Сейсмология

От греческого слова seismos – колебания, землетрясение и logos – слово, учение – раздел геофизики изучающий землетрясения, и их причины, природу и последствия. Основные задачи, решаемые сейсмологией: исследование структуры земных недр и процессов в очагах землетрясений, природы возникновения землетрясений природного и техногенного характера, закономерности их проявления и характер воздействия на среду, разработка методов уменьшения ущерба от сильных землетрясений. Сейсмологические исследования заключаются в решении исключительно сложных проблем, требующих привлечения многих научных направлений из области физики, математики, геологии, географии, химии, астрономии, истории и другие и направлены на изучение причин происхождения землетрясений, определение кинематических и динамических параметров очагов землетрясений, волновой картины и глубинной среды; оценку степени сейсмических воздействий, опасности и риска; создание систем наблюдений; разработку методов предсказания землетрясений.

Основными носителями сейсмологической информации являются сейсмические волны, интерпретация сейсмограмм которых наряду с изучением появлений сейсмичности позволяет исследовать глубинное строение, физические свойства и глубину недр Земли и других планет. Широкое прикладное значение сейсмология получила в методах сейсморазведки полезных ископаемых, в сейсмостойком строительстве, в оборонных целях при регистрации взрывов, в том числе ядерных, а также в медицине и в других областях знаний, имеющих отношения к колебательным и ударным воздействиям.

Как самостоятельная наука сейсмология начала развиваться в начале 19 века

Первая международная сейсмологическая комиссия, в состав которой вошли российские ученые Г.К.Левицкий и О.А.Баклунд, была образована в 1839 г. в Берлине. В России в 1888 г. с целью сбора и систематизации данных о землетрясениях И.В.Мушкетовым была создана Сейсмическая комиссия Русского географического общества. . Впервые были составлены каталоги землетрясений для всего мира (Дж.Милн и Р.Малле) и для России (И.В.Мушкетов и А.П.Орлов). Основное внимание уделялось геол. природе сейсмических явлений (К.И.Богданович, В.Н.Вебер, Д.И.Мушкетов, Ф.Монтессю де Баллор, А.Зиберг и многие другие), разработке сейсмометрической аппаратуры и созданию сейсмических станций (Б.Б.Голицын, А.В.Вихерт, П.М.Никифоров и др.).

Одним из главных научных и прикладных направлений сейсмологии является сейсмическое районирование, основанное на выявлении зон возникновения очагов землетрясений и картировании сейсмической опасности. Первая в мире карта сейсмического районирования создана в СССР в 1937 г. В настоящее время в России нормативными являются карты общего сейсмического районирования - ОСР-97.

С начала 70-х годов XX века в сейсмологии развивается новое направление - физика очага землетрясения и разработка методов прогноза землетрясений. Продолжается поиск предвестников землетрясений. В лабораторных условиях моделируются всевозможные физические процессы, которые могут иметь отношение к сейсмическим очагам.

Разработкой приборов и методов регистрации сейсмических колебаний занимается специальный раздел сейсмологии - сейсмометрия.

Современная сейсмология располагает широкой глобальной сейсмической сетью. Станции ведут регистрацию землетрясений по единому времени (среднее гринвичское) и единообразным инструкциям. Сведения по каналам связи собираются в центрах обработки данных (см. раздел "Службы") и являются исходными для мировых сейсмологических исследований.

Международные научные связи по сейсмологии осуществляет Международная ассоциация сейсмологии и физики земных недр (МАСФНЗ, IASPEI) при Международном союзе геодезии и геофизики IUGG). Одним из крупнейших международных сейсмологических научных проектов последних лет (1992 - 1999 гг.) была Программа по оценке глобальной сейсмической опасности (Global Seismic Hazard Assessment Program - GSHAP) и созданию первой мировой карты сейсмического районирования.

