ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 5, с. 442-453
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 624.131 : 699.841
СЕЙСМОСТОЙКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО И СЕЙСМИЧЕСКИЕ РИСКИ НА СЕВЕРНОМ КАВКАЗЕ
© 2013 г. В. Г. Столяров, Л. В. Бабаевская
Северо-Кавказский государственный технический университет, пр. Кулакова, 2, Ставрополь, 355029 Россия. E-mail: vgstolyarov@yandex.ru
Поступила в редакцию 12.08.2011 г. После исправления 11.04.2012 г.
Рассмотрены проблемные вопросы, связанные с сейсмостойкостью зданий вблизи активных тектонических разломов. Положение и размер этих зон, правила строительства в них или его полный запрет в нормах России не отражены. Достигнутый уровень сейсмозащиты зданий не позволяет обеспечить их безопасность в этих зонах: интенсивность землетрясений может достигнуть 10 и 11 баллов по шкале MSK, последствия которых характеризуются как "всеобщие разрушения зданий" и "катастрофа". Опасна также ситуация, когда в "обычных" сейсмических районах здания строятся в расчете на 7 или 8 баллов MSK, а воздействия могут достигать 9 или 10 баллов MSK.
Ключевые слова: сейсмическая безопасность, Северный Кавказ, тектонические разломы, нормативные и расчетные воздействия.
Сейсмическая безопасность в 15-километровой полосе вдоль активных тектонических разломов. В последние десятилетия произошли сильнейшие землетрясения: Спитакское, 1988 г., Нефтегорское, 1995 г., в Кобе и Факусима(Япония), 1995 и 2011 гг., Чи-Чи (Тайвань), 21.09.1999 г., когда была разорвана надвое бетонная плотина. На российско-тайваньском симпозиуме [8] отмечено, что "земля словно взрывалась, в воздух взмывали огромные камни, небо освещали вспышки света". Тайваньские геологи дали такое объяснение "этому необычному и устрашающему событию": камни были выброшены сжатым паром, который образовался от нагревания контактирующих, но смещающихся кусков породы по разным сторонам разлома. "Во время землетрясения возникла трещина длиной около 100 км, но извержение камней наблюдалось только на маленьком участке гористой местности в 13 км от эпицентра, это трение, сопровождавшее смещение слоев породы относительно друг друга, настолько нагрело землю, что вода почти моментально превращалась в пар, рассчитал Ши-Вей Хуан из Национального университета Чен Кун. "Пар заполнял трещины и полости в породе, создавая эффект скороварки. В конце концов высокое давление просто разбило породу на куски, распространив трещины вверх к поверхности. Когда трещины достигли верхне-
го слоя земли, камни были выброшены из земли подобно пулям" [8]. Было отмечено, что "сильные землетрясения, оказывается, далеко не так разрушительны, как можно подумать. Оценка по шкале Рихтера означает общее движение почвы, а крушение зданий вызывает не оно, а высокочастотное, хотя бы и несильное, сотрясение".
В Иран-Кавказ-Анатолийском регионе непосредственно на разломах с магнитудой М = 8 ± 0.2 расположены столицы государств и крупные города Тегеран, Тебриз, Эрзурум, Ашхабад. В городе Туркмен-Баши (Красноводск) в 1895 г. произошло землетрясение с М = 8. А ашхабадское землетрясение с М = 7.3 в 1948 г. разрушило столицу Туркмении, погибли 110 тыс. жителей -большая часть проживавшего в то время населения. Должных выводов из этой трагедии не сделано, город был отстроен на том же месте [19]. Но наметились положительные сдвиги: столицей Казахстана вместо сейсмоопасной Алматы стала сейсмобезопасная Астана; в Иране планируют перенести столицу в безопасное место. "Иранские сейсмологи предупреждают, что в районе Тегерана в ближайшее время может произойти сильнейшее землетрясение". Аятолла Хамени выступил с предложением о переносе столицы в "район между городами Кум и Делижан в 200 километрах от Тегерана, где землетрясений не было
Таблица 1. Сейсмические ускорения в 15-километровой зоне от границ зоны ВОЗ в штате Калифорния, США
Сейсмический очаг и его параметры Значение коэффициента Ыа при наиближайшем расстоянии от границы зоны ВОЗ
Тип М, баллы; скорость проскальзывания SR, мм/год < 2 км 5 км 10 км > 15 км
А М> 7; SR > 5 2.0 1.6 1.2 1.0
В М> 7, SR < 5; М< 7.0, SR > 2; М> 6.5, SR < 2 1.6 1.2 1.0 1.0
С М< 6.5; SR < 2 1.0 1.0 1.0 1.0
более двух тысяч лет". Вопрос о переносе столицы Ирана впервые ставился еще 20 лет назад. Намеченный перенос 14-миллионного Тегерана, плюсы и минусы практической реализации - а их может быть немало - будут примером для Иран-Кавказ-Анатолийского региона и для всех сейс-моопасных мест. Раньше сейсмическая опасность городов на разломах обсуждалась в узких кругах специалистов-сейсмологов, теперь предпринимаются первые реальные действия.
