книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Гшва 11. Геологические опасные природные процессы

внутри массы грунта не станут соизмеримы с его уменьшившейся прочно­ стью. Чувствительность к разжижению увеличивается с ростом всесторонне­ го давления. Если же есть дренаж, то присутствие воды в порах несвязанных грунтов не оказывает существенного влияния. Разжижение происходит толь­ ко в рыхлых и очень рыхлых песках, когда действующая сила вызывает вы­ сокие сдвиговые напряжения. Но некоторое число импульсов напряжений, выше его критического предела, тоже может привести к большим деформа­ циям и прогрессирующему росту порового давления. Тонкозернистые и илистые пески относятся к грунтам с максимальной вероятностью разруше­ ния в результате разжижения или циклической подвижности.

В условиях землетрясения при прохождении упругой волны возбужда­ ются колебания частиц грунта с разными скоростями, и часть контактов (тем большая, чем выше энергия волны) разрывается. В результате проч­ ность грунта заметно (иногда в несколько раз) снижается, а стоящее на нем сооружение может осесть вглубь, перекоситься или опрокинуться. Некоторые водонасыщенные грунты (особенно мелкие рыхлые пески) могут даже разжи­ жаться при достаточно сильном сейсмическом воздействии: при исчезнове­ нии 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, по­ скольку ограничивается водопроницаемостью грунта. В результате сейсмиче­ ское 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 не­ известно откуда взявшейся грязной водой. Происходят даже выбросы разжи­ женного 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 г.: 27 марта у берегов Аляски близ Анкориджа с М = 8,4 и 16 июня в Ниигате (Япония) с М = 7,5.

Разжижение, или частичная потеря прочности грунтов, способствует воз­ никновению оползней при землетрясениях, но может быть и их непосредст­ венной причиной. Так, 22 января 1989 г. 264 жертвы Гиссарского толчка (Таджикистан) с М = 5,5 погибли под катастрофическим оползнем-потоком.

Один из недавних и впечатляющих примеров — калифорнийское земле­ трясение 17 января 1994 г. с М = 6,8 и эпицентром в Нортридже близ ЛосАнджелеса. При толчке погибли 63 человека. Но по уровню нанесенного ущерба (свыше 30 млрд долл.) это землетрясение стало самым «дорогостоя­ щим» за всю историю США. При толчке были зафиксированы невероятно высокие вертикальные и горизонтальные ускорения колебаний — до 1,8 g, а большинство аварий произошли из-за разжижения грунтов и оползней, а также из-за усиления колебаний в приповерхностных грунтах.

501

Раздел II. Опасные природные процессы

Горные породы в земной коре до проведения выработок находятся в ес­ тественном напряженном состоянии. В зависимости от глубины горных вы­ работок, их размеров возникают перераспределение напряжений и деформа­ ция пород в зоне горных работ.

Наибольшую опасность представляют горные удары, которые относятся к наименее изученным явлениям, происходящим на большой глубине (обычно более 500 м) и преимущественно в породах высокой прочности. Горные уда­ ры возникают в случае мгновенного перехода потенциальной энергии упру­ гих деформаций в кинетическую. Практически это явление представляет со­ бой быстрый, катастрофический выброс большого объема пород в горную выработку, сопровождающийся сильным гулом, сотрясением окружающего массива горных пород и воздушной волной в выработках.

Признаком выбросоопасности пород (например, песчаников в Донбассе) является выход керна из опережающих скважин в виде выпукло-вогнутых дисков.

11.2.2

Геопатогенные зоны

Геопатогенные зоны — это зоны, в которых возника­ ет опасное для здоровья человека излучение из глубины Земли. Земное излу­ чение, по данным зарубежных исследователей, по ряду параметров сходно с космическим. В геопатогенных зонах присутствуют альфа-, бета- и гаммалучи. Излучение практически не экранируется и не ослабевает по мере уда­ ления от поверхности (действует одинаково на любом этаже дома). Одна из гипотез возникновения этого излучения: космическая радиация, попадая в водные жилы и разломы земной коры, вызывает оттуда вторичную эмиссию.

Замечено, что геопатогенные зоны встречаются в домах, построенных на дне высохших водоемов, вблизи изгиба речных русел, на пойменных и под­ топленных землях, в местах пересечения подземных водных потоков (по кол­ лекторам или по разломам). Их причиной также считают карстовые пустоты, разломы в структуре подстилающих скальных пород.

