Architecton: Proceedings of Higher Education №3 (27) September, 2009

City as ecosystem

SEISMICITY AND GEODYNAMICS OF THE MIDDLE URALS

УДК: 551+72
Шифр научной специальности: 26.3+85.11

Abstract

Современные Уральские горы представляют собой омоложенный древний палеозойский горно-складчатого пояс, возникший около 300 млн лет назад на границе Евроамерийской и Азиатской литосферных плит в результате их столкновения [1], разрушенный и размытый в мезо-кайнозойское время денудационными процессами [2]. Омоложение и возобновившийся рост Уральских гор начались приблизительно 30 млн.лет назад и сопровождаются геодинамическими явлениями – землетрясениями и подвижками блоков земной коры по зонам деформации и нарушения ее сплошности [2,3]. За последние 250 лет на Среднем Урале было отмечено несколько десятков ощутимых землетрясений [4,5,6,7], самые сильные из которых - 23.05.1798 года и Билимбаевское 17.08.1914 года имели магнитуду около 5,0 [6]. Эти явления осложняют инженерно-геологическую обстановку в регионе и поэтому должны изучаться.

Институт геофизики Уральского отделения Российской Академии Наук более двадцати лет ведет исследования Уральской сейсмичности и геодинамики. Для этого в Институте имеется геофизическая обсерватория «Арти», ведущая сейсмологические наблюдения с 1970 года. Сейсмическая станция обсерватории входит в мировую сейсмологическую сеть IRIS. Кроме того, для изучения Уральской сейсмичности были использованы данные сейсмологического мониторинга станции геофизической службы РАН «Свердловск», ведущей наблюдения с 1913 года, а также данные других сейсмологических станций и обсерваторий, расположенных за пределами региона. Для создания полного регионального сейсмологического каталога использовались описания ощутимых сейсмических явлений на Урале в архивных материалах и источниках, проведены специальные полевые сейсмические исследования [4,5,6,7]. Основные результаты этих исследований кратко освещены в данной работе.

Анализ пространственного расположения эпицентров позволяет заключить, что уральская сейсмичность обусловлена взаимодействием Восточно-Европейской платформы (ВЕП) и Уральского горно-складчатого сооружения [8]. Об этом свидетельствует приуроченность эпицентров к пограничной зоне ВЕП и Урала (рис.1 а,б,в). При этом в современной тектонике наследуются основные тенденции геодинамики палеозоя. Тогда в результате воздействия Волго-Камского выступа ВЕП Уральский горно-складчатый пояс выгнулся на восток, образовав так называемый Уфимский амфитеатр. Имеющиеся данные позволяют предположить, что Волго-Камский выступ ВЕП является элементом крупной трансорогенной структуры, протянувшейся от оз. Балхаш до Кольского полуострова [8]. Она проявлена в аномальном магнитном поле с радиусами осреднения 125 км и 250 км в виде положительной аномалии, источники которой расположены в мантии [9,10].

Пограничная зона ВЕП и Урала в палеозойское время развивалось в условиях транспрессинга – сжатия со сдвигом [1]. ВЕП смещалась в направлении на юго-восток. Наиболее активно сдвиг происходил по Средне-Уральскому участку Главного Уральского разлома (ГУГРа) [2], который рассматривается как сутурная (шовная) зона между Европейской и Азиатской литосферными плитами [1]. В результате транспрессинга в пределах Среднего Урала напротив Волго-Камского выступа ВЕП произошло уменьшение ширины крупных геолого-тектонических подразделений – Центрально-Уральского поднятия, Тагило-Магнитогорского прогиба. Поэтому данный район в работе [11,12] был назван областью Центрально-Уральского пережима. На южном и северном окончаниях Средне-Уральской зоны сдвига в пределах Южного и Северного Урала сформировались характерные региональные тектонические структуры типа «конских хвостов», образованные дивергентными (расходящимися) к югу и к северу разрывами и складками. Анализ имеющихся геофизических данных позволяет предположить подвиг фундамента ВЕП под Урал [8]. Поддвиг, вероятно, произошел в палеозойское время, но этот процесс может наследоваться на современном этапе. Наследование на современном этапе в земной коре Среднего Урала сдвиговых деформаций и деформаций подвига фундамента ВЕП проявляется в возникновении очагов ощутимых землетрясений, большая часть наиболее сильных из которых (с магнитудой более 4,0 балла) приурочена к зоне геодинамического влияния ГУГРа [13,14].

За последние 250 лет отмечалось 4 цикла повышения сейсмической активности на Среднем Урале [15] (рис.2). Продолжительность циклов порядка 60 лет соответствует периоду крутильных магнитогидродинамических колебаний в земном ядре [16]. Следовательно, повышения сейсмической активности на Среднем Урале обуславливаются глобальным процессом, о чем свидетельствует их синхронность с вариациями сейсмической активности в пределах ВЕП, Крыма и Кавказа [17].