Но это проблема не только нашего региона -она имеет общемировой характер. В январе 2010 г. помощник генерального секретаря ООН по вопросам уменьшения опасности бедствий Маргарета Вальстрем сообщила, что из десяти наиболее крупных по населению городов планеты восемь: Токио, Мехико, Нью-Йорк, Мумбай (Бомбей), Нью-Дели, Шанхай, Калькутта и Джакарта -стоят в сейсмоопасных зонах, на разломах земной коры. С пригородами общее число проживающих в них превышает 161 млн. человек [9]. Отмечалось, что "землетрясения являются самыми смертоносными природными бедствиями и остаются серьезной угрозой для миллионов людей по всей планете, поскольку восемь из десяти самых населенных городов мира расположены на линиях геологических разломов, линиях землетрясений. Сокращение угрозы бедствий является обязательной сферой для инвестиций каждого сейсмо-опасного города. Сейсмическая опасность - это постоянный риск. И его нельзя игнорировать. Землетрясение может произойти где угодно и в любое время".
Следовательно, увеличение возможных сейсмических воздействий при приближении к сейс-моопасным разломам должно быть отражено в нормах. В Американских нормах уже проводится корректировка величины сейсмической нагрузки вблизи разлома и при удалении от него по нормали до 15 км [28]: "Для территории 4-й сейсмической зоны (Калифорния) с максимальным ускорением грунта Z = 0.4g величина сейсмической нагруз-
ки умножается на коэффициент Na (near-source factor)", определяемый по табл. 1.
В нормах Российской Федерации пока нет подобного увеличения сейсмических ускорений. При разработке наших норм в качестве методологической основы (положения о типе очага, расстояния до контрольных точек - 2; 5; 10 и 15 км) могут быть приняты положения Американских норм, но должны быть сделаны существенные уточнения, обсуждаемые далее.
Потенциальные магнитуды разломов в Иране и Турции наибольшие. На север от основных разломов сейсмического региона: в Армении, Азербайджане, Грузии и на Северном Кавказе они закономерно уменьшаются. Но уточненная карта основных сейсмолинеаментов, наблюдённых и потенциальных очагов с М = 7.0 ± 0.2 Северного Кавказа (см. рис. 1, ответственный редактор В.И. Уломов, ОИФЗ РАН) показывает, что и на территории России положение довольно опасное. От границы с Азербайджаном вдоль побережья Каспийского моря до г. Избербаш проходит единственный на Северном Кавказе разлом с потенциальной магнитудой М = 7.5; здесь же в районе г. Дербент (на 1998 г. проживало 91.1 тыс. жителей) находится потенциальный очаг землетрясений № 2. Далее до г. Грозный идет разлом с М = 7.0, на котором несколько южнее Гудермеса (1996 г., 30.8 тыс.) - потенциальный очаг № 1. На Армавиро-Ессентукском разломе, который примерно на 75 км в юго-восточном направлении от Ессентуков (1998 г., 97.8 тыс.) имеет повышенную магнитуду М = 7.0, на границе с Кабардино-Балкарией располагается эпицентр потенциального очага № 4. Потенциальный очаг № 6 расположен на разломе с М = 6.5 в 45 км к югу от Краснодара, вблизи г. Горячий Ключ (1998 г., 28.3 тыс.).
Информативными и очень полезными оказались семь замеров сейсмических ускорений, которые были проведены в Сан-Сальвадоре. Там
РЕАЛЬНЫЕ И ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ОЧАГИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИИ С М =7.0±0.2 СЕВЕРНОГО КАВКАЗА И СОПРЕДЕЛЬНОЙ ТЕРРИТОРИИ
ОЧАГИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЮ! с магнитудой М = 7.0±0.2
г—^ наблюденные, год
местоположение
---потенциальных очагов
К^^ШР) и среднеквадратичное отклонение направление наиболее ^ вероятной миграции 167 и межэпицентральные расстояния 5 - среднестатические межэпицентральные расстояния для землетрясений с М = 7.0 соответствуют 182 км, согласно:
6П1=10(0.6М=.1.94)
50 О 50 100кы
Рис. 1. Основные сейсмические разломы, наблюденные и потенциальные очаги с М = 7.0 ± 0.2 Северного Кавказа и сопредельных территорий.
были установлены 7 регистрирующих станций на расстояниях от 0.9 до 6.2 км от эпицентра [28]; глубина очага И = 7 км была постоянна и не сказывалась на величине замеренных сейсмических ускорений. Казалось бы, с удалением от очага ускорения должны были бы закономерно уменьшаться, но фактически указанная закономерность не подтверждается [19, 23, 28]. Во-вторых, при некоторых землетрясениях [6, 23] было проведено по два или три замера горизонтальных и вертикальных ускорений. Оказалось, что как горизонтальные, так и вертикальные ускорения разнились в 2-3 раза. Это можно объяснить разной силой сейсмических импульсов, связанных со срезом зацеплений противоположных сторон разлома различной площади, и наложением двух колеба-
тельных процессов с разными периодами - колебаниями каменного блока земной коры (вместе с четвертичными отложениями на поверхности) и излучаемыми при землетрясении сейсмическими волнами [17, 22, 28]. Вместо гипоцентра землетрясения как единой точки правильнее рассматривать разлом протяженностью до нескольких десятков километров. На конференции Сочи-2009 и в [4] В.Б. Заалишвили рассматривал аналитическое решение задачи, когда сейсмические волны исходили из трех точек зацеплений - в начале сейсмического разлома, по его середине и в конце разлома. Наблюдатель вблизи разлома отметит: волны приходят, например, с юго-востока, затем с юго-запада, а в конце землетрясения - с северо-запада.
Таблица 2. Расчетные значения вертикальных и горизонтальных сейсмических ускорений в 15-километровой зоне от ВОЗ
Сейсмический очаг и его параметры
Расчетные значения вертикальных и горизонтальных сейсмических ускорений и интенси
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.