Геофизический анализ причин землетрясения

Земля представляет собой сферическое тело с радиусом порядка 6400 км. Строение Земли изучалось с разных позиций. Одним из основных методов ее исследования официальной наукой является геофизический метод сравнения параметров колебаний 5 разных точек на земной поверхности при землетрясениях. Землетрясения проявляются в виде колебаний поверхности Земли, вызванных высвободившейся внутри Земли энергией. Особенности этих колебаний зависят от свойств геологических структур, расположенных вдоль линии распространения сейсмических волн. Поэтому исследования картины распространения колебаний позволяют обратным путем судить о внутреннем строении Земли. В соответствии с результатами таких исследований Земля состоит из трех слоев разной природы: ядра или центросферы, мантии и земной коры или литосферы (рис.1).

Рис. 1. Упрощенная схема строения Земли

 

Ядро составляет центральную часть Земли и представляет собой сферу с радиусом 3500 км. Поскольку ядро не проводит поперечные волны, то, по крайней мере, его поверхностная часть считается жидкостью. Мантия покрывает ядро, имеет мощность около 2900 км и состоит из ультраосновных оливиновых пород. Земная кора имеет мощность 5 - 40 км и состоит из изверженных (гранита и базальта) пород, осадочных пород и продуктов метаморфической деятельности.

Земная кора в океанической и континентальной частях различается по своему составу и толщине. Под океаном кора является базальтовой и имеет толщину 5 км. В континентальной части кора состоит из двух слоев: гранитного в верхней части и базальтового в нижней. Здесь толщина коры составляет от 30 до 40 км. Заметим, что существуют также и другие модели строения Земли, не совпадающие с мнением официальной науки. Континенты в виде тонких плит плавают в мантии, которая имеет свойства вязко-текучей среды. В связи с процессами, происходящими в мантии, континенты деформируются и перемещаются. Удельные массы разных частей земли приведены в табл. 1.

 

 

Температура Земли увеличивается с глубиной и составляет: 1000-1500° С на глубине 100 км, около 2000° С на глубине 700 км (т.е. на наибольшей глубине, где, как считают, могут зарождаться землетрясения) и 4000-5000° С в центре ядра.

Градиент возрастания температуры равен примерно 30° С/км в поверхностном слое Земли, а затем уменьшается с глубиной.

Считается, что давление внутри Земли составляет 9 т/см² в верхней части мантии, 1400 т/см² в наружном слое ядра и 3700 т/см² в центре ядра. Эти давления во много раз превышают прочность скальных пород при осевом сжатии. Скорость распространения продольной сейсмической волны в гранитной части земной коры равна 6 км/с, в базальтовой части- 6,7 км/с и в мантии, в среднем, она составляет8,7 км/с.

Вблизи границы между земной корой и мантией существует плоскость, в которой скорости распространения сейсмических волн непрерывно меняются. Скорость поперечных волн изменяется от 3,7 до 4,4 км/с, продольных- от 6,3 до 7,8 км/с. Эту плоскость разрывности скоростей сейсмических волн называют поверхностью Мохоровичича (или Мохо).

Считают, что возраст Земли (примерно 4500 млн. лет) совпадает с возрастом галактической вселенной. Взаимные влияния материи в недрах Земли привели в результате к разделению ее на три современных слоя и расчленению земной коры на континенты и океаны. Полагают, что в начале палеозойской эры Земля как тело стала почти такой, какой она выглядит сейчас. Считается также, что формации земной коры, имеющие отношение к происходящим сегодня землетрясениям, связаны с третичным и частично с четвертичным периодами Кайнозойской эры.

Земля постоянно меняется под действием непрерывного потока энергии из недр и со стороны Солнца. На поверхности Земли происходит эрозия, стираются горы и равнины, вызывая перемещение грунта и камней к морю и отложение их на морском дне. Продукты вулканической деятельности и остатки организмов также накапливаются на дне океанов. Мантийное вещество под океанами стремится подняться, а под континентами- погрузиться в недра Земли.

В результате мантия под континентами оседает как в связи с ее конвекцией, так и под весом отложившихся материалов. Земная кора в этих же районах изгибается вниз, образуя впадины, называемые геосинклиналями. В местах геосинклиналей кора испытывает в течение длительного времени действие высоких температур и давлений.

Погружение будет продолжаться до тех пор, пока конвективными потоками мантии создается большое боковое давление. Но, поскольку это движение по направлению противоположно положению изостатического равновесия, через определенное время, когда конвекция мантии в этом сечении начнет спадать, ранее опустившиеся части снова начнут подниматься в связи с изостазией. И вновь образованные массы породы поднимутся выше поверхности моря. Этот процесс известен как движение горообразования или орогенезис.

