Магистерская диссертация Оценка геодинамической опасности протяженной

экспериментальных исследований

Научный руководитель Перетокин С.А.

Выпускник Панин А.С.

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт инженерной физики и радиоэлектроники
Кафедра теплофизики

изучаемого протяженного объекта

Уточненить коэффициенты расчетных геомоделей для оценки скоростей распространения

сейсмических волн в геосреде включающие геодинамические исследования территории

Разработать схему перехода от балльности к ускорению для оценки сейсмической опасности

вдоль трассы «Алушта-Симферополь-Джанкой-граница с Украиной».
 

Восточно-Европейской платформы в структуре поверхности Мохо; 3 – глубинные (мантийные)

разломы; 4 – Одер-Кавказский линеамент и субокеаническая кора Черноморской впадины; 5 – изогипсы поверхности дорифейского кристаллического фундамента (гранитного субстрата); 7– граница Восточно-Европейской платформы в структуре поверхности дорифейского кристаллического фундамента; 8 – плотность сейсмогенных дислокаций; 9 – изолинии плотности теплового потока (мВт/м2).

Схема глубинного строения земной коры Крымского региона

– разломно-флексурные зоны, ограничивающие киммерийские троги; 3 – изолинии глубин

залегания поверхности Мохо М2 в пределах раннепротерозойских трогов; 4 – изолинии глубин залегания более молодых (в т.ч., киммерийской) поверхностей М1 и М; 5 – Профили ГСЗ. Глубинные разломы: Од-С – Одесско-Синопский, Г-Р – Гурзуфский, М-Л – Молбайский, П – Предгорный, Ю-Б – Южнобережный, Ю-А – Южно-Азовский, П-В – Правдинский, М-Ф –Мелитопольско-Феодосийский, Г-С – Горностаевский.

Схема рельефа поверхностей Мохо в пределах Крымско-Черноморского региона

среднемиоцен-четвертичный; 2 – эоцен-олигоценовый (Преддобруджского) и олигоцен-нижнемиоценовый (Каркинитско-Северокрымского и Индоло-Кубанского)

прогибов; 3 – верхнемеловой-эоценовый Каркинитско-Северокрымского прогиба; 4 – нижнемеловой-эоценовый Индоло-Кубанского прогиба; 5 – нижне-верхнемеловой (альб-сеноманский) терригенный (а) и терригенно-вулканогенный (б) Каркинитско-Северокрымского прогиба; 6 – среднеюрский-нижнемеловой; 7 – триасовый; 8 – пермский; 9 – среднедевонский-карбоновый; 10 – рифейско-нижнедевонский нерасчлененный комплекс платформенного чехла Приднестровского склона Восточно-Европейской платформы (а), синхронные ему отложения Северной Добруджи, переработанные в байкальскую и варисскую эпохи (б); 11 – байкальско-киммерийское гетерогенное основание Скифской плиты; 12 – дорифейский гранитно-гнейсовый субстрат. Цифры в кружках – зоны разломов (описание см. в следующем подразделе).

Строение верхней части земной коры вдоль профиля DOBRE-5

основание Скифской плиты; 3 – «гранитный» слой (верхняя кора); 4

– «Базальтовый» слой (нижняя кора); 5 – верхняя мантия; 6 – раздел Мохо; 7 – границы в земной коре; 8 – тектонические нарушения

Глубинное строение региона вдоль профиля DOBRE-5

характеристики; 9 – зоны тектонических нарушений: а) установленные по изменениям

волнового поля, б) не имеющие четкого отражения в сейсмических разрезах; 10 – положение границы между Восточно-Европейской платформой и Скифской плитой. Вставка-диаграмма показывает истинный угол погружения (17º) этой границы.

Трехмерная модель (блок-диаграмма) строения исследуемого региона, интегрирующая данные скоростной модели по профилю DOBRE-5 и результаты ее геологической интерпретации

их номера (в числителе – возраст пород в кровле надвига,

в знаменателе – абсолютная отметка поверхности разрыва)

Результаты параметризации Березовского надвига.

яруса; 2 – границы байкальского прогиба и его отдельных зон;

3 - основные межблоковые разломы байкальского заложения; 4 – изопахиты байкальского структурного яруса по геофизическим данным; 5 – профили ГСЗ и КМПВ; 6 – положительные и отрицательные остаточные аномалии силы тяжести; 7 – крупные гравитационные максимумы; 8 – интенсивные магнитные максимумы; 9 – скважины, вскрывшие докембрийские породы; 10 – эпицентры землетрясений высокой магнитуды. Межблоковые разломы: Д- Джанкойский, Г – Гвардейский, Б – Бахчисарайский, ЯЙ – Яйлинский, И - Индольский, Ч – Чурук-Сунский.

