УДК 550.348.436;551.24:550.34 | НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

СЕЙСМОГЕОДИНАМИКА И СЕЙСМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ
В.И.Уломов
Объединенный институт физики Земли РАН, г.Москва

Вестник ОГГГГН РАН, № 1(7)'99 Опубликовано 14 апреля 1999г. © 1999 ОИФЗ РАН, ОГГГГН РАН | Работа выполнена при финансовой поддержке Миннауки России

аннотация | загрузка оригинала (*.doc) - 523KB | help

1. Введение

Уже давно стало очевидным, что попытки сейсмического районирования, основанные исключительно на сведениях о происшедших землетрясениях, без разработки адекватных прогностических сейсмогеодинамических моделей, абсолютно бесперспективны. Главным и самым ответственным звеном в сложной цепи сейсмологических и геолого-геофизических исследований по районированию сейсмической опасности и долгосрочному прогнозу землетрясений является сейсмогеодинамика, изучающая особенности сейсмичности как результат динамики земной коры и всей литосферы с учетом их структуры, прочностных свойств и процессов разрушения на разных масштабных уровнях [1, 2].

Первая официальная карта сейсмического районирования была составлена в 1937 году в Сейсмологическом институте АН СССР (предшественник ОИФЗ РАН) [3, 4]. Дальнейшие исследования отечественных [5 - 8] и зарубежных [9 и др.] ученых, заложили в 50 - 60-х годах основы генетического двухстадийного сейсмического районирования с элементами прогноза и вероятностной оценкой сейсмической опасности. В соответствии с этой концепцией на первой, “сейсмотектонической”, стадии должны выявляться сейсмогенные зоны, а на второй, “инженерной”, рассчитываться создаваемый ими сейсмический эффект на земной поверхности. Вместе с тем, несмотря на высокую конструктивность такого подхода к оценке сейсмической опасности, определенное развитие получила лишь вторая стадия исследований - инженерный вероятностный расчет ожидаемого сейсмического эффекта [7 - 9]. Первая же стадия, предусматривающая идентификацию и сейсмологическую параметризацию очаговых зон и относящаяся к глубинным сейсмогеодинамическим процессам, осталась менее содержательной и в значительной степени субъективной. По этим и другим причинам при создании последующих карт общего сейсмического районирования территории бывшего СССР (ОСР 1957, 1968 и 1978 гг.) необходимость адекватных моделей зон ВОЗ хотя и декларировались, но практически такой модели не было создано даже при работе над картой выпуска 1978 г. (ОСР-78) [10].

В основу наших исследований по общему сейсмическому районированию Северной Евразии (ОСР-97) так же положен принцип двухстадийности, базирующийся на создании двух взаимосвязанных прогнозных моделей - модели очаговых зон (МОЗ) и модели сейсмического эффекта (МСЭ), однако, как будет показано ниже, предлагаемая методология (рис. 1) отличается от прежних подходов.

Рис. 1. Блок-диаграмма методологии сейсмического районирования.
На основе трех блоков базы данных (геодинамика, сейсмичность и сильные движения грунта) попарно формируются две модели - очаговых зон (МОЗ) и сейсмического эффекта (МСЭ), на основе которых ведется расчет сейсмической опасности и составляются карты сейсмического районирования.

К числу главных достижений ОСР-97 следует отнести создание для всей огромной территории Северной Евразии, в пределах которой расположены Россия и соседние с ней страны, однородной сейсмологической и геолого-геофизической электронной базы данных и единой модели очаговых зон, представляющей прогнозную сейсмичность в ее трехмерном отображении. Во всех расчетах и построениях участвовали не точечные, как прежде, а протяженные очаги землетрясений [1, 11], и использовались новейшие представления о нелинейном проявлении сейсмогеодинамических процессов (нелинейность графиков повторяемости землетрясений, нелинейность затухания с расстоянием сейсмических сотрясений и др.) [12 - 14]. В решении практически всех задач ОСР применены вероятностные и вероятностно-детерминированные характеристики, учитывающие как случайные, так и закономерные факторы сейсмогенеза, а также разного рода неопределенности в исходных и выходных данных. Представлена информация о возможных необратимых деформациях земной поверхности вдоль разломных линеаментных структур.

Исследования проводились по проблеме “Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии” [15, 16], разрабатываемой в 1991-1997 гг. в Объединенном институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук в рамках Государственной научно-технической программы России “Глобальные изменения природной среды и климата” при финансовой поддержке Министерства науки и технологий Российской Федерации. Они явились продолжением работ по сейсмическому районированию территории бывшего СССР, начатых в 1990 году, однако выполнялись в другой политической обстановке, на ином концептуальном, методологическом и научно-организационном уровне. В исследованиях участвовали специалисты из нескольких десятков научно-исследовательских институтов Российской академии наук, ее Сибирского, Дальневосточного и Уральского отделений, а также из других организаций, в том числе из государств СНГ.

2. Сейсмогеодинамика Северной Евразии

2.1. Глобальная структура сейсмичности

В отличии от сейсмотектоники, в которой преобладают геологические представления о статике сейсмичности, сейсмогеодинамика имеет дело с количественными динамическими и физико-математическими моделями сейсмогенеза [1, 2, 11, 17 - 19]. В основу наших исследований по сейсмическому районированию положена концепция о структурно-динамическом и энергетическом единстве геофизической среды и развивающихся в ней сейсмогеодинамических процессов, ярко выраженном в глобальных, региональных и локальных масштабах, в иерархической упорядоченности сейсмоактивных структур и в направленности их геодинамического развития (рис. 2) [20].

Рис. 2. Глобальная упорядоченность региональной структуры сейсмичности.
Тонкие линии - дивергентные (конструктивные) границы литосферных плит, в стороны от которых плиты раздвигаются, продуцируя вдоль них умеренную сейсмичность. Жирные линии - конвергентные (деструктивные) участки границ, характеризующиеся сближением, нагромождением (коллизия), погружением литосферных плит (субдукция) и очень высокой сейсмичностью.

Сейсмичность территории Северной Евразии обусловлена интенсивным геодинамическим взаимодействием восьми крупных литосферных плит - Евро-Азиатской, Африканской, Аравийской, Индо-Австралийской, Китайской, Тихоокеанской, Охотоморской и Северо-Американской. Структурные и геодинамические закономерности, свойственные этой обширной территории, позволяют рассматривать ее как планетарную сейсмогеодинамическую систему, характеризующуюся иерархической гетерогенностью современных тектонических структур, начиная с литосферы и кончая блоками земной коры различного ранга, а также определенной направленностью их геодинамического развития [2, 20].

Землетрясения возникают в дискретной слоисто-блоковой среде, иерархическая структура которой предопределена предыдущими геологическими эпохами, а в конечном итоге - современной геодинамикой. Связь крупных активных геоструктур и сейсмичности наиболее ярко выражена в глобальных масштабах тремя основными типами сейсмогеодинамических взаимодействий, обусловленных расхождением (дивергенцией), сближением (конвергенцией) и сдвиговыми (трансформными) перемещениями литосферных плит. Наиболее активными в сейсмическом отношении являются конвергентные структуры, обусловленные погружением друг под друга (субдукция) или столкновением (коллизия) литосферных плит. Они достаточно упорядочены по своим размерам и представлены дугообразными участками границ между плитами, расположенными по периферии океанов (в Северной Евразии - это Курило-Камчатская зона субдукции) и их реликтами на континентах (см. рис. 2). Последние, являясь менее прочными по сравнению с окружающей средой континентальными регионами, так же характеризуются повышенной сейсмической активностью. Размеры и конфигурация океанических (а следовательно, и континентальных) дуговых структур, обусловлены соотношением толщины погружающихся в верхнюю мантию литосферных плит и кривизной земной сферы.

