Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ
При решении многих практических задач - прогнозе сейсмических воздействий, сейсмической опасности и антисейсмическом проектировании, необходимы данные о количественных параметрах сильных движений грунта при землетрясениях. Наиболее достоверным способом получения количественных инженерных характеристик колебаний грунта являются непосредственные инструментальные наблюдения за сильными землетрясениями. Но из-за отсутствия достаточно развитой и оснащенной сети специальных сейсмических станций возможности применения данного способа на территории России очень ограничены, и в складывающихся условиях трудно ожидать быстрого улучшения дел в данной области. С другой стороны, как показывает мировой опыт, даже при наличии достаточно густой сети наблюдений за сильными движениями (такой, например, как в США, Японии, некоторых других странах) требуется не одно десятилетие для того, чтобы получить достаточное количество записей сильных землетрясений. Это связано с тем, что сильные землетрясения - редкое событие в пределах отдельных сейсмоактивных регионов. В связи с этим в последние годы получили развитие расчетные (в том числси статистические) методы прогнозирования количественных характеристик сильных движений. Например, в работах Ф.Ф. Апгикаева, В.В. Штейнберга, А.А. Гусева, Ю.К.Чернова, В.Ю. "Соколова и др. описаны различные способы и результаты расчетов спектров и других параметров сейсмических воздействий от близких сильных землетрясений по инструментальным записям далеких и слабых из тех же сейсмотектонических зон. Однако в большинстве сейсмоопасных районов России (как и во многих других регионах) как в прошлом, так и в настоящее время отсутствует инструментальная регистрация землетрясений для инженерных целей. Вследствие этого необходимые для таких расчетов региональные записи землетрясений в большинстве случаев отсутствуют. Восполнить этот пробел в ближайшее время также будет очень сложно.
Поэтому в современных условиях в России, а также во многих других сейсмоактивных районах мира является актуальной проблема разработки альтернативных, неинструментальных способов получения инженерно-сейсмологических данных, необходимых для решения практических задач.
В то же время во многих регионах мира к настоящему времени накоплен обширный материал по макросейсмическим описаниям сильных землетрясений, который охватывает относительно длительные периоды времени. Причем это действительно наиболее сильные для
данных районов землетрясения, что весьма важно при прогнозных оценках сейсмической опасности. Поэтому одним из перспективных направлений при решении проблемы получения количественных параметров сильных движений может оказаться использование данных макросейсмических обследований землетрясений.
Цель работы -получение по результатам макросейсмического описания сильных землетрясений данных о спектрах колебания грунта, ориентированных на использование их при оценках сейсмических воздействий, а также сейсмической опасности.
Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:
-
Усовершенствовать вероятностную модель для количественного описания связей макросейсмической интенсивности сотрясений со спектральным составом колебаний грунта при землетрясениях на основании имеющихся и новых данных.
-
Разработать методику применения новой спектральной модели балльности для практических оценок спектров сильных землетрясений в эпицентральнои зоне. Определить ее возможности и ограничения в различных сейсмогеологических условиях.
-
Построить с использованием данной методики региональную систему вероятностных спектров для сахалинских потенциально опасных землетрясений разных магнитуд.
-
Применить данную систему спектров для вероятностных оценок сейсмических воздействий и сейсмической опасности для Пильтунского участка шельфа с получением практически значимых результатов.
В соответствии с поставленными задачами на защиту выносятся следующие основные положения:
-
Количественные связи между макросейсмической интенсивностью и спектральным составом колебаний грунта при землетрясениях разных магнитуд описываются специально разработанной спектральной моделью балльности.
-
Наиболее перспективным для использования и решения поставленной задачи является метод, основанный на связи спектра колебаний грунта в эпицентральнои зоне с величинами сотрясений во всей области проявления макросейсмического поля.
-
Использование восстановленных по макросейсмическим данным спектров сахалинских землетрясений позволяет оценить региональную систему спектров.
-
Оценки сейсмической опасности для участка шельфа острова Сахалин могут быть осуществлены с использованием региональной системы спектров.
Разработана новая статистическая модель для количественного описагаїя связей макросейсмической интенсивности сотрясений со спектром ускорений колебаний грунта с учетом магнитуды землетрясения.
Предложена новая методика восстановления вероятностных спектров ускорений по данным обследований макросейсмического поля сильных землетрясений.
Впервые на основе макросейсмических данных были получены расчетные спектры колебаний грунта в ближней зоне сильных землетрясений, для которых такие оценки до настоящего времени отсутствовали.
По материалам макросейсмических обследований и с учетом региональных особенностей формирования спектральных характеристик рассчитана вероятная система спектров Фурье и спектров реакции для землетрясений сахалинского региона.
С использованием разработанной региональной системы спектров получены новые данные о возможных сейсмических воздействиях для одного из перспективных участков сахалинского шельфа.
1. Разработана методика, позволяющая получать для решения
практических задач (прогноза сейсмических воздействий и антисейс
мического проектирования) оценки вероятных спектров колебаний
грунта при сильных землетрясениях в сейсмоактивных районах, где
инструментальная регистрация сильных движений грунта отсутствует
или недостаточна. При этом используются относительно широко рас
пространенные и доступные макросеисмические данные. Во многих
районах есть возможность получать количественные оценки спектров
сильных землетрясений, используя большой объем описательных макро
сейсмических данных, накопленных за длительные исторические про
межутки времени, значительно превышающие сроки инструменталь
ных наблюдений. Это позволит существенно расширить количество
данных и тем самым повысить точность и надежность расчетов сейс
мических воздействий.
2. С использованием методики восстановления спектров колеба
ний грунта по макросейсмическим данным разработана региональная
система спектров сахалинских землетрясений, применение которой
позволит повысить точность и надежность прогнозных оценок при ре
шении задач сейсмического районирования и оценки сейсмической
опасности отдельных, в том числе и ответственных, объектов на тер
ритории Сахалинской области.
3. Для одного из участков сахалинского шельфа, планируемого под размещение морской добывающей платформы, получены новые уточненные оценки параметров возможных сейсмических воздействий. Использование этих оценок наряду с другими данными позволит выработать на последующих стадиях оптимальные критерии антисейсмического проектирования, что, в свою очередь, обеспечит достаточную защиту и безопасность обслуживающего персонала и оборудования при высокой экономической эффективности всего проекта.
Сбор и анализ данных инструментальных и макросейсмических обследований сильных землетрясений по материалам разных опубликованных и фондовых источников были проведены лично автором. Для производства основных расчетов использована вычислительная программа, составленная совместно с А.А. Бобковым, а также широко используемые в инженерно-сейсмологической практике вычислительные программы В.Ю. Соколова и М.П. Салганика. Интерпретация результатов, основные выводы и рекомендации бьши получены автором самостоятельно.
Основные результаты работы докладывались на научных семинарах в Объединенном Институте физики Земли РАН и в Институте морской геологии и геофизики ДВО РАН, на I и II дальневосточных межвузовских научно-практических конференциях, результаты работы опубликованы в восьми статьях.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