По самым скромным подсчетам зарубежных врачей, вклад геопатоген­ ных зон в онкологию сегодня составляет 50%. Еще в 1933 г. немецкий врач Г. Поль изучил 58 жилищ умерших людей — они оказались расположен­ ными на геопатогенных зонах. Поданным болгарского врача В. Сарычевой, у 86% людей, которые попадают в геопатогенные зоны, ускоряется пульс, нарушается кровяное давление, возможна аритмия сердца. Считается, что геопатогенные зоны в ряде мест являются причиной автоаварий. Есть при­ меры, когда на абсолютно безопасных, с точки зрения вождения, участках постоянно случаются аварии при хорошей погоде и ясном дне.

502

Глава II. Геологические опасные природные процессы

Латышский врач М. Лигере обследовал 35 тыс. коров в Латвии и выявил среди них 754 больных (мастит, лейкоз, туберкулез). Их стойла находились над геопатогенными зонами. К. Байчлер из пединститута Зальцбурга биоло­ кационным методом было проверено 3000 домов и опрошено 11 тыс. жителей в 14 странах, в результате чего выявлено, что способности и успехи школьни­ ков имеют прямую зависимость от влияния земного излучения. С такими зо­ нами она связывает многие случаи склероза, астмы, артритов.

С начала 80-х годов были проведены многолетние обстоятельные и строго научные исследования в США, Германии, Канаде, Австрии, Фран­ ции, Англии, Швейцарии. Исследования полностью подтвердили предпо­ ложения о существовании геопатогенных зон Земли (ГПЗ).

ГПЗ обнаруживают биолокационными методами, по изменению радио­ активного фона, степени ионизации воздуха, изменению вертикальной со­ ставляющей геомагнитного поля и потенциала атмосферного электричества. Исследованием ГПЗ занимаются в США, ФРГ, Японии, Австрии и др. В России этой проблемой занималась межведомственная комиссия по биоло­ кации при НТО РЭС им. А.С. Попова.

Геопатогенные зоны (ГПЗ) — это участки на поверхности Земли, дли­ тельное пребывание на которых приводит к расстройству здоровья и тяже­ лым заболеваниям. ГПЗ являются сложным образованием прямоугольной формы с различными размерами — шириной от нескольких сантиметров до метра и длиной в десятки метров. С точки зрения экологии ГПЗ представ­ ляют собой локальные геофизические аномалии, вредно действующие на любые организмы: человека, животных, растения. Причина повреждающего действия ГПЗ — «земные лучи», особое излучение, образующееся в местах пересечения подземных водных потоков и геологических разломов или их совместного влияния.

Помимо указанных достаточно хорошо известных эффектов глобаль­ ных геомагнитных процессов, в последние годы специалисты биолокации обнаружили на Земле две глобальные сети: прямоугольную сеть Хартмана (2 м по меридиану, на 2,5 м по широте, шириной полосы 21 см) и диагональ­ ную сеть Курри (4 х 4 м, шириной полосы 50 см). В точках пересечения этих сетей возникают своеобразные вертикальные «столбы» электромагнитной энергии. Примечательно, что направления этих сетей (соответственно северюг — запад-восток для первой, северо-запад — юго-восток, северо-восток — юго-запад для второй совпадают с преобладающим направлением масштаб­ ных тектонических нарушений земной коры и трещиноватости горных по­ род, сформировавшихся под влиянием тектонических сил Земли. Уфимские специалисты по радиоэлектронике, разработавшие высокочувствительный прибор для измерения электромагнитных частот в килогерцовом диапазоне, обнаружили более мелкие сети с ячейками, имеющими стороны 0,7—0,8 м,

иотдельные «энергетические пятна», уходящие вверх от поверхности Земли.

Вместах пересечения линий одной и той же сети возникают очаги пло­ щадью 10 х 10 см, 10 х 20 см, 20 х 20 см. Очаги условно подразделяют на «+»

503

Раздел II. Опасные природные процессы

и «—», в зависимости от восходящего или нисходящего энергетического потока. Очаги строго перпендикулярны поверхности Земли и пронизыва­ ют ее полностью, не меняя своей интенсивности. Большинство ученых придерживаются мнения об их космическом происхождении.

Природа очага ГПЗ до сих пор не ясна. Однако выявлено, что их дли­ тельное, многолетнее воздействие на организм приводит к постепенному по­ нижению иммунного статуса у 91% людей и к возникновению необратимых патологических процессов, причем в более выраженной степени в той груп­ пе клеточных структур, которые находились непосредственно в радиусе его действия.

