Сейсмичность и Сейсмостойкое строительство в Якутии

СЕЙШИЧНОШЪ И СЕЙШО(§ТО>ЙШЕ ^РСЮТШЬ^ТВО В ЯКУТИИ

С. В. Шибаев, Б. М. Козьмин, А. Ф. Петров

Среди природных катастроф землетрясения наносят наиболее значительный экономический, экологический и социальный ущерб, ведут к огромным людским потерям. Так, при землетрясении 1976 г. в г. Тан-шань (Китай) погибло 655 тыс. жителей, в г. Ашхабаде в 1948 г. - 150 тыс., в г. Спитак (Армения) в 1988 г. -25 тыс. человек, в г. Кобэ (Япония) -5200, в г. Нефтегорске (о. Сахалин) -1989 жителей. По данным экспертов ЮНЕСКО, ежегодный ущерб от землетрясений на земном шаре составляет несколько десятков миллиардов долларов и превышает ущерб от всех других природных катастроф, вместе взятых. Обусловлено это тем, что землетрясения происходят мгновенно и внезапно, предотвратить их невозможно, подготовиться к ним и спастись от разрушающихся зданий и сооружений зачастую не удаётся. Ликвидация их последствий продолжается многие годы и требует огромных

материальных и финансовых ресурсов (рис. 1,2).

Попытки ученых предсказать время, место и силу землетрясения до настоящего времени в большинстве случаев не удаются (хотя отдельные успехи были). Объясняется это многофакторностью причин их возникновения, трудностью изучения и недостаточностью масштабов исследований сейсмоактивных районов Земли.

С целью оценки сейсмической опасности составляются карты общего сейсмического районирования (ОСР), позволяющие ориентировочно оценить сейсмоопасность и пригодность территории к проживанию и освоению. Для более точного определения базовой сейсмичности отдельных площадок строительства составляются карты детального объектного и микросейсмического районирования. Главное их назначение - дать строителям реальную оценку интенсивности землетрясений, которые

Рис. 1. Чуйский тракт в Алтайском крае после землетрясения, 2003 г.

Сергей Валентинович Шибаев,

директор Якутского филиала Геофизической службы СО РАН.

Борис Михайлович Козьмин,

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН.

Анатолий Фиреович Петров,

кандидат геолого-минералогических наук, главный

геофизик Якутского филиала Геофизической службы СО РАН.

Рис. 2. Здание больницы после землетрясения. Алтайский край,

сентябрь 2003 г.

могут произойти на исследуемой площадке или территории города.

В Якутии более 1,5 млн. км2, или почти 50% территории, являются сейсмоопасными. В этих районах происходили и могут произойти в будущем 6-10-балльные землетрясения. К сейсмоопасным отнесены территории Анабарского, Булунского, Верхоянского, Абыйского, Оймяконского, Олекминского, Нерюнгринского, Алданского, Ленского, Якутского и других районов, в которых проживает более 500 тыс. человек, действуют крупные промышленные и горнодобывающие предприятия. Так, Южно-Якутский и Эльгинский угольные комплексы расположены в 7-9-балльной зоне сотрясений. В пределах трассы БАМ и АЯМ известны участки с сейсмической опасностью от 7 до 10 баллов (здесь и далее - баллы по шкале MSK-64). Многие горнодобывающие предприятия на севере и северо-востоке республики также работают в сейсмоопасных зонах. Территория Талаканского и других нефтегазовых месторождений, трасса нефтепровода до пос. Витим на западе республики расположены в зоне 6-8-балльных сейсмических воздействий.

Для изучения сейсмических событий на территории РС(Я) действует сеть сейсмических станций Якутского филиала Геофизической службы Сибирского отделения Российской Академии наук. Часть их включены в мировую систему наблюдений, а также в систему слежения IRIS, поддерживаемую консорциумом американских университетов в области сейсмологии. Первая станция на территории Якутии была открыта в 1956 г. в пос. Тикси, а в 1957 г. - в г. Якутске. Постепенно количество их увеличивалось и к 1990 г. достигло 22. В настоящее время по известным причинам число сейсмостанций уменьшилось до 14. Первым руководителем сейсмических исследований в Якутии был В. М. Кочетков, азатем-Б.М. Козь-

мин и А.Г. Ларионов. За 48 лет непрерывных наблюдений якутские сейсмостанции записали более 30 тыс. местных землетрясений, 50 из которых относятся к ощутимым и катастрофическим.

