Реферат: Научные данные >

Оглавление

1.Введение 2

2. Научные данные

2.1 Исторические и инструментальные данные по
сейсмичности Урала 4

2.2 Общая характеристика сейсмичности
Уральского региона 11

2.3 Современное напряженное состояние земной
коры Урала 14

3.Научно-исследовательская часть

3.1. Цифровые регистраторы сейсмических сигналов
«Дельта-ГЕОН» 17

3.2.Сейсмоприёмник 18

3.3 Результаты сейсмологического мониторинга на
территории Западного Урала в 2003 году. 19

3.4. Непрерывные сейсмологические наблюдения на
сейсмонтации «Арти» 22

3.5. В этом году на Урале возможны землятресения. 25

4.Заключение 26

5. Список литературы 29

6.Приложение 30


ВВЕДЕНИЕ

В последние годы изучению сейсмичности Урала и его сейсмогенных зон придается большое значение. Это связано с тем, что Средний Урал - развитый промышленный регион с высокой концентрацией объектов повышенной опасности, соседствующих с крупными населенными пунктами и большим количеством горнодобывающих предприятий. В его пределах имеются атомные реакторы и электростанции большой мощности, химические заводы, водохранилища, газо-, нефте- и другие продуктопроводы. В тоже время в пределах Среднего Урала неоднократно фиксировались сейсмические события с магнитудой более 4 и интенсивностью на поверхности 6-7 баллов по международной шкале MSK-64. По данным инструментальных наблюдений, землетрясения в этом районе продолжаются и в настоящее время, причем в результате интенсивной разработки многочисленных месторождений полезных ископаемых, заполнения искусственных водохранилищ и другой крупномасштабной промышленной деятельности возрастает количество техногенных событий.

Последствия землетрясений на Среднем Урале из-за его насыщенности промышленными и гражданскими объектами повышенной опасности и широкого развития шахтных полей в районах интенсивной добычи полезных ископаемых становятся все более ощутимыми. Так, события 28.05.1990 г. в районе Южно-Уральского бокситового бассейна (Челябинская область), зафиксированные почти всеми сейсмологическими станциями Европы, Северной Америки и Антарктиды, привели к частичному разрушению наземных и подземных сооружений, а 05.01.1995 г. в районе Соликамска (Пермская область) - к крупной аварии на калийном руднике, сопровождавшейся многочисленными обрушениями предохранительных целиков и взрывами горючих газов с последующим их горением.

Цель нашего реферата: узнать, будет ли землятресения на Урале.

Задачи нашего реферата:

1. Геотектоническая сущность землятресений.

2. Оценка сейсмичности уральского региона.

3. Экспериментальные исследования.

- Изучение методики исследования сейсмичности на Урале.

- Контроль за сейсмичностью на сейсмических станциях «Мариинск» (Ревда), «Радон» (Верхняя Пышма), Зональный (Нижний Тагил).

- Характеристика сейсмограммы одного из землятресений.

4. Заключение (Вывод)

На вышедшей недавно карте общего сейсмического районирования территории России (ОСР-97) выделена Среднеуральская область повышенной сейсмичности с оценкой величины максимальной балльности для основного строительства до 6 баллов, для особо важных и экологически опасных объектов до 8 баллов по шкале MSK-64. Таким образом, изучение сейсмичности Урала и его сейсмогенных зон является весьма актуальной задачей как с точки зрения повышения безопасности функционирования действующих промышленных объектов, так и с точки зрения оптимального выбора мест под новое крупное строительство.

Проблема изучения сейсмичности включает в себя обширный ряд частных вопросов: от регионального сейсмического районирования территорий до предсказания землетрясений и их последствий. В настоящей монографии на основе анализа исторических и инструментальных данных рассмотрены особенности сейсмичности и сейсмического районирования Уральского региона и возможная геодинамическая модель сейсмичности Урала. Эти исследования являются первым шагом на пути оценки степени сейсмической опасности территории Среднего и Южного Урала, необходимой для выработки концепции безопасной эксплуатации экологически опасных объектов в его пределах.


