисейсмические мероприятия

Антисейсмические мероприятия следует предусматривать при проектировании канализации, а также проводить их при строительстве и эксплуатации. Так в определенных районах по возможности следует проектировать децентрализованные системы канализации. При трассировке сети следует проектировать посередине проездов, а по трассам коллекторов и каналов, идущих вблизи водоемов, балок и оврагов, устраиваются аварийные выпуски.

В зданиях, возведенных с антисейсмическими мероприятиями, при оценке степени повреждения учитываются только повреждения несущих элементов конструкций.

Опыт эксплуатации сооружений показывает достаточную эффективность антисейсмических мероприятий, которые направлены на конструктивное упрочнение сооружений. Для их разработки необходимы данные о возможных динамических и остаточных деформациях грунтов в основании сооружений, возникающих при сейсмических воздействиях.

Существенно осложняет грунтовые условия при землетрясениях неоднородность геологического разреза, его обводненность и степень увлажненности пород.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема «что делать с прогнозом» остается. Связь с землетрясением какого-либо геофизического параметра до сих пор не установлена и применение математических способов едва ли уменьшит эту неопределенность. Проблема прогноза не вышла за рамки научного поиска, остаются нерешенными все основные ее составляющие.

При всем обилии проведенным и проанализированных наблюдений, место, время и магнитуда будущих разрушительных землетрясений даже в хорошо изученных регионах по-прежнему оказывается неожиданным. Тем не менее, необходимо собирать все новые, дополнительные данные, но какие? Комплекс возможных параметров в том или ином факторе можно варьировать и расширять беспредельно, однако рамки реальных возможностей всегда заставляет как-то его ограничивать. Перспективен ли вообще такой путь?

А пока нет ответа на этот и многие другие вопросы, у человечества есть только один способ обезопасить себя — развивать и совершенствовать сейсмостойкое строительство на территориях, которые подвержены влиянию сильных землетрясений.

Каждое землетрясение — это и урок, и экзамен. И не только для сейсмологов, специализирующихся и, может быть, наиболее способных учеников по классу землетрясений в Школе Природы, но и для проектировщиков, землеустроителей и экономистов. Более того, для всех жителей поражаемых подземными бурями областей.

землетрясение пояс сейсмичность земной

Список используемой литературы

Опубликованная

1. Фарндон Д. Драгоценные и поделочные камни, полезные ископаемые и минералы. Энциклопедия коллекционера. — Издательство «Эксмо», 2005.

2. Короновский Н. В. Общая геология. Учебник, 3-е издание. — Издательство «КДУ», 2012.

3. Апродов В. А. Природа мира. Зоны землетрясений. — Издательство «Мысль», 2000.

4. Исмаилова С. Большая школьная энциклопедия. — Издательство «Олма-Пресс», 2005.

5. Короновский Н. В., Абрамов В. А. Науки о земле. — Московский государственный университет, 1998.

. ur

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой