Вероятность землетрясений: оценка и применение.

Введение

Вероятность возникновения землетрясения в заданной географической области в течение определенного временного интервала.

Сейсмическая опасность – это вероятность того, что землетрясение произойдет в данной географической области в течение определенного временного интервала, и с интенсивностью колебаний грунта, превышающей заданный порог. При такой оценке опасности можно оценить риск и учесть его в таких областях, как строительные нормы для типовых зданий, проектирование крупных сооружений и инфраструктурных проектов, планирование землепользования и определение страховых тарифов. Исследования сейсмической опасности также могут генерировать две стандартные меры ожидаемых колебаний грунта, обе, что примечательно, обозначаются аббревиатурой MCE: более простое вероятностное максимальное рассматриваемое землетрясение (или событие), используемое в стандартных строительных нормах, и более детальное и детерминированное максимальное достоверное землетрясение, применяемое при проектировании крупных зданий и гражданской инфраструктуры, такой как плотины или мосты. Важно уточнять, о каком именно MCE идет речь. Методы расчета сейсмической опасности впервые были сформулированы C. Аллином Корнеллом в 1968 году и, в зависимости от уровня важности и области применения, могут быть весьма сложными. Сначала изучается региональная геология и сейсмология для выявления источников и закономерностей возникновения землетрясений, как в глубине, так и на поверхности, на основе данных сейсмометров; затем оценивается влияние этих источников с учетом местных геологических типов пород и почв, угла наклона склонов и уровня грунтовых вод. Таким образом, определяются зоны с аналогичным потенциалом сейсмического сотрясения и наносятся на карты. Хорошо известный разлом Сан-Андреас представлен в виде длинной узкой эллиптической зоны с повышенным потенциалом движения, как и многие районы вдоль континентальных окраин, связанные с Тихоокеанским огненным кольцом. Зоны повышенной сейсмичности внутри континентов могут быть местом для внутриплитных землетрясений и обычно изображаются в виде обширных областей, основанных на исторических данных, таких как землетрясение в Нью-Мадриде 1812 года, поскольку конкретные разломы, вызывающие эти землетрясения, обычно не идентифицируются как источники. Каждой зоне присваиваются характеристики, связанные с потенциалом источника: количество землетрясений в год, максимальная величина землетрясений (максимальная магнитуда) и т.д. Наконец, для расчетов требуются формулы, определяющие необходимые показатели опасности для заданного размера и расстояния до землетрясения. Например, в одних районах предпочитают использовать пиковое ускорение, в других – пиковую скорость, а для более сложных задач требуются значения спектра отклика. Компьютерная программа интегрирует данные по всем зонам и создает кривые вероятности для ключевого параметра колебаний грунта. Конечный результат показывает «вероятность» превышения заданного значения в течение определенного периода времени. Стандартные строительные нормы для частных домов могут учитывать вероятность 1 к 500 годам, в то время как для атомных электростанций рассматривается временной горизонт в 10 000 лет. Более длительную сейсмическую историю можно получить с помощью палеосейсмологии. Результаты могут быть представлены в виде спектра реакции грунта для использования в сейсмическом анализе. Более сложные варианты также учитывают состояние грунта. Более сильные колебания грунта, вероятно, будут наблюдаться на мягком болоте по сравнению с твердой скальной основой. Стандартные расчеты сейсмической опасности корректируются в сторону увеличения при рассмотрении характеристических землетрясений. Районы с сильными колебаниями грунта из-за состояния грунта также часто подвержены разрушению грунта из-за разжижения. Разрушение грунта также может произойти из-за оползней, вызванных землетрясением, на крутых склонах. Крупномасштабные оползни могут происходить даже на относительно пологих склонах, как это было во время землетрясения в Страстную пятницу в Анкоридже, Аляска, 28 марта 1964 года.