Сейсмотектонические исследования показали, что территорию республики пересекают два крупных сейсмических пояса: 1) Арктико-Азиатский, который прослеживается от о. Гренландия через акваторию Северного Ледовитого океана к устью р. Лены и через систему хребтов Верхоянский и Черского к п-ву Камчатка; 2) Байкало-Становой, протянувшийся на восток от оз. Байкал к среднему течению р.Олекма, вдоль Станового хребта на юге Якутии к Удской губе Охотского моря (рис. 3). Сейсмические пояса возникли на границах взаимодействия литосферных плит первого порядка - Евроазиатской, Северо-Американской и Амурской (Китайской), перемещающихся в горизонтальном направлении по астеносфере.

В пределах этих поясов на территории Якутии имели место катастрофические землетрясения силой 8-10 баллов: пять Булунских (1927 и 1928 гг.), Нюкжинское (1958 г.), Олекминские (1958 и 1967 гг.), Артыкское и Лар-бинское (1971 г.), Дырындинское (1987 г.), ЮжноЯкутское (1989 г.), ощущавшееся в г. Якутске силой до 3—4 баллов, и др.

Первая карта общего сейсмического районирования территории Якутии была составлена в 1975 г., а в последующие годы уточнялась и совершенствовалась [1,2,3].

Существующая в настоящее время сеть сейсмических станций для огромной территории Якутии явно недостаточна, поскольку расстояния между некоторыми из них достигают 600 км, что не позволяете необходимой достоверностью определять исходные параметры землетрясений. Эти параметры уверенно фиксируются станциями, расстояние между которыми не превышает 60-70 км.

Министерством промышленности, науки и технологии Российской Федерации, Объединенным институтом физики Земли им. О.Ю. Шмидта совместно с региональными геологическими институтами и сейсмологическими экспедициями России в 1997 г. закончена разработка Федеральной целевой программы «Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации» - ОСР-97, составлен комплект карт и другие материалы для строительных норм и правил (СНиП) «Строительство в сейсмических районах», основывающиеся на достижениях сейсмологии за последние 20 лет, в том числе и исследованиях якутских сейсмологов. На основании этого было принято постановление Госстроя России от 27 декабря 1999 г. № 91 о введении с 1 января

Рис. 3. Эпицентры землетрясений на Северо-Востоке Азии за 1960-2004 гг.

(На врезке показано местоположение сейсмических станций). Условные обозначения: Кс1 - энергетический класс землетрясения; Т - глубина очага (гипоцентра) землетрясения.

2000 г. в действие на всей территории России «Изменения № 5» кСНиП 11-7-81* «"Строительство в сейсмических районах», в соответствии с которым на 2-3 балла повышен уровень сейсмичности многих регионов России по сравнению с ранее действовавшими оценками. Для примера укажем, что базовая сейсмичность территории г. Якутска увеличена с 5 баллов до 8, пос. Усть-Нера -с7 до 10, г. Нерюнгри-с7 до 9, пос. Жатай-с5до8, г. По-кровска - с 5 до 7 и т. д.

Уровень сейсмической опасности, в соответствии с «Изменением № 5», определяется по трем картам ОСР-97. Карта А применяется для массового строительства (по ней исходный сейсмический балл в г. Якутске соответствует 6); карта В - для ответственных объектов: школ, больниц, спортзалов, стадионов (по ней сейсмичность в г. Якутске составляет 7 баллов); карта С-для особо ответственных объектов: ТЭС, ГРЭС, АЭС, котельных, нефтеперерабатывающих, газовых, химических заводов, нефтехранилищ, нефте- и газопроводов, ЛЭП, железных дорог, крупных мостов и т.д. (по ней сейсмичность в г. Якутске оценивается в 8 баллов).

Что следует предпринять в связи с увеличением уровня сейсмической опасности на территории Якутии?