Нами определена среднестатистическая протяженность всех конвергентных регионов мира, составившая в среднем около 3000 км (точнее, 2570+-460 км). Соизмеримой с этой величиной оказались и преимущественные расстояния между центрами ближайших друг к другу пар регионов [17 - 20]. Более того, размеры этих сейсмоактивных областей имеют самое непосредственное отношение к оценке величины магнитуды максимальных возможных в их пределах землетрясений (Mmaxmax~9). При этом, в зависимости от прочностных свойств и геодинамических условий, каждый из регионов характеризуется своим сейсмическим режимом и свойственной ему структурой сейсмичности. Обнаруженные закономерности явились основой для адекватной сейсмической регионализации (рис. 3) и были использованы нами для сейсмического районирования Северной Евразии [13].

2.2. Региональная структура сейсмичности

С геологической точки зрения, территория Северной Евразии включает в себя четыре крупные платформы разного возраста с относительно низкой и рассеянной сейсмичностью (Восточно-Европейская, Западно-Сибирская, Туранская и Сибирская) и ряд орогенических регионов с чрезвычайно высокой сейсмической активностью (Иран-Кавказ-Анатолийский, Центрально-Азиатский, Алтай-Саяно-Байкальский, Курило-Камчатский и др.). Курило-Камчатская зона субдукции (регион 4.1 на рис.3) с глубиной гипоцентров, превышающей 600 км, является наиболее подвижным и сейсмически активным регионом Северной Евразии. Здесь возникают крупнейшие землетрясения и высвобождается основная доля сейсмогеодинамических деформаций и сейсмической энергии на рассматриваемой территории.

Сейсмические явления с промежуточной глубиной залегания очагов, соответственно, до 200 и до 300 км, свойственны двум другим хорошо выраженным участкам реликтовых зон субдукции - району Вранча в Восточных Карпатах (регион 1.2) и Памиро-Гиндукушу - в Центральной Азии (регион 2.1), симметрично расположенному аналогичному участку на противоположном конце реликтовой дуги Гималаев. О субдукционном происхождении структур Иран-Кавказ-Анатолийского региона напоминают подкоровые очаги местных землетрясений, достигающие здесь глубины 150 км. Одним из ярких примеров продолжающихся процессов субдукции в этом регионе свидетельствует погружение литосферы южного Каспия под его северную часть на Апшеронско-Красноводском перешейке. Не исключено также, что быстрая смена в 1978 г. падения уровня Каспийского моря его интенсивным подъемом так же обусловлена деформацией изгиба литосферной плиты южного Каспия, что в свою очередь может служить признаком подготовки очень крупного землетрясения в этом регионе [18].

Рис.3. Сейсмичность и сейсмическая регионализация Северной Евразии:
Очаги землетрясений (по Специализированному каталогу землетрясений Северной Евразии без афтершоков, ред. Н.В.Кондорская и В.И.Уломов) показаны в соответствии с их размерами, ориентацией и интервалом глубин гипоцентров - h<=70 км (красный цвет); 70<h<=300 км (зеленый); h>300 км (синий).
Секторы: 1 - Восточно-Европейский; 2 - Центрально-Азиатский; 3 - Центрально-Сибирский;
4 - Восточно-Азиатский.
Регионы: 1.1 - Иран-Кавказ-Анатолийский; 1.2 - Карпато-Балканский; 1.3 - Прибалтийский;
1.4 - Восточно-Европейский; 1.5 - Уральский; 1.6 - Новоземельский; 2.1 - Памиро-Тянь-Шаньский;
2.2 - Центрально-Казахстанский; 3.1 - Алтай-Саяно-Байкальский; 3.2 - Западно-Сибирский;
3.3 - Восточно-Монгольский; 4.1 - Курило-Камчатский; 4.2 - Сахалино-Японский;
4.3 - Приамуро-Приморский; 4.4 - Верхоянский; 4.5 - Североземельский; 4.6 - Чукотский.

Крупнейшие внутрикоровые землетрясения с магнитудой М>8 характерны для регионов 1.1, 2.1, 3.1 и 4.1, определенной по поверхностным сейсмическим волнам. Преобладающее число сейсмических очагов во всех регионах расположено в наиболее хрупкой верхней части земной коры на глубинах до 15 км. Как будет показано ниже, распределение по глубине их гипоцентров обусловлено не только прочностными и динамическими свойствами земной коры, но и вертикальной протяженностью НМ самих очагов, связанной с величиной соответствующей магнитуды М (далее, если это не оговорено, магнитуда M соответствует MLH). Очаги землетрясений не рассеяны хаотично, а приурочены к относительно узким линеаментным зонам активных разломов, т.е. к местам, наиболее уязвимым для провоцирования быстрых геодинамических подвижек. Размеры разломов и расстояния между ними, в свою очередь, обусловлены толщиной и прочностными свойствами соответствующих слоев, подвергшихся в геологические эпохи разломообразованию. Чем толще слой, расчлененный разломами на блоки, тем крупнее образованные ими геоблоки, протяженнее сами разломы и крупнее приуроченные к ним сейсмические очаги. И наоборот, с уменьшением толщины слоев уменьшаются размеры разломов, геоблоков и очагов землетрясений.

Было обнаружено, что расстояния dj между дислокационными узлами разломов и, соответственно, размеры геоблоков имеют ярко выраженную тенденцию группироваться по рангам, примерно удваивая от ранга к рангу свои размеры в плане и по глубине [17, 20]. Это интересное явление, по нашему мнению, связано с регулярностью удвоения глубины залегания основных границ раздела в земной коре и верхней мантии, которых и достигают разломы соответствующих рангов. Так, кровля “гранитного” слоя на континентах в среднем залегает на глубине около 10 км, поверхность “базальтового” слоя (граница Конрада) - 20-25 км, подошва земной коры (граница Мохоровичича) - 40-50 км, подошва литосферы ~100 км, астеносферы ~200 км, далее следуют границы на глубинах около 400 и ~700 км. Как выясняется, этой фундаментальной закономерности скачкообразного изменения физических свойств вещества с удвоением глубины его залегания подчинены все геологические горизонты вплоть до земной поверхности, включая структуру речных террас и даже почвы.

Выявленная упорядоченность диктует регулярность не только в системах тектонических разломов и геоблоков, но и в иерархии очагов землетрясений: чем крупнее землетрясения, тем дальше друг от друга расположены их очаги. Так, очаги землетрясений, ранжированные по магнитуде М, распределены упорядоченно не только во времени (“закон Гутенберга-Рихтера”), но и в пространстве. Как оказалось, среднестатистические расстояния dM (км) между эпицентрами ближайших пар сейсмических очагов размером LM (км) и магнитуды М описываются следующими простейшими соотношениями [17]:

dM = 10(0.6 М - 1.94) | (1)

LM = 10(0.6 М - 2.5) | (2)

Величина dM - фактически характеризует средний размер геоблоков, способных генерировать землетрясения соответствующей максимальной возможной магнитуды Mmax, а также размер (диаметр) области, ответственной за величину Mmax, очень важную для оценки сейсмической опасности. Ее теперь можно определить по формуле (3), полученной из соотношения (1):

Mmax = 1.667 log dM + 3.233. | (3)

Как видно из уравнений (1) и (2), коэффициент 0.6 при М, свидетельствует об изменении размеров очагов LМ и соответствующих межэпицентральных расстояний dМ в 2 раза при каждом последовательном шаге в 0.5 единицы магнитуды. Из этих уравнений также следует, что величина dМ/LМ, равная 3.63, не зависит от магнитуды землетрясений и по отношении к ней является инвариантом, отражая тем самым самоподобие в иерархии размеров геоблоков и обусловленных ими сейсмических очагов. Инвариантами по отношению к магнитуде в определенной мере являются и соотношения длины LM сейсмических очагов с их вертикальной протяженностью НM и шириной WM.