Практически у каждого спального места онкологического больного вы­ является «положительный» очаг геопатогенной зоны. У людей, страдающих нервно-психическими, сердечно-сосудистыми и некоторыми хроническими заболеваниями (мастопатия, нефрит, холецистит, гастрит, анексит), в соот­ ветствующих областях спального места обнаруживаются «отрицательные» очаги ГПЗ. Исследования показывают, что локализация очагов ГПЗ в обла­ сти ног редко приводит к возникновению в них ощутимых патологических процессов. Возможно, это происходит по той причине, что даже во сне че­ ловек часто меняет их местоположение.

Патогенное действие очага ГПЗ на организм человека возникает только через 8 ч при беспрерывном его действии. Поэтому столь важно правильно расположить именно спальные места.

При расположении очага геопатогенной зоны в области спального ме­ ста. особенно при локализации его в области изголовья, у человека могут возникнуть следующие ощущения: ночные головные боли, головокружение при случайном поднятии головы, нарушение сна, чувство необъяснимого дискомфорта; при локализации в области сердца: неприятные ощущения в области груди, покалывание в сердце, нарушение частоты сердечных сокра­ щений, изменение давления, одышка. Однако большинство людей не чув­ ствительны к геопатогенной зоне Земли.

Вся поверхность Земли покрыта сетями Хартмана, Курри и др. Их воз­ действие может многократно усиливаться, если неподалеку располагаются линии электропередачи, излучающие станции, различные электротехниче­ ские приборы. В этом случае эти геосети являются как бы проводником, по которому вредное влияние проходит и попадает в наши дома и квартиры.

Как обнаружить геопатогенную зону? Стоит обращать внимание на природу — лучший критерий присутствия вредного влияния. Там, где на­ ходится геопатогенная зона, чаще растут мхи, лишайники. Деревья обыч­ но повалены, закручены и неровны. Преобладают ползучие и нецветущие растения.

При постройке новых селений наши предки пускали табун лошадей, и там, где лошади останавливались на отдых, можно было смело строиться. При въезде в новый дом вперед пускали кошку или собаку. Где кошка при­

504

Раздел //. Опасные природные процессы

11.3

Прогноз, сейсмотектонические методы оценки опасности и районирование

11.3.1

Прогноз землетрясений

Прогнозы землетрясений бывают кратко-, средне- и долгосрочными. Долгосрочный прогноз дается на ближайшие несколько десятков — сотен, среднесрочный — несколько лет, месяцев, краткосроч­ ный — на несколько дней и даже часов.

Долгосрочный прогноз землетрясения строится на основе сейсмиче­ ского районирования, статистического выделения периодичности землет­ рясений (повторяемость) и карт риска (амплитуда). Когда речь идет о дол­ госрочном прогнозе, то в области сильных землетрясений, происходящих раз в десятки лет, важным показателем является долгое отсутствие земле­ трясений. В некоторых случаях играет роль периодичность землетрясений.

Для краткосрочных прогнозов большое значение имеют непрерывные инструментальные наблюдения по различным параметрам (изменение прочности пород, порового давления, магнитных, электрических и упругих свойств и др.). Вариации параметров зависят от состояния среды, в кото­ рой готовится и происходит землетрясение. Выделяют 3 подготовительные фазы и 1 заключительную (рис. 11.14).

Однако даже по этим параметрам нельзя точно предсказать землетря­ сение, так как они проявляются лишь частично. Каждый из этих парамет­ ров чувствителен к следующим характеристикам очага:

высота очага, величина накапливаемой энергии; состав пород и геологическое строение региона в зоне очага: наличие, форма и протяженность разлома в зоне очага; наличие и взаимное расположение других очагов; характеристика физических свойств в зоне очага;

наличие и мощность подземных потоков, насыщенность их солями; наличие газов и их состав вблизи очага; распределение напряжений во взаимодействующих блоках; наличие спусковых механизмов космоса.

506

Гшва 11. Геологические опасные природные процессы

МОДЕЛЬ ЛАВИННО - НЕУСТОЙЧИВОГО ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ

МОДЕЛЬ ДИЛАТАНТНО - ДИФФУЗИОННАЯ

Рис. 11.14. Модели подготовки землетрясения: лавин но-неустойчиво го трещи­ нообразования (СССР) и дилатантно-диффузионная (США). Изменения в горных породах области зарождения землетрясения: 1 — средние деформации; 2 — сред­ ние скорости деформаций: 1, 11, III, IV — стадии подготовки и реализации земле­ трясения [по Мячкину В.И.|

М етоды прогноза землетрясений

Методы прогноза землетрясений основаны на наблюдениях аномалий геофизических полей, измерении значений этих аномалий и обработке по­ лученных данных. Различают несколько методов прогноза землетрясений.

