воскресенье, 13 сентября 2009 г.

Сейсмичность СПб - “результат в целом положительный”

Получил ответ на свои вопросы по поводу публичных слушаний от чиновников Красногвардейского района Санкт-Петербурга. В частности, я спрашивал об оценке сейсмического риска территории СПб:

“Сейсмичность в г. Санкт-Петербурге и регионе изучается в связи с ЛАЭС и объектами стратегического значения (нефтеналивные и газовые портовые терминалы). Исследования по сейсмомикрорайонированию на данной площадке в настоящий момент заканчиваются. Результат в целом положительный.”

Наверное, это большое искусство – отвечать не отвечая. Три предложения – и никакой информации. Наоборот, возникли новые вопросы: Что значит “в целом положительный результат” на языке чиновников для сейсмического прогноза? О каком "сейсмомикрорайонировании на данной площадке в настоящий момент" может идти речь, если там постоянно бурят и копают? При чем здесь ЛАЭС и объекты стратегического значения? И где результаты, если изучается?

В общем, я бы не стал все это писать (частично это уже было в моем блоге, основная часть информации из интернета), но такие ответы просто вынуждают усомниться в адекватности и грамотности чиновников. Или тех, кому они поручают сочинять ответы. 

1. Почему это важно для Петербурга вообще?

Да хотя бы потому, что эта проблема очень слабо исследована. "Зачем нам эти землетрясения вообще, тут их нет и быть не может" - слышал я не раз. Да, территория СПб действительно относится к относительно стабильным внутриплитным областям. Но эта стабильность не абсолютна, деформации здесь существуют и накапливаются, только намного медленнее, чем в активных тектонических областях. В сейсмологии есть такое понятие - период повторяемости сильных землетрясений. Для активных границ плит он составляет несколько десятков лет, для внутриплитных регионов  может достигать и несколько тысяч лет.

Основные проблемы сегодня связаны с недостатком данных для грамотной оценки сейсмических рисков. Есть сейсмическая станция “Пулково”, но следующая ближайшая известная мне сеймостанции находятся в Петрозаводске, еще одна – в Апатитах. Чем слабее землетрясение, тем ближе должна находиться сейсмоприемник. Каталоги землетрясений соседней Финляндии содержат на порядок больше записей главным образом потому, что там намного более плотная сеть наблюдений – 16 постоянно действующих сейсмографов.

Источник

Для нашего региона период инструментальных наблюдений составляет примерно 100 лет, еще 400-500 лет охватывают исторические свидетельства. Даже эти данные не позволяют говорить о Северо-Западе как об абсолютно стабильной области. Свидетельства еще более сильных землетрясений можно обнаружить изучая четвертичную геологию и рельеф. Один из авторитетных палеосейсмологов А.А.Никонов считает, что в районе Ладоги последние несколько тысяч лет были сильные землетрясения от VI до IX баллов (все это довольно аккуратно обосновано в его статьях, одна из них).

Clipboard01

Карта эпицентров землетрясений с 1467 по 2005 г. [Шаров, Н. В., Маловичко, А. А., Щукин, Ю. К. (ред.). Землетрясения и микросейсмичность в задачах современной геодинамики Восточно-Европейской платформы). Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007].

Вот что пишет Э.В. Исанина с соавторами [Шаров, 2007]:

При анализе неотектонических явлений в Ладожско-Ботнической зоны (ЛБЗ) следует иметь в виду, что возникающие в ней движения, как правило, не ограничиваются площадью только самой этой зоны, а проявляются также за ее пределами, в бортовых частях зоны [Никонов, 1998]. Совершенно очевидно, что большей неотектонической активностью при этом обладают участки, расположенные в непосредственной близости к ЛБЗ. Последнее в равной мере относится к Санкт-Петербургу и северо-западной части Ленинградской области.
Примером наиболее значительных проявлений неотектонических движений на территории Ленинградской области, как известно, является возникновение Ладожского озера и реки Невы, имевшее место по геологическим данным относительно недавно — соответственно около 10 000 и 2500—3000 лет назад. Ладожское озеро, расположенное в створе ЛБЗ, является одним из наиболее опущенных блоков данной зоны, ограниченных разломами северо-западного и северовосточного простирания, и имеет ту же неотектоническую природу, что и озеро Байкал.
25 октября 1976 г. в районе острова Осмуссаар (Финский залив) произошло землетрясение силой 6 баллов, а 8 и 22 ноября — два ощутимых афтершока.
В 1987 г. при выполнении СЗФ «Невскгеология» полевых наблюдений с использованием сейсмических станций «Земля-М» на побережье Онежского озера зарегистрировано местное землетрясение силой 2—3 балла и определен его эпицентр в акватории Ладожского озера вблизи г. Питкяранты.
Ряд происходящих землетрясений обусловлен естественными процессами эволюции Земли. Однако существует также опасность появления сильных землетрясений в районах интенсивного техногенного воздействия, подготавливающего очаг землетрясения в 10—1000 раз быстрее естественной эволюции коры.
Таким образом, подтверждается, что сейсмичность южного склона Балтийского щита сегодня — реальность, а изучение сейсмоопасности территории — необходимость.

Это практически единственная опубликованная работа по сейсмичности территории Петербурга (Были еще доклады Б.А. Ассиновской и статья Никольского Ю.И. - Грозит ли Санкт-Петербургу разрушительное землетрясение? — «Российский геофизический журнал», №5-6, 1995).

В Москве несколько десятков лет работают две стационарные станции, принадлежащие Геофизической службе РАН (станция ЦСС) и Институту физики Земли РАН (ИФЗ), еще шесть станций были установлены недавно Опытным конструкторским Бюро РАН с целью отладки аппаратуры. Все эти данные открыты и выложены в Интернете, проводятся специальные исследования и публикуются отчеты.

В Калининграде после 21 сентября 2004 г. также вспомили про ученых. Публикация от 1 августа 2007 г.:

21 сентября 2004 года. В тот день нас пару раз так тряхнуло, что вовек не забудешь. «Этот район Балтики становится более сейсмоопасным», - заметил тогда член доктор физико-математических наук Института физики Земли РАН Сергей Арефьев. Ученые, эмчеэсники и тогдашняя областная администрация заговорили о том, что нашему региону просто необходима сейсмостанция. А еще лучше – сеть таких станций.

Мэрия Калининграда выделила двадцать миллионов рублей на установку в городе сейсмостанций. А вчера автору этих строк стало известно, что конкурс на освоение средств выиграл Институт физики Земли РАН. 5,2 миллиона рублей уйдет на сейсмическое и геологическое исследование города, остальные потратят на закупку аппаратуры и начальное обслуживание станций.

Почему же такое решение принято лишь сейчас, спустя почти три года? В мэрии говорят, что надо было все не спеша просчитать, прикинуть, взвесить. И вот решили выделить 20 миллионов. К слову, это в пять раз меньше, чем ушло на ликвидацию последствий землетрясения.

По неофициальной информации, желание заняться сейсмологией у городских властей усилилось после прошлогоднего «потрясения». Если помните, 20 июля 2006-го Калининград должно было снова тряхнуть. Откуда тогда пополз этот слух, установить до сих пор не удалось. Но ситуация в городе была близка к панической. Из нескольких супермаркетов эвакуировали покупателей. Некоторые предприятия, учреждения, детские сады срочно закрылись. Мобильные сети были перегружены… Официальные лица заявили, что слухи о землетрясении – глупость. Однако подтвердить свои слова «отцы города» ничем не могли. А вот если бы в Калининграде работали сейсмостанции, то можно было бы сослаться на их данные.

Во всех крупных мегаполисах Азии выполнены (и чаще всего опубликованы в открытой печати) исследования по сейсмическому макрорайонированию и микрорайонированию, оценены разнообразные факторы сейсмичности, свойства грунтов и их возможное влияние на сейсмический эффект. В США огромное внимание уделяют вопросам сейсмологии и инженерной сейсмологии, притом не только в активных областях Калифорнии, но и для таких стабильных областей как Восточное побережье и центральные штаты (e.g.: ссылка).

Таким образом, от сейсмичности вряд ли стоит так просто отмахиваться, как это сделали анонимные авторы из администрации выше. Грамотный ответ должен быть примерно таким – выполнено открытое научное исследование, в результате которого получены карты вероятности для определенного интервала магнитуд и за определенный интервал времени.