Средние многолетние значения магнитуд землетрясений на Среднем Урале составляют около 2,7-3,0 баллов [15]. В эпицентральных зонах землетрясений с такой магнитудой наблюдаются сотрясения силой в 3-4 балла по шкале MSK-64. По эмпирической закономерности величина наибольшей магнитуды в рассматриваемом регионе обычно вдвое больше средней многолетней [15]. Следовательно, наибольшая возможная магнитуда сейсмических явлений на Среднем Урале может быть оценена как порядка 5,4-6,0 баллов. Сила сотрясений в эпицентре такого события может составить 7 баллов по шкале MSK-64. Магнитуда землетрясения 23.05.1798 года и Билимбаевского события 17.08.1914 года оцениваются как 5,3 и 5,0 баллов, соответственно [6]. Сила сотрясений в эпицентральной области Билимбаевского землетрясения составила порядка 6 баллов по шкале MSK-64 [4]. Это были наиболее сильные землетрясения на Среднем Урале. Их энергия приближается к энергии наибольшего возможного для данного региона значения. Интервал между этими событиями в 114 лет, вероятно, характеризует период накопления тектонических напряжений, необходимых для возникновения землетрясений такой силы. Поэтому можно предположить, что следующее событие подобной силы может произойти на Среднем Урале около 2030 года [7].

Места, где в будущем на Среднем Урале могут возникать очаги ощутимых землетрясений – это крупные тектонические узлы, образованные сближением, сочленением и пересечением крупных зон деформации и нарушения сплошности земной коры [18,19] (рис. 3а, б). Вероятность возникновения очагов землетрясений наиболее высока в тех узлах, где они уже возникали. К таким узлам относятся относятся Билимбаевский, Серебрянский, Висимо-Тагильский, Златоуст-Миасс-Кыштымский, Колюткинско-Двуреченский. Кроме того, на Среднем Урале имеются тектонические узлы, имеющие схожую тектоническую позицию и строение с сейсмичными узлами, но в которых возникновения очагов ощутимых сейсмических событий еще не отмечалось. Это Каслинско-Верхнеуфалейский, Нязепетровский. С учетом специфики сейсмичности Среднего Урала, выражающейся в редкости и относительно небольшой силе происходящих здесь природных землетрясений, потенциально сейсмичные тектонические узлы являются участками, где возможны наиболее сильные сейсмические сотрясения силой до 6, а возможно и до 7 баллов по шкале MSK-64. Общая площадь этих тектонических узлов намного меньше площади потенциально сейсмичных областей, показанных на картах ОСР-97 для Среднего Урала [20]. Вблизи них располагаются крупные промышленные центры – Ревда, Первоуральск, Чусовой, Лысьва, Кушва, В.Тура, Н.Тагил, Златоуст, Миасс, Кыштым, Снежинск, В.Уфалей, Касли, Нязепетровск. Поэтому рекомендуется детальное сейсмическое районирование и инструментальное геодинамическое изучение площадей этих узлов.

В целом инженерно-сейсмические условия на Среднем Урале благоприятные и безопасные для большей части инженерных объектов за исключением аварийных и ветхих сооружений. Это обусловлено: а) невысокой сейсмической активностью Среднего Урала (ощутимые землетрясения происходят редко и их сила относительно невелика), являющейся следствием невысокой скорости деформации земной коры Урала; б) благоприятными сейсмогрунтовыми условиями. В области «обнаженного» Урала, где локализованы эпицентры всех наиболее сильных ощутимых землетрясений рассматриваемого региона, развиты наиболее благоприятные в инженерно-сейсмическом отношении скальные грунты первой категории по сейсмическим свойствам по классификации СН и П II -7-81*. Они перекрыты относительно маломощным чехлом коры выветривания, но имеющим глубокие (более 15-25 м) карманы, развившиеся по зонам нарушения сплошности земной коры [21,22]. Физико-механические свойства грунтов чехла коры выветривания позволяют отнести их к грунтам преимущественно второй категории по сейсмическим свойствам по классификации СНиП II -7-81*, т.е. к «средним грунтам». Наиболее неблагоприятные в инженерно-сейсмическом отношении грунты третьей категории в пределах «обнаженного» Урала, к которым можно отнести аллювиальные песчано-глинистые и озерно-болотные илисто-глинистые отложения преимущественно кайнозойского возраста мощностью порядка 8-10 м и более, имеют небольшое распространение. При строительстве такие грунты обычно удаляются из-под фундаментов будущих инженерных объектов и заменяются крупнообломочными насыпными грунтами, свойства которых позволяют отнести их к первой категории. На участках, где развиты грунты второй категории, величина расчетной силы сейсмического воздействия равна фоновой, принятой по результатам ОСР-97. На участках развития скальных грунтов первой категории она уменьшается на один балл относительно фоновой, а на участках развития грунтов третьей категории – на один балл увеличивается. На основании вышеизложенного можно заключить, что в области «обнаженного» Урала приращения величины расчетной силы сейсмического воздействия изменяются преимущественно в пределах одного балла. Экспериментальные оценки приращения этой величины, выполненные по методу сейсмических жесткостей, составляют в среднем порядка +0,2 - +0,6 балла для грунтов чехла коры выветривания относительно скальных грунтов. В качестве примера на рис. 4 приведена схематическая карта районирования Екатеринбурга по величине расчетной силы сейсмического воздействия. Город располагается в пределах «обнаженного» Урала. На территории города выделяются две разновидности сейсмогрунтов с соответствующими им двумя градациями величины расчетной силы сейсмического воздействия.

