Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (СЕ)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 26 (всего у книги 85 страниц)
Сейсмическая шкала
Сейсми'ческая шкала', шкала для оценки интенсивности колебаний на поверхности Земли при землетрясениях. Существует большое количество С. ш., в которых интенсивность колебания оценивается по степени повреждений зданий, масштабу и формам проявления остаточных деформаций в грунте и другим показателям внешнего эффекта землетрясений.
В СССР используется 12-балльная шкала (ГОСТ 6249—52), в которой для определения балла землетрясения, в дополнение к перечисленным показателям, учитываются показания маятника сейсмометра СБМ; используется также шкала MSK-64 (см. в ст. Землетрясения), уточняющая способы определения интенсивности. С 1973 ведутся работы по составлению новой С. ш., в которой интенсивность землетрясений оценивается не только по результатам визуальных наблюдений, но и по показаниям приборов (сейсмографов, акселерографов и др.), фиксирующих основные элементы колебательного процесса (смещения, скорость, ускорение), которые приобретают частицы грунта в момент землетрясения. Так, баллу 9 отвечает скорость 
колебаний частиц грунта порядка 24,1—48,0 мм/сек, ускорение 
– 241—480 см/сек2 (для более низких баллов значения 
и 
соответственно ниже). Наряду с оценкой интенсивности колебаний на поверхности Земли в баллах применяется классификация землетрясений по магнитуде – условной величине, пропорциональной логарифму энергии, излучаемой очагом землетрясения (так, интенсивность Ашхабадского землетрясения 1948 оценивается в 10 баллов, а его магнитуда была равна 7,0; для Ташкентского землетрясения 1966 интенсивность равна 8 баллам, а магнитуда 5,3). Связь между магнитудой (М), интенсивностью (Jo) и глубиной очага (h) землетрясения выражается соотношением вида: Jo = вМ — nlgh + С, где коэффициенты в, n и С определяются эмпирически и несколько меняются от района к району.
В некоторых странах используются др. С. ш., например в Японии – 7-балльная. С. ш. применяются для изучения внешнего эффекта землетрясений, составления карт изосейст, при сейсмическом районировании и микрорайонировании территории.
Лит.: Шебалин Н. В., Соотношение между балльностью и интенсивностью землетрясений в зависимости от глубины очага. «Бюлл. Совета по сейсмологии», 1957, № 6; Горшков Г. П., Шенкарёва Г. А., О корреляции сейсмических шкал, «Тр. института физики Земли», 1958, № 1 (168); Назаров А. Г., Дарбинян С. С., Основы количественного определения и интенсивности сильных землетрясений, Ер., 1974.
Г. П. Горшков.
Сейсмические волны
Сейсми'ческие во'лны, колебания, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений, взрывов и других источников. Вблизи очагов сильных землетрясений С. в. обладают разрушительной силой при доминирующем периоде в десятые доли сек. На значительных расстояниях от эпицентров С. в. являются упругими волнами.
Продольные С. в. (Р) переносят изменения объёма в среде – сжатия и растяжения. Колебания в них совершаются в направлении распространения (рис. 1, а). Поперечные С. в. (S) не образуют в среде объёмных изменений и представляют собой колебания частиц, происходящие перпендикулярно направлениям распространения волны (рис. 1, б). В каждый момент и в каждой точке среды сейсмические колебания удовлетворяют (для Р и S волн) волновым уравнениям. В однородной изотропной упругой среде скорости распространения продольных (а) и поперечных (в) волн определяются формулами:
и 
Здесь 
, k – модуль всестороннего сжатия; l и m – константы Ляме, причём m называется модулем сдвига. Скорость продольных волн больше поперечных.
Особенность распространения С. в. (упругих волн в твёрдой среде) состоит в том, что при косом падении на поверхность раздела сред с различными параметрами (скоростями и плотностями) волны одного типа, например продольной, возникают, кроме отражённой и преломленной продольных волн (рис. 2), волны отраженные и преломленные поперечные. Вблизи поверхностей раздела в Земле возникают поверхностные С. в. При распространении неоднородной волны SH вдоль горизонтального слоя возникает волна Лява. В случае падения на граничную плоскость волны Р в слое могут возникать отражённые волны Р и SV. При этом, если а2 > в2 > а1 > в1, где a1 и в1 – скорости в слое, a a2 и в2 – в неприлежащей среде, то как отражённая Р, так и отражённая SV при малом e1 обладают свойством полного внутреннего отражения. В результате в слое формируются волны Рэлея. Они, как и волны Лява, обладают дисперсией скоростей. Волны Рэлея возникают в полупространстве без слоистости. Тогда они не диспергируют и их скорость с » 0,9 в.