Представление очагов крупных землетрясений не в виде точек и абстрактных условных значков, как это делалось прежде, а в форме эллипсов с учетом их ориентации, протяженности и ширины, было положено в основу всех наших исследований по изучению структуры сейсмичности и сейсмическому районированию Северной Евразии [1, 11 - 20]. В Таблице 1 в числовом выражении приведены средние и интервальные (в скобках) значения соотношений величин М, LM и dM:

Таблица 1
Соотношения размеров очагов LM, преимущественных межэпицентральных
расстояний dM и магнитуды землетрясений М (в скобках - интервальные значения)

С выявлением новых функциональных и статистических зависимостей, характеризующих региональную сейсмичность, открылись более широкие возможности для привлечения к оценке сейсмической опасности геологических данных. На основе этих и других зависимостей в свое время нами была разработана фрактальная решеточная модель (РМ) сейсмогенеза [17 - 19], со всей убедительностью показавшая, какого размера территорию необходимо рассматривать для адекватной оценки сейсмического режима максимальных возможных и других землетрясений в ее пределах.

2.3. Сейсмический режим регионов

Землетрясения по своей величине и частоте повторения (как и другие природные явления, в том числе и сами разломы), подчинены фундаментальной закономерности, очень важной для исследований по сейсмическому районированию: чем больше масштаб явления, тем реже оно возникает. И хотя наиболее крупные сейсмические события происходят в одном и том же очаге чрезвычайно редко - один раз в сотни, а иногда и в тысячи лет, но возникая в очагах по соседству, они могут создавать вполне реальную угрозу строительным объектам и урбанизированным территориям.

До недавнего времени предполагалось, что повторяемость землетрясений в широком интервале магнитуд описывается одной и той же простейшей зависимостью, которая будучи построенной в двойном логарифмическом масштабе для числа сейсмических событий разной магнитуды (магнитуда - величина логарифмическая) выражается прямой линией, как это показано пунктиром на рис. 4, с углом наклона b, вычисляемым по формуле (4):

b = - (logVM2 - logVM1) / (M2 - M1) = 0.9. | (4)

И хотя о нелинейности реальных графиков повторяемости землетрясений было известно давно [1], применение прежних представлений продолжало приводить исследователей к существенному завышению оценок периодов повторяемости и, соответственно, к занижению сейсмической опасности, как это случилось и с нормативной картой ОСР-78 образца 1978 г.: в течение последнего десятилетия практически ежегодно на территории бывшего СССР возникали разрушительные 8 - 9- и даже 9 - 10-балльные землетрясения в зонах, опасность которых по этой карте оказалась заниженной по меньшей мере на 2 - 3 балла. К их числу относятся катастрофическое Спитакское землетрясение 1988 г. в Армении, Зайсанское землетрясение 1990 г. - в Казахстане, Рача-Джавское 1991г. - в Грузии, Суусамырское 1992 г. - в Киргизии, Хаилинское 1991 г. и Нефтегорское 1995 г. - в России (в Корякии и на Сахалине).

В наших исследованиях использованы более реалистичные, нелинейные, графики повторяемости землетрясений (рис.4 и Табл. 2), отражающие то, что частота VМ (среднегодовое число событий) возникновения крупных сейсмических событий с М>6.5 характеризуется не экспоненциальной, а иной зависимостью по сравнению с участком графика в интервале меньших магнитуд 4.0<М<=6.0, где эта зависимость близка к экспоненциальной. Другими словами, крупные землетрясения возникают гораздо чаще, чем это следовало бы из простой экстраполяции прямолинейных участков графиков VМ в сторону больших магнитуд. Причина нелинейности графиков повторяемости, опять-таки, кроется в слоисто-блоковом строении земной коры и всей литосферы, поскольку большие очаги крупных землетрясений не умещаются в том же слое, что и малые, а захватывают более глубокие горизонты с иными прочностными и динамическими свойствами [1].

Рис.4. Среднегодовая скорость (плотность) VМ потока сейсмических событий разных магнитуд М в основных регионах Северной Евразии (1.1 - 4.6, см. рис. 3.).
Наклонной пунктирной линией показана наиболее распространенная величина b=0.9 угла наклона графиков повторяемости землетрясений, относящаяся в данном случае лишь к интервалу магнитуд 4.0<М<=6.0 (а не ко всему, как это делалось прежде).

Таблица 2
Периоды ТМ повторяемости землетрясений различных магнитуд М и интенсивности Io (баллы) в регионах 1.1 - 4.6 Северной Евразии (данные по регионам 1.4 и 1.5 Восточно-Европейской платформы объединены) (см. рис. 3).

2.4. Структура зон возникновения очагов землетрясений

Идентификация зон возникновения очагов землетрясений (зоны ВОЗ) и определение параметров их сейсмического режима является самым сложным и наиболее ответственным звеном в исследованиях по сейсмическому районированию, поскольку от этого зависит надежность всех последующих построений.

Рис. 5. Основные структурные элементы ЛДФ-модели зон ВОЗ.
Приведены графики среднегодовой плотности потока VRM сейсмических событий во всем регионе Ri и в составляющих его структурных элементах - линеаментах (Vl), доменах (Vd) и потенциальных очагах (Vf) землетрясений. Показаны интервалы магнитуд, свойственные каждому из основных типов структур.

В основу создания новых карт общего сейсмического районирования территории России и всей Северной Евразии положена линеаментно-доменно-фокальная (ЛДФ) модель зон ВОЗ, разработанная нами в результате изучения структуры очаговой сейсмичности и ее решеточного моделирования (рис.5) [17 - 19]. Идея ЛДФ-модели состоит том, что рассматриваются четыре масштабных уровня структуры сейсмичности. Сначала вся изучаемая территория делится на крупные и генетически единообразные в тектоническом, геодинамическом и сейсмическом отношении регионыRi (см. рис.3), а затем в каждом из них выделяются основные структурные элементы трех типов - линеаменты (l), отражающие концентрированную (структурированную) сейсмичность; домены (d), характеризующие рассеянную, или диффузную, сейсмичность; потенциальные очаги (f) землетрясений, выявляющие наиболее опасные участки и, как правило, приуроченные к линеаментным структурам. После чего удельная плотность общего потока VRM сейсмических событий разных магнитуд М в регионе, равная среднегодовому их числу NМ, распределяется между всеми типами сейсмогенерирующих структур по принципу, который изложен ниже. Все полученные таким образом характеристики сейсмического режима в дальнейшем участвуют в моделировании прогнозной сейсмичности, в расчете сейсмической сотрясаемости и в сейсмическом районировании.

Зоны ВОЗ, как и землетрясения, классифицируются по магнитуде M с шагом 0.5+-0.2 единицы магнитуды. Верхний порог магнитуды (Mmax) определяется реальной сейсмогеодинамической обстановкой, а нижний (Mmin) - надежностью регистрации землетрясений минимальной магнитуды, но представляющих определенную сейсмическую опасность особо ответственным строительным объектам. В наших исследованиях приняты Mmin = 4.0 и минимальная сейсмическая интенсивность Imin= 5 (по шкале MSK-64). Величина Mmax оценивается всеми доступными и разумными способами: по археологическим и историческим памятникам, по размеру древних сейсмодислокаций, ширине зон динамического влияния главных сейсмогенных структур, протяженности и сегментации сейсмоактивных разломов, по размеру взаимодействующих геоблоков, по конфигурации графиков повторяемости землетрясений, по экстремальным значениям графика накопления тектонических деформаций, по потенциальным очагам землетрясений максимальной магнитуды и т.п.

