Результаты наблюдения НСМОС в Республике Беларусь 2010 года

ВВЕДЕНИЕ

           Геофизический мониторинг является организационно-самостоятельным видом мониторинга в рамках Национальной системы мониторинга окружающей среды (НС МОС), осуществляемый в целях оценки и прогнозирования экологически опасных природных, природно-техногенных и техногенных геологических процессов. Геофизический мониторинг используется для получения оперативной информации, позволяющей выявить изменения, происходящие в верхних слоях литосферы или гидросферы, с точки зрения их соответствия допустимым нормам и критериям качества и безопасности окружающей среды. Прогноз этих изменений во времени дает возможность принять оперативные управленческие решения по стабилизации   неблагоприятных техногенных воздействий или защите от природных геологических катастроф.                                                                        

Основными задачами геофизического мониторинга являются: наблюдение за состоянием литосферного пространства и геофизическими полями; выделение составляющих, обусловленных техногенными факторами; выделение аномалий геофизических полей, обусловленных развитием экологически опасных геологических процессов; формирование динамических физико-геологических моделей (ФГМ) для прогнозирования состояния геологической среды на ближайшую и отдаленную перспективы.

Согласно  положению о порядке проведения в составе Национальной системы мониторинга окружающей среды в Республике Беларусь геофизического мониторинга и использования его данных геофизический мониторинг проводится в целях контроля за сейсмичностью, геофизическими и геодинамическими процессами; выявления повышенной тектонической активности в местах расположения экологически опасных хозяйственных объектов; обеспечения республиканских органов государственного управления, местных исполнительных и распорядительных органов, других заинтересованных информацией о возникновении и предупреждении опасных природных явлений.

В Республике Беларусь геофизический  мониторинг проводится с целью исследования современного состояния тектоносферы страны, фиксируемого в сейсмических колебаниях земной поверхности и в изменениях гравитационного и геомагнитного полей.

Целью курсовой работы является: изучение сведений об объекте мониторинга, о его  особенностях, характерных для Республики Беларусь; изучение принципов организации и ведения геофизического мониторинга; ознакомление с результатами геофизического мониторинга в Республике Беларусь за 2011 год; рассмотрение основных технических нормативных и правовых актов по организации и проведению геофизического мониторинга в Республике Беларусь.

1. ПРИРОДА ОСНОВНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЯВЛЕНИЙ

1.1 Землетрясения

          Природа и источники крупнейших геофизических проявлений: вулканизм, сейсмичность (в том числе цунами), гидротермальная деятельность, торнадо. Крупнейшие геофизические катастрофы, связанные с многочисленными жертвами и разрушениями, вызываются в результате сейсмической активности литосферы, которая чаще всего проявляется в виде землетрясений.

          Землетрясения являются наиболее опасными и разрушительными стихийными бедствиями по числу жертв, размерам ущерба, по величине охваченных ими территорий и по трудности защиты от них. Несмотря на достижения современной сейсмологической науки, землетрясения, как правило, происходят неожиданно. По данным ЮНЕСКО, землетрясениям принадлежит первое место по причинённому экономическому ущербу и числу человеческих жертв.

          Землетрясения представляет собой разрыв и перемещение горных пород в глубинной локальной зоне. Область, где возникает процесс разрушения, называется очагом, гипоцентром или гипоцентральной областью, его проекция на поверхность земли носит название эпицентр. Гипоцентры землетрясений в основном находятся в земной коре на глубине не более 70 км, но существуют определённые районы, где глубина очага доходит и до 700 км. Большинство землетрясений происходит на глубине до 70 км, такие землетрясения называются поверхностными. Землетрясения, которые происходят на глубине от 70 до 300 км – глубокими. До сих пор не было зарегистрировано ни одного землетрясения глубже 720 км [1].