Развитые в Зауралье мощные толщи песчано-глинистых мезо-кайнозойских отложений [2] относятся преимущественно ко второй и третьей категориям сейсмогрунтов, но сколько-нибудь значительной сейсмической угрозы для расположенных здесь инженерных объектов нет. Во-первых, здесь за последние 250 лет не отмечалось и не предполагается возникновения очагов достаточно сильных землетрясений. Очень редко наблюдавшиеся слабые ощутимые (силой до 4 баллов) сейсмические колебания на территории Зауралья обусловлены преимущественно сейсмическими волнами удаленных землетрясений, приходившими из области «обнаженного» Урала. Во-вторых, достаточно мощная толща мезо-кайнозойских песчано-глинистых отложений играет роль демпфера, ослабляя воздействие от очагов возможных землетрясений в палеозойском фундаменте.

Особый вид сейсмических явлений на Урале представляют собой горные удары и природно-техногенные землетрясения, возникающие в результате деятельности горно-рудных предприятий, ведущих отработку месторождений шахтным способом [23]. Но вследствие небольшой (до первых сотен метров) глубины очагов этих явлений они представляют сейсмическую и геодинамическую опасность в основном для самих рудников, а не для расположенных рядом городов и поселков.

Геодинамические и денудационные процессы, действовавшие на Среднем Урале в мезо-кайнозойское время, сформировали современный облик Уральских гор. Значительный вклад в формирование современного рельефа Среднего Урала внесли геодинамические процессы, действовавшие в новейшее время (в последние 30 млн лет). Амплитуда воздыманий Уральских гор за этот период оценивается примерно 225 – 700 м [2,3], средняя скорость воздымания – порядка тысячных долей мм в год. По эти показателям общая активность геодинамических процессов на Среднем Урале в этот период, согласно критериям, приведенным в работе [24], может быть оценена как низкая.

Современные геодинамические процессы, не сопровождающиеся ощутимыми сейсмическими явлениями, проявляются в виде относительных воздыманий и погружений смежных участков, выявляемых по данным повторных нивелировок [25] и относительных горизонтальных и вертикальных смещений по данным GPS-мониторинга [26]. Скорости этих относительных подвижек составляют от десятых долей до одного мм в год. Подвижки обусловлены совокупным воздействием на земную кору трех групп факторов – эндогенных, экзогенных и техногенных [19]. К эндогенным факторам можно отнести современные тектонические процессы в земной коре, в том числе миграцию в земной коре Урала медленных деформационных фронтов, сезонные вариации скорости вращения Земли. К экзогенным процессам относятся лунно-солнечные приливы, вариации основных атмосферных параметров при прохождении через Урал циклонов и атмосферных фронтов, магнитные бури, сезонные вариации температуры и влажности верхней части земной коры. К техногенным процессам относятся взрывы в карьерах и в шахтах, вибрации от движения транспорта и работы промышленных установок.

Действие эндогенных факторов на Среднем Урале проявляются в основном в виде медленных (низкочастотных) подвижек земной поверхности, период которых более одного года. Они могут вызываться вариациями напряженно-деформированного состояния земной коры [23]. На них накладываются более высокочастотные подвижки, вызванные прохождением в земной коре деформационных фронтов, действием экзогенных и техногенных факторов.

Анализ имеющихся данных свидетельствует, что в условиях Среднего Урала наиболее активно действующим инженерно-геодинамическим фактором, вызывающим ощутимые подвижки и деформации блоков верхней части земной коры, способствующие повреждениям линий подземных коммуникаций и магистральных трубопроводов, ускоренному износу дорожного покрытия, повреждению фундаментов и стен зданий является экзогенный.