Сейсмолинеаменты (lм) служат основным каркасом зон ВОЗ и отображают на земной поверхности в генерализованном виде оси верхних кромок трехмерных и относительно четко выраженных сейсмоактивных разломных или сдвиговых структур. Сейсмолинеаменты (далее - линеаменты) трассируют сочленения геоблоков, характеризующиеся наиболее контрастной тектонической активностью, структурированной (концентрированной) сейсмичностью, упорядоченным напряженно-деформированным состоянием, выраженным, в частности, в согласованности подвижек в очагах местных землетрясений, и т.п. Линеаменты и их сегменты характеризуются магнитудой максимального возможного в их пределах землетрясения Мmax (ранг линеамента), определенным сейсмическим режимом VМ или периодомТМповторяемости землетрясений, величиной остаточных деформаций (дислокаций)do, длиной l, шириной w, глубиной залегания верхней hmin и нижней hmaxкромок плоскости сейсмогенной структуры, азимутом простирания Azo, углом падения еo, типом преобладающих подвижек (сдвиг, надвиг, сброс и др.). Линеаменты имеют самое разнообразное простирание, обусловленное тектоникой региона, и пересекают друг друга, что в следствии суммирования сейсмического эффекта I от близко расположенных линеаментов “автоматически” повышает сейсмическую опасность их дислокационных узлов.

Домены (dм) - это менее выраженные или недостаточно изученные в структурном отношении объемные области земной коры и всей литосферы, но характеризующиеся квазиоднородной тектоникой и относительно слабой рассеянной сейсмичностью. Домены охватывают слои толщиной от hmin до hmax км. В отличие от линеаментов они не пересекаются и покрывают всю исследуемую территорию без просветов и наложений. Кажущееся пересечение свойственно доменам, принадлежащим разным глубинным слоям, как например, в Курило-Камчатской фокальной зоне, в Памиро-Гиндукуше, Восточных Карпатах и в других районах. Появление “доменных” представлений связано с трудностями выявления более тонкой структуры очаговой сейсмичности по землетрясениям малых магнитуд из-за больших погрешностей в определении местоположения их эпицентров. На самом же деле, несомненно, сейсмичность структурирована на всех масштабных уровнях.

Потенциальные очаги (fм) землетрясений, выделяемые различными способами (по древним сейсмодислокациям, по преимущественным межэпицентральным расстояниям, методами распознавания образов и т.п.), как правило, приурочены к линеаментным структурам, а их размеры Lfмсоответствующим образом связаны с величиной магнитуды Мmax максимальных возможных в них землетрясений и могут быть определены по формуле (2), по таблице 1 или иными способами. Потенциальные очаги характеризуются теми же параметрами, что и реальные очаги землетрясений вдоль соответствующих линеаментов (сдвиг, сброс, надвиг и т.п.).

При генерализованном сейсмическом районировании, каким является ОСР-97, более или менее надежно выделяются линеаменты, генерирующие землетрясения с Мmax=>6.0. При этом линеаменты с Мmaxвключают в себя и линеаменты меньших рангов, поскольку вдоль них (с определенной дисперсией) происходят также и землетрясения с М<Мmax. Потенциальные очаги, выявленные тем или иным способом, характеризуются чаще всего землетрясениями с Мmax=>7.0. Очаги землетрясений с Мmax<=5.5, как правило, принадлежат доменам. При детальном сейсмическом районировании (ДСР) порог граничных магнитуд может быть понижен.

Рис.6. Зоны ВОЗ на территории Северной Евразии и их основные структурные элементы - линеаменты, домены и потенциальные очаги. Ширина линеаментов (толщина линий) пропорциональна магнитуде Мmax максимальных возможных в их пределах землетрясений. Магнитудная характеристика линеаментов и доменов показана цветом. Потенциальные очаги на рисунке не выделены.
В картировании зон ВОЗ принимали участие специалисты из многих организаций России и других стран СНГ (отв. редактор В.И.Уломов). Основная часть работы по картированию доменов выполнена В.Г.Трифоновым, Н.В.Шебалиным и др.[21], потенциальные очаги выявлены Г.И.Рейснером, Л.И.Иогансон, Е.А.Рогожиным (распознавание образов) [22] и В.И.Уломовым (метод межэпицентральных расстояний [17]).

В общей сложности для ОСР-97 на всей территории Северной Евразии (см. рис. 6) было выделено 580 линеаментов с М=>6.0, состоящих из более 1000 сегментов, 442 домена с М<=5.5 и 11 потенциальных очагов с М=7.0 и М=7.5 (последние, в основном, на Северном Кавказе и Алтае). В пределах нескольких доменов (это относится главным образом к Камчатке), хотя их сейсмический потенциал оценивался как М>6.0, не удалось выделить какие-либо линеаменты и они охарактеризованы рассеянными очагами землетрясений с соответствующими Мmax. Крупная фокальная зона субдукции Курило-Камчатского региона по своей конструкции так же рассматривалась в виде объемных (в том числе наклонных) доменов с повышенными значениями магнитуд (заштрихована на рисунках 6 и 14). Зоны ВОЗ с промежуточной глубиной залегания очагов в Памиро-Гиндукуше и Восточных Карпатах были представлены в виде комбинации доменов с линеаментами, расположенными на соответствующих глубинах.

Рис. 7. Графики кумулятивного распределения числа N линеаментов разного ранга Мmax в основных регионах Северной Евразии (см. рис.3 и 7). Пунктир - график, отражающий общий тренд всех кривых N(M) и соответствующий фрактальной размерности U=0.9.

Примечательно, что графики кумулятивного распределения количества линеаментов разного ранга в зависимости от величины М в каждом из регионов (рис.7) отражают фрактальную размерность U=0.9 всего иерархического множества линеаментных структур и напоминают графики повторяемости землетрясений. Введенный нами параметр U совпадает с наиболее распространенной средней величиной угла наклона b=0.9 (фрактальная размерность) графиков VМ повторяемости землетрясений (см. Рис. 4), что еще раз подтверждает правомочность развиваемой нами концепции о структурно-динамическом единстве геофизической среды и развивающихся в ней сейсмических процессов, а в итоге - и реалистичность самой модели зон ВОЗ Северной Евразии.

2.5. Сейсмический режим структурных элементов зон ВОЗ

Сейсмическая активность Vl, Vd и Vf каждого из структурных элементов (lм, dм, fм) зон возникновения очагов землетрясений обусловлена средним долговременным сейсмическим режимом VRМ всего региона, структурной частью которого они являются (см. Рис. 5). Поэтому конфигурация графиков повторяемости землетрясений разных магнитуд М в каждой из таких структур будет иметь сходство с соответствующим распределением, представленным в Таблице 1 и на рис.4, а в суммарном виде - абсолютно совпадать с ним (“закон сохранения потока энергии”) [13, 19].

Рис. 8. Блок-диаграмма распределения среднегодового потока сейсмических событий региона по основным его структурным элементам - линеаментам, доменам и потенциальным очагам землетрясений.

На рис. 8 представлена блок-диаграмма, поясняющая принцип распределения удельного (среднегодового) потока VR сейсмических событий разных магнитуд Mmax региона между его основными структурными элементами - линеаментами (Mmax=>6.0), доменами (Mmax <=5.5) и потенциальными очагами землетрясений (Mmax=>6.0). Видно, в частности, что линеаменты более высокого ранга включают в себя также линеаменты меньших магнитуд и тем самым “захватывают” соответствующую долю их потока сейсмических событий. Количество же линеаментов N меньших магнитуд складывается из их числа и числа всех линеаментов большего ранга (принцип кумулятивности). Поэтому для сейсмологической параметризации линеаментов (в том числе и их сегментов) сначала вычисляется их суммарная (кумулятивная) длина, складывающаяся из длин всех линеаментов рассматриваемого и более высоких рангов, а затем общий среднегодовой поток VRM сейсмических событий региона с M=>6.0 делится на субпотоки по интервалам в 0.5+-0.2 единицы магнитуды и распределяется пропорционально длине соответствующих линеаментов с учетом принципа кумулятивности.