^ Исторические и инструментальные данные по сейсмичности Урала

Исследования уральской сейсмичности были начаты в прошлом веке. А.П. Орлов, первый исследователь, начавший изучение сейсмичности Урала в 1873 г., доказал существование землетрясений на Урале вопреки господствовавшему тогда мнению известного географа и путешественника А. Гумбольдта, что их там нет. В составленный в 1893 г. А.П. Орловым и И.В. Муш-кетовым каталог землетрясений Российской империи вошли и уральские события за период с 1788 по 1885 гг. (Левицкая, 1961). В первой половине XX века большую работу по сбору и обобщению данных об уральских землетрясениях проделали З.Г. Вейс-Ксенофонтова и В.В. Попов. В своей работе (Вейс-Ксенофонтова, Попов, 1940) они всесторонне рассмотрели сейсмичность Урала и привели схему и каталог землетрясений с 1788 по 1939 г. В последующие годы данные по сейсмичности Урала продолжали пополняться Институтом физики Земли АН СССР. В 1961 г. А.Я. Левицкая опубликовала карту распределения эпицентров землетрясений Урала с 1693 по 1958 гг., составленную на основе карточного каталога ИФЗ (Левицкая, 1961). На карту было нанесено 40 эпицентров землетрясений, описанных по историческим материалам и данным макросейсмических исследований, и три события (17.08.1914 в районе Билимбаевского завода, 19.04.1955 в районе Губахи и 28.07.1956 в районе Лысьвы силой от 4 до 6-7 баллов) по инструментальным наблюдениям. Особо следует отметить в этот период работы И.В. Ананьина, последовательно проанализировавшего большое количество архивных и литературных материалов о землетрясениях Русской равнины и Урала и составившего каталог землетрясений и карту эпицентров этой территории (Ананьин, 1968; 1977; 1980; 1988).

Началом инструментального периода наблюдений за сейсмичностью Урала можно считать 1906 г., когда в Екатеринбурге была открыта первая сейсмическая станция, оборудованная сначала как станция 2-го класса (Кирнос и др., 1961). С 1913 года станция переоснащается сейсмологической аппаратурой и сейсмографами с гальванометрической регистрацией системы Голици-на (Ломакин, Силина, 1976) и становится станцией 1-го класса, выполняющей наблюдения за землетрясениями и их обработку по единой программе с шестью другими станциями такого же класса, развернутыми к тому времени в Тифлисе, Иркутске, Ташкенте, Владивостоке, Баку и Макеевке. До этого времени удаленные сейсмические станции регистрировали лишь немногие из наиболее сильных уральских землетрясений. С 1957 г. сейсмические наблюдения по регистрации горных ударов выполняются в Кизеловском угольном бассейне до середины 90-х годов (Методические указания..., 1983), а с 1970 г. наблюдения за местной сейсмичностью и удаленными землетрясениями осуществляются в лаборатории-обсерватории в пос. Арти, включенной с 1973

года в Единую сеть сейсмических наблюдений (ЕССН) стран СНГ (Ломакин, 1976). В 1974 г. Институтом геофизики УрО РАН и Уральским филиалом ВНИМИ1 организованы наблюдения за местными землетрясениями в Угле-уральске (в 14 км к югу от Кизела), которые проводились до конца 80-х годов. С 1979 г. многоканальная станция «Североуральск» осуществляет регистрацию сейсмической активности и прогноз горных ударов на Североуральских бокситовых месторождениях (Сейсмологические исследования..., 1987). В 1992 г. начала работать сейсмостанция на Южноуральских бокситовых рудниках с целью контроля сейсмической активности на рудниках (Уральский филиал ВНИМИ). Кроме того, периодически ведутся экспедиционные работы по наблюдению за землетрясениями с автономными регистраторами "Земля" (Халевин, 1975; Померанцева, Мозженко, 1977) и "Черепаха" и "КАРС" (Дружинин, Юнусов, 1993; Дружинин и др., 1996).

Ограниченное время просуществовали сейсмические станции, развернутые Институтом геологии Башкирского филиала АН в г. Уфе (1972-1973 гг.) и Институтом геофизики УрО РАН в Миассово (1971-1976 гг.).

В настоящее время на территории региона имеется современная станция в лаборатории-обсерватории Института геофизики УрО РАН "Арти", успешно работающая в рамках Федеральной системы сейсмологических наблюдений, сейсмостанция в г. Екатеринбурге Объединенного института физики Земли РАН, две многоканальные (в виде локальных сетей) цифровые сейсмостанции Горного института УрО РАН, осуществляющие мониторинг природной и техногенной сейсмичности на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей (гг. Соликамск и Березники), станция в Североуральске, выполняющая мониторинг и прогноз сейсмической активности на шахтах Североуральского бокситового рудника и сейсмостанция на Южноуральских бокситовых рудниках с аналогичными задачами (СУБР, Уральский филиал ВНИМИ, ЮУБР). Обсерватории "Екатеринбург" и "Арти" входят в Единую сеть сейсмических наблюдений стран СНГ, а "Арти" и в Мировую сеть сейсмических станций. Другие ближайшие к Уралу станции ЕССН находятся на расстоянии 700 км ("Боровое"), 1450 км ("Москва") и 1500 км ("Семипалатинск") от Екатеринбурга и регистрируют лишь наиболее сильные события с магнитудами более 4.0.

