iv_g's Journal

Вероятностная оценка сейсмической опасности и карты ОСР-97
Сейсмическое районирование актуально для всей без исключения территории России, где даже на относительно спокойных в геологическом отношении равнинных территориях имели место, и возможны в будущем, достаточно сильные и разрушительные землетрясения. Значительную площадь занимают чрезвычайно опасные в сейсмическом отношении 8-9- и 9-10-балльные зоны.

Вероятностные оценки сейсмической опасности, начиная с середины прошлого столетия, широко используются в большинстве стран мира. Однако, как ни парадоксально, в нашей стране, где были созданы первые нормативные карты сейсмического районирования (Г.П.Горшков и др.) и впервые были разработаны методы вероятностных оценок сейсмических воздействий (С.В.Медведев, Ю.В. Ризниченко, В.И. Кейлис-Борок и др.), практически все карты сейсмического районирования (СР) территории бывшего СССР оказывались детерминистскими и не учитывали особенностей сейсмического режима регионов. Даже карта общего сейсмического районирования территории СССР выпуска 1978 г. (СР-78), в которую ее составителями были введены некие индексы 1, 2 и 3, якобы отражающие повторяемость сейсмических сотрясений один раз в 100, 1000 и 10000 лет, на самом деле не давала адекватных оценок сейсмической опасности, что явилось одной из причин недостаточной надежности этой карты. В частности, в результате такой индексации реальный инженерный риск, определяемый картой СР-78, оказался не единым для всех сейсмоопасных районов страны. Более того, как это будет видно на новых картах ОСР-97, составленных нами в 1997 году, совмещать такую разнородную информацию на одной и той же карте, по меньшей мере, некорректно, поскольку с увеличением периода "ожидания", на картах меняется не только номинал сейсмической интенсивности, но и конфигурация сейсмоопасных зон, поскольку "срабатывание" тех или иных сейсмогенерирующих структур непосредственно связано с продолжительностью заданного интервала времени.

Как показали наши исследования 1991-1997 гг., карта ОСР-78 на самом деле и не была "общей", поскольку составлялась из разрозненных фрагментов, созданных в разных республиках и регионах на основе разнородных исходных данных и различной, не всегда понятной, методики. Например, единый в сейсмогенетическом и сейсмогеодинамическом отношении Иран-Кавказ-Анатолийский регион, протяженностью около 3000 км, был искусственно (административно) разделен на части, каждая из которых исследовалась "самостоятельно" сейсмологами в каждой из шести бывших союзных республик - Азербайджане, Армении, Грузии, Туркмении, Украине и РСФСР.

Историю отечественных исследований по сейсмическому районированию - на плакате в конце этой страницы..

Карта ОСР-78 оказалась самой "невезучей" из всех предыдущих официальных карт сейсмического районирования выпуска 1937, 1957 и 1968 гг. Так, начиная со Спитак-Ленинаканской катастрофы, в течение относительно короткого отрезка времени на территории бывшего СССР одно за другим произошли разрушительные землетрясения, на 2-3 балла превысившие сейсмическую интенсивность, указанную на карте ОСР-78. Это, как уже сказано, Спитакское землетрясение 1988 г. в Армении, Зайсанское землетрясение 1990 г. - в Казахстане, Рача-Джавское 1991г. - в Грузии, Сусамырское 1992 г. - в Киргизии, Хаилинское 1991 г. и Нефтегорское 1995 г. - в России (в Корякии и на Сахалине). Местоположение очагов этих землетрясений указаны на карте ОСР-78.

В 2003 году произошло крупное землетрясение в Горном Алтае, не соответствующее прежней карте. В 2006 г. еще более крупное по магнитуде (М=7.6-7.8) землетрясение случилось на севере Камчатки, в Корякии, в районе Хаилинского землетрясения 1991 года.