Поток сейсмических событий VfМ в потенциальных очагах с Мmax вычисляется как доля потока VlМна соответствующих линеаментах, но при этом им “выделяются” только землетрясения с одной конкретной их магнитудой М = Мmax, а не весь поток событий с М < Мmax, как для обычных линеаментов (т.е. как бы исключается афтершоковая активность потенциальных очагов). Сейсмический режим доменов определяется, как правило, непосредственно из наблюдений частоты VМ=1/ТМвозникновения или периода ТМ повторяемости землетрясений в их пределах и охватывает интервал от Мmaxв домене до магнитуды Мmin, представительной в регионе. Для слабоактивных и асейсмичных в настоящее время доменов применялись экспертные оценки [21, 22].

2.6. Моделирование сейсмичности для расчета сейсмической опасности

Поскольку в основу принятой нами методологии расчета сейсмической опасности [13, 14] положены не сами линеаменты или домены, а распределенные в соответствии с их структурой модельные (виртуальные) очаги землетрясений различных магнитуд, в решения практически всех задач введены вероятностные характеристики, учитывающие наряду с закономерными и случайные факторы (дисперсия местоположения очагов землетрясений, разброс оценок магнитуд и сейсмического эффекта и т.п.). Это позволило наилучшим образом приблизить идеализированные модели к природным условиям. Так, поскольку реальные очаги не располагаются строго вдоль осей линеаментов, а отклоняются от них в ортогональном направлении на величину Dм, зависящую от магнитуды M генерируемых ими землетрясений, нами получены среднестатистические значения таких отклонений: чем меньше магнитуда землетрясения, тем дальше от оси линеамента могут отклоняться их очаги (рис.9). Такое рассеяние очагов обусловлено не только погрешностями в определении их координат, но и размером областей динамического влияния линеаментных структур. С другой стороны, относительно широкий диапазон отклонений D очагов землетрясений с М=6.0 от осей всех линеаментов с М=>6.0 обеспечил достаточно плавный переход от структурированной сейсмичности линеаментов к рассеянной сейсмичности доменов.

Рис. 9. Среднестатистические величины предельных горизонтальных отклонений D(экспоненциальные кривые) очагов землетрясений с М<=Мmax от осей линеаментов разных рангов с Мmax=>6.0 (вертикальные полосы разной ширины - в центре). Очаги землетрясений с М<=5.5 равномерно рассеиваются внутри доменов (нижняя часть рисунка).

Рис.10. Возможные (по условию) вертикальные отклонения верхних кромок внутрикоровых очагов (эллипсы) землетрясений разных магнитуд внутри 5-километрового слоя, верхняя поверхность которого соответствует глубине залегания кровли кристаллического фундамента. Гистограмма (справа) - относительное распределение по глубине числа N% гипоцентров землетрясений с 4.0<=М<=8.5. Кривая - условный предельный контур расположения подошвы очагов землетрясений разной магнитуды на глубине.

Рис.11. Распределение по глубине H (км) количества NМ (%) гипоцентров внутрикоровых землетрясений разных магнитуд М на примере региона 1.1 (см. рис.3). Пунктиром показан тренд увеличения глубины максимальных значений NМ с ростом магнитуды.

На рис.10 в виде смещенных по вертикали эллипсов показаны возможные флуктуации по глубине очагов внутрикоровых землетрясений разных магнитуд. Интервал глубин для таких флуктуаций был выбран опытным путем равным 5 км, хотя сами виртуальные очаги более значительно меняют свое положение по вертикали, поскольку их верхние кромки достигают кровли консолидированной коры, глубина залегания которой существенно изменяется в пределах регионов и на всей территории Северной Евразии. Наряду с положением очагов, близким к вертикальному (интервал 900+-200), свойственному сдвиговым структурам, в расчетах для надвигов и сбросов использовались и два других интервала углов падения - 450+-200 и 1350+-200. Как видно на рис.10 и 11, преобладающее число гипоцентров слабых землетрясений расположено на глубинах до 10 - 15 км, однако с ростом магнитуды (что соответствует увеличению вертикальной протяженности очагов) их гипоцентры заглубляются, отражая местоположение начала вспарывания пород внутри очага.

Все эти и другие характеристики были использованы при математическом моделировании прогнозной сейсмичности, на основе которой затем рассчитывалась и картировалась сейсмическая опасность. “Разыгрывание” виртуальных очагов осуществлялось в соответствии с долговременным средним сейсмическим режимом территории (см. рис.4) путем многократных случайных выборок из модельного каталога, специально созданного компьютерным путем на продолжительный интервал времени (десятки и сотни тысяч лет) [14]. При этом алгоритмом предусматривалось, чтобы при “разыгрывании” очагов для одной какой-либо структуры исключалось попадание одинаковых событий в один и тот же очаг до тех пор, пока не завершится полный цикл виртуальной активности этой структуры.

Рис. 12 иллюстрирует долгосрочный прогноз сейсмичности в виде карты виртуальных очагов землетрясений с М=>4.0, построенной, в качестве примера, по одной случайной выборке для 100-летнего интервала времени из большого модельного каталога. Сейсмические очаги изображены здесь в виде прямоугольников, размеры которых соответствуют более “физичной” моментной магнитуде Mw прогнозируемых землетрясений, вычисленной по сейсмическому моменту Mo дислокации в соответствующих очагах или определенной корреляционным путем через магнитуды M. Расположение очагов относительно осей линеаментов и внутри доменов согласовано с описанными выше соотношениями (рисунки 9 - 11) и данными о глубине залегания кровли консолидированной земной коры, а их ориентация в пространстве - с азимутами простирания и направлением падения плоскостей соответствующих линеаментов.

На заключительной стадии работ по ОСР-97 сейсмический эффект на земной поверхности вычислялся от каждого виртуального очага в отдельности с учетом его размеров и закона затухания сейсмических сотрясений с расстоянием.

Рис.12. Прогнозная сейсмичность Иран-Кавказ-Анатолийского региона. Показаны проекции модельных очагов прямоугольной формы на земную поверхность. Фрагмент карты построен с помощью разработанного А.А.Гусевым, В.М.Павловым и Л.С.Шумилиной программно-математического обеспечения [14].

Интересно сравнить карту виртуальной сейсмичности с реально наблюденной в этом регионе (рис. 13, см. также регион 1.1 на рис. 3).

Рис.13. Сейсмичность Иран-Кавказ-Анатолийского региона по каталогу землетрясений с M>5.0 с древнейших времен и с M=>3.5 - с 1960 г. по 1995 г. Очаги землетрясений с M=>7.0 изображены в виде эллипсов длиной 50 км (М=7.0), 100 км (М=7.5), 200 км и более (M=>8.0), а очаги с M<=6.5 - в виде кружков убывающего диаметра. Остальные обозначения те же, что и на рис. 3.