2. Почему это важно для высотных зданий?

В общем, это понятно отсюда (картинка и текст с этого сайта):

Так реагируют короткопериодный (желтый) и длиннопериодный (красный) маятники сейсмометров на колебания их основания (зелёный цвет). Если мысленно перевернуть картинку, то можно представить себе реакцию малоэтажных и высотных зданий на низкочастотные колебания грунта. При таких смещениях грунта высотные здания подвергаются сейсмическим воздействиям более значительно, чем невысокие строения.

Но тут много всяких тонкостей, не случайно инженеры не перестают изобретать все новые хитрые приспособления для безопасности высотных зданий. Чего стоит, например, один только инерционный демпфер небоскреба "Тайбэй-101" с двумя маятниковыми подвесками, на 92-ом и 88-ом этажах, весящими 660 тонн каждая. Впрочем, не все удается рассчитать:

Небоскреб "Тайбэй-101", предположительно, спровоцировал два из недавних землетрясений, так как оказывает большое давление на поверхность земли, на которой расположен, пишет The Guardian.

Высота "Тайбэй-101" - 508 метров, а вес в 700 тысяч тонн делает его одним из самых тяжелых зданий на планете. Именно размеры тайваньской башни неожиданно вызвали беспокойства, которые могут иметь далеко идущие последствия для строительства небоскребов и других крупных сооружений.

По словам геолога Чэн Хун Линя из Национального Тайваньского университета, давление, оказываемое небоскребом, могло вызвать повторное расхождение древнего разлома, с которым связаны землетрясения. Если он прав, то возникают сомнения в связи с различными проектами, в частности строительством в Японии города-небоскреба Sky City 1000, вертикального города, который помог бы решить проблему с перенаселенностью в Японии.

Эта проблема связана не только с небоскребами. Водохранилища и подземные хранилища отходов также могут вызвать колебания, если их размеры слишком велики.

До строительства небоскреба "Тайбэй-101" котлован Тайбэя был очень стабильной зоной, где не было активных сейсмических разломов поверхности. Сейсмическая активность там была такой же, как в некоторых областях Великобритании, где примерно раз в год случаются микроземлетрясения.

Однако когда начал расти "Тайбэй-101", ситуация стала меняться. "Количество землетрясений за период строительства с 1997 по 2003 год возросло до двух микроземлетрясений в год, - говорит Чэн Хун Линь. - С момента завершения строительства произошло два крупных землетрясения (мощностью 3,8 и 3,2 балла) прямо под небоскребом".

Используя информацию о конструкции здания, Чэн Хун Линь высчитал, какое давление на поверхность почвы оказывает небоскреб. Масса стали и бетона достигает более 700 тысяч тонн. Этот вес распределен на площади 15,81 кв. м, и это означает, что на поверхность под зданием осуществляется огромное давление в 4,7 бар.

О психологических факторах связанных с сейсмичностью и небоскребами тоже написано немало, частично я приводил их здесь.

Я не хочу никого пугать. Просто говорить об этом нужно серьезно, а не в стиле чиновников Красногвардейского района. Вот еще один их из ответов:

Структура толщи пород над местом стыка плит изучалась последние 50 лет. Толща над стыком плит образована многочисленными слоями с разными физико-механическими свойствами и мощностью. Наличие водонасыщенных горизонтов обеспечивает уменьшение сейсмоактивности за счёт распределения энергии на большой объём грунтовой толщи.

Тут много интересного. Так и ждешь – вот сейчас скажут про результаты за 50 лет, или хотя бы где их найти. Нет, опять общая фраза. Но потом авторы показали недюжинную гибкость мышления. Когда я спрашивал о геологическом строении разреза, они аккуратно “забыли”сказать о водоносных слоях выше верхнекотлинского горизонта, зато всячески уверяли какие прочные там глины. А тут вдруг про “водонасыщенные горизонты”! Да еще про “уменьшение сейсмоактивности”! Во-первых, сейсмоактивность не зависит от грунтов, сейсмический эффект – да. Про его уменьшение в зависимости от водонасыщенности – это что-то новое, я читал совершенно другое (А. Вознесенский, “Землетрясения и динамика грунтов”):

