Оценка сейсмических воздействий сильных землятрясений юго-западного фланга Байкальской рифтовой зоны

• Автор: Брыжак, Евгений Вадимович
• Шифр специальности: 25.00.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Т. РАСЧЁТНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ НА СЕЙСМИЧЕСКИЙ СИГНАЛ
1.1. Сравнительный анализ результатов расчетных методов оценки влияния грунтовых условий на сейсмический сигнал
1.2. Способ повышения эффективности расчетных методов оценки влияния грунтовых условий на сейсмический сигнал
1.3. Комплекс вспомогательных программ
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ СПЕКТРОВ АКСЕЛЕРОГРАММ С МАГНИТУДОЙ И РАССТОЯНИЕМ
2.1. Влияние верхней зоны разреза на амплитудно-частотный состав сейсмического сигнала на примере сейсмических станций Прибайкалья и Забайкалья
2.2. Эмпирические связи между основными динамическими характеристиками ускорений грунта от магнитуды и расстояния
2.3. Спектры ускорений колебаний, возбуждаемых землетрясениями юго-западного фланга Байкальской рифтовой зоны
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ИСХОДНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
3.1. Краткий обзор методов формирования исходного сигнала
3.2. Расчет акселерограмм сильных землетрясений для г. Иркутска из различных зон ВОЗ
3.3. Методика формирования исходного сейсмического сигнала с целью районирования сейсмической опасности городских агломераций
3.4. Пример использования методики формирования исходного сейсмического сигнала при комплексной оценке сейсмической опасности участка строительства аэропорта
«Г орячипск»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ. ПРОГРАММНЫЙ КОД
Графическая оболочка, повышающая эффективность расчётных методов оценки
влияния грунтовых условий на сейсмический сигнал
Программа конвертации файлов из формата «Диоген» в формат ХХхх
Программа обработки сейсмограмм по методу преломленных волн
Программа конвертации из формата ХХхх в формат SAF
Программа создания KML-файлов
Программа сохранения акселерограмм в формат Excel

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Сейсмические воздействия (амплитуды, длительность, спектральный состав и другие параметры акселерограмм и их спектров) характеризуют колебательное движение грунта при землетрясениях и поэтому являются основой при количественном сейсмическом районировании различной степени детальности. Очевидно, что в первую очередь для их оценки для каждого региона важно знать спектральный состав колебаний тех или иных грунтов при сильных землетрясениях. Однако относительная редкость возникновения последних и отсутствие на сегодняшний день местной инженерно-сейсмологической сети станций, необходимой для мониторинга различных кинематических элементов движений почвы при относительно сильных землетрясениях на различных по составу и состоянию грунтах, служащих основаниями сооружений, значительно усложняют эту задачу.
Целыо настоящей работы является рассмотрение сейсмических воздействий и их возможного прогнозирования для Байкальской рифтовой зоны. При этом необходимо получить не только спектры ускорений колебаний грунта при сильных землетрясениях, но и сами прогнозные акселерограммы, позволяющие оценить параметры сейсмических воздействий (амплитуды, длительность, спектральный состав и др.).
Основные задачи исследований:
1. Анализ основных методов, позволяющих учесть влияние грунтовых условий на записи землетрясений на сейсмических станциях и сейсмические воздействия на здания и сооружения.
2. Разработка программ по повышению эффективности расчётных методов учёта влияния грунтовых условий и других вспомогательных программ.
3. Анализ основных параметров сильных движений грунта в Байкальской рифтовой зоне за последние десять лет.
4. Получение эмпирических зависимостей основных динамических характеристик ускорений колебаний грунта от магнитуды и расстояния.
5. Реализация прогноза записей акселерограмм для различных эпицентральных расстояний, магнитуд и сейсмических воздействий для конкретных территорий БРЗ на случай сильных землетрясений.
6. Рассмотрение возможности применения расчётных акселерограмм при комплексной оценке сейсмической опасности территорий БРЗ.