В первую очередь необходимо уточнить и оценить реальную сейсмическую активность территории и с уче-томэтогоперейтик строительству сейсмостойких зданий и сооружений. Для этого следует развернуть оптимальную сеть сейсмических станций, провести необходимые многолетние сейсмотектонические исследования, составить и утвердить уточнённые карты общего и детального сейсмического районирования, подготовить специалистов-проектировщиков, строителей и изыскателей, имеющих лицензии на работу в сейсмоопасных территориях. Необходимо создать коллективы изыскателей, способных составлять карты микросейсмического районирования, снабдить их необходимой аппаратурой и программами. Потребуется значительно перестроить систему стройиндустрии для выпуска сейсмостойких материалов и конструкций. В коллективах проектировщиков нужно создавать группы специалистов, способных проводить расчеты сейсмостойких зданий и сооружений. На данный момент опыт сейсмостойкого строительства в Якутии имеется только в г. Нерюнгри, на остальной территории все объекты построены без учета сейсмичности.

Кроме того, необходимо провести паспортизацию и инвентаризацию всех существующих зданий и сооруже-

ний, определить их пригодность к дальнейшей эксплуатации и обеспечить их антисейсмическое усиление. При этом каждый тип здания и сооружения придётся укреплять разными способами, в зависимости от их конструктивных особенностей. В этом случае также потребуются квалифицированные кадры проектировщиков и строителей, оснащённые соответствующими программами, механизмами и строительными материалами.

Для каждого сейсмоопасного района с учетом транспортных и иных особенностей нужно составить сценарии возможных сейсмических катастроф и способы ликвидации их последствий, создать коллективы спасателей, обучить население правилам поведения во время землетрясения.

Для осуществления таких мероприятий нужны значительные финансовые средства, при этом стоимость строительства может возрасти. Следует также учесть проблемы, которые могут возникнуть при организации спасательных работ (огромные расстояния между населенными пунктами, климат, состояние наших дорог и транспорта).

Большие трудности возникают при строительстве промышленных объектов в сейсмических районах. Здесь, наряду с прочностью построек, необходимо проводить оценку воздействия землетрясения на технологическое оборудование, разрушение которого может привести к экологическим катастрофам. Это, в частности, относится к каскаду гидроэлектростанций на р. Вилюй, к нефте- и газопроводам, нефтедобывающим, нефтеперерабатывающим и горнодобывающим предприятиям, где дополнительно возникает опасность техногенных (наведенных) землетрясений и экологических катастроф.

Вышеперечисленные проблемы и задачи стоят перед всеми субъектами Российской Федерации, поэтому для уточнения сейсмотектонического строения территории России разработана Федеральная целевая программа «Сейсмобезопасность территории России» (2002-2010 гг.), утвержденная постановлением Правительства РФ от 25 сентября 2001 г. Финансирование ее предусмотрено за счет федерального бюджета и бюджетов субъектов Российской Федерации. В программе, в частности, говорится о сохраняющейся неопределенности в оценке сейсмичности на картах ОСР-97 из-за недостатка сейсмологических сведений. Это - весомый аргумент для проведения масштабных работ по уточнению региональной сейсмичности, детальному объектному и сейсмическому микрорайонированию на территории Российской Федерации. Финансирование таких работ на территории Республики Саха (Якутия) в размере 92,9 млн. рублей должно начаться в 2006 г.

Программой предусматривается проведение комплекса научно-исследовательских работ, среди которых одно из первых мест занимает уточнение исходной информации по сейсмичности, принятой на картах ОСР-97 для городов и иных населенных пунктов, крупных промышленных, энергетических и транспортных объектов. Рекомендуется также развивать и совершенствовать методы инженерно-геологических изысканий на сейсмоопасных территориях.

Сотрудники Якутского филиала Геофизической службы СО РАН и Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН, в соответствии с рекомендациями вышеназванной Федеральной целевой программы,

составили программу «Сейсмичность и сейсмобезопасность территории Республики Саха (Якутия)» на 2004-2012 гг. Она базируется, в первую очередь, на многолетних сейсмологических исследованиях территории Якутии и предусматривает поэтапное изучение экономически освоенных или планируемых к освоению сейсмоопасных районов республики. Целью программы является получение дополнительных научных материалов для уточнения сейсмической опасности территорий и, в конечном итоге, - оптимизация экономических расходов при строительстве и эксплуатации объектов.

Наиболее острые проблемы сейсмического районирования и сейсмостойкого строительства существуют для г. Якутска. Научно обоснованных, достоверных сейсмотектонических сведений, позволяющих по картам ОСР-97 увеличить сейсмоопасность территории г. Якутска с 5 до 8 баллов, явно недостаточно. На какую же интенсивность сейсмических воздействий ориентироваться проектировщикам и строителям при возведении новых и укреплении существующих зданий и сооружений? Ведь от уровня сейсмической опасности территории г. Якутска и конкретных площадок зависит структура всего Генерального плана города и архитектурно-планировочные решения районов и кварталов, конструкции зданий и сооружений.