           Землетрясение возникает при внезапном освобождении энергии, которая долгое время накапливается в результате тектонических процессов в относительно локализованных областях земной коры и верхней мантии. При этом происходит разрыв (разлом) сплошности горных пород, иногда на многие десятки и даже сотни километров. Различают сильные и слабые землетрясения: слабые землетрясения возникают повсеместно, но их общая энергия не значительна. Некоторые из них связаны с вулканической деятельностью. К сильным относятся землетрясения с магнитудой более 5,5. Резкое перемещение больших масс земли в очаге землетрясения сопровождается высвобождением колоссальной энергии, что вызывает возникновение сейсмических волн, распространение которых приводит к сотрясению горных пород и  земной поверхности (частицы горных пород перемещаются и колеблются). Они толкаю соседние частицы, которые передают толчок ещё дальше в виде упругой волны. Упругие волны, возникающие при землетрясении, называются сейсмическими. Самые быстрые из них распространяются в поверхностных слоях Земли со скоростью от 5 до 8 км/сек., а внутри Земли – до 13 км/сек.. Таким образом, сотрясение как бы передаётся по цепочке и расходится в виде упругих волн во все стороны: постепенно, по мере удаления от очага землетрясения, волна ослабевает . От очень сильных сотрясений поверхность земли может изгибаться, растрескиваться, вспучиваться. Катастрофические землетрясения проявляются сильными толчками. Возникают они неожиданно, и, хотя продолжительность главного толчка не превышает нескольких секунд, их последствия бывают трагическими. Затем могут происходить повторные более слабые толчки (афтершоки). За год люди ощущают около 10 тыс. землетрясений. Из них примерно 100 бывают разрушительными. Сейсмические волны регистрируют с помощью приборов, именуемых сейсмографами. В наше время они представляют собой весьма сложные электронные устройства, позволяющие улавливать самые слабые колебания земной поверхности. Современные точные приборы фиксируют ежегодно более 1 млн. землетрясений на нашей планете. В основном подземные толчки очень слабы, и о них знают лишь сейсмологи. В таблице показано среднее число землетрясений разной энергии на Земле за год [2].

           Шкала определения величины землетрясений, с помощью которой можно было бы их сравнивать, была предложена японским учёным Вадати в 1931 году, а в 1935 году шкалу усовершенствовал известный американский сейсмолог Чарльз Рихтер. Такой мерой величины землетрясений является магнитуда, обозначаемая М – мера общего количества энергии, излучаемой при сейсмическом толчке в форме упругих волн. Она является характеристикой очага землетрясения и определяет общую энергию землетрясения в нём. Магнитуда – безразмерная величина, обычно определяется максимумом отношения амплитуды колебаний к периоду колебаний, регистрируемых сейсмографами. Она позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии. Увеличение магнитуды на единицу соответствует увеличению выделившейся сейсмической энергии приблизительно в 32раза. Самые сильные известные землетрясения имеют магнитуду немногим выше 9 ( приблизительно это соответствует дж или эргов.

          Правильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6.0» (можно добавить по шкале Рихтера). Неправильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6 баллов».

          Поскольку магнитуда  характеризует выход сейсмической энергии только в эпицентре землетрясения, то для оценки силы колебания земной поверхности, т.е. землетрясения в точках, которые удалены от эпицентра, введено понятие интенсивность землетрясения – это интенсивность колебания грунта на поверхности земли, являющаяся разрушительной силой землетрясения. Она зависит от магнитуды М, расстояния от эпицентра R и глубины очага землетрясения Н. Следовательно, интенсивность землетрясения оценивает силу землетрясения на поверхности Земли. Факторами, которые определяют интенсивность землетрясений, помимо собственно сейсмической энергии, являются: расстояние до эпицентра, свойства грунта, качество строительства и др. Они характеризуют степень и масштаб разрушений, нанесённых стихией в данном конкретном месте. Интенсивность измеряется в баллах. В различных регионах Земли разработаны и применяются различные шкалы интенсивности. В настоящее время в Беларуси, России и странах СНГ применяется международная 12 – балльная шкала MSK – 64 [3].

          В процессе научных исследований была выработана общая теория, согласно которой земная кора подразделяется на древние стабильные щиты и молодые, подвижные горные массивы. Выяснилось, что молодые горные системы – Альпы, Пиренеи, Карпаты, Гималаи, Анды – подвержены сильным землетрясениям, в то время как древние щиты являются областями, где сильные землетрясения отсутствуют или проявляются чрезвычайно редко. Объясняется это тем, что в активных зонах земная кора подвижна и неустойчива. Это области «молодых» горных сооружений. Здесь у земной коры поднятия сменяются опусканиями на сравнительно небольших участках. Землетрясения связаны с процессами горообразования и возникают при непрерывном поднятии и образовании сбросов, сдвигов и других разрывов земной коры. Они называются тектоническими. К ним относится большая часть землетрясений [2].

