Землетрясения. Механизм возникновения. Прогноз

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

КУРСОВАЯ РАБОТА

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ. МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ. ПРОГНОЗ

Работу выполнила

Филатова

Факультет геологический курс 1

Направление подготовки 020700.62 Геология

Научный руководитель

О.Н. Зуб

Нормоконтролер

доцент, к.г.п. О.Л. Донцова

Краснодар 2013

РЕФЕРАТ

Курсовая работа состоит из введения, двух глав и заключения.

В работе рассмотрены современные проблемы сейсмологии. Изложены общие сведения о землетрясениях, а также их классификация по типу. На основе анализа географического распределения сейсмических зон сделаны выводы о пространственном размещении сейсмофокальных зон. Приводятся сведения о методах их прогноза и антисейсмических мероприятиях.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА. Сейсмические зоны; плейстосейстовая область; гипоцентр землетрясения; сейсмические волны; тектонические, вулканические и техногенные землетрясения; прогноз; антисейсмические мероприятия.

ВВЕДЕНИЕ

Прогноз землетрясений в настоящее время является одной из актуальнейших проблем наук о Земле, в значительной степени одной из главных задач физики Земли. Землетрясения - весьма быстрые упругие колебания мантии и литосферы и вызванные ими сотрясения земной поверхности, происходящие при взрывообразном высвобождении механической энергии в очагах на глубинах от 3 до 750 км. Очаг землетрясения - это некоторый объём пород, в котором происходит их динамический разрыв под воздействием напряжений, накопившихся в процессе тектонических деформаций.

Под прогнозом понимается предсказание места и времени возникновения будущих землетрясений с указанием их возможной силы и характера проявления на поверхности Земли. Попытки постановки задачи предсказания в момент сильных толчков предпринимались во многих странах, в особенности в связи с разрушительными землетрясениями.
К настоящему времени возможность предсказания времени возникновения сильных землетрясений значительно усилилась благодаря обнаружению большого числа явлений - предвестников приближающихся землетрясений, когда вероятность предсказания может быть подтверждена многочисленными инструментальными наблюдениями. Тем не менее, в сообществе исследователей в области прогноза землетрясений сформировался скептический взгляд на наличие физически обоснованных, надёжно инструментально регистрируемых предвестников катастрофических землетрясений, на основе которых возможно осуществление прогноза времени, места и силы будущих событий.

1.      ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯХ

1.1.   Причины землетрясений

Ценою усилий нескольких поколений исследователей специалисты теперь неплохо представляют, что происходит при землетрясении и как оно проявляется на поверхности Земли. Но ведь поверхностные явления-это результат того, что происходит в недрах. И основное внимание специалистов теперь сосредоточено на познании глубинных процессов в недрах Земли, процессов, приводящих к землетрясению, его сопровождающих и за ним следующих.

Большинство землетрясений вызывают огромные силы, возникающие, когда две плиты сталкиваются друг с другом: либо в зонах субдукции, где одна плита поддвигается под другую, либо вдоль трансформ, по которым две плиты проходят мимо друг друга. Во время притирания порода на любой из сторон может немного изгибаться и растягиваться, но рано или поздно напряжение возрастет до такого уровня, что они внезапно раскалываются. Стремительный отрыв порождает ударные (сейсмические) волны, расходящиеся по земле во всех направлениях от очага, или гипноцентра, - точки, где оторвалась порода. [2]

Разрыв распространяется вдоль границы плиты, как трещина в стекле. Чем длиннее трещина, тем сильнее землетрясения. Например, во время землетрясения в 2004 году в Южной Азии разрыв вдоль границы Индо-Австралийской плиты прошел на 1000 километров. Крупное землетрясение в 1964 году на Аляске подняло горы вверх на 12 метров.

Большинство землетрясений сдвигают грунт всего на несколько сантиметров. Однако совокупное воздействие на ландшафт последовательных землетрясений оказывается весьма значительным. Если породы на каждой стороне разрыва смещаются лишь на 10 сантиметров в столетие, то через миллион лет они могут подняться или опуститься на целый километр.

1.2.   Механизм возникновения

Любое землетрясение - это мгновенное высвобождение энергии за счет образования разрыва горных пород, возникающего в некотором объеме, называемом очагом землетрясения, границы которого не могут быть определены достаточно строго и зависят от структуры и напряженно-деформированного состояния горных пород в данном конкретном месте. Деформация, происходящая скачкообразно, излучает упругие волны. Объем деформируемых пород играет важную роль, определяя силу сейсмического толчка и выделившуюся энергию.