2.7. Поверхностные дислокации вдоль линеаментных структур

Как известно, динамическое проявление внутрикоровых очагов землетрясений состоит не только в генерировании ими упругих сейсмических волн, вызывающих сотрясения окружающей среды, но и в возникновении необратимых смещений по разломам и деформаций земной поверхности. При крупных землетрясениях поверхностные дислокации могут достигать нескольких метров (см. Таблицу 3) и представлять не меньшую опасность протяженным строительным объектам (мосты, трубопроводы, транспортные магистрали и т.п.), чем само землетрясение. Амплитуду смещения do (метры) бортов разломов вдоль соответствующих линеаментов можно определить по формуле (4), отражающей величину средней относительной деформации (около 10-4) пород в центральной части очага (вернее, на отрезке L/2) при его вспарывании [1, 17]:

do = 10(0.6М - 3.8). | (4)

В простейшем виде величина do (метры) амплитуды возможного поверхностного смещения, а также примерная продолжительность времени t (сек) вспарывания сейсмического очага длиной L (км) со средней скоростью v = 3,3 км/с, выглядят следующим образом:

do = LМ/2ґ104; t =LМ/v. | (5)

Поскольку ущерб строительным объектам могут нанести не только дислокации, сопровождающие землетрясения, но и чрезвычайно медленные тектонические перемещения (крип) бортов разломов, то, зная средний период ТМ (годы) повторяемости сейсмических событий с магнитудой Mmax вдоль каждого линеамента или его сегмента, можно в первом приближении оценить среднегодовую скорость Vсr (см/год) криповых смещений вдоль каждого из них, а также примерную суммарную амплитуду dcr (метры) крипа, накопленную за Т лет (например, за срок службы сооружения):

log Vcr = 0.6Mmax -log ТМ - 2.0. | (6)

dcr = 0.01Vcr ґ Т. | (7)

Таблица 3
Средние и интервальные (в скобках) значения величин амплитуд do (метры)
смещения бортов разломов вдоль линеаментов разного ранга (ширина w, км)
и интервала времени t (сек) вспарывания очагов землетрясений
соответствующих магнитуд М

3. Комплект новых карт сейсмического районирования территории России и сопредельных регионов

3.1. Вероятностное картирование сейсмической опасности

Практически все предыдущие карты общего сейсмического районирования территории бывшего СССР (1937, 1957, 1968 и 1978 гг.) были детерминистскими и строились на экспертных оценках. Даже карта 1978 года, в которую впервые были введены некоторые вероятностные характеристики повторяемости сотрясений, на самом деле не давала адекватных оценок сейсмической опасности [10]. Индексы 1, 2 и 3 возле номиналов в зонах балльности на этой карте, якобы отражающие повторяемость сейсмических сотрясений один раз в 100, 1000 и 10000 лет, явились одной из причин низкой надежности карты ОСР-78. В результате такой индексации реальный инженерный риск, определяемый этой картой, оказался не единым для всех сейсмоопасных районов страны. В связи с этими и другими обстоятельствами нами было принято решение создать не одну карту с различными индексами, как это было сделано авторами ОСР-78, а комплект вероятностных карт ОСР-97, в которых принята концепция использования расчетной нагрузки с фиксированной повторяемостью и категорирования строительных объектов по их сроку службы и категории ответственности (рис.14).

Комплект из трех новых карт ОСР-97 (А, В, С) создан на принципиально новой методологической основе [13, 14, 23 - 25]. Методика расчета сейсмической опасности путем статистического моделирования каталога и информации о долговременных характеристиках сейсмичности исследуемой территории развивает подходы, содержащиеся в работах Ю.В.Ризниченко, В.И.Кейлис-Борока с коллегами, К.А.Корнелла и других исследователей в этой области, но лишена многих их недостатков. Главными отличиями реализованного нами на практике программно-математического обеспечения, разработанного А.А.Гусевым с сотрудниками в рамках программы “Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии” [15, 16], являются следующие: созданы формализованные условия для учета разнообразной информации о сейсмичности и сейсмическом режиме; применено теоретически обоснованное описание поля некогерентного излучения сейсмических волн протяженным очагом землетрясения; обеспечен учет и контроль распределения по глубине очагов конечного размера; получен набор карт с определенным периодом повторяемости сотрясений, позволяющий оценивать вероятность сейсмической опасности на рассматриваемой территории и обеспечивать одинаковую степень риска в пределах каждой из таких карт.

Расчет и картирование интенсивности IT сейсмических сотрясений земной поверхности с учетом их затухания с расстоянием от протяженного очага и повторяемости в заданной точке в среднем один раз в Т лет, как уже было сказано, осуществлялись по модельному каталогу землетрясений, составленному на основе ЛДФ-модели прогнозной сейсмичности. Вероятность Р превышения интенсивности IТ в течениеt лет (т.е. произойдет хотя бы одно такое событие) определялась по известной формуле:

Р = 1-e-t/T. | (8)

Вычисления сейсмической сотрясаемости производились для каждого узла квадратной сетки, покрывающей с шагом 25х25 км2 всю исследуемую территорию Северной Евразии, включая шельфы окраинных и внутренних морей. Всего в расчете участвовало более 80 тысяч узлов. В результате обработки всего модельного каталога, составленного для достаточно продолжительного интервала времени Tcat, для каждого узла сетки в компьютерной базе данных накапливалась кумулятивная гистограмма N(Ii) частоты повторяемости интенсивности Ii, которая затем делилась на величину n=Tcat/T, где Т - интересующий нас период повторяемости расчетных сотрясений. С кумулятивной гистограммы считывалось значение интенсивности IT, повторяемость которой в данном пункте соответствовала в среднем одному разу в Т лет (в нашем случае, в 500, 1000 и 5000 лет).

Рис. 14. Комплект карт общего сейсмического районирования Северной Евразии (в границах бывшего СССР) - ОСР-97 (А, В, С), отражающих различную (10%, 5% и 1%) вероятность возможного превышения расчетной сейсмической интенсивности в течение 50 лет. На карте ОСР-97А показаны линеаментная составляющая ЛДФ-модели зон ВОЗ и Курило-Камчатская фокальная зона.

По полученным в каждом узле сетки значениям ITстроились карты расчетного балла IT. Оценивалась также точность определения величины IT, которая кроме всего прочего, несомненно, зависит и от числа выборок из модельного каталога [14]. Так, увеличение отношения n=Tcat/T в 10 раз сужает интервал ошибки в 3 раза. Например, точность расчета в +- 0,1 балла для IT обеспечивается каталогом, составленным на период времени, превышающий Т в 100 раз (n=100). Эта погрешность, обусловленная методом расчета, значительно меньше ошибок, связанных с неопределенностью в исходных данных. Вместе с тем в процессе работы над созданием карт ОСР-97 указанное соотношение выдерживалось и с целью увеличения числа выборок модельные каталоги землетрясений составлялись на интервалы времени от 50000 до 250000 лет.

Комплект карт ОСР-97 (А, В, С) позволяет оценивать степень сейсмической опасности на трех уровнях, отражающих расчетную интенсивность I сейсмических сотрясений (в баллах шкалы MSK-64), ожидаемых с заданной вероятностью Р(%) на данной площади в течение определенного интервала времени t (в данном случае, t=50 лет):

- карта ОСР-97-А соответствует 10%-ной (точнее, Р = 9,52%) вероятности превышения (или 90%-ной вероятности не превышения) расчетной интенсивности в течение 50 лет или среднему периоду Т повторяемости сотрясений один раз в 500 лет;

- карта ОСР-97-В соответствует 5%-ной (точнее, 4,88%) вероятности превышения (или 95%-ной вероятности не превышения) расчетной интенсивности в течение 50 лет и Т=1000 лет;

- карта ОСР-97-С соответствует 1%-ной (точнее, 0,99%) вероятности превышения (или 99%-ной вероятности не превышения) расчетной интенсивности в течение 50 лет и Т=5000 лет. Эта карта рекомендована взамен прошлой и некорректной оценки для Т=10000 лет (индекс 3 на карте 1978 года).

