» » Механизм возникновения землетрясения

Механизм возникновения землетрясения

15.08.2016

Как отмечалось ранее, литосферные плиты непрерывно находятся в процессе медленных движений, вследствие чего на их границах возникают механически напряженные области. Внезапные разрывы этих областей и приводят к землетрясению.
Границы литосферных плит разбиты на отдельные крупные сегменты. Землетрясения на участке данного сегмента приводят к локальному снижению напряжения в данном месте, но частично передает напряжение к соседним сегментам, тем самым готовя их к следующему разрыву - землетрясению. Как отмечает Дж.Райс: “Фактически изучение землетрясений вдоль больших участков сейсмоактивных поясов (разломов) приводит к заключению, что, возможно, существует вполне определенная закономерная картина пространственного распределения областей накопления и разгрузки напряжений, гак что нарастание напряжений в одном сегменте данного сейсмического разлома происходит не независимо, а сильно связано с меняющейся во времени передачей напряжений от соседних сегментов, в которых произошли разрывы”. Принимается, что фронт “спускового” механизма сильных землетрясений вдоль сейсмических поясов (границ плит) распространяется с определенной скоростью (порядка 50-100км/год для Северной части Анатолийского разлома).
Во время сильного землетрясения разрывается сегмент коры большой протяженностью, который вызывает волну напряжения как в верхних слоях астеносферы, так и в секторах, прилегающих к границам плиты. Ho по мере релаксации (ослабление напряженности) астеносферы во времени большая часть напряжений смещается в сторону соседних сегментов в границе плиты, делая их вероятными местами для последующих крупных землетрясений (разрывов).
Механизм возникновения землетрясения

Рассмотрим более подробно механизм образования отдельных разрывов. Разрыв может быть вертикальный или наклонный. Длина вспоровшейся части разрыва может быть от нескольких метров (слабые не ощутимые землетрясения) до сотни киллометров (сильные землетрясения). Вспарывающаяся трещина может достичь поверхности Земли или остановиться внутри нее (рис. 1.5).
Место, где начинается вспарывание называется гипоцентром землетрясения, вертикальная точка над гипоцентром на поверхности Земли называется эпицентром. Расстояние от поверхности Земли до гипоцентра называется глубина очага землетрясения, которая обычно измеряется от нескольких киллометров до ста киллометров. Расстояние от эпицентра до данного пункта наблюдения на поверхности Земли называется эпицентральным расстоянием, а от гипоцентра до пункта наблюдения - фокальным расстоянием. Взаимные подвижки вспарывающихся частей подразделяются на горизонтальные: левосторонний сдвиг и правосторонний сдвиг и на вертикальные: сброс и взброс (рис. 1.16). При левостороннем сдвиге вспарывающиеся части плит движутся по горизонтали одна вдоль другой так, что дальняя от наблюдателя часть перемещается влево, если смотреть в перпендикулярном к разрыву направлении. При правостороннем сдвиге - наоборот. Если вышележащая часть вспарывающейся породы движется вниз - считается что имел место сброс (уступ), при движении вверх - имел место взброс (надвиг). При реальных землетрясениях вспарывание пород происходит с учетом различных сочетаний указанных подвижек.
Механизм возникновения землетрясения

Направление горизонтальной линии, образованной разрывом при пересечении домной поверхности, называется простиранием, а угол, образованной между простиранием и горизонтом, - углом падения. Амплитуды относительных подвижек AB могут измеряться от нескольких сантиметров до десятков и более метров.
Время вспарывания горных пород продолжается в течение нескольких секунд. В процессе вспарывания возникает определенное количество кинематической энергии, которая расходуется на разламывание и разрушение пород, на горизонтальные и вертикальные перемещения плит. Часть этой энергии превращается в тепловую энергию, а небольшая часть распускается в среде в виде упругих сейсмических волн, которые распространяются в теле Земли. Когда сейсмические волны достигают поверхности Земли, они вызывают колебания грунта, которые мы воспринимаем как землетрясение. Так как сейсмические волны генерируются не от одной неподвижной точки, а от движущихся в разные стороны краев вспарываемых пород целой области, они проходят разные пути и достигают поверхности Земли по различным направлениям и в различное время. О свойствах сейсмических волн речь пойдет чуть позже. А пока выясним какое напряженно-деформированное поле образуется на поверхности Земли в начальный момент землетрясения.
На рис.1.17 показана упрощенная схема очага землетрясения, где направление линии 0’0” совпадает с направлением вспарывания, а стрелками показаны направления упругих перемещений среды. Любопытно, что почувствовал бы человек в первый же миг землетрясения, находясь в эпицентральной зоне землетрясения. Если бы он находился в области а, то ему покачалось бы, что его толкали, а это значит, что земля под ногами подвергается сжатию. То же самое он почувствовал бы находясь в области б. Ho находясь в области г и в, ему, наоборот, казалось бы, что Земля уходит из-под своих ног, т.е. грунт в этих областях подвергается растяжению. В момент разрыва верхнее крыло вспарываемой породы гонит в область а волну сжатия, а в область в - волну растяжения, нижнее крыло, наоборот, гонит в область б волну сжатия, а в область г волну растяжения.
Механизм возникновения землетрясения

Таким образом, эпицентральную зону можно разделить на четыре диагонально расположенные зоны, в двух из которых первым вступает волна сжатия, а в двух других - волна растяжения (разряжения). Вдоль направления трещины (вспарывания) движение среды взаимно уравновешиваются, и в этом направлении смещения среды отсутствуют. Логично, что они будут отсутствовать также в перпендикулярном к линии разрыва направлении. Так как при пересечении взаимоперпендикулярных плоскостей перемещения изменяют свой знак, то на самих этих плоскостях они должны равняться нулю. Эти плоскости, которые при пересечении с поверхностью Земли будут иметь вид не прямых линий, а окружностей, называются нодальными плоскостями. Представляет большой интерес и обратная задача: если инструментально зарегистрированы области растяжения и сжатия на поверхности Земли в эпицентральной зоне, то как найти направление разрыва. Ответ на этот вопрос заключается в проведении двух взаимоперпендикулярных плоскостей, разделяющие всю исследуемую территорию на две зоны сжатия и две зоны растяжения. Одна из этих плоскостей и будет представлять из себя направление линии разрыва. Для однозначного выбора одного из них необходимо привлекать дополнительную информацию о положении разрыва по тектоническим данным и другие сведения.
Закономерность распределения зон сжатия и растяжения на поверхности Земли играла большую роль в деле различения землетрясения от подземных ядерных взрывов. На самом деле при подземных ядерных взрывах сигналы первых вступлений всех сейсмических станций вокруг эпицентра будут соответствовать только зоне сжатия в отличие от, как было сказано выше, чередующих зон сжатия и растяжения при землетрясениях. Ho несмотря на такую явную очевидность этого явления, до сих пор имеются разногласия между специалистами в вопросе различения ядерного взрыва от землетрясения.