Оценка тектонической опасности в районе Екатеринбурга
Тагильцев С.Н., Лукьянов А.Е. Оценка тектонической опасности в районе Екатеринбурга. - Уральская горно-промышленная декада 2011.
В связи с катастрофическим землетрясением в Японии в марте 2011 г. проблема тектонической опасности стала еще более актуальной и вызывает интерес широкой аудитории. Это приводит к обострению дискуссий по вопросу устойчивости зданий и сооружений в районе города Екатеринбурга, который располагается в пределах Уральского горно-складчатого пояса.
В первую очередь, следует отметить, что вероятность возникновения катастрофических землетрясений, сравнимых с трагедией в Японии, является чрезвычайно низкой для Екатеринбурга. Уральский регион считается благополучным по сейсмической опасности. При этом, на Урале в разное время был зафиксирован ряд сейсмических событий, наиболее известным и сильным из которых является Билимбаевское землетрясение 1914 г. силой до 6-7 баллов. Также, на участках отработки рудных месторождений периодически отмечаются локальные техногенные землетрясения. Некоторые здания в Екатеринбурге были построены в 30-ые годы прошлого века с учетом сейсмической опасности. В настоящее время нормативные документы предусматривают строительство зданий и сооружений, способных выдержать землетрясение силой до 7 баллов, что позволяет говорить о достаточной защищенности инженерных объектов.
Для правильного понимания вопроса тектонической опасности, необходимо иметь представления об основных природных процессах, приводящих к ее возникновению. Основные положения таких наук, как геомеханика и тектоника, говорят о том, что земная кора постоянно находится в напряженном состоянии. Об этом свидетельствуют результаты практических исследований, проводившихся, в том числе, и по целому ряду рудных месторождений Уральского региона. В земной коре непрерывно действуют значительные силы, многократно превышающие давление от веса горных пород и нередко достигающие 10-100 МПа (100-1000 атм). Любое землетрясение есть результат резкой разгрузки тектонических сил. Наиболее сильные землетрясения происходят в зонах концентрации напряжений, чаще всего, располагающихся на стыке крупных тектонических плит.
Механизм возникновения землетрясения можно представить как зацеп двух подвижных блоков земной коры, приводящий к росту напряжений в зоне зацепа (в разломной зоне). При срыве происходит резкая разгрузка накопленных напряжений, которая выражается в виде землетрясения. В связи с этим, возникает немаловажный признак возникновения потенциально опасных сейсмических участков - наличие, так называемых, зон молчания.
На территории, где часто происходят мелкие события (толчки) наблюдается постоянная разгрузка напряжений. Мелкие сейсмические события препятствуют накоплению значительных сил, способных вызвать катастрофическое землетрясение. Если же на сейсмоопасной территории наблюдается продолжительное затишье, это может свидетельствовать о крепком зацепе подвижных блоков и значительном росте напряженного состояния. Наличие зоны молчания может предвещать гораздо более сильный толчок в будущем. По некоторым сведениям, в настоящий момент зоной молчания является Камчатка - регион, традиционно отличающийся высоким уровнем сейсмического риска.
Уральский пояс, с одной стороны, не является зоной повышенной концентрации тектонических напряжений. С другой стороны, как древняя горная система со значительной историей развития, Урал имеет развитую блочную структуру, разбитую сетью тектонических швов различного порядка. Небольшие смещения вдоль существующих активных разломов препятствуют накоплению значительных напряжений. Как следствие, вероятность возникновения землетрясений чрезвычайно мала, а возможные сейсмические события будут носить здесь умеренный характер.
Однако, низкая вероятность возникновения землетрясений на территории Екатеринбурга не снимает вопроса тектонической опасности. Помимо сильных сейсмических событий определенное влияние на устойчивость зданий и сооружений могут оказывать локальные подвижные тектонические разломы. В Екатеринбурге существует целый ряд инженерных объектов, испытывающих значительные деформации в процессе строительства и эксплуатации. Имеют место случаи расселения многоквартирных жилых домов. Многие специалисты на сегодняшний день сходятся во мнении, что причиной таких деформаций могут являться смещения вдоль локальных подвижных тектонических зон.
Наряду с жилыми домами и зданиями динамическому воздействию со стороны активных тектонических разломов подвергаются линейные объекты и коммуникации. Наименее защищенным в этом отношении является сеть водопроводных труб, заглубленная в грунт и, соответственно, имеющая непосредственный контакт с геологической средой. Исследования последних лет показали наличие взаимосвязи между аварийностью на линиях городского водопровода Екатеринбурга и пространственным расположением линейных зон тектонических нарушений.