Одной из важнейших задач сейсмологии является прогноз землетрясений, который складывается из предсказания места, силы и времени их проявления. Задача предсказания времени и места возникновения сильных землетрясений еще не решена ввиду ее исключительной трудности(необходимость получать информацию о процессах в земных недрах на больших глубинах, малая скорость дифференцированных тектонических движений приводящих к землетрясениям и другие). Работы в этом направлении связаны с поиском предвестников землетрясений, т.е. явлений, обусловленных изменениями физико-механических свойств земной коры и мантии перед землетрясением(вариации во времени скоростей распространения сейсмических волн, изменение электрического сопротивления горных пород, изменение химического и газового состава подземных вод, вариации параметров магнитного и гравитационного полей и другие).

Элементом прогноза в известной мере служит сейсмическое районирование, позволяющее указывать районы возможной максимальной силы и средней частоты повторения землетрясений. Для этого проводится анализ данных сети сейсмических станций о положении эпицентров, глубине очагов, магнитудах, интенсивности регистрируемых землетрясений, а также выявляется приуроченность их к тем или иным геологическим структурам или областям проявления интенсивных новейших тектонических движений. Оптимизация сейсмических станций, обеспечивающего хорошую “видимость” сейсмоактивных зон и минимальный уровень сейсмических шумов- микросейсм.

Уточнение сейсмического районирования производится с помощью сейсмического микрорайонирования на основе инженерно-геологических изысканий и сейсмометрических инструментальных наблюдений. Эти исследования обеспечивают необходимыми данными сейсмостойкое строительство особо ответственных объектов, включая АЭС, и составляют предмет инженерной сейсмологии(5).

Важная проблема сейсмологии -получение фактических данных, интерпретация которых позволяет составить представление о строение “твердой” Земли, т.е. ее коры, мантии и ядра. Основной материал для этого дают сейсмические волны и изменение их скоростей в недрах Земли.

С начала 70-х гг. 20 века развивается новое направление в сейсмологии – физика очага землетрясения, которое синтезирует данные собственно сейсмологии, теоретической механики и физики разрушения горных пород. Изучаются основные параметры очага – глубина, размеры, положение плоскости разрыва, сейсмический момент, а также особенности процессов подготовки, возникновение и распространения разрыва горных пород в недрах Земли.

Современная сейсмология располагает высокочувствительной измерительной аппаратурой ; информация, полученная на сейсмических станциях, обрабатывается с помощью компьютеров и автоматических устройств. Разработкой приборов и методов регистрации сейсмических колебаний занимается специальный раздел сейсмологии -сейсмометрия.

Как правило изучение сейсмичности разделяется на два периода: исторический и инструментальный. Историческая сейсмичность основывается на информации , собранной из разных литературных и архивных источников. Организация инструментальных наблюдений относится к началу 20 века, когда появились первые сейсмические станции для регистрации землетрясений .

Беларусь, страны Балтии, западные регионы России и платформенная часть территории Украины представляют единый сейсмотектонический регион, имеющий сходное геологическое развитие и общие современные геодинамические условия.

Для решения проблем, связанных с сейсмической безопасностью, первостепенной задачей является создание современной системы мониторинга на базе новейших достижений сейсмометрии, компьютерной технологии и телекоммуникационных систем связи.

Регистрация землетрясений

Регистрация упругих волн, вызванных землетрясениями или взрывом, выполняется сейсмографами. Как правило, сейсмические обсерватории оснащается сейсмографами, регистрирующими три компоненты смещения: вертикальную , север - юг и восток - запад. Основным элементом сейсмографа является массивное тело, крепящееся к корпусу прибора пружиной. При смещении корпуса, жёстко связанного с Землёй, это тело стремится сохранить прежнее положение. Смещения тела относительно корпуса преобразуются в электрические сигналы и регистрируются в аналоговом или цифровом виде. Наименьшие смещения, регистрируемые сейсмографами, сравнимы с межатомными расстояниями (10^-10 м), динамический диапазон достигает 140 дб.