Верхняя часть земной коры Среднего Урала нарушена большим числом зон деформаций и нарушения ее сплошности [29]. Сезонные изменения объема грунтов и пород верхней части земной коры (в верхних 8-10 м, в так называемом активном слое), возникающие в результате изменения температуры воздуха и выпадения осадков вызывают подвижки и деформации ее блоков [30]. Амплитуда ежегодных сезонных смещений земной поверхности по вертикали на Среднем Урале составляет сантиметры. Например, по данным GPS- мониторинга, приведенным в работе [27], участок земной поверхности, на котором расположена обсерватория «Арти», испытывает сезонные воздымания и опускания с амплитудой 5-6 см. При этом расстояние между Екатеринбургом и обсерваторией «Арти» так же испытывает сезонные изменения, амплитуда которых оценивается в первые миллиметры [19,26]. Наблюдаемым во второй половине года периодам уменьшения этого расстояния соответствуют периоды резкого увеличения числа аварий на линиях городского водопровода Екатеринбурга [19,26] (рис.5). В совокупности синхронные вариации высоты земной поверхности и величины горизонтального расстояния между обсерваторией «Арти» и Екатеринбургом можно рассматривать как результат сезонных вариаций радиуса Земли. В первой половине года наблюдается его увеличение, которому может соответствовать относительное растяжение верхней части земной коры, а во второй половине года – уменьшение, сопровождаемое сжатием ее. Всестороннее сжатие верхней части земной коры вызывает деформацию и повреждение чугунных и стальных труб линий подземных коммуникаций в особенности на участках, где грунты и породы характеризуются относительно повышенной подвижностью. Такими участками на территории Екатеринбурга являются зоны нарушения сплошности и деформации верхней части земной коры (рис. 6). Повреждаются и наземные объекты, расположенные в этих зонах [19,28] (рис. 7).

Более быстрые (по сравнению с сезонными) вариации атмосферных параметров, в особенности атмосферного давления и температуры воздуха, обусловленные прохождением через Урал циклонов и атмосферных фронтов могут играть роль триггеров – спусковых крючков, запускающих подготовленные в земной коре геодинамические процессы – природные землетрясения, природно-техногенные землетрясения, сильные горные удары и более медленные подвижки по разломам, способствующие в частности повреждениям магистральных трубопроводов [31,32] ( рис.8,9). О том, что вариации атмосферного давления могут воздействовать на достаточно глубокие горизонты земной коры свидетельствуют результаты экспериментов старшего научного сотрудника Института геофизики УрО РАН А.К.Троянова в Уральской сверхглубокой скважине СГ-4 по изучению природных сейсмических и геоакустических шумов в земной коре [33]. В экспериментах наблюдалось изменение уровня шумов на глубинах 4500-4700 м, согласное с вариациями атмосферного давления на дневной поверхности, обусловленных прохождением через Урал циклона.

Неблагоприятные атмосферные явления и напрямую воздействуют на инженерные сооружения, вызывая их повреждения. В условиях Среднего Урала материальный ущерб от неблагоприятных атмосферных явлений не ниже, чем от неблагоприятных процессов в верхней части земной коры. Нами в рамках работы по изучению атмосферно-литосферных связей в пределах Среднего Урала были выделены зоны, названные зонами повышенной геофизической активности [34] (рис. 10). Они характеризуются повышенной повторяемостью неблагоприятных и необычных атмосферных явлений (сильных гроз с поражением наземных объектов, сильных ливней со скоростью выпадения осадков 20 мм в час и более, шквалов, смерчей со скоростью ветра 20 м в секунду и более, крупного или особо интенсивного града, зимних гроз и шаровых молний и т.д.) и повышенной тектонической активностью литосферы, проявляющейся в виде геодинамических явлений – землетрясений и возможных подвижек по разломам не сопровождающихся ощутимыми сейсмическими явлениями. Предполагается, что зоны повышенной повторяемости неблагоприятных и необычных атмосферных явлений это зоны часто возникающих в одних тех же местах атмосферных фронтов, образованных столкновением холодных и теплых воздушных масс. Пространственная привязанность мест возникновения этих фронтов в большинстве случаев обусловлена орографическими факторами- особенностями рельефа земной поверхности, которые, в свою очередь, являются следствием действия неотектонических процессов в земной коре. Поэтому приуроченность зон повышенной повторяемости неблагоприятных и необычных атмосферных явлений к зонам геодинамического влияния долгоживущих крупных разломов в земной коре не случайна [34]. В то же время, на Среднем Урале имеются достаточно обширные территории, где частота возникновения неблагоприятных атмосферных и литосферных явлений очень невысокая.

 Выводы

Инженерно-сейсмические условия на Среднем Урале и прилегающих к нему частях Северного и Южного Урала в целом благоприятные и безопасные для большей части инженерных объектов, за исключением ветхих и аварийных сооружений. Так как согласно СНиП II-7-81*, антисейсмические мероприятия начинают применяться лишь с величины расчетной силы в 7 баллов, то, следовательно, представляется целесообразным выполнение микросейсмического районирования и оценки этой величины лишь при проектировании особо ответственных объектов.

Ощутимые землетрясения на Среднем Урале происходят редко, их сила относительно невелика. В то же время, в верхней части земной коры Среднего Урала постоянно действует малоблагоприятный в инженерно-геологическом отношении фактор, который можно назвать геодинамическим. Предполагается, что энергетической основой этого процесса является воздействие на земную кору экзогенных факторов.

В пределах Среднего Урала выделяются зоны повышенной геофизической активности, характеризующиеся увеличенным количеством (частотой повторяемости) неблагоприятных и необычных атмосферных явлений и неблагоприятных инженерно-геодинамических процессов, приуроченные к зонам геодинамического влияния крупных долгоживущих разломов земной коры. В то же время, на Среднем Урале имеются достаточно обширные территории, где частота возникновения неблагоприятных атмосферных и литосферных явлений очень невысокая.