Волны Р и S распространяются из источника по объёму Земли. Они называются объёмными. Их амплитуда для однородной и изотропной среды убывает обратно пропорционально расстоянию. Поверхностные волны, распространяясь вдоль поверхности, обладают амплитудой, убывающей обратно пропорционально корню квадратному из расстояния. По этой причине в колебаниях от удалённых землетрясений по амплитуде доминируют поверхностные волны.
Благодаря изменениям свойств Земли с глубиной изменяются и скорости распространения объёмных С. в. Это приводит к их рефракции в недрах Земли.
Наблюдения на поверхности Земли над распространением С. в. позволяют исследовать строение Земли. Зависимость скорости распространения волн Р и S от глубины (рис. 3) позволила выявить ряд оболочек «твёрдой» Земли. Подробности строения Земли см. в ст. Земля.
Лит.: Саваренский Е. Ф., Кирнос Д. П., Элементы сейсмологии и сейсмометрии, 2 изд., М., 1955; Буллен К. Е., Введение в теоретическую сейсмологию, пер. с англ., М., 1966; Саваренский Е. Ф., Сейсмические волны, М., 1972; Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, 2 изд. М., 1973.
Е. Ф. Саваренский.
Рис. 2. Отражение и преломление продольных волн (Р) на границе раздела.
Рис. 1. Блок-диаграмма колебаний в продольной (а) и поперечной (б) сейсмических волнах.
Рис. 3. Зависимость скорости продольных (Р) и поперечных (S) волн от глубины Земли.
Сейсмические станции
Сейсми'ческие ста'нции, станции для регистрации колебаний земной поверхности, вызываемых землетрясениями, а также для первичной обработки полученных записей. В зависимости от решаемых задач С. с. подразделяются на телесейсмические и региональные.
Телесейсмические станции предназначены для регистрации сейсмических сигналов в основном на эпицентральном расстоянии свыше 2000 км. Эти станции снабжены стандартной сейсмической аппаратурой: короткопериодными сейсмографами высокой чувствительности в полосе пропускания 10—0,7 гц; широкополосными сейсмографами средней чувствительности с полосой пропускания 10—0,05 гц; часть станций оснащена длиннопериодными сейсмографами средней чувствительности с полосой пропускания 0,2—0,015 гц.
Региональные С. с. предназначены для регистрации близких землетрясений с эпицентральными расстояниями до 2000 км. Эти станции оснащены короткопериодной аппаратурой, а также регистрируют сильные движения в полосе пропускания 10—0,1 гц.
Мировая сеть насчитывает (1974) около 2000 С. с. (в т. ч. свыше 200 на территории СССР). Все С. с. мира ведут регистрацию землетрясений по единому времени (среднее гринвичское), проводят первичную обработку сейсмограмм (измеряются моменты вступлений различных сейсмических волн и их динамические параметры). Эти сведения по государственным каналам связи направляются в соответствующие центры обработки; они являются исходными данными для сейсмологических бюллетеней. С. с. работают в соответствии с инструкциями и руководствами, подготовленными как в центрах национальных сейсмических служб, так и в международных сейсмологических организациях.
Лит.: Аппаратура и методика наблюдений на сейсмических станциях СССР, М., 1962; Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР, М., 1974.
З. И. Аранович, Н. В. Кондорская.
Сейсмический балл
Сейсми'ческий балл, условная единица (цифровая оценка) интенсивности землетрясений. См. Землетрясения, Сейсмическая шкала.
