|
|
Вероятностная оценка сейсмической опасности и карты ОСР-97.Сейсмическое районирование - это картирование сейсмической опасности.Сейсмическое районирование актуально для всей без исключения территории России, где даже на относительно спокойных в геологическом отношении равнинных территориях имели место, и возможны в будущем, достаточно сильные и разрушительные землетрясения. Значительную площадь занимают чрезвычайно опасные в сейсмическом отношении 8-9- и 9-10-балльные зоны. Вероятностные оценки сейсмической опасности, начиная с середины прошлого столетия, широко используются в большинстве стран мира. Однако, как ни парадоксально, в нашей стране, где были созданы первые нормативные карты сейсмического районирования (Г.П.Горшков и др.) и впервые были разработаны методы вероятностных оценок сейсмических воздействий (С.В.Медведев, Ю.В. Ризниченко, В.И. Кейлис-Борок и др.), практически все карты сейсмического районирования (СР) территории бывшего СССР оказывались детерминистскими и не учитывали особенностей сейсмического режима регионов. Даже карта общего сейсмического районирования территории СССР выпуска 1978 г. (СР-78), в которую ее составителями были введены некие индексы 1, 2 и 3, якобы отражающие повторяемость сейсмических сотрясений один раз в 100, 1000 и 10000 лет, на самом деле не давала адекватных оценок сейсмической опасности, что явилось одной из причин недостаточной надежности этой карты. В частности, в результате такой индексации реальный инженерный риск, определяемый картой СР-78, оказался не единым для всех сейсмоопасных районов страны. Более того, как это будет видно на новых картах ОСР-97, составленных нами в 1997 году, совмещать такую разнородную информацию на одной и той же карте, по меньшей мере, некорректно, поскольку с увеличением периода "ожидания", на картах меняется не только номинал сейсмической интенсивности, но и конфигурация сейсмоопасных зон, поскольку "срабатывание" тех или иных сейсмогенерирующих структур непосредственно связано с продолжительностью заданного интервала времени. Как показали наши исследования 1991-1997 гг., карта ОСР-78 на самом деле и не была "общей", поскольку составлялась из разрозненных фрагментов, созданных в разных республиках и регионах на основе разнородных исходных данных и различной, не всегда понятной, методики. Например, единый в сейсмогенетическом и сейсмогеодинамическом отношении Иран-Кавказ-Анатолийский регион, протяженностью около 3000 км, был искусственно (административно) разделен на части, каждая из которых исследовалась "самостоятельно" сейсмологами в каждой из шести бывших союзных республик - Азербайджане, Армении, Грузии, Туркмении, Украине и РСФСР. Историю отечественных исследований по сейсмическому районированию - на плакате в конце этой страницы.. Карта ОСР-78 оказалась самой "невезучей" из всех предыдущих официальных карт сейсмического районирования выпуска 1937, 1957 и 1968 гг. Так, начиная со Спитак-Ленинаканской катастрофы, в течение относительно короткого отрезка времени на территории бывшего СССР одно за другим произошли разрушительные землетрясения, на 2-3 балла превысившие сейсмическую интенсивность, указанную на карте ОСР-78. Это, как уже сказано, Спитакское землетрясение 1988 г. в Армении, Зайсанское землетрясение 1990 г. - в Казахстане, Рача-Джавское 1991г. - в Грузии, Сусамырское 1992 г. - в Киргизии, Хаилинское 1991 г. и Нефтегорское 1995 г. - в России (в Корякии и на Сахалине). Местоположение очагов этих землетрясений указаны на карте ОСР-78. В 2003 году произошло крупное землетрясение в Горном Алтае, не соответствующее прежней карте. В 2006 г. еще более крупное по магнитуде (М=7.6-7.8) землетрясение случилось на севере Камчатки, в Корякии, в районе Хаилинского землетрясения 1991 года.