Защищаемые положения:
1. Выбранный комплекс методов (инструментальных и расчетных) и разработанный пакет вспомогательных программ позволяют получить амплитудно-частотные и спектральные характеристики верхней зоны разреза, которые необходимы для оценки сейсмических воздействий сильных землетрясений.
2. Установленные эмпирические зависимости основных динамических характеристик ускорений колебаний грунта при землетрясениях от магнитуды и расстояния дают возможность реализовать прогноз акселерограмм сильных землетрясений для конкретных территорий Байкальской рифтовой зоны.
3. Разработанная методика формирования исходного сейсмического сигнала с учетом основных параметров зон возникновения очагов землетрясений является основой получения количественных характеристик сейсмических воздействий на здания и сооружения при районировании сейсмической опасности различной степени детальности. Это положение реализовано на примере конкретной строительной площадки.
Личный вклад и фактический материал. Исходными материалами в работе послужили инженерно-геофизические изыскания, проведённые на сейсмических станциях Прибайкалья и отдельных площадках в пределах Байкальской рифтовой зоны лабораторией инженерной сейсмологии и сейсмогеологии ИЗК СО РАН. Автор лично принимал участие во многих исследованиях, как на стадии измерений, так и на стадии интерпретации полученных геофизических параметров. Были выполнены следующие виды работ: сейсморазведка методом преломленных волн, электроразведка методами вертикального электрического зондирования, запись микросейсмоколебаний. Получен очень большой фактический материал. Также были использованы записи акселерограмм относительно сильных землетрясений сейсмическими станциями Байкальского филиала Геофизической службы СО РАН (БФ ГС СО РАН), произведенных в течение 1999 - 2012 годов.
Научная новизна. В настоящей работе предложен способ повышения эффективности расчетных методов оценки влияния грунтовых условий на сейсмический сигнал и разработано соответствующее программное обеспечение. Впервые для сейсмических станций Прибайкалья определены частотные характеристики верхней толщи разреза. Приведены основные параметры сильных движений грунта в Байкальской рифтовой зоне за последние десять лет. Получены эмпирические зависимости основных динамических характеристик ускорений грунта от магнитуды и расстояния. Показана возможность прогноза записей акселерограмм для различных эпицентральных расстояний

На рис. 2.2 видно, что частотные характеристики на разных станциях имеют разные уровни и формы. Наиболее выражены по уровню частотные характеристики тех сейсмостанций, приборы которых расположены на достаточно мощных рыхлых отложениях (станции “Иркутск”, “Кабанск”, “Северомуйск”, “Уоян” в таблице 2.1). Для сейсмостанций, где скальные или разрушенные скальные грунты подходят близко к дневной поверхности, уровень частотных характеристик практически постоянен во всем диапазоне частот, от 0,39 до 20 Гц. К последним относятся также частотные характеристики сейсмостанций, приборы которых расположены на вечномерзлых грунтах, таких как “Чара”, “Тупик”, “Орлик”, “Уакит” (см. рис. 2.2).
Вместе с тем для некоторых сейсмостанций наблюдается несовпадение частотных характеристик, полученных расчетным методом и методом спектральных отношений. Наиболее наглядно оно проявляется для сейсмостанции “Иркутск”. С целью уточнения этого расхождения была определена частотная характеристика верхней части разреза прямым способом. Для этого находилось отношение спектров записей поперечных волн при землетрясениях, зарегистрированных одновременно на изучаемом грунте (сейсмостанция “Иркутск”) и на полускальном грунте (сейсмостанция “Эталон”), сложенном песчаниками с Ур = 3000 м/с,-Уь = 1200 м/с, с = 2.3 г/см3 и Ь=10 м, лежащими на полупространстве, сложенном алевролитами с Ур-4200 м/с, V5=1700 м/с, с=2.42 г/см3 и 1і=ао. Расстояние между ними составляло 2,5 км.
На рис. 2.3 приведены спектры ускорений, зарегистрированные одновременно сейсмостанциями “Иркутск” и “Эталон”. Мощность изучаемых рыхлых отложений, сложенных суглинками, достигала Ь=30 м, т.е. являлась близкой к мощности рыхлых отложений сейсмостанции “Иркутск” (см. таблицу 2.1). Полученная таким образом частотная характеристика приведена на рис. 2.4.
Кроме того, для сейсмостанции “Эталон” была найдена частотная характеристика методом спектральных отношений, так же как для сейсмостанции “Иркутск”. С целью определения влияния непосредственно тридцатиметровой толщи суглинков частотная характеристика сейсмостанции “Иркутск” делилась на таковую, найденную для сейсмостанции “Эталон”. Таким образом, оценено влияние тридцатиметровой толщи суглинков на амплитудно-частотный состав сейсмического сигнала.