Землятрясение. Характеристика. Примеры

 

Быстрая разгрузка или нагрузка территорий, в частности при перемещении больших объемов воды, которые сами по себе отличаются высокой тектонической активностью, связанной с деятельностью человека может совпасть с их естественным сейсмическим режимом, и даже спровоцировать ощутимое людьми землетрясение.

 

Для наглядности можно рассмотреть зависимость между началом разработки газовых месторождений и активизацией сейсмической активности. Интервал времени между этими событиями представлен в таблице.

Газовые месторождения	Период, год
Strachan (Канада)	2
Rocky Mountain (США)	4
Лак (Франция)	12
Газли (Узбекистан)	12
Fashing (США)	16
Нефтяные месторождения	Период, год
Snipe Lake (Канада)	7
Старогрозненское (Россия)	8
Love Country (США)	12
Бурун (Туркменистан)	13
Sleepy Hollow (США)	19
Rangely (США)	19
Gobles (Канада)	19
Willmington (США)	21
Cocdell *(США)	25
Долина (Украина)	26
Imogene (США)	29
Кум-Даг (Туркменистан)	34
Ромашкинское (Россия)	39
Coalinga (США)	87

 

Иллюстрацией вышесказанного служит множество примеров антропогенных  землетрясений в различных частях света. Среди них землетрясение 11 декабря 1967 года в Индии в районе плотины Койна с магнитудой 6.4, унесшее жизни 177 человек, вызванное заполнением водохранилища, сильные наведенные землетрясения с магнитудами около шести известны при строительстве Ассуанской плотины в Египте, плотины Койна в Индии, Кариба в Родезии, Лейк Мид в США.

 

Обширный комплекс проблем  может возникнуть вокруг нефтегазового комплекса при бурении на шельфе Каспийского моря. Интенсивная разработка месторождений углеводородного сырья, а именно они привлекают основное внимание инвесторов, сопровождается антропогенным воздействием на окружающую среду, которая в Южном Каспии сейсмически не благополучна и без этого. При неблагоприятном сочетании техногенных факторов, и особенностей природного деформационного процесса возрастает вероятность возникновения техногенных землетрясений, а также значительных смещений земной поверхности, способных привести к аварийным катастрофическим ситуациям, таким как разрывы продуктопроводов, выход из строя эксплуатационных скважин, разрушения жилых и производственных строений, коммуникаций. Колоссальный экологический ущерб от подобных аварий отодвигает на второй план ущерб экономический.

 

К примерам подобного  сочетания неблагоприятных факторов, на которое наложилось антропогенная  деятельность человека можно отнести  оползень случившийся в канадском  городке Френк. В 1901 году небольшое  землетрясение привело к потере прочности склонов горы Тартл. Вибрации горных склонов из-за взрывов производимых для добычи каменного угля и от движения составов по железной дороге проложенной у подножья горы постоянно воздействовали на горный массив. От добычи каменного угля в нем образовались большие пустоты - ежесуточно здесь извлекалось до 1100 тонн. Всего было извлечено почти 397 тысяч кубометров породы, а пустоты образовавшиеся в недрах составили объем порядка 181 тысячу кубических метров. Таким образом землетрясение, антропогенная деятельность и образовавшиеся пустоты в недрах горы ослабили в конце концов устойчивость горных склонов. В связи с этим 29 апреля 1903 года, вершина горы Тартл на высоте 900 метров сдвинулась с места и вниз обрушилась лавина скальных пород объемом почти 30 миллионов кубометров. Скально-земляной вал высотой в 30 метров и шириной фронта в два с половиной километра в считанные секунды преодолел расстояние около четырех километров со скоростью в 160 км/час и похоронил под собой долину реки Кроузнест и шахтерский городок Френк. Погибло 70 жителей, а 16 шахтеров работавших в шахтах чудом спаслись, прокопав себе путь в слоях угля.