Задача усложняется плохо прогнозируемыми эффектами резонансного усиления сейсмических колебаний рыхлыми приповерхностными грунтами: в зависимости от их типа и мощности пластов колебания одних частотных интервалов могут избирательно усиливаться, а других практически полностью поглощаться. Явление это связано с возбуждением собственных колебаний самого пласта вблизи свободной поверхности в волнах данного типа. Так, при землетрясении Лома Приета в Калифорнии (1989 год) с М = 7,1 более всего пострадала часть Сан-Франциско, расположенная на молодых морских глинистых отложениях. Сейсмограммы показали, что по сравнению с другими участками амплитуды сейсмических колебаний на этих грунтах были усилены в 6-10 раз для колебаний с частотами около 1 Гц и в 2-3 раза с частотами 3-5 Гц. Собственные же частоты многих разрушенных 3-4-этажных домов составляли как раз 2,5-3 Гц. Еще более драматичен пример Мехико, расположенного в 300 км от эпицентра землетрясения 1985 года с М = 8,1. В отдельных частях города резонансное усиление сейсмических колебаний с периодами около 2 с достигло 75 раз. Это привело к избирательному тотальному разрушению 15-25-этажных зданий с близкими резонансными периодами и к гибели 10 тыс. человек. 

Однако коварство многих рыхлых увлажненных грунтов (песков, глин, суглинков, то есть таких, которые обычно залегают с поверхности земли) заключается в способности менять свои механические свойства при прохождении через них упругих волн. Суть такого эффекта заключается в следующем. Указанные грунты состоят из мелких и мельчайших (до сотых и тысячных долей миллиметра) минеральных частиц, в промежутках (порах) между которыми находятся вода и газы. Все сопротивление такого грунта внешней нагрузке, например весу стоящего на нем здания, осуществляется за счет огромного числа контактов между этими частицами, многие из которых очень слабые. При прохождении упругой волны возбуждаются колебания частиц грунта с разными скоростями и часть контактов (тем большая, чем выше энергия волны) разрывается. В результате прочность грунта заметно (иногда в несколько раз) снижается, а стоящее на нем сооружение может осесть вглубь, перекоситься или опрокинуться. Некоторые водонасыщенные грунты (в особенности мелкие рыхлые пески) могут даже разжижаться при достаточно сильном сейсмическом воздействии: при исчезновении непосредственного контакта между песчаными зернами они в какой-то момент оказываются как бы взвешенными во вмещающей их воде. Вода при этом стремится отжаться, но процесс этот требует некоторого времени, поскольку ограничивается водопроницаемостью грунта. В результате сейсмическое разжижение грунтов обычно сопровождается тяжелыми авариями даже сейсмостойких сооружений: здания успевают "утонуть" или перекоситься, дороги разрываются на поверхности разжиженных отложений, а подземные емкости с горючим, наоборот, всплывают на поверхность, затопленную невесть откуда взявшейся грязной водой. Происходят даже выбросы разжиженного грунта на поверхность с образованием песчаных кратеров. Катастрофическое разжижение водонасыщенных пылевато-песчаных грунтов, вызвавшее жертвы и огромный экономический ущерб, произошло при двух сильных землетрясениях 1964 года: 27 марта у берегов Аляски близ Анкориджа с М = 8,4 и 16 июня в Ниигате (Япония) с М = 7,5.

PS Вот еще удалось найти высказывание упомянутой выше  Э.В. Исаниной (26.11.08):

"Мы пытались попасть на территорию стройки, для того чтобы установить там новейшие приборы, фиксирующие любые колебания грунтов как природного, так и антропогенного характера, но там стоит охранник с пистолетом и не пускает нас, несмотря на то что при строительстве объектов такого масштаба подобные сейсмологические исследования просто необходимы", - рассказала корреспонденту "Помойки.Орг" ведущий геофизик филиала российского геолого-экологического центра "Уран Гео" Эльвира Исанина (ссылка).

2 комментария:

  1. В составе обоснований отклонения обнаружились материалы ОВОС... там есть про геологию. Хотите почитать?

    пишите alexander.karpov () ecom.su

    ОтветитьУдалить
  2. Да, спасибо. Отправил свой e-mail.

    ОтветитьУдалить