Введение к работе
Актуальность проблемы. Представлеішая работа направлена на разработку новых подходов к прогнозу сейсмического воздействия землетрясений Монголо-Байкальского сейсмического пояса. Задачи диссертации определены актуальной проблемой обеспечеїшя сейсмической безопасности.
Для эффективного проведения антисейсмических мероприятий
необходимо решение ряда фундаментальных и прикладных задач,
определяемых общей сейсмичностью региона. Современный этап развития
методов распознавания мест возможных землетрясешш позволяет
локализовать потенциальные сейсмоопасные зоны с точностью до
нескольких размеров очага землетрясения. Эти фундаментальные
результаты существенно повышают точность прогноза интенсивности
максимально возможного землетрясеїшя и создают основу для перехода от
макропараметров сейсмической опасности к более детальным
характеристикам в терминах сейсмических воздействий.
Прогноз сейсмического воздействия землетрясений в выполненной работе основан на едином методическом подходе к изучению условий возбуждения и распространения сейсмических колебашш в регионе. Достоверность прогноза определяется надежностью описания волнового поля землетрясения в структурно-неоднородной среде. Блоковое строение земной коры Байкальской рифтовой зоны, с одной стороны, характеризует сейсмический режим региона, с другой- определяет неоднородные условия деформирования на протяжении всей трассы сейсмических волн от очага землетрясения до поверхности. Контролирующим фактором в обоих случаях являются деформационные характеристики зон ослабления. Неоднородность верхней части разреза земной коры, слоистость, физико-химические свойства скелета горных пород и заполнителя так же существенно влияют на формирование волнового поля землетрясения.
Проблема сейсмической безопасности не может быть решена без исследовшшя устойчивости грунтов и возводимых сооружений при сильных динамических воздействиях. Накопленные экспериментальные данные о воздействии землетрясений и взрывов показали существешгую ограниченность уравнений теории упругости в реальной среде . Наиболее важным в совремешшх представлениях является то, что нелинейные законы деформирования характерны не только для процессов, имеющих
место в очаговых зонах землетрясений (взрывов), но отчетливо локализуются и в дальней зоне, традиционно считавшейся линейной.
Решение этих задач возможно только на основе экспериментального изучения деформационных характеристик горных пород, характерных для исследуемого региона
Цель исследований: Разработка метода прогноза сейсмического воздействия на основе решения динамически задач очаговой и структурной сейсмологии (в рамках проблем сейсмического районирования разного уровня) применительно к структурно-неоднородной геологической среде с учетом физической нелинейности сейсмических волн и колебаний сооружений.
Основные задачи исследований:
1.Проведение экспериментов по изучению деформациошшх свойств грунтов, динамических характеристик и пространственной структуры волнового поля близких землетрясений в Монголо-Байкальском сейсмическом поясе.
2.Развитие методов анализа параметров сейсмического процесса для Байкальской рифтовой зоны.
3. Разработка динамической модели формирования сейсмических колебаний при землетрясении с целью разделения плейстосейстовой области и зоны транзитных землетрясений.
4.Развитие инструмеглачьных методик определения спектральных характеристик слоя рыхлых отложений в условиях структурно-неоднородной среды.
5. Разработка рекомендаций по количественному прогнозу сейсмического воздействия в плейстосейстовых зонах и зонах влияния транзитных землетрясений.
Методы исследований ориентировались на создание целостностного представления (в рамках разрабатываемой проблемы и сделанных допущений) об основных характеристиках волнового поля землетрясения, в условиях нелинейного и обменного взаимодействия, и включали: наблюдения за близкими землетрясениями, экспериментальные исследования деформационных свойств фунтов различного состояния, физическое и математическое моделирование нелинейного деформирования, обобщение литературных данных.
Основные результаты и научные положения работы,
выносимые на защиту.
1. Развитие методов анализа сейсмического режима в Монголо-Байкальском сейсмическом поясе на основе разработанной феноменологической модели стационарного сейсмического процесса и установлешюго для землетрясений параметра энергетического подобия.