Сейсмический годограф
Сейсми'ческий годо'граф, зависимость между временем пробега сейсмических волн и эпицентральным расстоянием. Может быть выражена в табличном и графическом виде. По годографам определяют скорости распространения сейсмических волн в Земле. Резкое изменение значений скоростей сейсмических волн указывает на существование границ раздела внутри Земли. Годографы Х. Джефриса и К. Е. Буллена (1940), относящиеся к стандартной модели Земли, с границами раздела, соответствующими земной коре, мантии и ядру, используются в современной сейсмологической практике при определении положения очагов землетрясений. Для интерпретации слабых и близких землетрясений существуют региональные годографы, учитывающие местные особенности строения района.
Сейсмический каротаж
Сейсми'ческий карота'ж, исследование сейсмических свойств горных пород в буровых скважинах путём определения скоростей упругих волн, их коэффициента отражения, прохождения и поглощения. Результаты используются для интерпретации данных сейсмической разведки, исследования литологического состава и физического состояния (проницаемость, пористость и др.) пород, а также для выделения нефтегазоносных продуктивных пластов и для контроля технического состояния скважин (например, определения качества цементации).
Различают интегральный С. к., в котором источник (обычно взрывной) располагают вблизи поверхности Земли, а приёмники помещают внутри скважин, и дифференциальный С. к., когда источник и приёмники перемещают совместно внутри скважины. Интегральный С. к. применяют для определения средних свойств в мощных (свыше 50—100 м) пластах и исследования картины колебаний, вызываемых различными сейсмическими волнами внутри среды (вертикальное сейсмическое профилирование). Используют скважинные сейсмографы и регистрирующую аппаратуру полевой сейсморазведки; регистрируют колебания в диапазоне частот 20—150 Гц. Дифференциальный С. к. применяют для изучения сейсмических свойств в слоях мощностью до 1—2 м, для чего регистрируют колебания с частотами 10—100 кГц (акустический каротаж, ультразвуковой каротаж). Применяются скважинные зонды, несущие магнитострикционные или пьезоэлектрические излучатели и приёмники, которые используются как электромеханические преобразователи упругих колебаний. Регистрацию производят на поверхности Земли в передвижной сейсмокаротажной станции, куда электрические сигналы передаются от зонда по кабелю. Акустический каротаж применяют совместно с другими геофизическими методами исследования скважин.
Лит.: Волкова Е. А., Дубров Е. Ф., Соколов О. Н., Вопросы акустического каротажа, Л., 1962 (Геофизическое приборостроение, в. 13); Гальперин Е. И., Вертикальное сейсмическое профилирование, М., 1971.
И. И. Гурвич.
Сейсмический луч
Сейсми'ческий луч, линия, нормальная к фронту сейсмической волны, распространяющейся от очага землетрясения. Направление луча изменяется с изменением скорости сейсмических волн на пути их распространения. В однородной и изотропной упругой среде с постоянной скоростью распространения сейсмических волн луч прямолинеен. В первом приближении для Земли считается, что скорость является функцией глубины. При возрастании скорости с глубиной лучи становятся криволинейными, обращенными выпуклостью вниз и симметричными относительно своей вершины. Уравнение луча:
,
где T — время пробега луча; Q – эпицентральное расстояние в рад; R – радиус Земли; Vr — скорость сейсмических волн вдоль луча; е (r) – угол наклона луча к горизонту на глубине, соответствующей радиусу r; e – угол выхода сейсмического луча на поверхность Земли, V – скорость у земной поверхности.
Каждый луч имеет самую глубокую точку с радиусом rp. В ней:
е = 0; cos e (r) = 1 и р = rp/Vrp
И. В. Горбунова.
Сейсмическое микрорайонирование
Сейсми'ческое микрорайони'рование, раздел инженерной сейсмологии, задачей которого является уточнение данных сейсмического районирования и степени сейсмической опасности на застраиваемых территориях (см. Сейсмостойкое строительство).
С помощью С. м. интенсивность землетрясений в баллах, указанная на картах сейсмического районирования, может быть скорректирована на ±1—2 балла в зависимости от местных тектонических, геоморфологических и грунтовых условий.