 

Особенно увеличилось  количество антропогенных землетрясений  в конце 20 века, когда техногенная  деятельность человека, принявшая планетарный масштаб, стала причиной наведенной, то есть искусственно вызываемой, сейсмичности, возникающей, например, при ядерных взрывах. К примеру, испытания на полигоне Невада инициировали тысячи сейсмических толчков.

 

С каждым днем человечество продолжает осваивать новые территории, воздвигать новые и более грандиозные сооружения, добывать из под земли углеводородное сырье и минералы. Риск потерь от сейсмических явлений будет возрастать, соответственно этому должен сроиться и подход к мониторингу окружающей среды и прогнозу неблагоприятных ситуаций.

Обвальные землетрясения 

Обвальные землетрясения  носят локальный характер и происходят в местностях, богатых известковыми породами, обычно как следствие недостаточного отвода воды. Они происходят из-за того, что под землею существуют пещеры. Из-за вымывания известковых пород подземными водами образуются карсты, более тяжелые породы давят на образующиеся пустоты и они иногда обрушаются, вызывая землетрясения. Сейсмические колебания могут возникать при обвалах на склонах гор, провалах и просадках грунтов. В некоторых случаях, за первым ударом следует другой или несколько ударов с промежутком в несколько дней. Это объясняется тем, что первое сотрясение провоцирует обвал горной породы в других ослабленных местах. Подобные землетрясения называют еще - денудационными.

 

Обвальные землетрясения  могут быть вызваны как природным  так и человеческим воздействием. Сами по себе обвалы, сходы лавин, обрушение  кровли пустот в недрах могут подготавливаться и возникать под воздействием различных, достаточно естественных факторов. Однако, к примеру, проведение земляных работ с использованием вибраций, взрывов, в результате которых образуются пустоты, изменяется плотность окружающих пород может послужить их причиной.

 

Сотрясения земли могут быть вызваны обвалами и большими оползнями несвязанными с тектоническими землетрясениями. Например, обрушение в силу потери устойчивости горных склонов громадных масс породы, сход снежных лавин также сопровождаются сейсмическими колебаниями, которые обычно далеко не распространяются.

 

Так в 1974 году со склона хребта Викунаек в Перуанских Андах в  долину реки Мантаро с высоты почти  два километра обрушилось вниз почти  полтора миллиарда кубометров горных пород, похоронив под собой 400 человек. Оползень с невероятной силой ударил по дну и противоположному склону долины, сейсмические волны от этого удара были зарегистрированы на удалении почти в три тысячи километров. Сейсмическая энергия удара составила эквивалент землетрясения с магнитудой более пяти по шкале Рихтера.

 

На территории России подобные землетрясения неоднократно происходили в Архангельске, Вельске, Шенкурске и других местах. На Украине  в 1915 году жители Харькова ощутили сотрясения почвы от обвального землетрясения  произошедшего в Волчанском районе.

Даже вибрации - сейсмические колебания, которые всегда происходят вокруг нас, сопровождают разработку месторождений  полезных ископаемых, движение автотранспорта и поездов, незаметные, но постоянно  существующие микроколебания могут  привести к разрушениям.

 

Элементарным примером служит то, как без видимого внешнего воздействия постепенно  отслаивается от стен штукатурка, падают, вроде бы устойчиво закрепленные предметы. Вибрации, вызываемые движением подземных  поездов метро, также не улучшают сейсмический фон территорий, но это уже больше относится к полностью техногенным сейсмическим явлениям.

Горные удары 

Частным случаем обвальных  землетрясений являются горные удары, сопровождающие наряду с выбросами  угля и газа работы по подземной  добыче полезных ископаемых. При углублении шахты в недра, разработке залежей ископаемых возникают пустоты. Это ведет к изменению поля напряжений в пласте горных пород и,  соответственно к новому распределению нагрузки, которая частично компенсируется специальным крепежом в шахтах.