1. М етод оценки сейсмической активности. Месторасположение толчков

различной магнитуды может служить важным индикатором приближающею­ ся сильного землетрясения. Часто сильное землетрясение сопровождается большим числом слабых толчков. Для выявления и подсчета числа землетря­ сений необходимы сейсмографы, а для обработки данных — компьютерных устройств.

507

Раздел / / Опасные природные процессы

2. М етод измерения движения земной коры. Географические съемки с по­

мощью триангуляционной сети на поверхности Земли и наблюдения спут­ ников из космоса могут выявить крупномасштабные деформации (измене­ ния формы) поверхности Земли. На поверхности Земли проводится точная съемка с помощью лазерных источников света. Повторные съемки требуют больших затрат времени и средств, поэтому такие измерения производят один раз в несколько лет.

3. М етод выявления опускания и поднятия участков земной коры. Верти­

кальные движения поверхности Земли можно измерить с помощью точных нивелировок на суше или море, мареографов в море. Поднятие или опуска­ ние участков земной коры может свидетельствовать о возможности возник­ новения сильного землетрясения.

4. М етод измерения наклонов поверхности. Для измерения вариации угла

наклона земной поверхности используют специальные приборы — наклонометры. Сеть наклонометров обычно устанавливают около разломов на глуби­ не 1—2 м и ниже поверхности Земли, измерения на этой сети указывают на заметные изменения наклонов незадолго до возникновения землетрясений.

5. М етод измерения деформации горных пород. Для измерения деформа­

ций горных пород бурят скважину и устанавливают в ней деформографы, фиксирующие величину относительного смешения двух точек.

6. М етод определения уровня воды в колодцах и скважинах. Уровень грун­

товых вод перед землетрясением часто повышается или понижается, это происходит, по-видимому, из-за изменения напряженного состояния гор­ ных пород. Уровень воды в скважинах, находящихся вблизи эпицентра, ча­ сто испытывает стабильные изменения: в одних скважинах он становится выше, в других — ниже.

7. М етод оценки изменения скорости сейсмических волн. Скорость сейс­

мических волн зависит от напряженного состояния горных пород, через ко­ торые волны распространяются, а также от содержания в них воды, других физических характеристик.

При землетрясениях образуются различные типы сейсмических волн. Наибольший интерес представляют продольная (Р) и поперечная (S) вол­ ны. Установлен факт, что перед сильным землетрясением наблюдается рез­ кое уменьшение отношения скоростей волн Р и S.

8. М етод регистрации изменения геомагнитного поля. Земное магнитное

поле может испытывать локальные изменения из-за деформации горных по­ род и движений земной коры. С целью измерения малых вариаций магнит­ ного поля используют специальные приборы — магнитометры.

9. М етод регистрации изменения земного электросопротивления. Одной из

причин изменения электросопротивления горных пород может явиться изме­ нение напряженности горных пород и содержания воды в земле, что, в свою очередь, может быть связано с возможностью возникновения землетрясения. Измерения электросопротивления проводятся с помощью электродов, поме­

508

Гшва II Гео югические опасные природные процессы

щаемых в почву на расстоянии несколько километров друг от друга. При этом измеряется электрическое сопротивление толщи земли между ними.

10. Метод определения содержания радона в подземных водах. Радон — это радиоактивный газ, присутствующий в грунтовых водах и в воде скважин. Период полураспада его — 38 суток, и он постоянно выделяется из земли в атмосферу. Перед землетрясением происходит резкое изменение количества радона, выделяющегося из воды глубоких скважин.

Кроме перечисленных, необходимо отметить и метод прогноза землетря­ сений, который основан на наблюдении за необычным поведением живот­ ных, птиц, рыб перед землетрясением. Теоретические основы этого метода еще не разработаны, необычное поведение многих представителей фауны объясняется тем, что они более чувствительны к звукам и вибрациям, чем человек.