Исследование уральской сейсмичности в 1960-80-е годы осуществлялось также в Институте геофизики Уральского научного центра АН СССР (г. Свердловск) под руководством Н.И. Халевина, в 80-90-е годы в Уральском филиале ВНИМИ под руководством B.C. Ломакина, а в 1990-е годы в Институте геофизики и Уральском филиале центра ГЕОН под руководством B.C. Дружинина, Горном институте УрО РАН (г. Пермь) под руководством

А.А. Маловичко и в Баженовской геофизической экспедиции Уралгеолкома под руководством С.Н. Кашубина.

В результате всех этих исследований было установлено, что уральские землетрясения имеют различную природу.

Несколько землетрясений относятся к обвальным (карстово-проваль-ным или денудационным). Они характеризуются малой силой, небольшой площадью распространения и связаны с существованием карстовых пустот в районе Пермского и Башкирского Предуралья (Вейс-Ксенофонтова, Попов, 1940; Левицкая, 1961; Никонов, 1996 и др.):

14.01.1879 г. "было моментальное землетрясение близ деревни Беисовой, Стерлитамакского уезда, Уфимской губернии. Оно сопровождалось двумя подземными ударами, после которых произошел провал в форме котла, имеющий в окружности 60 саж1. (провал находился в лесу в километре от деревни). Жители за два дня слышали в лесу подземный шум. Свидетель провала говорит, что было два удара: первый очень сильный; после второго удара земля с растущими деревьями стала опускаться, причем заклокотала вода и покрыла деревья с вершинами";

В марте, а затем в ноябре 1911 г. в селениях, расположенных вдоль реки Косьвы Пермской губернии, вследствие больших обвалов (карстовых явлений, обычных в этой местности) наблюдались толчки, сопровождавшиеся подземным гулом. Во время более сильных толчков замечено колебание висячих предметов. В некоторых местах перекосился пол и повело двери;

10.08.1915 г. при провале в 25 км от Кунгура в самом городе сотрясения составили 3-4 балла.

Имели место также техногенные причины, вызвавшие денудационные землетрясения (Вейс-Ксенофонтова, Попов, 1940):

В октябре-декабре 1934 г. в Верхне-Губахинском поселке Кизеловского района жители ощущали подземные толчки. Самый сильный толчок наблюдался 28.11.1934 г. Толчки сопровождались звоном посуды и оконных стекол, передвижением мелких и крупных предметов домашней утвари и т.п. В одном из домов растрескалась стена и обвалился небольшой кусок штукатурки. Наиболее заметно было колебание в верхних этажах шлакобетонных домов. В низких деревянных домах колебание ощущалось слабее. Толчки имели "горизонтальное направление". Продолжительность колебаний 8-10 сек.

Комиссия, выяснявшая причины землетрясения, пришла к выводу, что наиболее вероятной причиной было обрушение сводов карстовых пустот в связи с горными выработками в районе.

В последние десятилетия землетрясения, связанные с влиянием интенсивных горных работ, случались в Кизеловском бассейне, на Североуральском, Южноуральском бокситовых рудниках и Верхнекамском месторождении калийных солей (Маловичко и др., 1995-1998 и др.). В середине 90-х годов шахты Кизеловского бассейна закрыты и затоплены, техногенная сейсмическая активность здесь не наблюдается и вряд ли возобновится в ближайшее время.

Имеется описание землетрясения, по-видимому, связанного с гидравлическим ударом (взрывом без воспламенения, с выбросом грунта и флюидов) (Вейс-Ксенофонтова, Попов, 1940; Никонов, 1996):

В конце мая (или начале июня) 1885 г. произошел провал по речке Хлебной, находящейся близ д. Шишкиной (в 54 км от Оренбурга). "Окрестные жители были поражены гулом как бы от пушечного выстрела. Лошади прибежали домой с пастбищ. У подножия холма, заросшего лесом, сбежавшиеся поселенцы увидели сильный обвал: земля, поросшая лесом, отброшена более чем на 300 саж. («640 м) от холма. Среди разбросанных глыб оказалась яма в виде кратера продолговатой формы, шириною до 6 саж. (12-13 м). Дно было заполнено массой плывуна и осыпавшейся земли".

По мнению А.А. Никонова (устное сообщение), взрывом скопившихся под землей газов объясняется событие 29.08.1914 г. в районе Сатки.