Изучение напряженного состояния скальных массивов на Урале долгое время выполняется рядом независимых специалистов. В горных выработках на территории многих рудных месторождений выполнялись прямые измерения напряженного состояния горных массивов, разрабатывались и развивались геолого-структурные методы анализа полей напряжений. В результате, на сегодняшний день известно, что главные напряжения в геологической среде Екатеринбурга имеют субширотную ориентировку. Воздействие тектонических сил в широтном направлении приводит к активизации ряда тектонических структур, имеющих определенную закономерную ориентировку в пространстве.
Анализ аварийности на линиях городского водопровода Екатеринбурга показал, что точки аварий на карте города выстраиваются в выраженные линейные цепочки. Пространственная ориентировка этих линий полностью соответствует закономерному распределению тектонических разломов на диаграммах, полученных по рудным месторождениям Северного, Среднего и Южного Урала. Данный факт свидетельствует о существенном влиянии активных разломов на линейные сооружения и коммуникации.
Следует отметить, что влияние активных тектонических разломов может выражаться не только в динамическом воздействии на объекты. Помимо разнонаправленной динамической нагрузки, в зоне тектонического разлома нередко создаются благоприятные условия для циркуляции подземных вод, что увеличивает коррозионное воздействие на металлические и бетонные конструкции. Обводненная проницаемая зона разлома может несколько иначе реагировать на сезонное промерзание-оттаивание. Загрязненные подземные воды в условиях города являются хорошим электролитом, что способствует воздействию на металлические сооружения так называемых «блуждающих токов», связанных с потерями из электронесущих коммуникаций.
Таким образом, тектоническая опасность в районе Екатеринбурга мало связана с рисками возникновения значительных сейсмических событий. Однако, напряженное состояние геологической среды приводит к активизации микросмещений вдоль линейных тектонических зон. Активные разломы могут оказывать влияние на деформацию зданий и сооружений и, в отдельных случаях, приводить к аварийному состоянию объектов. Наиболее сильно негативному воздействию активных разломов подвержены линейные сооружения.
На сегодняшний день, изучение активных тектонических структур проводится силами инициативных групп и никак не поддерживается государством и муниципалитетами. Основным средством борьбы с тектоническим воздействием является система предупреждения негативных процессов. Все сооружения высокого класса ответственности - высотные здания, тоннели метро, дорожные развязки должны находиться под наблюдением квалифицированных специалистов. Главным недостатком сложившейся системы возведения сооружений подобного класса является отсутствие наблюдений за возможными деформациями и воздействием со стороны подвижных тектонических структур. В случае возникновения опасной ситуации это не позволит принять превентивные меры по предотвращению аварийных процессов. Наличие программы наблюдений за возможными опасными явлениями должно стать обязательным условием возведения сложных объектов на территории Екатеринбурга.
В связи с катастрофическим землетрясением в Японии в марте 2011 г. проблема тектонической опасности стала еще более актуальной и вызывает интерес широкой аудитории. Это приводит к обострению дискуссий по вопросу устойчивости зданий и сооружений в районе города Екатеринбурга, который располагается в пределах Уральского горно-складчатого пояса.
В первую очередь, следует отметить, что вероятность возникновения катастрофических землетрясений, сравнимых с трагедией в Японии, является чрезвычайно низкой для Екатеринбурга. Уральский регион считается благополучным по сейсмической опасности. При этом, на Урале в разное время был зафиксирован ряд сейсмических событий, наиболее известным и сильным из которых является Билимбаевское землетрясение 1914 г. силой до 6-7 баллов. Также, на участках отработки рудных месторождений периодически отмечаются локальные техногенные землетрясения. Некоторые здания в Екатеринбурге были построены в 30-ые годы прошлого века с учетом сейсмической опасности. В настоящее время нормативные документы предусматривают строительство зданий и сооружений, способных выдержать землетрясение силой до 7 баллов, что позволяет говорить о достаточной защищенности инженерных объектов.
Для правильного понимания вопроса тектонической опасности, необходимо иметь представления об основных природных процессах, приводящих к ее возникновению. Основные положения таких наук, как геомеханика и тектоника, говорят о том, что земная кора постоянно находится в напряженном состоянии. Об этом свидетельствуют результаты практических исследований, проводившихся, в том числе, и по целому ряду рудных месторождений Уральского региона. В земной коре непрерывно действуют значительные силы, многократно превышающие давление от веса горных пород и нередко достигающие 10-100 МПа (100-1000 атм). Любое землетрясение есть результат резкой разгрузки тектонических сил. Наиболее сильные землетрясения происходят в зонах концентрации напряжений, чаще всего, располагающихся на стыке крупных тектонических плит.
Механизм возникновения землетрясения можно представить как зацеп двух подвижных блоков земной коры, приводящий к росту напряжений в зоне зацепа (в разломной зоне). При срыве происходит резкая разгрузка накопленных напряжений, которая выражается в виде землетрясения. В связи с этим, возникает немаловажный признак возникновения потенциально опасных сейсмических участков - наличие, так называемых, зон молчания.