Большие пространства земной коры или верхней мантии Земли, в которых происходят разрывы и возникают неупругие тектонические деформации, порождают сильные землетрясения: чем меньше объем очага, тем слабее сейсмические толчки. Гипоцентром, или фокусом, землетрясения называют условный центр очага на глубине. Глубина его обычно бывает не больше 100 км, но иногда доходит и до 700 километров. А эпицентром - проекцию гипоцентра на поверхность Земли. Зона сильных колебаний и значительных разрушений на поверхности при землетрясении называется плейстосейстовой областью(рис. 1.2.1.)

Рис. 1.2.1.Плейстосейстовая область

По глубине расположения гипоцентров землетрясения делятся на три типа:

)        мелкофокусные (0-70 км),

)        среднефокусные (70-300 км),

)        глубокофокусные (300-700 км).

Чаще всего очаги землетрясений сосредоточены в земной коре на глубине 10-30 километров. Как правило, главному подземному сейсмическому удару предшествуют локальные толчки - форшоки. Сейсмические толчки, возникающие после главного удара, называются афтершоками.Происходящие в течение значительного времени,афтершоки способствуют разрядке напряжений в очаге и возникновению новых разрывов в толще горных пород, окружающих очаг.

Рис. 1.2.2 Типы сейсмических волн: а - продольные P; б - поперечные S; в - поверхностные ЛяваL; г - поверхностные Рэлея R. Красной стрелкой показано направление распространения волны

Сейсмические волны землетрясения, возникающие из-за толчков, распространяются во все стороны от очага со скоростью до 8 километров в секунду.

Различают четыре вида сейсмических волн: P (продольные) и S (поперечные) проходят под землей, волны Лява (L) и Рэлея (R) - по поверхности (рис.1.2.2.)Все виды сейсмических волн распространяютсяочень быстро. Волны P, сотрясающие землю вверх и вниз, самые стремительные, они движутся со скоростью 5 километров в секунду. Волны S, колебания из стороны в сторону, лишь незначительно уступают в скорости продольным. Поверхностные волны медленнее, однако, именно они вызывают разрушения, когда удар приходится на город. В твердой породе эти волны распространяются так быстро, что их нельзя увидеть глазом. Однако рыхлые отложения(в уязвимых районах, например, в местах подсыпки грунта) волны Лява и Рэлея в состоянии превратить в текучие, так что можно видеть проходящие по ним, как по морю, волны. Поверхностные волны могут опрокидывать дома. И во время землетрясения 1995 года в Кобе (Япония), и в 1989 году в Сан- Франциско серьезней всего пострадали здания, построенные на насыпных грунтах.[3]

Очаг землетрясения характеризуется интенсивностью сейсмического эффекта, выражаемого в баллах и магнитуде. В России используется 12-балльная шкала интенсивности Медведева-Шпонхойера-Карника. Согласно этой шкале, принята следующая градация интенсивности землетрясений (1.2.1.)

Иногда очаг землетрясения может быть и у поверхности Земли. В таких случаях, если землетрясение сильное, мосты, дороги, дома и другие сооружения оказываются разорванными и разрушенными.

1.3.   Типы землетрясений

По характеру процессов в их очагах выделяют несколько типов землетрясений, основными из которых являются тектонические, вулканические и техногенные.

Тектонические землетрясения. Возникают вследствие внезапного снятия напряжения, например, при подвижках по разлому в земной коре (исследования последних лет показывают, что причиной глубоких землетрясений могут быть и фазовые переходы в мантии Земли, происходящие при определенных температурах и давлениях). Иногда глубинные разломы выходят на поверхность. Во время катастрофического землетрясения в Сан-Франциско 18 апреля 1906 общая протяженность поверхностных разрывов в зоне разлома Сан-Андреас составила более 430 км, максимальное горизонтальное смещение - 6 м. Максимальная зарегистрированная величина сейсмогенных смещений по разлому 15 м.

Вулканические землетрясения. Происходят вследствие резких перемещений магматического расплава в недрах Земли или в результате возникновения разрывов под влиянием этих перемещений.

Техногенные землетрясения. Могут быть вызваны подземными ядерными испытаниями, заполнением водохранилищ, добычей нефти и газа методом нагнетания жидкости в скважины, взрывными работами при добыче полезных ископаемых и пр. Менее сильные землетрясения происходят при обвале сводов пещер или горных выработок.[2]

1.4.   Географическое распространение землетрясений