По крайней мере два события, судя по их описанию, могут быть отнесены к сотрясениям метеоритного (импактного) происхождения ГВейс-Ксено-фонтова, Попов, 1940; Никонов, 1996):

12.09.1841 г. в Нижне-Тагильском заводе наблюдалось легкое колебание почвы, от которого мебель и домашняя утварь пришли в сотрясение: "один из жителей, ловивший ночью рыбу с лодки на заводском пруду услыхал во втором часу утра удар с северной стороны, потом гул и шум, отчего вода заколыхалась, рыба поднялась наверх, а он сам едва спасся на берег". Подземный гул, слышанный на поверхности земли, как перекаты, в шахтах раздался, как сильный удар грома, с треском. Точно такие же явления наблюдались в Чер-нореченском заводе. На западном склоне Урала (в Висимо-Уткинском) подземного гула не было слышно. "В Н. Тагиле в 4 часа утра небо озарилось розоватым заревом как бы от пожара. К 6 часам зарево стало мутножелтым". "Атмосфера с самого появления красного сияния была наполнена сильным, имевшим перегорелый запах дымом". Появление дыма было повсеместным во всей губернии. (Возможно падение метеорита, вызвавшее лесной пожар. В.В. Попов);

30.08.1887 г. в селе Частые, Оханского уезда, Пермской губернии на р. Каме произошло колебание почвы, вызванное толчком. "Сила толчка была настолько велика, что стекла в рамах зазвенели и в деревянных непрочных зданиях заколебались стены. Над Пермью в это же время пролетал аэролит. Он упал в версте от селения Таборы, в 15 в. от Оханска, на поле, с таким треском, что работавший поблизости крестьянин упал без чувств. Гром был слышен в с. Острожном. Из Спешковской волости сообщают о целом дожде камней небольшой величины, которым повреждены хлеба и лес".

Однако, значительная часть землетрясений Урала - тектонические. Наиболее сильные из них (Вейс-Ксенофонтова, Попов, 1940; Левицкая, 1961; Ломакин, Силина, 1976; Ананьин, 1977 и др.):

23.05.1798 г. в районе Перми - длилось несколько секунд, особенно ощущалось в каменных зданиях. "В соборной церкви качались паникадила, тряслись связи и слышен был какой-то гул (глухой шум). В домах колебались стены и мебель и трещали окна". Область, охваченная землетрясением, в северо-западном направлении простирается через Осинский, Кунгурский и Верхотурский уезды и в юго-восточном через Пермский, Кунгурский и Екатеринбургский уезды;

27.04 и второй толчок 15(или 16).05.1847 г. в районе Кушвы и г. Благодать - продолжалось около минуты. В селениях Бисертского завода, в Северном и Пограничном рудниках наблюдалось как слабое, не причинившее вреда. В Крестовоздвиженских промыслах началось подземным ударом, за которым "последовало колебание почвы, продолжавшееся около минуты, причем тряслась мебель и прочая домашняя утварь", "дома жителей Кыновского завода потряслись и был большой испуг между жителями". Во время второго толчка на заводе Кушвинском, Верхне-Туринском, Нижне-Туринском и Би-сертских приисках "земля колебалась так сильно, что в домах тряслась мебель и качались лампы; в нижней церкви Кушвинского собора от сотрясения выпала фольга из стеклянного подвеска паникадила, а в стенах образовались трещины". Слышался подземный гул, подобный пушечному;

29.01.1849 г. в г. Ишиме раздался глухой подземный гул, подобный сильному ветру. Многие городские здания сотрясались. В соборе "свод церковный трещал и лопался", колебались висячие предметы и "образовались трещины в верхнем этаже..., а также в алтаре нижней церкви". В некоторых домах оказались повреждения ("из шкафов попадала посуда и стекла в оконных рамах раскололись");

17.08.1914 г. в Билимбаевском заводе (56 км западнее Екатеринбурга) попадали дымовые трубы и сильно трещали стены. В Кунгуре было 5 толчков, продолжительностью около минуты. В Нижне-Тагильском заводе землетрясение выразилось в легком колебании, продолжительностью 0.5 мин. В Крас-ноуфимске, Кургане и Златоусте волнообразное колебание. Подобно событию 23.05.1798 г., это землетрясение охватило целиком весь Средний Урал (от Красновишерска на севере до Троицка на юге и от Перми на западе до Кургана на востоке). Причем область 5-6 балльных сотрясений захватила Екатеринбург, Н.Тагил, и Н.Серги. Это землетрясение было зарегистрировано инструментально как нашими, так и заграничными сейсмическими станциями. Характерно, что сейсмическая станция в Екатеринбурге в продолжение первых двух минут даже не смогла зафиксировать запись этого события на светочувствительной бумаге вследствие большой скорости движения световой регистрирующей точки. Поэтому вероятный эпицентр землетрясения (район Билимбаевского завода) был определен по неинструментальным данным (субъективные наблюдения, которые в виде опросных анкет поступили в распоряжение Екатеринбургской обсерватории, главным образом, от наблюдателей метеорологической сети).

