Прогнозирование спектров землетрясений по макросейсмическим данным
Диссертация
Автор: Ельченинова, Ольга Николаевна
Название: Прогнозирование спектров землетрясений по макросейсмическим данным
Справка: Ельченинова, Ольга Николаевна. Прогнозирование спектров землетрясений по макросейсмическим данным : диссертация кандидата физико-математических наук : 04.00.22 Южно-Сахалинск; М., 2000 161 c. : 61 01-1/102-6
Объем: 161 стр.
Информация: Южно-Сахалинск; М., 2000
Содержание:
Е^ведение
Глава 1 Прогнозирование спектров колебаний грунта по макросейсмическим данным: проблемы и методы решения
11 Анализ литературных данных и постановка задачи
12 Исходные материалы и методика их обработки
Глава 2 Восстановление спектров колебаний грунта по наблюдаемой макросейсмической интенсивности сотрясений
21 Обобщенные модели для реконструкции спектра колебаний грунта по макросейсмической интенсивности сотрясений
22 Результаты прогнозирования спектров Фурье ускорений при землетрясениях в разных районах мира по макросейсмическим данным
23 Сахалинская региональная система спектров
Глава 3 Опыт использования восстановленных по макросейсмическим данным спектров сахалинских землетрясений для вероятностных оценок сейсмической опасности
31 Методика расчета сейсмической опасности
32 Расчетные модели сейсмичности
33 Вероятностные модели сильных движений грунта
34 Результаты расчета сейсмической опасности
Введение:
При решении многих практических задач - прогнозе сейсмических воздействий, сейсмической опасности и антисейсмическом проектировании необходимы данные о количественных параметрах сильных движений грунта при землетрясениях.
Наиболее достоверным способом получения количественных, инженерных характеристик колебаний грунта при землетрясениях являются непосредственные инструментальные наблюдения за сильными землетрясениями. Однако из-за отсутствия достаточно развитой и оснащенной сети специальных сейсмических станций, возможности применения данного способа на территории России очень ограничены. В складывающихся условиях трудно ожидать быстрого улучшения дел в этой области. С другой стороны, как показывает мировой опыт, даже при наличии достаточно густой сети наблюдений за сильными движениями (такой, например, как в США, Японии, некоторых других странах) требуется не одно десятилетие для того, чтобы получить достаточное количество записей сильных землетрясений. Это связано с тем, что сильные землетрясения - редкие события в пределах отдельных сейсмоактивных регионов. Поэтому представляет интерес получение количественных характеристик сильных движений грунта расчетными (в том числе статистическими) методами. Например, в работах (Чернов, 1981, 1984, 1989, 1997; Аптикаев, 1983; Гусев 1984; Штейнберг и др., 1993; Socolov, 1998; Vladimir Socolov et al., 1999) описаны различные способы и результаты прогнозирования спектров и других параметров сейсмических воздействий при близких сильных землетрясениях по записям далеких и слабых, из тех же сейсмотектонических зон. Однако, в большинстве сейсмоопасных районов России (как и во многих других районах) ни в прошлом, ни в настоящее время не производится никаких инструментальных регистраций землетрясений для инженерных целей. Вследствие этого необходимые для таких расчетов региональные записи землетрясений отсутствуют. Восполнить этот пробел в ближайшее время также будет очень сложно.
В современных условиях в России (а также во многих других сейсмоактивных регионах мира) является актуальной задача поиска альтернативных способов получения инженерно-сейсмологических данных, необходимых для прогнозирования сейсмической опасности, сейсмического риска, разработки критериев антисейсмического проектирования и других практических целей.
Во многих регионах мира к настоящему времени накоплен обширный материал по макросейсмическим описаниям сильных землетрясений, который охватывает относительно длительные периоды наблюдений, причем это действительно наиболее сильиые для данных районов землетрясения, что весьма важно при прогнозных оценках сейсмической опасности. Данные макросейсмического обследования являются наиболее доступной количественной характеристикой землетрясения, не требующей предварительной подготовки и больших материальных затрат, при этом макросейсмическое поле в достаточной степени отражает локальные особенности строения геологической среды, в которой происходит распространение сейсмического сигнала, а также некоторые особенности очага. Поэтому использование результатов макросейсмических обследований может оказаться одним из альтернативных способов получения инженерно-сейсмологических данных, необходимых для прогнозирования сейсмической опасности и риска.
Одним из наиболее важных с точки зрения инженерной сейсмологии параметров колебаний поверхности земли при землетрясениях является амплитудный спектр Фурье, который широко используется при оценки сейсмической опасности и для прогноза характеристик сильных движений фунта, необходимых для решения задач сейсмостойкого проектирования (спектры реакции, синтетические акселерограммы). Однако, как отмечено выше, из-за частого отсутствия инструментальных записей в последнее время усилия многих исследователей посвящены разработке расчетных методов получения количественных характеристик сильных движений грунта (спектров Фурье и спектров реакции) на основе анализа закономерностей формирования частотного состава колебаний при землетрясениях различной силы и удаленности.