Первое печатное упоминание о землетрясении в г. Якутске относится к 1779 г. Затем в Каталоге землетрясений Российской Империи, изданном в 1893 г. в г. Санкт-Петербурге под редакцией А.Н. Мушкетова и С.А. Орлова, описано землетрясение 2 июля 1849 г., ощущавшееся в г. Якутске интенсивностью в 4-5 баллов. 29 января 1956 г. в вершине р. Суола произошло землетрясение силой 5 баллов. Подземные толчки примерно такой же интенсивности были зафиксированы в 1957 г. в 100 км северо-восточнее г. Якутска, вблизи пос. Чурапча. В 1979 г. у пос. Кангалассы, под руслом протоки р. Лены, на небольшой глубине был зафиксирован толчок интенсивностью 4-5 баллов. В 1985 г. несколько землетрясений силой до 5 баллов зафиксированы в истоках р. Ситтэ, в 110 км северо-западнее г. Якутска. Более слабые толчки отмечены в этом же году в верховьях руч. Хампу, правом притоке р. Тамма. В г. Якутске были зафиксированы также отзвуки Южно-Якутского землетрясения 1989 г., эпицентр которого находился на р. Тунгурча - правом притоке р. Олёкмы. В 2004 г. землетрясения силой 3-4 и 5 баллов произошли соответственно в Хангаласском и на границе Таттинского и Чурапчинского улусов, вблизи поселков Дая Амгата и Мырыла (Амгинское землетрясение). Следует отметить, что точность определения координат эпицентров большинства этих землетрясений невелика, т.к. они зафиксированы одной, сравнительно близко расположенной станцией г. Якутска, и станциями пос. Тикси и г. Иркутска, находящимися за сотни километров от места событий.

Как считает большинство исследователей, причиной землетрясений являются тектонические напряжения, возникающие на границах литосферных плит, где и сосредоточена основная масса эпицентров, образующих сейсмические пояса Земли. Якутск находится на территории Сибирской платформы, в 600-650 км от центральной части Байкало-Станового и Арктико-Азиатского сейсмических поясов (см. рис. 3). В отличие от горных областей, платформы являются наиболее стабильными

участками земной коры, но и в их пределах известны сильные землетрясения, приуроченные к разломам земной коры [4]. Из разрывных нарушений Центральной Якутии установлены Якутский, Борогонский и Ноторский глубинные разломы субмеридионального простирания. В субширотном направлении, примерно в 30 км севернее г. Якутска, прослеживается Чакыйский разлом.

Гипоцентры землетрясений в континентальной части Якутии располагаются, как правило, на глубинах 10-30 км. Следовательно, для проведения сейсморайо-нирования необходимо знать строение кристаллического фундамента и пересекающих его разломов. В районе г. Якутска трассируется мощная положительная магнитная аномалия с экстремально высокими значениями (до 16 миллиэрстед) (рис. 4). Аномалия занимает всю долину р. Лены и протягивается с юга Якутии до моря Лаптевых на севере. Разломная природа этой зоны, получившей название «Якутский глубинный разлом», подтверждается непосредственным изучением на Алданском щите, где в её строении участвуют бластомилониты, катаклазиты и тела магматических пород [4, 5]. В скважине, пробуренной в районе Белого озера в северной части г. Якутска, вскрыты милониты, бластокатакпазиты, диаф-ториты, аналогичные таковым на Алданском щите [6].

Борогонский и Ноторский разломы пересекают Якутский свод в северном направлении в районе поселков Чурапча и Борогонцы. Протяжённость Борогонского разлома составляет 500 км, Ноторского - 300. Выделены они по линейным положительным магнитным аномалиям и градиентным ступеням [7]. Именно к этим разломам приурочен эпицентр Амгинского землетрясения, произошедшего 12 октября 2004 г. (рис. 5). Чакыйский разлом пересекает Якутский свод в субширотном направлении и имеет протяжённость 275 км. В осадочном чехле он не проявлен. Нижнеалданский разлом субширотного простирания имеет протяжённость 480 км, отделяет структуры Якутского свода и Алданскую ветвь Предверхоянско-го краевого прогиба. Выделяется магнитной градиентной ступенью [7].