В последние годы последствия тектонических землетрясений на Среднем Урале из-за его насыщенности промышленными и гражданскими объектами повышенной опасности и широкого развития шахтных полей в районах интенсивной добычи полезных ископаемых становятся все более ощутимыми. Так, события 28.05.1990 г. в районе Южно-Уральского бокситового бассейна (Челябинская область), зафиксированные почти всеми сейсмологическими станциями Европы, Северной Америки и Антарктиды, привели к большим разрушениям подземных выработок и частичному разрушению наземной части вентиляционного ствола, а 05.01.1995 г. в районе Соликамска (Пермская область) к крупной аварии на калийном руднике, сопровождавшейся многочисленными разрушениями опорных целиков и взрывами горючих газов с последующим их горением.

Всего по Уральскому региону имеются описания и инструментальные наблюдения около сотни событий различной интенсивности, значительная часть которых относится исследователями к тектоническим землетрясениям, причем около половины из них сосредоточено в густонаселенных и промыш-ленно освоенных районах Среднего и Южного Урала (рис. 1.1). Нельзя исключить, что "насыщенность" этого района землетрясениями по сравнению с территорией Северного и Полярного Урала в исторический период связана с большей плотностью населения этих мест. Однако и в инструментальный период, когда все наиболее значимые события на Урале фиксируются ЕССН стран СНГ и Мировой сетью сейсмических станций, явно наблюдается приуроченность большинства современных событий к этому региону.

Таким образом, несмотря на то, что на фоне катастрофических землетрясений, происходящих в различных регионах Земли, Урал характеризуется относительно спокойной сейсмической обстановкой, его никак нельзя отнести к асейсмичным районам. Анализ исторических данных и инструментальных наблюдений последних лет убедительно показывает, что землетрясения с проявлениями на поверхности в 5-6 баллов (по международной шкале балльности MSK-64) происходили в различных районах Урала раз в 10-20 лет. Подавляющее большинство землетрясений произошло в пределах Среднего и Южного Урала - примерно от широты г. Серова на севере до г. Златоуста на юге. При этом чаще всего сейсмические события имели место в Пермском Приуралье и на Среднем Урале, от Перми на западе до Красноуральска на востоке (рис. 1.2), то есть в густонаселенном и промышленно развитом районе, где имеются сооружения повышенной опасности (атомные реакторы, крупные электростанции, химические заводы и горнодобывающие предприятия). Даже небольшие разрушения, вызванные землетрясениями на таких объектах, могут привести к катастрофическим экологическим последствиям и человеческим жертвам, поскольку большинство гражданских и промышленных объектов рассчитаны при строительстве лишь на 5 балльные сотрясения. По своей природе значительная часть уральских землетрясений имеет тектоническое происхождение, однако в последние десятилетия участились сейсмические события техногенной природы – тектонические напряжения плюс деятельность человека, нарушающая равновесие состояние массива горных пород.




Рис. 1.1. Распределение эпицентров землетрясений на Урале

Прямоугольным контуром обозначена область локализации землетрясений; красными кружками - эпицентры землетрясений различной магнитуды:

^ Общая характеристика сейсмичности Уральского региона

По характеру сейсмичности Урал занимает промежуточное положение между такими современными тектонически активными районами Северной Евразии, как Тянь-Шань, Кавказ, Карпаты и др., и более тектонически спокойными - Восточно-Европейской платформой и Западно-Сибирской плитой. В целом сейсмическая активность Урала выше, чем активность Восточно-Европейской платформы и Западно-Сибирской плиты, но ниже, чем сейсмическая активность Тянь-Шаня, Кавказа и других сейсмоактивных регионов (Сейсмическое районирование..., 1980; Системный проект..., 1995 и др.)

Из-за отсутствия на Урале сети сейсмических станций механизмы очагов уральских землетрясений неизвестны. Однако, как было показано выше, по природе сотрясения уральские землетрясения могут быть разделены на несколько типов. Как видно из рис. 1.4, практически четверть всех известных событий на Урале имеют нетектоническую природу. Это денудационные (обвальные) землетрясения в районах развития карстовых пустот в Пермском и башкирском Пре-дуралье (см. рис. 1.2); сотрясения импактного (метеоритного) происхождения; взрывы скопившихся под землей газов; гидроудары и т.п.