В иной трактовке, карты ОСР-97-А, ОСР-97-В и ОСР-97-С соответствуют 90%-ной вероятности не превышения (или 10%-ной вероятности превышения) расчетной интенсивности в течение - 50, 100 и 500 лет, соответственно. По нашей рекомендации, карта ОСР-97-А должна быть предназначена для использования в массовом строительстве, как это делается во многих странах мира, где так же принимается 10%-ный риск превышения расчетной интенсивности (чаще всего - пиковых ускорений) в течение 50 лет, карта ОСР-97-В - для строительства объектов повышенной ответственности (школы, больницы и т.п.) и карта ОСР-97-С - для особо ответственных сооружений (АЭС и другие экологически опасные объекты).

3.2. Зоны сейсмической интенсивности на картах ОСР-97 России

Сейсмическое районирование актуально для всей без исключения территории Российской Федерации, где даже в относительно спокойных в геологическом отношении равнинных регионах имели место в прошлом и возможны в будущем достаточно сильные и разрушительные землетрясения. Свыше трети территории России подвержено 7-балльным сейсмическим воздействиям, требующим проведения антисейсмических мероприятий. Более 15% площади страны занимают чрезвычайно опасные в сейсмическом отношении 8-9- и 9-10-балльные зоны. К таким регионам относятся Дальний Восток, весь юг Сибири, а также Северный Кавказ. Определенную угрозу в сейсмическом отношении представляют и 6-7-балльные зоны Европейской части России. Это, прежде всего, Средний Урал и Приуралье, Приазовье, Поволжье, Кольский полуостров и сопредельные с ними территории.

В нефтедобывающих районах Татарстана, на горно-промышленных объектах Пермской области и других субъектов Российской Федерации к естественной сейсмичности добавляется и индуцированная локальная сейсмогеодинамическая активизация, способная спровоцировать сильные землетрясения и причинить дополнительный ущерб народному хозяйству. Известны местные землетрясения и в Воронежской области, где расположена Ново-Воронежская АЭС. Сейсмоопасными и в связи с этим экологически уязвимыми являются бассейны Черного и Каспийского морей, шельфы моря Лаптевых, Охотского, Чукотского и Баренцево морей, являющиеся поставщиками природного газа и нефтепродуктов. Продолжительные низкочастотные 4-5-балльные сотрясения, распространяющиеся на огромные расстояния от заглубленных очагов крупных землетрясений в Восточных Карпатах, способны повредить чувствительные к таким колебаниям уникальные высотные строительные объекты даже на большом удалении от эпицентров, в том числе на территории Москвы и Московской области.

В соответствии с картами ОСР-97 (А, В и С) для территории Российской Федерации на рис.15 приведены размеры площадей зон 6, 7, 8, 9 и более баллов шкалы MSK-64 в процентах по отношению ко всей площади России. В первом столбце гистограммы показаны аналогичные величины для российского фрагмента карты ОСР-78, но без дифференциации зон балльности по периодам повторяемости сотрясений (т.е. без учета индексов 1,2,3 на старой карте). Как видно на гистограмме, даже менее “суровая” и наиболее “рискованная” карта ОСР-97-А из нового комплекта превосходит по размерам площадей разной балльности карту ОСР-78. Незначительное уменьшение площади 9-балльной зоны на карте ОСР-97-А, соответствующей I500 (т.е. Т=500 лет), произошло главным образом за счет Прибайкалья, где по карте ОСР-78 она показана с индексом 2, что соответствует I1000(т.е. Т=1000 лет). На карте же ОСР-97-В (I1000) площадь 9-балльной зоны Прибайкалья почти в два раза увеличилась по сравнению с ОСР-78. Менее всего претерпела изменения 6-балльная зона, определенным образом изменяющая свою конфигурацию от карты к карте. Остальные зоны увеличились по площади от 2-3 до 5-7 раз по сравнению с картой ОСР-78. Наиболее существенные изменения в сторону повышения оценки сейсмической опасности произошли на Северном Кавказе и на Дальнем Востоке, особенно в Приморском крае.

Разработка новой методологии, создание единой для всей Северной Евразии сейсмогеодинамической модели зон ВОЗ, использование при расчетах сейсмической сотрясаемости нелинейных графиков повторяемости землетрясений с Ммах>6.5, наблюдаемых в каждом из сейсмоактивных регионов, а также другие нововведения привели к более реалистичным оценкам сейсмической опасности по сравнению с сильно заниженными прежними оценками карты ОСР-78. Близость созданных нами карт ОСР-97 реальным природным условиям подтверждается сравнением расчетной и наблюденной повторяемости сотрясений разной балльности в городах с достаточно продолжительной “сейсмической историей”.

Рис.15. Соотношения размеров площадей (% внутри гистограммы) зон сейсмической интенсивности (римские цифры справа) на картах ОСР-97 (А, В, С) и ОСР-78. Шкала ординат соответствует кумулятивным значениям размеров площадей и отражает суммарные площади с интенсивностью, превышающей 6, 7, 8 и 9 баллов.

4. Заключение

Землетрясения неизбежны, поскольку связаны с геологической эволюцией планеты, продолжающейся уже десятки и сотни миллионов лет. Предсказать время возникновения очередных подземных толчков, а тем более предотвратить их, к сожалению, невозможно. Однако разрушения и число человеческих жертв могут быть уменьшены путем создания достоверных карт сейсмического районирования, качественного сейсмостойкого строительства и проведения в сейсмоактивных районах долговременной государственной политики, основанной на повышении уровня осведомленности населения и федеральных органов об угрозе землетрясений.

Несмотря на научные достижения в области сейсмологии и сейсмостойкого строительства сейсмическая опасность с каждым годом не убывает, а растет в прямой связи с хозяйственным освоением сейсмоактивных территорий и интенсивным воздействием человека на литосферную оболочку Земли (бесконтрольная откачка нефти и газа, добыча других полезных ископаемых, строительство крупных гидротехнических сооружений, захоронение вредных отходов и т.п.). Повышенный сейсмический риск связан с размещением в сейсмоактивных регионах атомных электростанций и других экологически опасных объектов, поскольку даже незначительные землетрясения и их вторичные поражающие факторы (оползни, обвалы, наводнения, трещины на земной поверхности и т.п.) могут нарушить их нормальное функционирование.

Разработанная для ОСР-97 методика конструирования моделей зон возникновения очагов землетрясений и расчета создаваемой ими сейсмической опасности, в отличие от западной, названа нами “ВОСТОК-97” (“EAST-97” - Earthquake Adequate Source Technology - Технология адекватных очагов землетрясений). Она получила одобрение международной Программы оценки глобальной сейсмической опасности - (Global Seismic Hazard Assessment Program - GSHAP) [26], а карта ОСР-97-А территории Северной Евразии, пересчитанная нами в пиковые ускорения (PGA), помещена в Internet - http://seismo.ethz.ch/hazard/gshap/neurasia (Цюрих, Швейцария) и войдет составной частью в мировую карту оценки глобальной сейсмической опасности, планируемую к завершению в 1998-1999 гг. под эгидой ООН и Десятилетия по снижению ущерба от природных катастроф.

Дальнейшее развитие фундаментальных и прикладных исследований в области сейсмогеодинамики и сейсмического районирования должно быть направлено на совершенствование модели зон возникновения очагов землетрясений Северной Евразии и на создание новых методов районирования сейсмической опасности, основанных на изучении динамики сейсмичности, миграции деформационных волн и сейсмической активизации, повторяемости землетрясений в одном и том же очаге, и на разработку других нерешенных проблем сейсмогенеза.

5. Благодарности

Комплект новых карт общего сейсмического районирования ОСР-97 территории Северной Евразии создан в Объединенном институте физики Земли им. О.Ю.Шмидта (ОИФЗ РАН, Ген. директор В.Н.Страхов) Российской академии наук в результате комплексных исследований, выполненных в 1991-1997 гг. по проблеме “Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии” (рук. Зав. Лабораторией континентальной сейсмичности ОИФЗ РАН В.И.Уломов) в рамках Государственной научно-технической программы “Глобальные изменения природной среды и климата” (рук. Вице-президент РАН Н.П.Лаверов), при финансовой поддержке Миннауки России (нач. Управления окружающей среды А.М.Новиков), при участии научно-исследовательских институтов Российской академии наук и академий наук бывших союзных республик, без которых работа по ОСР-97 Северной Евразии не могла бы быть выполнена.