Карты сейсмического районирования территории Северной Евразии (в границах бывшего СССР), созданные в 1978 г. и в 1997 г.
Как видно, площади сейсмических зон и величина ожидаемого сейсмического эффекта на новых картах ОСР-97 (А, В, С) значительно увеличились, по сравнению с картой образца 1978 года. Гистограмма, приведенная слева, иллюстрирует соотношение размеров площадей с разной интенсивностью сейсмических воздействий на каждой из этих карт, по отношению ко всей площади территории Российской Федерации. Процент площадей для интенсивности VI, VII, VIII и IX баллов указан внутри гистограмм, а суммарная величина приведена на оси ординат слева. Условия неопределенностей, которые в природе всегда существуют, делают неправомочным детерминистский подход к сейсмическому районированию. Оно может быть осуществлено лишь на вероятностной основе. Иными словами, риск всегда будет иметь место, но его необходимо свести к минимуму. Это и заложено в новых картах, позволяющих оценивать степень сейсмической опасности для объектов разных сроков службы и категорий ответственности на трех уровнях, отражающих расчетную интенсивность сейсмических сотрясений, ожидаемых на данной географической площадке с заданной вероятностью в течение определенного интервала времени. В связи с вышесказанным, а также по ряду других объективных причин, при исследованиях в 1991-1997 гг. по Общему сейсмическому районированию Северной Евразии, охватывающей территорию России и сопредельных с ней стран, нами было принято решение создавать не одну карту, как делалось это прежде, а комплект вероятностных карт ОСР-97, отражающих равновероятную для конкретного уровня риска возможного превышения той или иной сейсмической интенсивности на всей исследуемой территории в течение заданного интервала времени. Благодаря компьютерным технологиям, позволившим "активизировать" модель источников землетрясений, стало возможным составлять карты виртуальной сейсмичности на любой разумный интервал времени и изучать сейсмический эффект, создаваемый виртуальными очагами на земной поверхности. С учетом затухания сейсмического эффекта с удалением от сейсмических источников, нами выполнены расчеты и построены карты для периодов повторяемости сейсмических воздействий в среднем один раз в 100, 500, 250, 1000, 2500, 5000 и 10000 лет. Основываясь на разработанной нами новой методологии, используя технологию современных географических информационных систем (ГИС) и созданную мощную цифровую базу однородных исходных данных, в 1991-1997 гг. было создано пять нормативных карт для разных периодов повторяемости сейсмических сотрясений - один раз в 100 лет (карта ОСР-97-0), в 500 лет, (карта ОСР-97-А), в 1000 лет (карта ОСР-97-В), 5000 лет (карта ОСР-97-С) и 10000 лет (карта ОСР-97-D), что соответствует разной степени вероятности (39%, 10%, 5%, 1% и 0.5%) возможного превышения сейсмической интенсивности в течение 50 лет. От карты с периодом повторяемости в 100 лет сразу же пришлось отказаться по причине очень высокого риска, "предлагаемого" этой картой. Для территории Российской Федерации карты ОСР-97 стали нормативными. В комплект карт, рекомендованный нами Госстрою России к применению в практике гражданского и промышленного строительства, вошли три (а не одна, как прежде) карты ОСР-97(А, В и С), предназначенные для обеспечения проектирования и сейсмостойкого строительства объектов разных категорий ответственности и сроков службы (см. раздел "Сейсмостойкое строительство"). Карта ОСР-97-D, предназначенная для безопасного размещения таких чрезвычайно ответственных объектов, как атомные станции, вошла в соответствующие нормы Минатома (см. раздел "Экологический надзор"). В 2000 г. карты ОСР-97 совместно с вспомогательными картами-врезками зон ВОЗ, сейсмичности и периодов повторяемости сотрясений различной интенсивности были опубликованы в настенном варианте в масштабе 1:8.000.000. В том же году Госстроем России комплект карт ОСР-97 введен в состав Строительных норм и правил (СНиП II-7-81*) "Строительство в сейсмических районах" (см. раздел "Сейсмостойкость").