Наиболее разработаны методы оценки относительных резонансных характеристик грунта, позволяющие проводить непосредственные инструментальные наблюдения на различных участках изучаемой территории. Большое влияние на величину сейсмического балла оказывает обводнённость пород (уровень грунтовых вод), их литологический состав (для многолетнемёрзлых грунтов – их температура), однородность и условия залегания грунтов, а также характер рельефа (наличие крутых склонов также увеличивает сейсмический эффект). Как правило, на скальных и многолетнемёрзлых грунтах сейсмический эффект на один балл понижается, на рыхлых, особенно увлажнённых грунтах, – на 1 балл повышается.
В соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП 11-А. 12—69) схемы С. м. застраиваемых территорий должны учитываться при проектировании сейсмостойких сооружений.
Лит.: Медведев С. В., Инженерная сейсмология, М., 1962; Рекомендации по сейсмическому микрорайонированию, М., 1971; Сейсмическое микрорайонирование, в. 1, Душанбе, 1973; Влияние грунтов на интенсивность сейсмических колебаний, М., 1973 (Вопросы инженерной сейсмологии, в. 15).
С. А. Федоров.
Сейсмическое районирование
Сейсми'ческое райони'рование, оценка потенциальной сейсмической опасности в сейсмоактивном районе. Выделение сейсмоопасных районов основывается на результатах совместного анализа инструментальных и макросейсмических данных о землетрясениях прошлых лет (интенсивность колебаний на поверхности Земли, пространственное распределение очагов землетрясений, их размеры, магнитуда и энергия землетрясений, повторяемость и т. п.) и геологических особенностях района (история геологического развития, интенсивность и контрастность новейших и современных тектонических движений, возраст и характер тектонических нарушений, их активность и т. п.).
Уточнение величины сейсмических воздействий на сооружения в зависимости от местных условий конкретного участка территории сейсмоопасного района (физические и динамические свойства грунтов и подстилающих пород, мощность верхних слоев земной коры, наличие многолетнемёрзлых горных пород, тектонические условия, особенности рельефа, спектральные свойства приходящих сейсмических волн и т. п.) составляет предмет сейсмического микрорайонирования. Графическим выражением С. р. являются карты, содержащие сведения об интенсивности сотрясений (в баллах) для любого географического пункта при средних грунтовых условиях. Согласно Строительным нормам и правилам, к средним грунтовым условиям относятся глины, суглинки, пески, супеси при положении уровня грунтовых вод глубже 8 м от поверхности Земли, а также крупнообломочные грунты при положении уровня грунтовых вод от 6 до 10 м от поверхности Земли. В СССР общая площадь сейсмоопасных районов составляет 28,6% территории страны (в т. ч. на 9-балльные районы приходится 2,4%, на 8-балльные – 3,2%). районы возможных 9-балльных землетрясений находятся в Средней Азии, Прибайкалье, Камчатке, Курильских островах и др.; 8-балльные районы – в Молдавии, Крыму, на Кавказе, в Южной Сибири и др.
В СССР карты С. р. являются официальным документом, который непосредственно связан с нормами и правилами сейсмостойкого строительства. Действующая нормативная карта С. р. утверждена Государственным комитетом Совета Министров СССР по делам строительства в 1969 (СНиП 11-А. 12—69); на этой карте выделены районы возможных 6-, 7-, 8– и 9– балльных землетрясений для средних грунтов (по сейсмической шкале ГОСТ 6249—52), а также районы, где возможны землетрясения интенсивностью более 9 баллов. За рубежом карты С. р. имеются в Болгарии, Румынии, Монголии, США, Японии и некоторых др. странах.
Лит.: Сейсмическое районирование СССР, М., 1968; Строительные нормы и правила, ч. 2, раздел А, гл. 12. Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования, М., 1970; Методические рекомендации по сейсмическому районированию территории СССР, М., 1974.
Г. А. Шенкарёва.
Сейсмо...
Сейсмо... (от греч. seismós – колебание, землетрясение), составная часть сложных слов, означающая: относящийся к колебаниям в земной коре (к землетрясениям, к подземным толчкам), например сейсмограф.