Рекомендации

Необходимо детальное инструментальное изучение геодинамических процессов в верхней части земной коры на Среднем Урале с использованием современных GPS-технологий, геофизических методов исследований, а также выполнение геодинамического районирования (районирования по степени подвижности земной коры) для выделения современных активных зон деформаций и нарушения сплошности земной коры. Необходимо выполнение инструментальной оценки степени современной подвижности земной коры на площадках намеченного строительства и реконструкции инженерных объектов. Такую работу с выдачей справок-заключений, отчетов о степени подвижности грунтов, тектоническом строении и величине расчетной силы сейсмического воздействия выполняет Институт геофизики УрО РАН, у которого имеется лицензия Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору, сертифицированная аппаратура, высококвалифицированные специалисты и опыт выполнения таких работ на ответственных объектах.

При составлении схем районной планировки рекомендуется учитывать расположение планируемых к строительству объектов относительно зон повышенной геофизической активности Среднего Урала и по возможности не размещать в них особо ответственные объекты.

 

Рис.1а. Сейсмотектоническая схема центральной части Уральского региона. На тектоническую карту Урала под редакцией Соболева И.Д. вынесены эпицентры наиболее сильных землетрясений Среднего Урала и контуры Архангельско-Балхашской трансорогенной структуры.

Рис.1б. Схема изолинейных наблюдавшихся магнитуд природных сейсмических явлений центральной частиУральского региона за период 1788-2005 гг., совмещенная с тектонической схемой по Соболеву И.Д. Составил Гуляев А.Н., 2005 г.

Рис.1в. Схема изолиний наблюдавшихся природных сейсмических сотрясений в баллах шкалы MSK-64 центральной части Уральского региона за период 1788-2005 гг., совмещенная с тектонической схемой по Соболеву И.Д. Составил Гуляев А.Н., 2005 г.

Условные обозначения к рис.1:

Цифрами в кружках обозначены наиболее крупные палеозойские геолого-тектонические подразделения Урала по Соболеву И.Д.:

1 – Восточно-Европейская платформа
2 – Предуральский прогиб,
3 – Западно-Уральская зона складчатости и надвигов,
4 – Центрально-Уральское поднятие,
5 – Тагило-Магнитогорский прогиб,
6 – Восточно-Уральское поднятие,
7 – Восточно-Уральский прогиб,
8 – Зауральское поднятие,
9 – Тюменско-Кустанайский прогиб,
10 – Кушмуркнское поднятие.

Цифрами в квадратах обозначены наиболее крупные разломы:
1 – Главный Уральский глубинный,
2 – Туринский,
3 – Серовско-Маукский,
4 – Мурзинский,
5 – Магнитогорский,
6 – Челябинский,
7 – Красноуфимский.

Серой заливкой показана наиболее приподнятая часть новейшего Уральского орогена (область Уральского кряжа).

Звездочками показаны эпицентры «исторических» землетрясений, данные о которых содержатся в архивных материалах. Размер звездочек пропорцианален магнитуде событий изменяющейся в пределах от 2,5 до 5,3.

Черными кружками показаны эпицентры «инструментальных» землетрясений, зарегистрированных сейсмологическими станциями. Диаметр кружка пропорционален магнитуде, которая изменяется от 2,5 до 5,0.

Черными треугольниками вершиной вверх показаны эпицентры сильных горных ударов и природно-техногенных землетрясений на горно-рудных предприятиях. Цифрами возле эпицентров обозначены года событий и их магнитуда.

Серыми треугольниками, вершиной вниз показаны сейсмологические станции.

Жирными пунктирными линиями показаны контуры Архангельско-Балхашской трансорогенной структуры.

Рис. 2 Распределение во времени магнитуд сейсмических событий в центральной части Уральского региона за период с 1788 по 2004 гг.  Составил Гуляев А.Н., 2005 г.

Рис. 3а. Схема потенциально сейсмичных зон Среднего Урала (зон возможного возникновения очагов землетрясений), совмещенная с контурами потенциально сейсмичных областей на картах «А» и «В»ОСР-97.

Рис. 3б. Схема потенциально сейсмичных зон Среднего Урала (схема зон возможного возникновения очагов землетрясений), совмещенная с контурами потенциально сейсмичных зон карты «С» ОСР-97.

Условные обозначения к рисункам 3а и 3б

Малиновым цветом показаны потенциально сейсмичные зоны первой категории. Предполагается, что вероятность возникновения в них очагов землетрясений и сейсмических колебаний силой 6 баллов по шкале MSK-64 и более наиболее высока в пределах рассматриваемой площади. В пределах малиновых зон эта вероятность оценивается как наиболее высокая.

Коричневым и темно-коричневым цветом показаны потенциально сейсмичные зоны второй категории. Предполагается, что вероятность возникновения в них очагов землетрясений и сейсмических колебаний силой 6 баллов по шкале MSK-64 и более ниже, чем в зонах первой категории. Вероятнее всего в них возможно возникновение очагов землетрясений и сейсмических колебаний силой 5-6 баллов по шкале MSK-64. В пределах темно-коричневых зон эта вероятность оценивается как наиболее высокая.