На территории, где часто происходят мелкие события (толчки) наблюдается постоянная разгрузка напряжений. Мелкие сейсмические события препятствуют накоплению значительных сил, способных вызвать катастрофическое землетрясение. Если же на сейсмоопасной территории наблюдается продолжительное затишье, это может свидетельствовать о крепком зацепе подвижных блоков и значительном росте напряженного состояния. Наличие зоны молчания может предвещать гораздо более сильный толчок в будущем. По некоторым сведениям, в настоящий момент зоной молчания является Камчатка - регион, традиционно отличающийся высоким уровнем сейсмического риска.
Уральский пояс, с одной стороны, не является зоной повышенной концентрации тектонических напряжений. С другой стороны, как древняя горная система со значительной историей развития, Урал имеет развитую блочную структуру, разбитую сетью тектонических швов различного порядка. Небольшие смещения вдоль существующих активных разломов препятствуют накоплению значительных напряжений. Как следствие, вероятность возникновения землетрясений чрезвычайно мала, а возможные сейсмические события будут носить здесь умеренный характер.
Однако, низкая вероятность возникновения землетрясений на территории Екатеринбурга не снимает вопроса тектонической опасности. Помимо сильных сейсмических событий определенное влияние на устойчивость зданий и сооружений могут оказывать локальные подвижные тектонические разломы. В Екатеринбурге существует целый ряд инженерных объектов, испытывающих значительные деформации в процессе строительства и эксплуатации. Имеют место случаи расселения многоквартирных жилых домов. Многие специалисты на сегодняшний день сходятся во мнении, что причиной таких деформаций могут являться смещения вдоль локальных подвижных тектонических зон.
Наряду с жилыми домами и зданиями динамическому воздействию со стороны активных тектонических разломов подвергаются линейные объекты и коммуникации. Наименее защищенным в этом отношении является сеть водопроводных труб, заглубленная в грунт и, соответственно, имеющая непосредственный контакт с геологической средой. Исследования последних лет показали наличие взаимосвязи между аварийностью на линиях городского водопровода Екатеринбурга и пространственным расположением линейных зон тектонических нарушений.
Изучение напряженного состояния скальных массивов на Урале долгое время выполняется рядом независимых специалистов. В горных выработках на территории многих рудных месторождений выполнялись прямые измерения напряженного состояния горных массивов, разрабатывались и развивались геолого-структурные методы анализа полей напряжений. В результате, на сегодняшний день известно, что главные напряжения в геологической среде Екатеринбурга имеют субширотную ориентировку. Воздействие тектонических сил в широтном направлении приводит к активизации ряда тектонических структур, имеющих определенную закономерную ориентировку в пространстве.
Анализ аварийности на линиях городского водопровода Екатеринбурга показал, что точки аварий на карте города выстраиваются в выраженные линейные цепочки. Пространственная ориентировка этих линий полностью соответствует закономерному распределению тектонических разломов на диаграммах, полученных по рудным месторождениям Северного, Среднего и Южного Урала. Данный факт свидетельствует о существенном влиянии активных разломов на линейные сооружения и коммуникации.
Следует отметить, что влияние активных тектонических разломов может выражаться не только в динамическом воздействии на объекты. Помимо разнонаправленной динамической нагрузки, в зоне тектонического разлома нередко создаются благоприятные условия для циркуляции подземных вод, что увеличивает коррозионное воздействие на металлические и бетонные конструкции. Обводненная проницаемая зона разлома может несколько иначе реагировать на сезонное промерзание-оттаивание. Загрязненные подземные воды в условиях города являются хорошим электролитом, что способствует воздействию на металлические сооружения так называемых «блуждающих токов», связанных с потерями из электронесущих коммуникаций.
Таким образом, тектоническая опасность в районе Екатеринбурга мало связана с рисками возникновения значительных сейсмических событий. Однако, напряженное состояние геологической среды приводит к активизации микросмещений вдоль линейных тектонических зон. Активные разломы могут оказывать влияние на деформацию зданий и сооружений и, в отдельных случаях, приводить к аварийному состоянию объектов. Наиболее сильно негативному воздействию активных разломов подвержены линейные сооружения.
На сегодняшний день, изучение активных тектонических структур проводится силами инициативных групп и никак не поддерживается государством и муниципалитетами. Основным средством борьбы с тектоническим воздействием является система предупреждения негативных процессов. Все сооружения высокого класса ответственности - высотные здания, тоннели метро, дорожные развязки должны находиться под наблюдением квалифицированных специалистов. Главным недостатком сложившейся системы возведения сооружений подобного класса является отсутствие наблюдений за возможными деформациями и воздействием со стороны подвижных тектонических структур. В случае возникновения опасной ситуации это не позволит принять превентивные меры по предотвращению аварийных процессов. Наличие программы наблюдений за возможными опасными явлениями должно стать обязательным условием возведения сложных объектов на территории Екатеринбурга.