Схема строения байкальского структурного яруса

зон:  – Центрально-Крымского прогиба, а – Каламитской зоны, 

– Богатовской перемычки,  – Восточнокрымского прогиба, V – Южнокерченской перемычки; 2 – линии равных мощностей отложений главного герцинского геосинклинального комплекса (в км); 3 – разломы: ЯЛ – Ялтинский, Г – Гурзуфский, А – Алуштинский, С – Симферопольский, М – Молбайский, Щ – Щебетовский, ЯН – Янышарский, Ж – Журавлевский, И – Индольский, ЯЙ – Яйлинский; 4 – скважины, вскрывшие доверхнепалеозойские породы; 5 – профили КМПВ и ГСЗ; 6 – выступы среднепалеозойских метаморфических сланцев под осадочным чехлом: НВ – Виноградовский, НЖ – Новожиловский; 7 – области распространения пород байкальского структурного яруса под верхнепалеозойскими и мезозойскими отложениями.

Схема строения герцинского структурного этажа

раннекиммерийских прогибов; 3 – разломы; 4 – изопахиты верхнепалеозойских-среднеюрских отложений

по геофизическим данным; 5 – глыбовые массивы палеозойских и докембрийских пород; 6 – участки развития тоар-среднеюрских отложений; 7 – южная граница выклинивания образований нижнекиммерийского тектонического подэтажа; 8 – горстообразные блоки фундамента по данным электроразведки; 9 - скважины, вскрывшие домеловые породы (в знаменателе – вскрытые мощности тоар-юрских отложений); 10 – профили КМПВ и ГСЗ; 11 – палеотектонические элементы:  – Тарханкутско-Березанский прогиб,  – Крымско-Кавказский прогиб,  – Николаевский прогиб, V – Крыловский грабен, V – Гвардейский желоб, V – Битакский прогиб, Vа и Vб – Виноградовский и Новожиловский выступы палеозойских сланцев, V – Белогорско-Азовский горст-антиклинорий; 12 – зоны краевых разломов: ГГ – Голицинско-Геническая, ДВ – Донузлавско-Валокская, И – Индольская, ПГ – Предгорнокрымская, ЮК – Южнокрымская.

Схема строения нижнекиммерийского тектонического подэтажа

ОСР 2004 года с 1%-ной вероятностью превышения расчетной интенсивности в

течении 50 лет (период повторяемости 5000 лет)

интенсивности(балльности) I со средней повторяемостью в данной точке за Т

лет. Повторяемость IT означает, что вероятность P возникновения и возможного превышения этой величины в течении t лет (т.е. произойдет хотя бы одно такое событие) равна: P=1-exp(-t/T) При соотношении t<

Метод построения карт ОСР

Комплекс карт ОСР включает 3 карты, отражающие вероятности 10%, 5%, 1%

детальной информации о сейсмичности отдельных территорий. Прежде всего уточняются каталог

землетрясений и другие геолого-геофизические базы данных,  затем - ЛДФ-модель зон возникновения очагов землетрясений (зон ВОЗ), модель сейсмического эффекта, включая затухание его с расстоянием. Затем проводится вероятностный анализ сейсмической опасности (ВАСО) и соотвевующее картирование

ОСР-2016-В (5% вероятность превышения расчетной интенсивности в течение 50 лет,

период повторяемости 1000 лет) для территории Северного Кавказа (а) и результаты его перерасчета из интенсивности I в баллах в пиковое ускорение PGA по зависимости МСК-64 (б) и Ф.Ф. Аптикаева (в) (g- ускорение свободного падения

для разных периодов повторяемости Т в амплитудных параметрах с использованием

эмпирических моделей затухания

землетрясений
Регион 1. Горный Крым, Керчинский полуостров, Таманский полуостров;
Регион 2. Равнинный

Крым.

повторяемости землетрясений в интервале магнитуд 5.5 – 7.0, полученных по

данным каталогов №1 и №2. Данный интервал магнитуд на стадии УСО будет отнесен к линеаментным структурам модели зон ВОЗ.

достоверный график повторяемости, по имеющимся данным, довольно сложно. По аналогии

с регионом 1 получены средние оценки повторяемости землетрясений Mlh=2.0±0.2, с учетом вероятных погрешностей. Средний период повторяемости составил ~ 0.5 лет.
Минимальные оценки периодов повторяемости T для землетрясений с магнитудой МLH =2.5±0.2 и МLH =3.0±0.2 составили 2 и 7 лет соответственно. Для землетрясений с магнитудой более 3.0 на территории равнинного Крыма статистика отсутствует.

в рамках которых была актуализирована модель зон ВОЗ территории Крыма
Модель

зон ВОЗ ОСР-2016 территории Крыма

следующие коэффициенты (табл). Для удобства будем далее называть скорректированную модель

затухания – модель затухания УИС.
Таблица. Параметры модели затухания.