Сейсмограмма
Сейсмогра'мма (от сейсмо... и ...грамма), результат записи сейсмических колебаний посредством сейсмографа. Техника записи разнообразна. Наиболее распространена запись на фотобумаге с помощью светового луча, отражённого от зеркальца маятника сейсмометра или гальванометра; запись может производиться также на закопченной бумаге остриём пера, на простой бумаге пером с чернилами и на химически обработанной бумаге разогретой иглой. Создаётся аппаратура, позволяющая записывать сейсмические колебания в цифровом коде на магнитную ленту для ввода в ЭВМ. Для описания С. приняты международные обозначения, основанные на лат. названиях. На С. параллельно с записью колебаний наносят марки точного времени; длина отрезка минутной линии на С. может изменяться от 10 мм до нескольких мм в зависимости от записи короткопериодных (сейсморазведка) или длиннопериодных (удалённое землетрясение) колебаний. По С. устанавливается момент прихода (вступления) различных сейсмических волн в пункт наблюдений и из сейсмического годографаопределяется время возникновения землетрясения и местоположение очага. Величины амплитуд и периодов колебаний позволяют судить об энергии землетрясений (магнитуде) и интенсивности колебания (балльность) в пункте наблюдения. Запись волновой картины от землетрясения или взрыва отображает строение среды, через которую распространяются сейсмические волны.
И. В. Горбунова.
Сейсмограмма: P – продольные волны; S – поперечные волны.
Сейсмограф
Сейсмо'граф (от сейсмо... и ...граф), прибор, записывающий колебания грунта, вызванные сейсмическими волнами. Состоит из сейсмометра – прибора, принимающего сейсмический сигнал, и регистрирующего устройства. Основная часть сейсмометра – груз, соединённый с основанием прибора связями типа упругих, например маятник. Основание прибора жестко укреплено на исследуемом объекте. При колебаниях объекта вследствие инерции возникает движение груза относительно основания; это движение в большинстве современных сейсмометров преобразуется в электрический сигнал, который записывается, обычно в аналоговой форме, на самописцах с механической, фотографической или магнитной записью (см. Сейсмограмма). Для расширения динамического диапазона записи и удобства использования затем ЭВМ иногда применяется кодированная цифровая запись.
Существуют также более простые С., в которых движение груза сейсмометра, увеличенное механическим или оптическим путём, записывается на самописцах с механической или фотографической записью. См. также Сейсмометрия.
Д. П. Кирнос.
Рис. 1. Внешний вид сейсмометра СКМ-3.
Рис. 2. Схема сейсмографа: 1 – груз сейсмометра; 2 – демпфер (устройство для гашения собственных колебаний груза); 3 – преобразователь движения груза в электрический сигнал; 4 – фильтр-усилитель; 5 – самописец.
Сейсмокардиография
Сейсмокардиогра'фия (от сейсмо..., кардио... и ...графия), метод графической регистрации механических проявлений сердечной деятельности путём записи сейсмического эффекта, т. е. механических движений тела человека, вызванных работой сердца; разновидность баллистокардиографии. Сейсмокардиограмма позволяет оценить ритм сердечных сокращений и получить представление об их силе и координированности, а также о соотношении фаз систолы и диастолы.
Сейсмология
Сейсмоло'гия (от сейсмо... и ...логия), раздел геофизики, изучающий землетрясения, их причины, последствия и меры защиты искусственных сооружений. Основной носитель информации – сейсмические волны, интерпретация записи которых позволяет изучать наряду с землетрясениями строение Земли, а также выявлять месторождения полезных ископаемых (см. Сейсмическая разведка) и фиксировать взрывы (например, ядерные).
Прогноз землетрясений складывается из предсказания места, силы и времени их проявления. Задача предсказания времени и места возникновения сильных землетрясений ещё не решена ввиду её исключительной трудности (необходимость получать информацию о процессах в земных недрах на больших глубинах, малая скорость дифференцированных тектонических движений, приводящих к землетрясениям, и др.). Работы в этом направлении связаны с поиском предвестников землетрясений, т. е. явлений, обусловленных изменениями физико-механических свойств земной коры и мантии перед землетрясением (вариации во времени скоростей распространения сейсмических волн, поднятие или опускание уровня океана за несколько часов до сильных землетрясений, изменение электрического сопротивления горных пород и др.). Элементом прогноза в известной мере служит сейсмическое районирование, позволяющее указывать районы возможной максимальной силы и средней частоты повторения землетрясений. Для этого проводится анализ данных сети сейсмических станций о положении эпицентров, глубине очагов, магнитудах, интенсивности регистрируемых землетрясений, а также выявляется приуроченность их к тем или иным геологическим структурам и областям проявления интенсивных новейших тектонических движений. Оптимизация сейсмических наблюдений достигается путём рационального выбора места расположения сейсмических станций, обеспечивающего хорошую «видимость» сейсмоактивных зон и минимальный уровень сейсмических шумов – микросейсм (см. Сейсмическая служба).