В ряде работ (Чернов, 1984, 1989; Чернов, Соколов, 1983) была показана тесная связь между макросейсмической интенсивностью землетрясений и уровнем спектральной плотности Фурье ускорений колебаний грунта на определенных частотах, «ответственных» за макросейсмический эффект данной силы. На основании этой выявленной сиязи была предложена статистическая «спектральная» модель макросейсмической балльности сотрясений, позволяющая более точно, чем до этого, прогнозировать мак-росейсмическую балльность сотрясений по инструментальным записям землетрясений.
Применение этой «спектральной» модели для многих известных (в том числе и «аномальных», то есть плохо описываемых другими соотношениями) землетрясений в различных районах мира показало ее достаточную эффективность (см. работы: Chernov and Socolov, 1999; Чернов 1997; Socolov and Chernov, 1998).
Однако во всех вышеперечисленных случаях рассматривалась «прямая» задача, когда по спектру колебаний грунта оценивалась макросейсмическая интенсивность землетрясения. Поэтому, в свете актуальности вышеозначенной задачи поиска альтернативных способов прогнозирования количественных характеристик колебаний грунта, при возможных сильных землетрясениях представляется интересным рассмотреть возможность применения данной «спектральной» модели балльности сотрясений для решения «обратной» задачи, то есть для оценки спектра колебаний фунта по зарегистрированному макросейсмическому полю.
Целью работы является получение по результатам макросейсмнческих описаний сильных землетрясений данных о спектрах колебания грунта, ориентированных на использование при оценках сейсмических воздействиях, сейсмической опасности и риска. Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи.
1. На основании имеющихся и новых данных усовершенствовать вероятностную модель для количественного описания связей макросейсмической интенсивности сотрясений со спектральным составом колебаний грунта при землетрясениях.
2. Разработать методику применения новой спектральной модели балльности для практических оценок спектров сильных землетрясений. Определить ее возможности и ограничения в различных сейсмогеологнческих условиях.
3. Получить с использованием данной методики региональную систему вероятных спектров для сахалинских землетрясений разных потенциально опасных магннтуд.
А. Применить данную систему спектров для вероятностных оценок сейсмических воздействий и сейсмической опасности для Пильтунского участка шельфа, с получением практически значимых результатов.
Преимущество «макросейсмнческого» подхода заключается в его доступности, е возможности реализации на многочисленных территориях, не доступных пока для других способов получения данных о количественных параметрах возможных сильных землетрясений. Научная новизна работы состоит в том, что разработана новая статистическая модель для количественного описания связей макросейсмической интенсивности сотрясений со спектром ускорений колебаний грунта с учетом магнитуды землетрясения; предложена новая методика восстановления вероятных спектров ускорений по данным макросейсмнческих обследований сильных землетрясений; впервые на основе макросейсмнческих данных были получены расчетные спектры колебаний грунта в ближней зоне сильных землетрясений, для которых такие оценки до настоящего времени отсутствовали; по материалам макросейсмнческих обследований и с учетом региональных особенностей формирования спектральных характеристик рассчитана вероятная система спектров Фурье и спектров реакции для землетрясений сахалинского региона.
Сбор и анализ данных инструментального и макросейсмического обследований сильных землетрясений по материалам разных опубликованных и фондовых источников были проведены лично автором. Интерпретация результатов, основные выводы рекомендации были получены самостоятельно.
В работе использован экспериментальный материал, полученный Эпицен-тральными экспедициями Института физики Земли РАН, Института сейсмологии АН Узбекистана, Института морской геологии и геофизики ДВО РАН и др.
На всех этапах работы автор ощущала пристальное внимание и всестороннюю поддержку со стороны научных руководителей доктора физико-математических наук, профессора Юрия Константиновича Чернова и доктора физико-математических наук Игоря Владимировича Ананьина, которым выражает глубокую благодарность и признательность. В процессе работы ценные советы были получены от С.С. Арефьева, А.И. Иващенко, Ф.Ф. Аптикаева, Р.Э. Татевосяна, Ж.Я. Аптекман, организационную поддержку на разных этапах оказали сотрудники лаборатории ОИ-25 ОИФЗ РАН, а также Сахалинский Государственный университет которым автор также выражает искреннюю благодарность. Помощь при составлении вычислительных программ для обработки исходных данных оказал сотрудник ОМСП ИМГИГ ДВО РАН А.А. Бобков.
|