Согласно новой редакции Строительных норм и правил (СНиП II-7-81*) "Строительство в сейсмических районах", карта ОСР-97-А рекомендована для использования при массовом промышленном и гражданском строительстве. Карты ОСР-97-В и ОСР-97-С предназначены для проектирования и строительства объектов повышенной ответственности и особо ответственных сооружений (здания и сооружения, эксплуатация которых необходима при землетрясении или при ликвидации его последствий - системы энерго- и водоснабжения, пожарные депо, сооружения связи; здания с одновременным пребыванием в них большого числа людей - вокзалы, аэропорты, театры, цирки, концертные залы, крытые рынки, спортивные сооружения; больницы, школы, дошкольные учреждения; здания высотой более 16 этажей; другие здания и сооружения, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным, экологическим последствиям и т.п.). Новые карты сейсмического районирования территории Российской Федерации не только концептуально отличаются от всех карт, созданных в прежние годы, но и не имеют пока прецедента использования всего комплекта (а не одной карты) в мировой практике сейсмостойкого строительства. Благодаря конкретным вероятностным оценкам, эти карты впервые позволили реалистично оценивать степень сейсмического риска на конкретных территориях и для конкретных объектов. Методология составления карт ОСР-97 получила международное признание, а карта ОСР-97-А всей Северной Евразии, представленная нами в пиковых ускорениях колебаний грунта, вошла составной частью в опубликованную в 1999 г. под эгидой ООН мировую карту глобальной сейсмической опасности (Global Seismic Hazard Map).
Сейсмический эффект, указанный на каждой из карт комплекта ОСР-97, отнесен к средним грунтовым условиям (грунты II категории по сейсмическим свойствам, согласно СНиП II-7-81*) и может быть уточнен в результате исследований по сейсмическому микрорайонированию (СМР, масштаб 1:50000 и крупнее). Уточнение модели зон ВОЗ в более крупном масштабе (1:500.000 и крупнее), по сравнению с ОСР-97, должно осуществляться путем проведения исследований по детальному сейсмическому районированию (ДСР). Основой же всех последующих работ по ДСР и СМР непременно должны быть карты ОСР-97 (масштаб 1:2.500.000). Не менее важно, чтобы и карты ДСР, и карты СМР, были вероятностными и в обязательном порядке включали в себя принятые в ОСР-97 интервалы времени 500, 1000, 5000 и 10000 лет. Еще раз необходимо подчеркнуть, что при одной и той же модели зон ВОЗ, характеризующейся конкретными долговременными средними параметрами сейсмического режима, изменение интервалов времени периодов повторяемости сейсмического эффекта приводит к изменению не только номиналов, но и конфигурации зон сейсмической интенсивности. Особенно четко это наблюдается на территории Восточно-Европейской платформы и Урала (см. карты ОСР-97). Природа такого явления объясняется последовательным проявлением в сейсмическом эффекте активности сейсмогенерирующих структур, характеризующихся даже очень продолжительными периодами повторяемости в них сейсмических событий. Прежде это обстоятельство, как уже сообщалось, к сожалению, не учитывалось. На этот раз сейсмическим районированием впервые была охвачена вся обширная территория страны, включая платформы, шельфы внутренних и окраинных морей, а также сопредельные сейсмоактивные регионы. Впервые была создана унифицированная электронная база сейсмологических и других геолого-геофизических данных. Впервые была разработана единая, внутренне согласованная, модель зон возникновения очагов землетрясений на всей территории Северной Евразии. Впервые сейсмические очаги рассматривались не в виде точек, как прежде, а в виде реальных, протяженных на десятки и сотни километров, источников сотрясений. Комплект карт ОСР-97 в 1998 году был удостоен Диплома первой степени Международной выставки-ярмарки "ИННОВАЦИИ-98" и Медали Всероссийского Выставочного Центра. Наша работа по созданию новой методологии и комплекта карт ОСР-97 отмечена Государственной премией Российской Федерации 2002 года в области науки и техники.