Из примерно 50 сейсмических событий, относимых на сегодняшний день к тектоническим землетрясениям, около сорока характеризовались проявлениями на поверхности 4 балла и более и лишь 15 имели магнитуды свыше 4.0 и силу на поверхности от 5 до 7 баллов. График повторяемости для тектонических землетрясений Урала в сравнении с графиком повторяемости для всего земного шара приведен на рис. 1.5. Как следует из этого рисунка, высвобождение энергии для землетрясений с магнитудами более 4 на Урале подчиняется тем же закономерностям, что и в среднем для мира (об этом свидетельствует близость коэффициентов Ь, характеризующих наклон графиков повторяемости). Иными словами, на каждые 7-8 событий с магнитудой М, как правило, приходится одно событие с магнитудой М+\. Резкое отличие наклона уральского графика от среднемирового для меньших магнитуд, по-видимому, связано с недостаточностью данных, так как существующая сеть сейсмологических станций не позволяет уверенно фиксировать уральские события с магнитудами менее 4.0. Следует также заметить, что если исключить неуверенные определения магнитуд до 1913 г., то график повторяемости будет иметь несколько больший наклон и максимально возможная магнитуда не будет превышать значение 5.5, так как график пересечет ось магнитуд в значении igN = 0.

Анализ пространственно-временных распределений параметров тектонических землетрясений Уральского региона, выполненный по данным каталога, приведенного в приложении, показывает следующую картину (рис. 1.6).

Намечается 80-летний цикл активизации и затухания сейсмической активности в Уральском регионе - примерно 20-25 лет относительно повышенной сейсмической активности сменяются 55-60 менее активными годами. В настоящее время (примерно с середины 80-х годов) сейсмическая активность Урала возрастает (рис. 1.6, а). Увеличение количества сейсмических событий в последние десятилетия обусловлено в том числе увеличением количества горных ударов и природно-техногенных землетрясений на площадях разрабатываемых месторождений полезных ископаемых.

По глубине очаги уральских землетрясений локализованы в земной коре (так же как и подавляющее большинство очагов землетрясений Тянь-Шаня и Кавказа). При этом более 60% гипоцентров сосредоточено в интервале глубин от 3 до 10 км (рис. 1.6, б), который по результатам многоволновых сейсмических исследований, как правило, характеризуется повышенными значениями модулей упругости горных пород.

Несмотря на сравнительно невысокую энергию в очаге (М от 2.0 до 3.5, реже 4.5-5.5) интенсивность землетрясений на поверхности, как отмечалось выше, иногда достигает 6-7 баллов (рис. 1.6, в, г). Возможно, относительно высокая интенсивность на поверхности при малых магнитудах событий связана с тем, что большая часть гипоцентров землетрясений в пределах Среднего Урала расположена в верхней части кристаллической коры до глубин 10 км.

На рис. 1.7, а-в показан характер зависимостей между глубинами гипоцентров и интенсивностями в очаге и на поверхности для тектонических землетрясений Уральского региона. Как видно из первых двух рисунков (а и б), в целом, наблюдаются тенденции увеличения магнитуды событий с глубиной и возрастания силы в эпицентре землетрясения для событий с большими маг-нитудами. Однако, как видно из рис. 1.7, а, мелкофокусные (преимущественно техногенные) землетрясения на Урале также нередко имеют значительную мощность, что приводит к отсутствию видимой корреляции между глубинами гипоцентров и интенсивностью на поверхности (рис. 1.7, в). Заметим, что подобные тенденции отмечаются и для некоторых других регионов с внутрико-ровой сейсмичностью (Касахара, 1985; Моги, 1988 и др.).

Как уже отмечалось выше, намечается определенная цикличность активизации и затухания сейсмической активности в Уральском регионе.

Сравнение периодичности сейсмической активизации различных районов северной Евразии с вариациями скорости вращения Земли за последние 200 лет (Дружинин, Хамьянова, 1969; Сидоренков, 1982; Коцева, 1994) показывает, что сейсмическая активность Восточно-Европейской платформы (ВЕП) и Урала существенно возрастает в периоды замедления скорости вращения Земли. По-видимому, такая связь не случайна. Представляется вполне возможным, что "тектонически спокойная" земная кора субплатформенных областей, не вовлеченная в активные тектонические процессы в настоящее время, реагирует именно на изменение режима вращения планеты (рис. 1.11).

Причем, сейсмическая активность возрастает, когда скорость вращения Земли замедляется, и убывает при увеличении скорости вращения. Поскольку при уменьшении скорости вращения энергия вращающегося тела становится меньше, кажется разумным, что разность энергий может высвобождаться в том числе в виде землетрясений (Кашубин, Дружинин, Гуляев, 1998, Кашубин С.Н., Кашубин Д.С., 1998).