A seismic hazard is the probability that an earthquake will occur in a given geographic area, within a given window of time, and with ground motion intensity exceeding a given threshold. With a hazard thus estimated, risk can be assessed and included in such areas as building codes for standard buildings, designing larger buildings and infrastructure projects, land use planning and determining insurance rates. The seismic hazard studies also may generate two standard measures of anticipated ground motion, both confusingly abbreviated MCE; the simpler probabilistic Maximum Considered Earthquake (or Event ), used in standard building codes, and the more detailed and deterministic Maximum Credible Earthquake incorporated in the design of larger buildings and civil infrastructure like dams or bridges. It is important to clarify which MCE is being discussed. Calculations for determining seismic hazard were first formulated by C. Allin Cornell in 1968 and, depending on their level of importance and use, can be quite complex. The regional geology and seismology setting is first examined for sources and patterns of earthquake occurrence, both in depth and at the surface from seismometer records; secondly, the impacts from these sources are assessed relative to local geologic rock and soil types, slope angle and groundwater conditions. Zones of similar potential earthquake shaking are thus determined and drawn on maps. The well known San Andreas Fault is illustrated as a long narrow elliptical zone of greater potential motion, like many areas along continental margins associated with the Pacific ring of fire. Zones of higher seismicity in the continental interior may be the site for intraplate earthquakes) and tend to be drawn as broad areas, based on historic records, like the 1812 New Madrid earthquake, since specific causative faults are generally not identified as earthquake sources. Each zone is given properties associated with source potential: how many earthquakes per year, the maximum size of earthquakes (maximum magnitude), etc. Finally, the calculations require formulae that give the required hazard indicators for a given earthquake size and distance. For example, some districts prefer to use peak acceleration, others use peak velocity, and more sophisticated uses require response spectral ordinates. The computer program then integrates over all the zones and produces probability curves for the key ground motion parameter. The final result gives a 'chance' of exceeding a given value over a specified amount of time. Standard building codes for homeowners might be concerned with a 1 in 500 years chance, while nuclear plants look at the 10,000 year time frame. A longer term seismic history can be obtained through paleoseismology. The results may be in the form of a ground response spectrum for use in seismic analysis. More elaborate variations on the theme also look at the soil conditions. Higher ground motions are likely to be experienced on a soft swamp compared to a hard rock site. The standard seismic hazard calculations become adjusted upwards when postulating characteristic earthquakes. Areas with high ground motion due to soil conditions are also often subject to soil failure due to liquefaction. Soil failure can also occur due to earthquake induced landslides in steep terrain. Large area landsliding can also occur on rather gentle slopes as was seen in the Good Friday earthquake in Anchorage, Alaska, March 28, 1964.

МКЭ

В обычных анализах сейсмической опасности, предназначенных для широкой публики, "максимальное рассматриваемое землетрясение" или "максимальное рассматриваемое событие" (MCE) для конкретной территории – это землетрясение, которое, как ожидается, произойдет приблизительно раз в 2500 лет; то есть, существует 2-процентная вероятность того, что его интенсивность будет превышена в течение 50 лет. Этот термин используется, прежде всего, в общих строительных нормах, регулирующих здания, в которых находятся люди. Во многих регионах строительные нормы предписывают проектирование несущественных зданий с расчетом на "предотвращение обрушения" при MCE, чтобы здание оставалось устойчивым, обеспечивая безопасность и возможность эвакуации людей, а не полное сохранение его конструкции. Значительно более детальный и строгий уровень MCE обозначается как "максимально возможное землетрясение", и применяется при проектировании небоскребов и крупных объектов гражданской инфраструктуры, таких как плотины, где разрушение конструкции может привести к другим катастрофическим последствиям. Для определения таких MCE может потребоваться учитывать несколько возможных сценариев землетрясений, в зависимости от разнообразия проектируемых сооружений.

Карты сейсмических опасностей США

Некоторые карты, выпущенные USGS, отображают пиковое ускорение грунта с 10% вероятностью превышения в течение 50 лет, измеряемое в метрах в секунду в квадрате. Для некоторых регионов США Национальный проект по картографированию сейсмической опасности, реализованный в 2008 году, привёл к созданию карт сейсмической опасности, показывающих пиковое ускорение (в процентах от ускорения свободного падения) с 2% вероятностью превышения в течение 50 лет. Компания Temblor, основанная в 2014 году, предоставляет рейтинг сейсмической опасности для всей непрерывной территории США. Эта услуга бесплатна и не содержит рекламы. Рейтинг опасности "определяет вероятность возникновения сильных колебаний (пиковое ускорение грунта 0,4g) в течение 30 лет и основан на модели сейсмической опасности NSHMP USGS 2014 года".

Глобальные карты сейсмической опасности

Существуют также глобальные карты сейсмической опасности, которые аналогичным образом отображают уровень определенных колебаний грунта, которые имеют 10% вероятность превышения (или 90% вероятность не превышения) в течение 50 лет (что соответствует периоду повторяемости 475 лет).