Однако не всегда можно  добиться полного перераспределения  нагрузки. Тогда и происходят внезапные  выбросы породы и обвалы шахт, сопровождаемые микроземлетрясениями. Эти своеобразные горные землетрясения, также сопровождаются сейсмическими и акустическими колебаниями, но как правило, в пределах небольшого объема горных пород.

 

В таблице представлено процентное соотношение числа каждого  из рассмотренных выше видов землетрясений.

 

Тип землетрясения	Процент от общего числа	Диапазон магнитуд
Тектонические	Около 95%	До 9
Вулканические	До 5%	До 8
Обвальные (денудационные)	Менее 1%	Не более 5
Техногенные (антропогенные)	Менее 0.1%	Известны до 5

 

Помимо упомянутых выше классификаций, существует также деление  землетрясений по глубинам возникновения. Фокус землетрясения может находиться на разной глубине, поэтому землетрясения классифицируются на глубокофокусные, промежуточные и мелкофокусные землетрясения. Диапазоны глубин, а также процентное соотношение возникновений каждого из видов представлены в таблице.

Наименование	Диапазон глубин	Процент от общего числа
Поверхностные	До 100 км	51%
Промежуточные	От 100 до 300 км	36%
Глубокофокусные	От 300 км и больше	13%

 

Как правило, большинство землетрясений происходит на глубине до 70 километров от поверхности Земли, меньше до 200 километров. Но бывают землетрясения и на очень большой глубине. Например, землетрясение в Колумбии в 1970 году с магнитудой 7.6 на глубине 650 километров. Еще реже очаги землетрясения регистрируются и на большой глубине - более 700 километров. Максимальная глубина гипоцентров - 720 километров была зарегистрирована на территории Индонезии в 1933, 1934 и 1943 годах. Наиболее разрушительным из глубоких землетрясений в последние годы было землетрясение 1977 года в Румынии с магнитудой 7.2; в 1970 году землетрясение с магнитудой 7.6 произошло в Колумбии на глубине 650 км.

Глубокофокусные землетрясения

Поскольку, по современным представлениям о внутреннем строении Земли, на таких глубинах вещество мантии под действием тепла и давления переходит из хрупкого состояния, при котором оно способно разрушаться, в тягучее, пластическое, глубокофокусные землетрясения представляются наиболее интересными для рассмотрения. Везде, где глубокие землетрясения случаются достаточно часто, они "вырисовывают" условную наклонную плоскость, названную по именам японского и американского сейсмологов зоной Вадати - Беньеффа. Она начинается вблизи земной поверхности и уходит в земные недра, до глубин порядка 700 километров. Зоны Вадати - Беньеффа приурочены к местам, где сталкиваются тектонические плиты - одна плита подвигается под другую и погружается в мантию. Зона глубоких землетрясений как раз и связана с такой опускающейся плитой.

 

Морское землетрясение 1996 года в Индонезии, было наиболее сильным глубоким землетрясением с очагом на глубине в 600 километров. Это была редкая возможность для просвечивания глубин Земли до пяти тысяч километров. Однако это происходит нечасто даже в масштабах планеты. Очаги почти всех глубоких землетрясений расположены в зоне Тихоокеанского кольца состоящего из островных дуг, глубоководных желобов и подводных горных хребтов.  Изучение глубокофокусных землетрясений, неопасных для человека, представляет большой научный интерес - оно позволяет точнее представить себе механизм геологических процессов, понять природу постоянно происходящей в недрах Земли трансформации материи и вулканических явлений. Так, после анализа сейсмических волн от глубокофокусного землетрясения в Индонезии 1996 года сейсмологами Северо-западного Университета США и французской Комиссии по ядерной энергии было доказано, что ядро Земли является твердым шаром из железа и никеля с диаметром в 2400 километров. Тем не менее, сам механизм возникновения очага землетрясения в таких размягченных породах.