Объяснительную записку к картам ОСР-97 можно найти здесь (pdf - 3284 Кбайт), а список населенных пунктов с указанием принятой для них балльности в разделе "Населённые пункты и баллы". Подробнее о методологии ОСР-97 можно узнать здесь (pdf - 3095 Kb).
А здесь можно увидеть и скачать комплект новых карт ОСР-2012, предназначенных для их обсуждения сейсмологической общественностью на предмет возможного официального утверждения в качестве нормативных.
|
Нефтегорское землетрясение 1995 года на севере Сахалина и карты ОСР. В ночь с 27 на 28 мая 1995 года на севере острова Сахалин произошло 9-10-балльное землетрясение. Оно было самым разрушительным из известных на территории России и случилось в 6-7-балльной зоне карты образца 1978 г. Ближайший к эпицентру поселок городского типа Нефтегорск практически был полностью уничтожен и затем ликвидирован. Погибло более двух тысяч человек, разрушены железные дороги, линии электропередач и связи, приведены в аварийное состояние жилые дома и другие строительные объекты в ближайших населенных пунктах. В Нефтегорске полностью рухнули 17 жилых пятиэтажек, построенных без каких-либо антисейсмических мероприятий. Тектонический разрыв протяженностью свыше 80 км и амплитудой смещения до 8 метров вспорол земную поверхность в эпицентральной области.
Еще до завершения работ по созданию комплекта новых карт общего сейсмического районирования территории страны (ОСР-97) нами, по заданию директивных органов, в оперативном порядке была составлена Временная схема сейсмического районирования Сахалина (отв. редакторы - В.И.Уломов и А.И.Иващенко, 1995 г.), согласно которой 6-7-балльная зона на прежней карте ОСР-78 была переведена в 9-балльную зону сейсмической опасности. Эти же оценки затем были подтверждены и картами ОСР-97, которым на этот раз не "противоречило" и 9-балльное Углегорское землетрясение, случившееся спустя три года после их создания. Ниже приведены фрагменты карт сейсмического районирования образца 1957, 1962, 1968 и 1978 годов, на которых видно, что Нефтегорское землетрясение 1995 года и Углегорское землетрясение 2000 года на 2-3 балла превысили оценки сейсмической опасности, указанные на этих картах. Составители всех этих карт недооценили реальную сейсмическую опасность территории Сахалина.
Фрагменты карт ОСР-97(А, В, С) для Сахалина и сопредельной территории, включая шельфы морей. Цифрами указана ожидаемая величина сейсмической интенсивности в баллах шкалы MSK-64, которая с вероятностью 10% (карта А), 5% (карта В) и 1% (карта С) может быть превышена в течение каждых 50 лет (или, иначе говоря, с вероятностью 10% - в течение 50, 100 и 500 лет).
|
Карты ОСР-97 и Горно-Алтайское землетрясение.Землетрясение 27 сентября 2003 г. в Горном Алтае (магнитуда М=7.5, сейсмический эффект в эпицентре I0=9-10 баллов) подтвердило реалистичность карт ОСР-97. Оно произошло именно там, где ему и было "предписано" этими картами. На приведенном ниже фрагменте совмещенных карт ЛДФ-модели источников землетрясений и ОСР-97А видно, что очаг этого сильнейшего землетрясения, изображенный в виде эллипса зеленого цвета, прекрасно совпал с линеаментом такого же сейсмического потенциала (М=7.5) и расположился в 9-балльной зоне карты ОСР-97А (а по карте ОСР-97С - даже в 10-балльной зоне). Здесь же, справа, по данным автора, показана последовательность возникновения землетрясений с магнитудами М=7.5 и М=8.0 в рассматриваемом регионе. Как видно, и в плане долгосрочного прогноза землетрясений с М=7.5 имеется определенный успех (график в нижнем правом углу). Момент возникновения этого землетрясения (зеленый кружок) уложился в интервал времени ожидания таких событий (заштрихованная полоса). Следует иметь в виду, что в рассматриваемом регионе уже давно назрело и более крупное землетрясения с М=8.0 (бордовый кружок на графике). Этот график был составлен и опубликован задолго до Горно-Алтайского землетрясения. Таким образом, долгосрочный прогноз Горно-Алтайского землетрясения оправдался как по местоположению, так и по интервалу времени ожидания.