Глубина верхней кромки очага 10 км, глубина центра площадки 17

км. длина площадки очага 41 км, ширина площадки очага 15 км. Изосейсты соответствуют расчетным значениям интенсивности 5±0.05, 6±0.05, 7±0.05, 8±0.05 балла.

Расчетные изосейсты землетрясения Mwb =6.9

УИС
Из рисунка видно, что построенная по ним модель затухания УИС

дает оценки интенсивности от землетрясений в интервале магнитуд MLH 6.0 – 7.0 на ~ 0.2-0.3 балла выше, чем по модели затухания ОСР-97. Это объясняется меньшей добротностью среды в целом для Кавказкого региона и выражено через понижение коэффициента rQ1.

с заданной магнитудой, принимается произведение длины линеамента на региональную повторяемость,

нормированную на суммарную длину линеаментов региона, способных сгенерировать рассматриваемую магнитуду:
Vi(M)= Li * Vreg(M) / Σ(LMmax≥M),
где Vi(M) - повторяемости на i-том линеаменте землетрясений с магнитудой M, Li – длина i-того линеамента, Vreg(M) – повторяемость землетрясений с магнитудой M в регионе, Σ(LMmax≥M) – сумма длин линеаментов с Mmax большей или равной магнитуде M.

разделены на пять групп, в соответствии с уровнем сейсмической активности:
1. № 1,

3, 4, 5, 6 (регион 1);
2. № 2, 7, 8, 11 (регион 1);
3. № 9, 10 (регион 1);
4. № 13, 15, 17, 18, 20 (регион 2);
5. № 12, 14, 16, 19, 21 (регион 2).
В качестве критерия сейсмической активности принималась удельная (на единицу площади) повторяемость землетрясений опорных магнитуд. В качестве опорных магнитуд выбирались те, по которым статистические данные наиболее полно представлены в соответствующем регионе Для региона 1 была принята опорная магнитуда Mlh=4.0±0.2, для региона 2 – Mlh=2.0±0.2.

доменов по формуле:
Vi(Mlh)= Si * VΣ(Mlh) / Σ(SMmax≥Mlh),
где Vi(Mlh) -

повторяемости в i-том домене землетрясений с магнитудой Mlh, Si – площадь i-того домена, VΣ(Mlh) – повторяемость землетрясений с магнитудой Mlh в графике повторяемости группы доменов, Σ(SMmax≥Mlh) – сумма площадей доменов с Mmax большей или равной магнитуде Mlh относящиеся к группе.

балла (в привязке к средним грунтовым условиям)
Расчетная сетка с шагом

2×2 км

земной поверхности вычисляется от каждого виртуального очага в отдельности с

учетом его размера и закона затухания сейсмических сотрясений с расстоянием. Расчеты производятся для каждого узла квадратной сетки.
Опрашивая каждый из виртуальных очагов и учитывая затухание сейсмического эффекта с расстоянием, для каждого узла сетки создается гистограмма, нормированная на заданное время Т, частоты N проявления той или иной сейсмической интенсивности I. Гистограммы являются основой для расчетов и последующего картирования периодов повторяемости сейсмических воздействий разной балльности и сейсмической опасности. Повторяемость балла I за Т лет - число землетрясений, вызывающих сотрясения с баллом =I. Повторяемость в среднем 1 раз за Т лет означает, что вероятность превышения балла IТ в течение t лет (т.е. произойдет хотя бы одно такое событие) равна p=1-exp(-t/T) и при t << T – p = t/T. Например, при Т=1000 лет и t=50 лет p=5% (точное значение - 4,88), при Т=2000 лет и t=50 лет p=2,5% (точное значение – 2,47). Для заданных значений периодов повторяемости, рассчитаны соответствующие карты сейсмического районирования рассматриваемой территории.
В результате расчетов получены таблицы, содержащие координаты узлов и расчетные значения интенсивности в них.

расчетные значения дробных баллов для каждого узла сетки.

опасности непосредственно участка третьего пускового комплекса приведены на рисунке

региона, включающее исследование протяженного объекта
Уточнение коэффициентов расчетных геомоделей для

оценки скоростей распространения сейсмических волн в геосреде включающие геодинамические исследования территории
Уточнение карт ОСР для протяженного объекта
Так же была разработана схема перехода от балльности к ускорению.
В ходе работ выполнена оценка сейсмического режима района, включающего 100-километровую зону вокруг площадки.
Уточнение сейсмической опасности площадок выполнено методом вероятностного анализа сейсмической опасности (ВАСО) на основе методики ОСР-97 (Институт Физики Земли РАН; профессор, д.ф.-м.н. В.И. Уломов)
По результатам уточнения сейсмической опасности получены оценки интенсивности сотрясений в привязке к грунтам второй категории по сейсмическим свойствам