           Бывают ещё и вулканические землетрясения. Лава и раскалённые газы, бурлящие в недрах вулканов, воздействуют на верхние слои земли, как пары кипящей воды на крышку чайника. Они довольно слабы, но этот процесс продолжается долго, иногда недели и даже месяцы, и предшествует извержениям вулканов, т.е. служит предвестником надвигающейся катастрофы. Сотрясения земли могут быть вызваны обвалами, большими оползнями, а также искусственно: например, взрывом большого количества взрывчатых веществ или же при подземном ядерном взрыве (тектоническое оружие). Такие землетрясения зависят от количества взорванного вещества. Исследования последних десятилетий показали, что землетрясения могут вызываться и деятельностью человека (техногенные землетрясения). Например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ возрастает геодинамическая активность – увеличивается частота землетрясений и их магнитуда. Это связано с тем, что масса воды, накопленная в водохранилищах, своим весом увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные явления происходят при добыче нефти и газа и выемке больших количеств породы из шахт и карьеров.

           При проведении спасательных операций в очаге землетрясения прежде всего, извлекают из-под завалов, из полуразрушенных и горящих зданий людей, которым оказывают первую медицинскую помощь; устраивают в завалах проезды; локализуют и устраняют аварии на инженерных сетях, которые угрожают жизни людей или препятствуют проведению спасательных работ; обрушивают или укрепляют конструкции зданий и сооружений, находящихся в аварийном состоянии; оборудуют пункты сбора пострадавших и медицинские пункты; организуют водоснабжение.

1.2 Развитие сейсмологии в Беларуси

           От греч. seismos – колебание, землетрясение и logos – слово, учение – раздел геофизики, изучающий землетрясения, их причины, природу и последствия. Основные задачи, решаемые сейсмологией: исследование структуры земных недр и процессов в очагах землетрясений, природы возникновения и характер воздействия на окружающую среду, разработка методов уменьшения ущерба от сильных землетрясений. Сейсмологические исследования заключаются в решении исключительно сложных проблем, требующих привлечения многих научных направлений их области физики, математики, геологии, географии, химии, астрономии, истории и др. и направлены на изучение причин происхождения землетрясений; определение кинематических и динамических параметров очагов землетрясений, волновой картины и глубинной среды; оценку степени сейсмических воздействий, опасности и риска; создание систем наблюдений; разработку методов предсказания землетрясений[4].

         Основными носителями сейсмологической информации являются сейсмические волны, интерпритация сейсмограмм которых наряду с изучением проявлений сейсмичности позволяет исследовать глубинное строение, физические свойства и динамику недр Земли и других планет. Широкое прикладное развитие сейсмология получила в методах сейсморазведки полезных ископаемых, в сейсмостойком строительстве. В оборонных целях при регистрации взрывов, в том числе ядерных, а также в медицине и в других областях знаний, имеющих отношение к колебательным и ударным воздействиям.

          Как самостоятельная наука сейсмология начала развиваться в начале 19 века. Первая международная сейсмологическая комиссия, в состав которой вошли российские учёные Г.К.Левицкий и О.А.Баклунд, была образована в 1839г. В Берлине. В России в 1888 г. с целью сбора и систематизации данных о землетрясениях И.В.Мушкетовым была создана Сейсмическая комиссия Русского географического общества. Впервые были составлены каталоги землетрясений для всего мира и для России. Основное внимание уделялось геологической природе сейсмических явлений, разработке сейсмометрической аппаратуры и созданию сейсмических станций. Изучая сейсмограммы сильных землетрясений, впервые определили местоположение земного ядра и подошвы земной коры. Одним из главных научных и прикладных направлений сейсмологии является сейсмическое районирование, основанное на выявлении зон возникновения очагов землетрясений и картировании сейсмической опасности. Первая в мире карта сейсмического районирования создана в СССР в 1937г. В настоящие время в России нормативными являются карты общего сейсмического районирования – ОСР-97. В разработке карты принимали участие и белорусские учёные. Фрагмент этой карты используется в качестве временной нормативной основы при проектировании и строительстве особо ответственных объектов в Беларуси [5].

         С начала 70-х годов ХХ века в сейсмологии развивается новое направление – физика очага землетрясения и разработка методов прогноза землетрясений. Это направление синтезирует данные собственно сейсмологии, теоретической механики и физики разрушения горных пород. Изучаются основные параметры очага – глубина, размеры, положение плоскости разрыва, сейсмический момент, а также особенности процессов подготовки, возникновения и распространения разрыва горных пород в недрах Земли, продолжается поиск предвестников землетрясений, в лабораторных условиях моделируются всевозможные физические процессы, которые могут иметь отношение к сейсмическим очагам. Разработкой приборов и методов регистрации сейсмических колебаний занимается специальный раздел сейсмологии – сейсмометрия.