Автор глубоко благодарен своим коллегам - руководителям тематических рабочих групп - Н.В.Кондорской (каталоги землетрясений), В.Г.Трифонову (активные разломы и сейсмогеологическая таксономия), А.Ф.Грачеву (неотектоника), А.А.Гусеву, В.М.Павлову, Л.С.Шумилиной (алгоритмы и программа расчета сотрясаемости) и всем многочисленным участникам исследований из институтов Российской академии наук, ее Сибирского, Дальневосточного и Уральского отделений, а также из научно-исследовательских институтов других стран СНГ. Особую признательность заслуживают самые ближайшие помощники автора - Л.С.Шумилина и Н.С.Медведева, на которых выпала основная тяжесть многочисленных расчетов и картографических построений. Участие Ш.С.Андержанова и Ю.М.Колесникова в освоении географических информационных систем и в создании электронного банка сейсмологических и геолого-геофизических данных значительно облегчило выполнение работы.

Литература

1. Уломов В.И. Динамика земной коры Средней Азии и прогноз землетрясений. Ташкент: “ФАН” Узбекской ССР. 1974. 215 с.
2. Уломов В.И. Тектоника литосферных плит и сейсмогеодинамика // Экспериментальная сейсмология в Узбекистане. Ташкент: Издательство “ФАН” Узбекской ССР. 1983. С. 3-25.
3. Горшков Г.П. О сейсмическом районировании Средней Азии// Тр. Сеймол. ин-та АН СССР. N 79(6). 1938.
4. Горшков Г.П., Схема сейсмического районирования СССР, Юбилейный сборник, ч.1, М: АН СССР, 1947. С.454.
5. Медведев С.В. К вопросу об учете сейсмической активности района при строительстве, Труды сейсмологического института АН СССР, N119, 1947.
6. Губин И.Е. Сейсмотектонический метод сейсмического районирования, Труды Геофиз. института АН СССР, 1950, N 13 (140).
7. Ризниченко Ю.В. От активности очагов землетрясений к сотрясаемости земной поверхности, Известия АН СССР, Физика Земли, 1965, N11, стр.1-12.
8. Кейлис-Борок В.И., Кронрод Т.Л., Молчан Г.М. Алгоритм для оценки сейсмического риска // Вычислительная сейсмология. М.: Наука, 1973. Вып.6. С.21-43.
9. Cornell C.A. Engineering seismic risk analysis, Bull.Seis.Soc. Amer., 58, 1968, 1583-1906.
10. Сейсмическое районирование территории СССР. Методические основы и региональное описание карты 1978 года. М.: Наука, 1980. 307 с.
11. Гусев А.А. Описательная статистическая модель излучения очага землетрясений и ее применение к оценке сильного движения // Вулканология и сейсмология. 1984, .№1, С. 3-22.
12. Уломов В.И. Программа исследований по изучению сейсмичности и сейсмическому районированию Северной Евразии. ГНТП "Глобальные изменения природной среды и климата". М.: ИФЗ РАН. 1992. 21стр.
13. Уломов В.И. Об основных положениях и технических рекомендациях по созданию новой карты сейсмического районирования территории Российской Федерации // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Вып. 2-3. М.: ОИФЗ РАН, 1995, С. 9-26.
14. Гусев А.А., Шумилина Л.С. Некоторые вопросы методики общего сейсмического районирования // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии, Вып. 2-3. М.: ОИФЗ РАН, 1995, стр.289-300.
15. Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Вып. 1. М.: ОИФЗ РАН, 1993, 303 стр.
16. Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Вып. 2-3. М.: ОИФЗ РАН. 1995. 490 стр.
17. Уломов В.И. Решеточная модель очаговой сейсмичности и прогноз сейсмической опасности // Узбекский геологический журнал, 1987. № 6. С.20-25.
18. Уломов В.И. Волны сейсмогеодинамической активизации и долгосрочный прогноз землетрясений. Физика Земли. 1993. N 4. стр. 43-53.
19. Уломов В.И. Моделирование зон возникновения очагов землетрясений на основе решеточной регуляризации. Физика Земли, N 9, 1998, стр. 1-20.
20. Уломов В.И. Глобальная упорядоченность сейсмогеодинамических структур и некоторые аспекты сейсмического районирования и долгосрочного прогноза землетрясений // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Вып. 1. М.: ОИФЗ РАН, 1993, С. 24–44.
21. Shebalin N.V., Ulomov V.I., Tatevossian R.E., Trifonov V.G., Ioffe A.I., Kozhurin A.I. Unified Seismogeological Taxonomy of the Northern Eurasia, IUGG-Abstracts, SB21C-14, Boulder, U.S.A.,1995.
22. Рейснер Г.И., Иогансон Л.И. Земная кора и зоны возникновения ожидаемых землетрясений Крымско-Кавказского региона. М.: ИФЗ, 1991. 86 стр. (деп. В ВИНИТИ, №2725-В91).
23. Страхов В.Н., Уломов В.И., Шумилина Л.С. Общее сейсмическое районирование территории России и сопредельных регионов. Физика Земли, №10, 1998. С.
24. Уломов В.И., Шумилина Л.С. Сейсмическое районирование России на основе автоматизированных технологий // Проект. №3, 1998. С. 4 - 8.
25. Уломов В.И., Шумилина Л.С. Комплект новых карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации // Сейсмостойкое строительство. № 4, 1998. С. 30 - 34.
26. Global Seismic Hazard Assessment Program. - Annali di Geofisica. Spec. issue: Technical Planning Volume of the ILP`s, XXXVI, No. 3-4. 1993. 257 p.

Сведения об авторе

Уломов Валентин Иванович родился 7 января 1933 г. в Ташкенте (Узбекистан). В 1955 году окончил геолого-разведочный факультет Среднеазиатского Политехнического института (Ташкент). Он доктор физико-математических наук, профессор геофизики, член-корреспондент Академии наук Узбекистана (АНУ). С 1955 до 1960 гг. работал в Институте физики Земли им. О.Ю.Шмидта Академии наук СССР (ныне ОИФЗ РАН, Москва), с 1960 по 1990 гг. – в Узбекистане: Заведующий Ташкентской Сейсмологической Обсерваторией (1960–1990), Заместитель директора Института геологии и геофизики (1993–1966) и Заместитель директора Института сейсмологии АНУ (1966–1985), созданного в 1966 г. по его инициативе. С 1964 до 1979 гг. руководил Среднеазиатским Центром Сейсмологических Наблюдений, созданным им в Ташкенте. Возглавлял сейсмологические исследования природы всемирно известных Ташкентского (1966) и Газлийских (1976, 1984) землетрясений. Он автор научного открытия прогностического явления – эмиссии радона перед землетрясениями. В 1981 г. удостоен Государственной премии Узбекистана. Начиная с 1990 г. он работает снова в ОИФЗ РАН (Москва): заведующим Лабораторией Континентальной Сейсмичности, руководителем исследований по сейсмическому районированию Северной Евразии. Он автор свыше 250 научных работ, включая несколько больших монографий и Карту Общего Сейсмического Районирования Российской территории - ОСР-97. Его главные научные интересы – фундаментальная и прикладная сейсмология, структура и динамика литосферы, физика очага землетрясений и их прогнозирование, глобальная и региональная сейсмичность, сейсмическая регионализация и районирование сейсмической опасности.