Желтым и оранжевым цветом показаны потенциально сейсмичные зоны третьей категории. Предполагается, что вероятность возникновения в них очагов землетрясений и сейсмических колебаний силой 6 баллов по шкале MSK-64 и более ниже, чем в зонах второй категории. Вероятнее всего в них возможно возникновение очагов землетрясений и сейсмических колебаний силой 4-5 баллов по шкале MSK-64. В пределах оранжевых зон эта вероятность оценивается как наиболее высокая.

Зеленым и темно-зеленым цветом показаны потенциально сейсмичные зоны четвертой категории. Предполагается, что вероятность возникновения в них очагов землетрясений и сейсмических колебаний силой 6 баллов по шкале MSK-64 и более ниже, чем в зонах третьей категории. Вероятнее всего в них возможно возникновение очагов землетрясений и сейсмических колебаний силой 3 - 4 балла по шкале MSK-64. В пределах темно-зеленых зон эта вероятность оценивается как наиболее высокая.

Звездочками отмечены предполагаемые эпицентры землетрясений. Цифры обозначают год и магнитуду события.

Черными треугольниками, обращенными вершиной вверх, обозначены горные удары и природно-техногенные землетрясения на горнодобывающих предприятиях. Цифры обозначают год и магнитуду события.

Черными треугольниками, обращенными вершиной вниз, обозначены участки аварий на магистральных газопроводах.

Рис. 4. Районирование Екатеринбурга по величине расчетной силы сейсмического воздействия. Авторы Гуляев А.Н., Дёмина А.Ю. Автор электронной версии Осипов В.Ю., 2007 г.

Темно-серой заливкой показаны участки развития грунтов второй категории по сейсмическим свойствам по классификации СН и П II -7 -81* . В пределах них величина расчетной силы сейсмического воздействия оценивается : а) на инженерные объекты основного (массового) строительства в 5 баллов, б) на объекты повышенной ответственности в 6 баллов, в) на особо ответственные объекты в 8 баллов по шкале MSK-64.

Светло-серой заливкой показаны участки развития грунтов первой категории по сейсмическим свойствам по классификации СН и П II -7 -81*. величина расчетной силы сейсмического воздействия оценивается : а) на инженерные объекты основного (массового) строительства в 4 балла, б) на объекты повышенной ответственности в 5 баллов, в) на особо ответственные объекты в 7 баллов по шкале MSK-64.

Черными линиями показаны оси предполагаемых зон деформаций и нарушения сплошности верхней части земной коры, имеющих характер зон относительного субгоризонтального растяжения (отмечены разнонаправленными стрелками) и флексурно-разрывных зон (с зубчиками). Зубцы направлены в сторону погруженного блока.

Горизонтальной штриховкой показаны предполагаемые зоны геодинамического влияния разломов, отраженных на геологической карте ПГО «Уралгеология», авторы Кузовков Г.Н. и др.1987 г.

Рис. 5. Совмещенные графики вариаций во времени числа аварий на линиях городского водопровода (верхний график) и расстояния между Екатеринбургом и обсерваторией «Арти» по результатам GPS – мониторинга (нижний график).

Стрелками обозначены моменты перехода от стадии растяжения земной коры к стадии сжатия. Этим моментам соответствует каждый год увеличение среднесуточного числа аварий в два раза. Составили: Овчаренко А.В., Панжин А.А., Кусонский О.А., Гуляев А.Н., 2008 г.

Рис. 6. Схематическое районирование территории Екатеринбурга по относительной степени подвижности верхней части земной коры.

Коричневые полигоны отмечают участки с относительно повышенной подвижностью верхней части земной коры, где за период 1995-2005 гг. произошло более 1 аварии на линиях подземных коммуникаций. Желтые полигоны соответствуют участкам с относительно средней подвижностью, где за этот же период произошло по одной аварии. Зеленые полигоны соответствуют участкам, где аварии не были отмечены. Черные линии соответствуют осям предполагаемых зон деформаций и нарушения сплошности верхней части земной коры, проявлявших активность в новейшее время. Зоны выявлены в результате морфоструктурного анализа рельефа дневной поверхности. Линиями с разнонаправленными стрелками показаны оси предполагаемых зон растяжения. Светло-зелеными полигонами показаны предполагаемые зоны геодинамического влияния этих структур. Полигонами с горизонтальной синей штриховкой показаны предполагаемые зоны геодинамического влияния разломов и тектонизированных контактов, показанных на геологической карте [2]. Синими линиями показаны дайки гранит-аплитов по [3].

Рис. 7. Аварийный отселенный дом № 6 на ул. Мусоргского в жилом массиве «Вторчермет» Екатеринбурга.