Таким образом, наиболее крупный Якутский разлом имеет субмеридиональное простирание. К зоне разлома приурочен лишь один эпицентр Кангаласского землетрясения, произошедшего в 1957 г. Тектонические сейсмоге-нерирующие структуры субширотного простирания здесь не установлены, однако наблюдается редкая сеть эпицентров слабых землетрясений, протягивающихся на восток в сторону Западно-Верхоянского мегантикли-нория. Видимо, это обстоятельство послужило главным

Рис. 4. Магнитное поле восточной части Сибирской платформы в районе г. Якутска. Разломы кристаллического фундамента, выделяемые в магнитном поле: 1 - Якутский; 2 - Ноторский;

3 - Борогонский.

Якутск

0 Ввтйм

ЭПИЦЕ-НТР(п.Дая-Амга) Усгь-Мая

Тында

! Кировский

Рис. 5. Амгинское землетрясение, произошедшее 12 октября 2004 г.: а) сейсмограмма; б) результат обработки.

аргументом присоединения описываемой территории к сейсмической зоне хр. Черского и увеличения на картах ОСР- 97 сейсмоопасности г. Якутска с 5 до 8 баллов.

Принятие неотложных мер по уточнению сейсмического районирования, переход к строительству сейсмостойких зданий и укреплению существующих уязвимых объектов позволит сохранить жизнь жителям республики, избежать экологических катастроф и многомиллиардных затрат на сейсмостойкое строительство в районах повышенной сейсмической опасности, на восстановление разрушенных землетрясениями городов и промышленных объектов, построенных без учёта реальной сейсмической опасности территории.

Литература

1. Мокшанцев К.Б., Козь-мин Б.М., Гусев Г.С. и др. Сейсмическое районирование территории Якутии по комплексу геолого-геофизических данных // Сейсмическое районирование Якутии и сопредельных территорий. - Якутск: Якутское кн. изд-во, 1975.-С. 78-86.

2. Мокшанцев К.Б., Гусев Г.С., Петров А.Ф. Гдологические критерии сейсмичности территории Якутской АССР // Сейсмическое районирование Якутии и сопредельных территорий. - Якутск: Якутское кн. изд-во, 1975. -С. 47-64.

3. Карта сейсмического районирования территории Якутии м-ба 1:2 500 ООО/Отв. ред.: B.C. Имаев, Б.М. Козьмин, А.Ф. Петров.-ЯАГП, 1998.

4. Тектоническая карта Якутской АССР и сопредельных территорий м-ба 1:1 500 ООО / Отв. ред. К.Б. Мокшанцев.-ГУГК, 1973.

5. Гусев Г.С., Петров А.Ф., Фрадкин Г.С. и др. Структура и эволюция земной коры Якутии. - М.: Наука, 1985.-247 с.

6. Бабаян Г.Д., Бархатов Г.В., Бобров А.К. и др. Гзо-логическое строение и нефтегазоносность Якутской АССР. - М.: ГНТИНИГП, 1960. -478 с.

7. Горнштейн Д.К., Петров А.Ф. Морфо-кинематическая характеристика разломов Восточной части Сибирской платформы // Разломная тектоника территории Якутской АССР. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1976.-С. 136-149.

Бондарев Э.А., Андрианова О.Г. Прикладная гидродинамика: Учеб. пособие. -Якутск: ЯФ ГУ «Изд-во СО РАН», 2004. - 112 с.

В пособии основное внимание уделено актуальным прикладным задачам. Изложение прикладной части предваряется введением в основные положения гидродинамики, чтобы студенты получили представление о её методологии. В первой главе излагаются основные законы гидродинамики, демонстрируется ее связь с законами физики, приводятся примеры анализа физических процессов. Содержание второй главы поможет студентам активно осмыслить переход от гидродинамики к гидравлике, при этом основные идейные и методологические аспекты демонстрируются на примере трубной гидравлики. Третья глава знакомит с теорией движения жидкостей и газов в пористых средах (теория фильтрации).

Материал в пособии изложен так, чтобы у студентов-физиков не было необходимости обращаться к другим учебникам. В конце предлагается список литературы, знакомство с которой может дать толчок к самостоятельному и более глубокому изучению как прикладной гидродинамики в целом, так и отдельных ее разделов.