Уточнение сейсмического районирования производится с помощью сейсмического микрорайонирования на основе инженерно-геологических изысканий и сейсмометрических инструментальных наблюдений. Эти исследования обеспечивают необходимыми данными сейсмостойкое строительствои составляют предмет инженерной С.
Важная проблема С. – получение фактических данных, интерпретация которых позволяет составить представление о строении «твёрдой» Земли, т. е. её коры, мантии и ядра. Основной материал для этого дают сейсмические волны и изменение их скоростей в недрах Земли. Эта задача решается, исходя из сейсмического годографа.
С начала 70-х гг. 20 в. развивается новое направление в С. (физика очага землетрясения), которое синтезирует данные собственно С., 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.
Современная С. располагает высокочувствительной измерительной аппаратурой; информация, полученная на сейсмических станциях, обрабатывается с помощью ЭВМ и автоматических устройств. Разработкой приборов и методов регистрации сейсмических колебаний занимается специальный раздел С. – сейсмометрия.
С. возникла в связи со стремлением объяснить причины разрушительных землетрясений и изыскать способы постройки сейсмостойких зданий. Как самостоятельная наука С. начала развиваться во 2-й половине 19 в. в связи с достижениями геологии и физики. С конца 19 в. в С. стали применяться инструментальные наблюдения и физико-математические методы исследования. Большой вклад в формирование С. внесли: русский учёный Б. Б. Голицын, немецкий геофизик Э. Вихерт (конец 19 – начало 20 вв.), Б. Гутенберг, английские учёные Дж. Милн (2-я половина 19 в.), Х. Джефрис, югославский геофизик А. Мохоровичич, японский учёный Ф. Омори (начало 20 в.) и др. В России в 1888 была создана Сейсмическая комиссия Русского географического общества. Начало инструментальной С. связано с Постоянной центральной сейсмической комиссией Петербургской АН (1900). В СССР основные исследования по С. ведутся институтом физики Земли им. О. Ю. Шмидта АН СССР (с 1928 по 1947 – Сейсмологический институт АН СССР, с 1947 по 1956 – Геофизический институт). В 30-х гг. начали создаваться сейсмологические учреждения в союзных республиках. В 1974 исследования по С. велись более чем 30 специальными учреждениями, координируемыми Междуведомственным советом по сейсмологии и сейсмостойкому строительству при Президиуме АН СССР (МСССС).
Международные связи по С. осуществляет Международная ассоциация сейсмологии и физики земных недр при Международном союзе геодезии и геофизики. Основные органы периодической печати по С. в СССР – «Известия АН СССР. Серия геофизическая» (с 1965 – Серия физики Земли); за рубежом – «Bulletin of the Seismological Society of America» (Stanford, с 1911), «Bulletin of the Earthquake Research Institute, Tokyo University» (Tokyo, с 1926), «Journal of Physics of the Earth» (Tokyo, с 1952); «Geophysical Journal. Royal Astronomical Society» (L., с 1958).
Лит.: Саваренский Е. Ф., Кирнос Д. П., Элементы сейсмологии и сейсмометрии, 2 изд., М., 1955; Голицын Б. Б., Избр. труды, т. 1—2, М., 1960; Атлас землетрясений в СССР, М., 1962; Медведев С. В., Инженерная сейсмология, М., 1962; Предсказание землетрясений. Сб., пер. с англ., М., 1968; Сейсмическое районирование СССР. Сб., М., 1968; Экспериментальная сейсмология. Сб. ст., М., 1971; Саваренский Е. Ф., Сейсмические волны, М., 1972; Поиски предвестников землетрясений на прогностических полигонах. [Сб. ст.], М., 1974; Физика очага землетрясений, М., 1975.
Е. Ф. Саваренский.