Рис. 8. Графики вариаций атмосферного давления и температуры воздуха в периоды землетрясений:
а) 25.10.1993 г. в районе Всеволодо-Вильвы, Александровска (окрестности г.Березников) с магнитудой 3,2 ;
б) 05.01.1995 г. в г.Соликамске (природно-техногенное событие) с магнитудой 4,5;
в) 08.10.1997 г. в г.Березники (природно-техногенное событие) с магнитудой 3,0 и 10.10.1997 г. в районе г.Арамиля с магнитудой около 1,0.
1 – температура воздуха,
2 – атмосферное давление (мбар),
3 – усредненная температура воздуха.
Вертикальными линиями со стрелками отмечены моменты землетрясений

Рис. 9. Вариации во времени основных атмосферных параметров в период аварии на магистральном газопроводе «Бухара-Урал», произошедшей 24.09.2002 года приблизительно в 20 км к западу от г. Каменска –Уральского.

Рис. 10. Зоны повышенной геофизической активности на Среднем Урале. Составил Гуляев А.Н. по данным «Уралгидромета», 2002 г.

References

1. Пучков В.Н. Структура и геодинамика Уральского орогена / В.Н. Пучков // Глубинное строение и развитие Урала: мат. научно-производственной конф., посвященной 50-летию Баженовской геофизической экспедиции. – Екатеринбург, 1996.– С.15-39.

2. Геология СССР. Т. XII, часть 1, книга 2, – М.: Недра, 1969. – 304 с.

3. Новейшая тектоника Урала / под ред. А.П. Сигова и В.А. Сигова. – Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1975. –104 с.

4. Вейс-Ксенофонтова З.Г., Попов В.В. К вопросу о сейсмической характеристике Урала / З.Г. Вейс-Ксенофонтова, В.В.Попов // Труды Сейсмологического института АН СССР. – М.: Изд-во АН СССР, 1940. – № 104 – 12 с.

5. Кашубин С.Н., Дружинин В.С. Сейсмичность и сейсмическое районирование Уральского региона /С.Н. Кашубин, В.С. Дружинин, А.Н. Гуляев, О.А. Кусонский, В.С. Ломакин, А.А. Маловичко, С.Н.Никитин, Г.Н. Парыгин, Б.П. Рыжий, В.И. Уткин. – Екатеринбург: УрО РАН, 2001. –124 с.

6. Степанов В.В., Годзиковская А.А Землетрясения Урала и сильнейшие землетрясения прилегающих территорий Западной Сибири и Восточно-Европейской платформы / В.В.Степанов, А.А. Годзиковская, В.С. Ломакин, Н.Е. Прибылова, Н.Г. Мокрушина, И.К. Силина, О.А. Кусонский, Н.В. Митенкова. – М.: ЦСГНЭО, 2002. –135 с.

7. Дружинин В.С., Колмогорова В.В. Сейсмичность Урала / В.С. Дружинин, В.В. Колмогорова, Г.И. Парыгин, А.Н. Гуляев // Землетрясения и микросейсмичность в задачах современной геодинамики Восточно-Европейской платформы / под ред. Н.В. Шарова, А.А. Маловичко, Ю.К. Щукина. – Петрозаводск, 2007. – С. 263 – 276.

8. Гуляев А.Н. Геофизические поля, тектоника и сейсмичность в центральной части Уральского региона: мат. конф. Геодинамика. Глубинное строение. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей / А.Н. Гуляев // Пятые науч. чтен. памяти Ю.П. Булашевича. – Екатеринбург, 2009. – С.120-123.

9. Глубинное строение слабосейсмичных районов СССР / отв. ред. член-кор. АН АрмССР И.Л. Нерсесов. – М.: Наука, 1987. – 237 с.

10. Васильев Р.Т., Васильева М.А. Информационный потенциал магниторазведочной картографии / Р.Т. Васильев, М.А. Васильева, И.П. Жеребченко, Д.А. Жеребченко, С.В. Пастушенко, Н.П. Яновская // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: труды междунар. конф. – Воронеж, 1998. – С. 104-115.

11. Копп М.Л. Новейшие деформации Южного Урала и Мугоджар и их вероятное происхождение /М.Л. Копп // Геотектоника, 2005. – №5. – С.36 -61.

12. Копп М.Л. Мобилистическая неотектоника платформ Юго-Восточной Европы /М.Л. Копп. – М.: Наука, 2005.– 339 с.

13. Дружинин В.С., Гуляев А.Н. К вопросу о природе землетрясений на Урале / В.С. Дружинин, А.Н. Гуляев, В.В. Колмогорова, О.А. Кусонский, Г.И. Парыгин, В.И. Уткин, С.Н. Кашубин // Уральский геофизический вестник. – Екатеринбург, 2004. – № 6.– С. 29 - 42.

14. Дружинин В.С., Гуляев А.Н., Колмогорова В.В., Кусонский О.А., Парыгин Г.И., Уткин В.И., Кашубин С.Н. О тектонической природе Уральских землетрясений / В.С. Дружинин, А.Н. Гуляев, В.В. Колмогорова, О.А. Кусонский, В.И. Уткин, С.Н. Кашубин // Геофизика, 2004. – № 3.– С. 56 - 65.