О качестве строительства."Не землетрясения убивают людей, а здания" (Из книги Дж.Гир, Х.Шах. Зыбкая твердь. М., Мир, 1988) При строительстве в сейсмоактивных районах следует не только строго руководствоваться картами ОСР-97, но и строить качественно. Вот свежие примеры зависимости числа жертв и размеров ущерба от одинаковых по магнитуде (М=6.5-6.7) землетрясений, случившихся в течение лишь одного 2003 г. в странах, по-разному относящихся к обеспечению своей сейсмической безопасности. Всего за 2003 г. в результате землетрясений на земном шаре погибло около 40 тысяч человек, около 70 тысяч были ранены, ущерб превысил несколько миллиардов американских долларов. В том числе в Алжире погибло 2273 человека, 12000 были ранены, ущерб достиг 500 млн. долларов. При землетрясении, разрушившем в декабре город Бам в Иране, погибло 34000 человек, ранено свыше 50000, ущерб превысил 100 млн. долларов. В то же время в США при аналогичном землетрясении погибло 5 человек, ранено 30, хотя ущерб измерялся десятками миллионов долларов. Комментарии, как говорится, излишни. Землетрясение того же 2003 года в нашем Горном Алтае, имевшее значительно большую магнитуду (М=7.5), лишь по счастливой случайности не сопровождалось серьезными разрушениями и человеческими жертвами, поскольку этот район очень слабо заселен, а постройки в основном деревянные. Гигантские трещины рассекли окрестности небольшого поселка Бельтир, оказавшегося всего в 5-6 километрах от эпицентральной области. Случись такое землетрясение в густонаселенной и ненадежно застроенной местности, оно обернулось бы страшной катастрофой. Так, памятное Нефтегорское землетрясение 1995 г. с аналогичной магнитудой полностью уничтожило рабочий городок Нефтегорск на севере Сахалина и унесло 2000 человеческих жизней. Реализованная в ОСР-97 концепция создания не одной, а комплекта вероятностных карт сейсмического районирования, получила признание российских инженерных сейсмологов и впервые в мире внедрена в практику сейсмостойкого строительства. Оценки сейсмической опасности, дифференцированные по интервалам времени, существенно расширили информативные возможности ОСР-97. Карты ОСР-97 указали на более высокую сейсмическую опасность территории Российской Федерации, чем это предполагалось прежде, и явились основанием для утверждения правительством страны Федеральной целевой программы "Сейсмобезопасность территории России" (ФЦП, 2002-2010 гг.). Цель ФЦП - максимальное повышение сейсмической безопасности населения, снижения социального, экономического и экологического риска в сейсмически опасных районах Российской Федерации, снижение ущербов от разрушительных землетрясений путем усиления и реконструкции существующих зданий и сооружений, а также подготовки городов, населенных пунктов, транспортных, энергетических и иных объектов и магистралей к сильным землетрясениям. Отсутствие в прежние годы в СССР и в Российской Федерации таких общегосударственных программ привело к тому, что десятки миллионов человек проживают в домах со значительным дефицитом сейсмостойкости. Комплект карт ОСР-97 в 1998 году был удостоен Диплома первой степени Международной выставки-ярмарки "ИННОВАЦИИ-98" и Медали Всероссийского Выставочного Центра. В 2003 году Указом Президента В.В.Путина коллектив сейсмологов во главе с автором этих строк был удостоен Государственной премии 2002 года Российской Федерации в области науки и техники за работу "Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации: Методология и комплект карт ОСР-97".
|
Карты ОСР-97 и землетрясение в Корякии.Землетрясение в Корякии произошло в полдень 21 апреля 2006 г. По величине магнитуды, оцениваемой разными службами от М=7.6 до М=7.8, это сейсмическое событие относится к крупнейшим. Однако сейсмический эффект в эпицентральной области, судя по не очень значительным повреждениям домов в населенных пунктах Хаилино, Тиличики и Корф, не превышал 8-9 баллов, по-видимому, благодаря "мягкому" вспарыванию очага, что еще раз подтвердило реалистичность карт ОСР-97. Обошлось без жертв. До создания в 1997 гг. карт ОСР-97 этот район считался практически не сейсмическим.
Фрагменты карт ОСР-97 (А, В, С) Камчатки и сопредельной территории. Справа внизу - местоположение эпицентров Корякского землетрясения и его сильных повторных толчков (по состоянию на 23 апреля 2006 г. - фрагмент карты заимствован с сайта Геологической службы США).
|
ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОСР-97 (1991-1997 гг.)Комплект карт Общего сейсмического районирования территории Российской Федерации и сопредельных сейсмоактивных регионов - ОСР-97 был создан на основе новой методологии вероятностной оценки сейсмической опасности в результате комплексных сейсмологических и геолого-геофизических исследований по проблеме "Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии" (рук. проф. В.И.Уломов), выполненных в течение 1991-1997 гг. в Объединенном институте физики Земли РАН (ОИФЗ, директор академик В.Н.Страхов) в рамках Государственной научно-технической программы "Глобальные изменения природной среды и климата" (рук. вице-президент РАН академик Н.П.Лаверов). Новая методология разработки и практического использования Комплекта новых карт ОСР-97 были одобрены решением расширенного заседания Ученого совета ОИФЗ РАН (12 февраля 1998 г.), утверждены вице-президентом РАН (23 марта 1998 г.) и заместителем Министра строительства РФ (28 марта 1998 г.), постановлениями НТС Минстроя России (21 апреля 1998 г.), Бюро Отделения геологии, геофизики, геохимии и горных наук РАН (20 мая 1998 г.) и приняты в 2000 г. в качестве основы для нормативных документов, позволяющих оценивать степень сейсмической опасности для строительных объектов разных категорий ответственности и сроков службы. В 2003 г. работа по ОСР-97 удостоена Государственной премии Российской Федерации 2002 года в области науки и техники.
|
В исследованиях по ОСР-97 принимали участие ученые из десятков научно-исследовательских институтов РАН, ее Дальневосточного, Сибирского и Уральского отделений, а также из других министерств и ведомств, в том числе из стран СНГ и других сопредельных государств - Китая, Ирана, Турции, Японии и др. |
Организации - ответственные исполнители исследований по проблеме "Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии" (1991-1997):
Объединенный институт физики им. О.Ю. Шмидта
Российской академии наук (головная организация, Москва), Институт земной
коры СО РАН (Иркутск), Объединенный институт геологии и геофизики СО РАН
(Новосибирск), Якутский институт геологических наук СО РАН (Якутск),
Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН (Южно-Сахалинск), Институт
вулканологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский), Институт вулканической
геологии и геохимии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский), Северо-восточный
комплексный НИИ ДВО РАН (Магадан).
По нашей методологии, спустя 7 лет, аналогичные нормативные карты,
согласованные с ОСР-97, были
созданы и в Украине - ОСР-2004 (А, В, С).
Ответственные редакторы
- Б.А.Пустовитенко (Украина) и В.И.Уломов (Россия)
|