2.Критерии и параметры пространственных вариаций интенсивности землетрясений,определяемые структурной неоднородностью земной коры и деформационными характеристиками грунтов верхней части разреза, включая условия локализации областей нелинейного деформирования горных пород.
3.Метод прогноза сейсмического воздействия землетрясений на основе количественных характеристик интенсивности сейсмических волн и физической нелинейности колебаний систем грунт-сооруженне.
Научная новизна.
1. Предложено феноменологическое описание стационарного сейсмического процесса в структурно-неоднородной среде, согласовшшое с приніщпами статистического самоподобия, определены основные параметры модели: сейсмическая энергия, энергия очагов землетрясений и их временное распределение в интервале маппггуд 1,7 - 7,8. В качестве параметра подобия определена плотность сейсмической энергии очагов землетрясений. Для Байкальской рифтовой зоны выявлены дополнительные эффекты в распределении релаксационных землетрясений.
2.0пределены условия неупругого деформирования горных пород в зависимости от коэффициента Пуассона в диапазоне массовых скоростей 0.05-3.20 м/с. Выполнено разделение плейстосейстовой области и зоны транзитных землетрясений по величине массовой скорости 0.8 м/с Определены размеры плейстосейстовой области в зависимости от магнитуды землетрясения.
З.В зоне транзитных землетрясений с эпипентральными расстояниями
до 150 км оценены критерии локального неупругого деформирования
горных пород. Определен уровень пространственных флуктуации
интенсивности землетрясений в условиях структурной неоднородности
среды, установлены спектральные зависимости радиуса корреляции и
относительного уровня флуктуации, оценены параметры рассеяния и
поглощения энергии в Монголо-Байкальском сейсмическом поясе.
Определены сравнительные характеристики влияния поверхностных и
структурных неоднородностей на интенсивность транзитных
землетрясений. Предложена методика определения спектральной избирательности слоя рыхлых отложений на основе групповых схем наблюдения.
4.Предложен метод прогноза сейсмических воздействий с учетом характера напряженно-деформированного состояния и динамической устойчивости системы грунт-сооружение.
Достоверность основных результатов подтверждается:
-комплексными исследованиями в натурных условиях, результаты получены в различных районах Монголо-Байкальского сейсмического пояса различными методами;
-сопоставлением с макросейсмическими параметрами землетрясений;
-сравнением полученных результатов с данными аналогичных исследований в России и данными, полученными при крупномасштабных взрывах.
Практическая значимость. Предложен подход к прогнозу сейсмического воздействия землетрясений и рекомендации по количественному прогнозу сейсмической опасности в плейстосейстовых зонах и зонах влияния транзитных землетрясений, которые применены при выполнении программ "Сейсмическая безопасность Иркутской области" и "Сейсмобезопасность Бурятии". Карты сейсмического микрорайонирования аймачных центров Монголии, выполненные с привлечением результатов настоящей работы, приняты в качестве нормативных. Результаты исследований использованы при оценке сейсмической опасности территорий строительства Северомуйского и Кодарского тоннелей трассы БАМ.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы
обсуждались на международных , всесоюзных и региональных
конференциях в Афинах(1994), Иркутске(1980Д982,1994,1997),
Москве(1985), Праге(1992), Ташкенте(1983Д990), Улан-Баторе(1984), Чите(1981), Якутске (1985), научно-координациошгых совещаниях в Москве (1982), Иркутске (1980, 1983), Ленинакане (1985), семинарах МГУ(1983), Института земной коры (1983, 1998), ИГУ (1991-1998).
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 38 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 280 страницах и состоит из введения, шести глав , заключения и списка литературы, содержащего 196 наименований.
Автор выражает искреннюю признательность директору Института земной коры (ИЗК СО РАН) академику Н.А.Логачеву, научному консультанту темы зав. лабораторией инженерной сейсмологии ИЗК СО РАН Д.Г.-М.Н. В.А.Потапову и сотрудникам этой лаборатории д.г.-м.н. О.В.Павлову, Д.Г.-М.Н. В.И.Джурику, к.г.-м.н. А.Ф.Дреннову за представленные возможности и плодотворное сотрудничество.