15. Гуляев А.Н. Оценка сейсмопотенциала центральной части Уральского региона: мат. конф. Геодинамика. Глубинное строение. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей / А.Н. Гуляев // Науч. чтен. памяти Ю.П. Булашевича – Екатеринбург, 2007.– С. 38-41.

16. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет /В.Н. Жарков. – М.: Наука, 1983. – 414 с.

17. Сейсмическое районирование территории СССР. – М.: Наука, 1980. –306 с.

18. Гуляев А.Н., Дружинин В.С. К вопросу о детализации карт ОСР-97 центральной части Уральского региона / А.Н. Гуляев, В.С. Дружинин // Уральский геофизический вестник.– Екатеринбург, 2006. – № 9. – С.9-15.

19. Гуляев А.Н., Сенин Л.Н. Сейсмические и геодинамические условия на территории Среднего Урала / А.Н. Гуляев, Л.Н. Сенин, А.В. Овчаренко, Д.В. Баландин // Стройкомлекс Среднего Урала. – Екатеринбург, 2009.– №5. – С.30-34.

20. Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОСР-7 / под ред. Страхова В.Н., Уломова В.И. Объединенный институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта – М.,1999.– 56 С.

21. Буданов Н.Д. Гидрогеология Урала / Н.Д. Буданов – М.: Недра, 1964. – 304 с.

22. Гузовский Л.А. Распространение древних кор выветривания на Урале: мат. по геоморфологии Урала. Вып. 2 /Л.А. Гузовский : под ред. Герасимова И.П. – М.: Недра, 1971.– С.100-112.

23. Зубков А.В. Геомеханика и геотехнология / А.ВЗубков – Екатеринбург, 2001. – С. 333

24. Несмеянов С.А. Введение в инженерную геотектонику /С.А. Несмеянов – М.: Научный Мир, 2004. – 214 с.

25. Кононенко И.И., Халевин Н.И. Современная геодинамика Урала / И.И. Кононенко, Н.И. Халевин, М.А. Блюмин, В.Р.Ященко. – Свердловск,1990. – 93 с.

26. Овчаренко А.В., Баландин Д.В. Высокоточный GPS -мониторинг на Среднем Урале /А.В. Овчаренко, Д.В. Баландин // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитционного, магнитного и электрического полей: мат. XXXVI сессии Междунар. семинара. – Казань, 2009, – С.402-405.

27. Нусипов Е., Овчаренко А. Апроксимационные динамические модели современного деформирования и сейсмичности земной коры Казахстана / Е. Нусипов, А.Овчаренко. –Алматы: Гылым, 2007. – 217 с.

28. Гуляев А.Н., Дружинин В.С. Современные активные зоны нарушения сплошности верхней части земной коры на территории Екатеринбурга / А.Н. Гуляев, В.С. Дружинин, А.Ю. Дёмина, Р.М. Гладышева, В.Ю. Осипов, А.А. Косолапов // Инженерная геология, 2008. – №1. – С.13-16.

29. Плюснин К.П. Эволюция кинематики и определение возраста разрывных структур Урала / К.П. Плюснин // Разломы земной коры Урала и методы их изучения. – Свердловск, 1983.– С.12–30.

30. Заруба К., Менцл В. Инженерная геология / К. Заруба, В. Менцл. – М.: Мир, 1979. – 468 с.

31. Кусонский О. А., Гуляев А.Н. Возможные триггерные эффекты некоторых землетрясений Урала / О.А. Кусонский, А.Н. Гуляев // Уральский геофизический вестник – Екатеринбург, 2004. – № 6. – С. 74 - 80.

32. Боков В.Н. Изменчивость атмосферной циркуляции – инициатор сильных землетрясений / В.Н. Боков // Уральский геофизический вестник. – № 6, Екатеринбург, 2004. – № 6. – С. 5-11.

33. Гуляев А.Н., Дружинин В.С. Динамика напряженного состояния среды в районе Уральской сверхглубокой скважины СГ-4 / А.Н. Гуляев, В.С. Дружинин, А.К. Троянов, Ф.Ф. Юнусов // Глубинное строение и развитие Урала: мат. научно-производственной конф., посвященной 50-летию Баженовской геофизической экспедиции – Екатеринбург, 1996. – С.251-263.

34. Гуляев А.Н., Дружинин В.С. Современные зоны повышенной геофизической активности на Среднем и прилегающих частях Северного и Южного Урала / А.Н. Гуляев, В.С. Дружинин, Г.А. Шепаренко, Т.И. Назарова // Уральский геофизический вестник..– Екатеринбург, 2001.– №2. – С. 25 -29.

Citation link

Gulyaev A.N. SEISMICITY AND GEODYNAMICS OF THE MIDDLE URALS [Online] //Architecton: Proceedings of Higher Education. – 2009. – №3(27). – URL: http://archvuz.ru/en/2009_3/9 

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная