Механизм землетрясения

Нарушения или смещения масс горных пород, возникающие в земной коре влекут за собой образование сейсмических воли. Очаг, где зарождаются сейсмические волны, называется гипоцентром, а его проекция на земную поверхность эпицентром. В пределах эпицентра наблюдаются подземные толчки наибольшей силы. Глубина гипоцентра в большинстве известных случаев землетрясении изменяется от 1 до 100 км.

В последнее время установлены так называемые глубокофокусные землетрясения с гипоцентром, располагающимся на глубинах в 300—600 км. Такие землетрясения наблюдались на Дальнем Востоке, в Испании и Афганистане. Наиболее разрушительными являются землетрясения с глубиной гипоцентра до 50, реже до 100 км

Из гипоцентра во все стороны расходятся сейсмические волны. Различают два типа волн: продольные и поперечные. Первые из них вызывают колебания частиц горных пород вдоль сейсмического луча, а вторые — колебания, перпендикулярные к его направлению.

Продольные волны обладают наибольшим запасом энергии и распространяются с максимальной скоростью в твердых, жидких и газообразных средах. В твердых телах скорость продельных волн изменяется от 4 до 6 км/сек. Разрушение зданий и сооружений обусловлено главным образом воздействием продольных воли. Поперечные волны несут меньший запас энергии. Скорость их в 1,7 раза меньше скорости продольных волн. Эти волны не распространяются в жидких и газообразных средах. Кроме продольных и поперечных сейсмических волн, на границах раздела твердой и газообразной, твердой и жидкой сред могут возникать поверхностные волны, или волны Релея, обладающие более низкой скоростью, чем поперечные волны.

При оценке разрушающего воздействия сейсмической волны большое значение имеет угол, под которым она подходит из гипоцентра к поверхности Земли. Его величина может быть различной. Результирующая сейсмической волны, пришедшей под углом к поверхности, может быть разложена на нормальную и горизонтальную составляющие (рис. 22). В эпицентре горизонтальная составляющая отсутствует, поэтому сооружение испытывает вертикальные удары, не представляющие серьезной опасности.

Наибольшие разрушения возникают под действием горизонтальной составляющей сейсмической волны. Поэтому степень разрушительности землетрясений оценивается по величине ускорения горизонтальной составляющей (а), вычисляемого по формуле:

где amax — максимальное ускорение горизонтальной составляющей сейсмической волны в мм/сек2, T — период в сек, А — амплитуда сейсмической волны в мм.

Энергия, выделяемая при землетрясениях, весьма значительна и изменяется от 10в10 до 10в26 эрг. Эта величина в несколько миллионов раз выше энергии взрыва атомной бомбы. Особенно большой энергией обладают так называемые разрушительные и катастрофические землетрясения.

Регистрация и изучение сейсмических колебаний осуществляется при помощи специальных приборов — сейсмографов.

В основу его работы положена инерционная способность свободно висящего груза (маятника) (рис. 23). Маятник (1) этот подвешен к какой-либо раме, укрепленной на пружине и снабжен самопишущим пером (2), способным записывать колебания земной коры на листе бумаги, прикрепленной к барабану (3). При сейсмическом толчке барабан с бумагой и точка подвески маятника смещаются, а сам маятник в силу своей инерции остается в прежнем положении, неподвижно. В следующий момент начинает перемещаться маятник, а подвеска и барабан возвращаются в первоначальное положение. Таким образом, возникшие колебательные движения записываются пером на бумаге. Полученная запись называется сейсмограммой (рис. 24).

Современные сейсмографы — это высокоточные приборы. Один из лучших приборов этого типа — сейсмограф Б.Б. Голицына, получивший широкое распространение как в бывш. СССР, так и за рубежом.

В настоящее время имеется целый ряд новых конструкций сейсмографов, разработанных Г.А. Гамбурцевым, Л.А. Хариным, Д.П. Кирносом и другими учеными. Все современные сейсмографы регистрируют колебания при помощи зеркальных гальванометров, отбрасывающих «световой зайчик» на фотографическую бумагу. Сейчас насчитываются сотни сейсмических станций, снабженных современными высокоточными сейсмографами, автоматически записывающими колебания земной коры. Таких станций много и в бывш. Советском Союзе. Изучением землетрясений в нашей стране занимается Институт физики Земли Академии наук СССР.