В годовом цикле намечаются три максимума и два минимума сейсмоак-тивности (рис. 1.8). Максимумы приходятся на декабрь-январь, май, июль; минимумы - на февраль-март, октябрь-ноябрь. Возможно, это связано с сезонными вариациями скорости вращения Земли. В Пожвинском, Добрянском и Златоустовско-Миасском районах события происходили почти исключительно в зимнее время (декабрь-январь), тогда, как на ЮУБРе, в Нижне-Тагильском, Шамарском и других районах - в летнее (май, июль).

Намечается также определенная приуроченность возрастания количества тектонических событий к периодам новолуния (рис. 1.9), когда приливные силы Солнца и Луны однонаправленны (Авсюк, 1996; Косыгин, Маслов, 1986 и др.).

В течение суток землетрясения чаще всего имели место в утренние часы (после восхода Солнца с 6 до 9 часов) и в конце дня (перед закатом с 15 до 18 часов) (рис. 1.10).

На рис. 1.12 приводится распределение сброшенной сейсмической энергии от землетрясений на Урале по десятилетиям.

Можно видеть, что после Билимбаевского землетрясения 1914 г. процесс сброса сейсмической энергии в Уральском регионе протекает примерно также, как и после землетрясения 1798 г. в районе Перми. Если сопоставить все вышеперечисленные факты, то можно предположить, что в первой четверти XXI века на Урале вполне вероятно сейсмическое событие по интенсивности соизмеримое с событием 1914 г. или землетрясением 1798 г.

Как показывает анализ данных современной геодинамики, одной из наиболее вероятных причин многих аварий и катастроф, произошедших на Урале за последнее полстолетия может быть повышенная, относительно локальная, динамическая активность геологической среды, приводящая к микроподвижкам в приповерхностной части разреза (Дружинин, Гуляев, 2000; Рыжий и др., 1998). Исходя из этого, именно в настоящее время постановка специальных мониторинговых сейсмогеодинамических наблюдений на Урале становится особенно актуальной.



Рис. 2.22. Сейсмогенные зоны Урала

1 - Средиеуральская; 2 - Восточно-Уральская (Тагильская); 3- Западно-Уральская; остальные условные обозначения см. на рис. 1.2.

Таким образом, эта модель, не претендуя на возможности решения задач локального и краткосрочного прогноза, тем не менее, по нашему мнению, может служить основой для дальнейших исследований как в части прогнозирования зон потенциальной сейсмической опасности, так и периодов сейсмической активизации.


^ Современное напряженное состояние земной коры Урала

Землетрясения, происходящие в Уральском регионе, свидетельствуют о том, что процессы тектогенеза продолжаются здесь и в настоящее время. Современные представления о распределении тектонических напряжений в земной коре Урала базируются на результатах геофизических, геодезических и горно-геологических исследований, а именно: сейсмологических наблюдениях, измерениях напряженного состояния в горных выработках, изучении современных движений в процессе высокоточных режимных геодезических измерений, исследованиях изостатических гравитационных аномалий и т.д. (Акустическая эмиссия..., 1992; Алейников, 1989; Блинова, Маловичко, 1996; Влияние взрывных работ..., 1986; Влох, Сашурин, 1970; Геодинамика Урала..., 1977; Горизонтальные напряжения..., 1988; Зубков, Липин, 1998; Зубков и др., 1996; Ломакин, Аксенов, 1997; Люстих, 1957; Маловичко и др., 1995; Мониторинг природно-техногенной..., 1998; Неотектоника Урала..., 1969; Оценка изостазии..., 1998; Связь сейсмичности..., 1994; Связь современных движений..., 1983; Сейсмологические исследования..., 1987; Современная геодинамика Урала, 1990; Уткин, Юрков, 1997а, 19976; Филатов, Крылатков, 1987; Филатов, 1990; Шерман, Лунина, 2001 и др.). Данные этих исследований показывают, что земная кора Урала в настоящее время испытывает значительные тектонические напряжения. Наиболее информативными с точки зрения возможности определения направлений действующих напряжений и их относительной интенсивности являются результаты измерения напряженного состояния среды, выполненные способом разгрузки в горных выработках Урала.