Японские ученые уже давно обратили внимание на связь поведения не­ которых животных с готовящимся землетрясением. Биолог Токийского уни­ верситета Ясуо Суэхиро собрал немало сведений, которые убеждают: перед сильными землетрясениями некоторые обитатели морских глубин поднима­ ются на поверхность. Об этом есть записи и в исторических хрониках, и в воспоминаниях наших современников. Перед катастрофическим землетрясе­ нием 1923 г., разрушившим столицу Японии, один ихтиолог увидел у пляжа в Хаяма, близ Токио, раздувшуюся на мелководье усатую треску, которая во­ дится только в очень глубоких местах. Через два дня после этого страшное землетрясение погубило 150 тыс. человек. В 1933 г. один рыбак поймал в рай­ оне Одавара угря, который обитает на очень больших глубинах. В тот же день сильный подземный толчок встряхнул тихоокеанское побережье Японии.

В Скопле (Югославия) за несколько часов до катастрофического земле­ трясения сильное беспокойство проявляли животные в зоологическом саду города. Вначале громко завыла гиена, затем к ней присоединились тигры, слоны, львы. В Японии для предсказания землетрясений используют один из видов маленьких рыбок. Обычно за несколько часов до первого подзем­ ного толчка они начинают метаться в аквариуме.

Журналист В. Песков вспоминает, что 3 года спустя после ташкентского землетрясения он записал в своем блокноте: «В поезде сосед по купе достал семейные фотографии. Среди портретов я увидел снимок овчарки. “Почти как человек, дорога эта собака, — сказал сосед. — Мы с женой работали в Ашхабаде. В ту ночь поздно вернулись домой. Спать не сразу легли. Я копал­ ся в бумагах. Жена читала. Дочка в коляске спала. Вдруг, чего не бывало ни разу, собака рванулась с места и. схватив девочку за рубашку, кинулась в дверь. Сбесилась! Я — за ружье. Выскочили с женой. И тут же сзади все рух­ нуло. И весь город обрушился на глазах.. ”».

По всей видимости, животные воспринимают какие-то сигналы, воз­ можно, идущие от очага будущего землетрясения. Какие же? Самое веро­ ятное — инфразвук.

509

Раздел II. Опасные природные процессы

Внастоящее время помимо инструментальных методов, накоплен боль­ шой фактический материал о случаях аномального поведения животных (70 видов животных) — это крысы, рыбы, змеи, черви, собаки, кошки, скот, лошади и т.д. В процессе эволюции эти животные выработали безусловные рефлексы и обладают большей чувствительностью к инфразвуку и изменени­ ям магнитного поля, чем человек.

По чувствительности они располагаются следующим образом (в поряд­ ке возрастания): 1) крысы, дикие птицы, рыбы; 2) куры; 3) черви; 4) собаки

илошади; 5) змеи; 6) крупный рогатый скот; 7) кошки. Рыбы ощущают из­ менения в среде на расстоянии до 20 км от эпицентра, черви — 20—50 км, змеи, собаки, лошади — до 100, кошки — до 150 км.

Методы прогноза последствий землетрясений

Внастоящее время существует несколько способов оценки возможных последствий землетрясений. Основу этих способов составляют использова­ ние карт сейсмического районирования, на которых выявлены очаги буду­ щих землетрясений, построение для этих очагов моделей изосейст (т.е. линий равной балльности) и оценка вероятностей разрушения зданий различных типов, попадающих в область действия землетрясения.

Оценку последствий землетрясений для данного региона рассматривают

ввиде суммарного ущерба от всех землетрясений в течение заданного интер­ вала времени. Методика получения таких оценок разработана в ИФЗ АН РФ. Оценки последствий землетрясений получены в виде величин сейсмическо­ го риска за интервал времени 20—25 лет. При этом необходимо отметить, что данная методика основана на том, что землетрясения представляют собой случайный поток Пуассона, и не учитывает ущерб от повторных толчков (афтершоков). Полученные оценки представляют интерес для долгосроч­ ного прогнозирования ущерба от землетрясений, причиняемого народно­ му хозяйству.

Прогнозировать последствия от разрушительных землетрясений можно также с помощью сейсмических шкал (например, шкалы MSK-64). В шкале MSK-64 принята следующая классификация:

а) по типам зданий (табл. 11.2);

Т а б л и ц а 1 1 . 2

АЗдания из рваного камня, сельские постройки, дома из кирпичасырца, глинобитные дома

БКирпичные дома, дома крупноблочного типа, здания из естествен­ ного тесаного камня

ВЗдания панельного типа, каркасные железобетонные здания, дере­ вянные дома хорошей постройки

510