В условиях, когда в недрах Земли накапливаются громадные запасы энергии, а континенты находятся в процессе постоянного роста, на поверхности Земли также происходят различные изменения. Землетрясения связаны с одним видом таких изменений.

С точки зрения сейсмогеологии, землетрясения представляют собой сильные колебания грунта, происходящие благодаря высвобождению большого количества энергии в течение короткого промежутка времени при дислокациях внутри земной коры или верхней части мантии. Полагают, что максимальное количество энергии, высвобождаемое при одном землетрясении, приблизительно равно 5•10¹⁰ Дж.

Гипоцентр или фокус- это то место, где зародилось и произошло землетрясение. Эпицентр- точка на поверхности непосредственно над гипоцентром.

Амплитуды сейсмических колебаний на поверхности сначала имеют небольшую величину, затем внезапно увеличиваются. Этот второй период процесса колебаний продолжается в течение определенного промежутка времени, после которого колебания постепенно затухают. Первый период легкого дрожания называется начальными толчками, следующая часть с большими амплитудами- основными толчками, заключительная часть- хвостом колебаний (рис. 2). Этот характер колебаний связан с тем, что внутри земной коры образуются два вида волн- первичные продольные

 

 

Рис. 2. Осциллограмма колебаний поверхности грунта

 

Волны (волны растяжения-сжатия) и вторичные поперечные волны (волны сдвига). Когда происходит освобождение энергии в гипоцентре землетрясения, эти волны возникают одновременно. Однако, поскольку скорость распространения продольных волн больше, они раньше достигают пункта регистрации на земной поверхности и начальная фаза колебаний целиком определяется этими волнами.

Последующее появление поперечных и поверхностных волн характеризует основную фазу колебаний. Установлено, что расстояние от гипоцентра до пункта регистрации приближенно пропорционально продолжительности начальной фазы колебаний. Расстояние до гипоцентра от нескольких (трех) точек регистрации позволяет установить координаты гипоцентра.

Однако найденный гипоцентр является источником возникновения лишь первой сейсмической волны. Он может не совпадать с местом наиболее интенсивного выделения энергии, т.е. очаг может охватывать значительную площадь.

Разрушительные землетрясения не ограничиваются одним колебательным возмущением. Обычно проявляется ряд последующих толчков. Первое сильное землетрясение называется основным толчком или форшоком, а последующие- афтершоками. Гипоцентры афтершоков необязательно совпадают с гипоцентром основного толчка, который обычно располагается на краю гипоцентральной области афтершоков.

Землетрясения классифицируют в зависимости от глубины очага: при глубине до 30 км их называют очень поверхностными; при глубинах от 30 до 100 км- поверхностными; при глубинах более 100 км- глубокофокусными. Максимальной глубиной очага считают величину 700 км. В зависимости от причин возникновения различают следующие типы землетрясений.

Провальные или обвальные землетрясения. Вызываются обширными обвалами карстовых областей внутри Земли. Вулканические землетрясения- вызываются локальными извержениями лавы, взрывами газа и т.п. Этот тип землетрясений редко встречается, слаб по интенсивности и имеет ограниченную сферу влияния.

Глубокофокусные землетрясения. Причины их возникновения мало изучены. Землетрясения эти мощны, однако из-за большого удаления очага от поверхности Земли, редко вызывают разрушения зданий. Тектонические землетрясения. Для объяснения их причин выдвигались различные теории, которые рассматривали такие характеристики, как периодичность проявления, различие по размерам, неравномерное распределение по регионам. Основные распространенные в наше время подходы базируются на теории действия магмы и сил горообразования (орогенезиса). Там, где отмечаются интенсивные движения горообразования и происходит быстрое накопление энергии, там и возрастает сейсмическая активность. Интервалы между землетрясениями различаются в зависимости от способности блоков земной коры накапливать энергию деформаций. Если способность к накоплению энергии в разломе велика, величина подвижки будет большой, что увеличивает размер проявляющегося землетрясения. И, наоборот, если способность к накоплению энергии мала, будет происходить медленное непрерывное скольжение в разломе, а величина подвижки во время землетрясения и, следовательно, размеры самого землетрясения, будут невелики. Из этого следует, что в первых зонах будут происходить землетрясения через продолжительный период времени и сила их будет велика. Во вторых зонах будут происходить частые, средние и слабые землетрясения.

Анализ географии зарегистрированных землетрясений показывает, что они распределяются не случайным образом. Районы, в которых происходят разрушительные землетрясения, чрезвычайно ограничены. Эти области называют сейсмическими поясами или сейсмическими зонами(см. табл. 2).

 

Таблица2

Сейсмические пояса Земли

 

І ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