Измерения напряжений проводились целым рядом институтов1 в шахтах, более чем на 20 месторождениях Северного, Среднего и Южного Урала (Неотектоника Урала..., 1969; Геодинамика Урала..., 1977; Горизонтальные напряжения..., 1988 и др.). Использовались методы полной, частичной и щелевой разгрузки, частичной разгрузки на большой базе и экспериментально-аналитический метод. Влияние горных выработок и выработанных пространств исключалось путем введения соответствующих поправочных коэффициентов, найденных в результате решения объемных геомеханических задач (Влох, Сашурин, 1970; Зубков и др., 1996 и др.). Результаты измерений напряжений в шахтах показаны на рис. 3.1 и 3.2.

Исследования осуществлялись на месторождениях, расположенных вблизи или непосредственно в сводовой части новейшего поднятия, где в случае

воздымания земной поверхности вследствие действия вертикальных сил должны были бы наблюдаться преимущественно горизонтальные растягивающие напряжения. Однако, как показали результаты измерений, практически на всех исследованных участках даже на небольших глубинах, то-есть в наиболее разгруженной части коры, напряжения, ориентированные вкрест простирания уральских структур, являются не растягивающими, а сжимающими. При этом величина их обычно в несколько (3-5 и более) раз превышает напряжения, возникающие за счет бокового распора, обусловленного весом вышележащих пород (Зубков и др., 1996). В подавляющем большинстве случаев значения горизонтальных сжимающих напряжений в 2-4 раза выше наблюдаемых вертикальных. Если вертикальные напряжения редко превышают 100 кг/см2, то горизонтальные могут достигать 200 и более кг/см2. Например, на шахтах Южная (г. Березовский) ах « 415 кг/см2, Капитальная (г. Дегтярск) ох« 490 кг/см2. Аналогичные результаты получены и другими исследователями, выполнявшими измерения напряжений на шахтах Североуральского месторождения бокситов, Кизеловского угленосного бассейна, Гайского медного рудника, на Качкарском (г. Пласт) золоторудном месторождении.

В результате проведенных исследований было показано, что вкрест простирания уральских структур действуют преимущественно сжимающие напряжения, а по простиранию породы испытывают как сжатие, так и растяжение. Наиболее значительные субширотные сжимающие и субмеридиональные растягивающие напряжения наблюдаются на участке между Екатеринбургом и Челябинском. Вероятной причиной отмеченной концентрации напряжений является, как показали результаты моделирования (Алейников, 1989; Филатов, 1990), динамическое влияние Уфимского выступа Русской платформы (рис. 3.1). Именно к этой зоне приурочено большинство эпицентров уральских землетрясений.

Дополнительным подтверждением наличия напряжений в верхней части земной коры Урала могут служить данные по Уральской сверхглубокой скважине (Акустическая эмиссия..., 1992; Динамика напряженного состояния..., 1996; К обоснованию..., 1992; Первые результаты бурения..., 1990; Силаев, 1988; Троянов, Дьяконов, 1998; Rybalka, Kashubin, 1992 и др.).

По данным наземно-скважинных и петрофизических исследований установлены существенные изменения скоростных параметров пород, определенных в естественном залегании (Увсп и Vak) и на образцах (Ууз). Они начинают проявляться с глубин 1200 м и заключаются в увеличении Увсп и Vak для двух подкомплексов, расположенных в интервале глубин 1200-1800 м и 2750-3450 м, до 6.50-6.55 км/с, что на 0.40-0.50 км/с больше, чем значения Vy3, соответствующие вскрытым скважиной туфам основного состава. Отношение скорости продольных и поперечных волн по данным глубинного сейсмотор-педирования меняются от 1.47 до 2.17, а на образцах оно постоянно и составляет 1.8. Существенно меняется коэффициент и направление главной оси эллипса анизотропности. Между этими двумя подкомплексами на глубинах 2000-2200 м находится небольшой по мощности подкомплекс с относительно пониженными скоростными параметрами (5.8-6.2 км/с), причем Увсп < Vy3. К этому интервалу приурочен крупный максимум кривой геоакустических шумов с переменной во времени характеристикой, субгоризонтальный отражающий элемент на широтном профиле MOB и отрицательная аномалия теплового потока. Понижение скорости в нижней части разреза СГ-4 (5.0-5.2^ Рис. 2.7. Схематичный план внутреннего помещения бункера обсерватории «Арти»
1, 2, 3 - места расположения на постаменте сейсмометров STS-1; 4 - место расположения сейсмометров GS-13; 5 - электронные блоки сейсмометров STS-1, GS-13; 6, 7 - места расположения сейсмометров аналоговой сейсмостанции.


Температура в бункере поддерживается постоянной +151С с помощью терморегулирующего устройства. При отключении энергоснабжения температура в течение нескольких часов понижается примерно до +3-5 градусов и далее остается постоянной около этой величины не зависимо от врем