Как видно, площади сейсмических зон и величина ожидаемого сейсмического эффекта на новых картах ОСР-97 (А, В, С) значительно увеличились, по сравнению с картой образца 1978 года. Гистограмма иллюстрирует соотношение размеров площадей с разной интенсивностью сейсмических воздействий на каждой из этих карт, по отношению ко всей площади территории Российской Федерации. Процент площадей для интенсивности VI, VII, VIII и IX баллов указан внутри гистограмм, а суммарная величина приведена на оси ординат слева.

Условия неопределенностей, которые в природе всегда существуют, делают неправомочным детерминистский подход к сейсмическому районированию. Оно может быть осуществлено лишь на вероятностной основе. Иными словами, риск всегда будет иметь место, но его необходимо свести к минимуму. Это и заложено в новых картах, позволяющих оценивать степень сейсмической опасности для объектов разных сроков службы и категорий ответственности на трех уровнях, отражающих расчетную интенсивность сейсмических сотрясений, ожидаемых на данной географической площадке с заданной вероятностью в течение определенного интервала времени.

В связи с вышесказанным, а также по ряду других объективных причин, при исследованиях в 1991-1997 гг. по Общему сейсмическому районированию Северной Евразии, охватывающей территорию России и сопредельных с ней стран, нами было принято решение создавать не одну карту, как делалось это прежде, а комплект вероятностных карт ОСР-97, отражающих равновероятную для конкретного уровня риска возможного превышения той или иной сейсмической интенсивности на всей исследуемой территории в течение заданного интервала времени.

Благодаря компьютерным технологиям, позволившим "активизировать" модель источников землетрясений, стало возможным составлять карты виртуальной сейсмичности на любой разумный интервал времени и изучать сейсмический эффект, создаваемый виртуальными очагами на земной поверхности. С учетом затухания сейсмического эффекта с удалением от сейсмических источников, нами выполнены расчеты и построены карты для периодов повторяемости сейсмических воздействий в среднем один раз в 100, 500, 250, 1000, 2500, 5000 и 10000 лет.

Основываясь на разработанной нами новой методологии, используя технологию современных географических информационных систем (ГИС) и созданную мощную цифровую базу однородных исходных данных, в 1991-1997 гг. было создано пять нормативных карт для разных периодов повторяемости сейсмических сотрясений - один раз в 100 лет (карта ОСР-97-0), в 500 лет, (карта ОСР-97-А), в 1000 лет (карта ОСР-97-В), 5000 лет (карта ОСР-97-С) и 10000 лет (карта ОСР-97-D), что соответствует разной степени вероятности (39%, 10%, 5%, 1% и 0.5%) возможного превышения сейсмической интенсивности в течение 50 лет.

От карты с периодом повторяемости в 100 лет сразу же пришлось отказаться по причине очень высокого риска, "предлагаемого" этой картой.

Для территории Российской Федерации карты ОСР-97 стали нормативными. В комплект карт, рекомендованный нами Госстрою России к применению в практике гражданского и промышленного строительства, вошли три (а не одна, как прежде) карты ОСР-97(А, В и С), предназначенные для обеспечения проектирования и сейсмостойкого строительства объектов разных категорий ответственности и сроков службы (см. раздел "Сейсмостойкое строительство").

Карта ОСР-97-D, предназначенная для безопасного размещения таких чрезвычайно ответственных объектов, как атомные станции, вошла в соответствующие нормы Минатома (см. раздел "Экологический надзор").

В 2000 г. карты ОСР-97 совместно с вспомогательными картами-врезками зон ВОЗ, сейсмичности и периодов повторяемости сотрясений различной интенсивности были опубликованы в настенном варианте в масштабе 1:8.000.000. В том же году Госстроем России комплект карт ОСР-97 введен в состав Строительных норм и правил (СНиП II-7-81*) "Строительство в сейсмических районах" (см. раздел "Сейсмостойкость").

Согласно новой редакции Строительных норм и правил (СНиП II-7-81*) "Строительство в сейсмических районах", карта ОСР-97-А рекомендована для использования при массовом промышленном и гражданском строительстве. Карты ОСР-97-В и ОСР-97-С предназначены для проектирования и строительства объектов повышенной ответственности и особо ответственных сооружений (здания и сооружения, эксплуатация которых необходима при землетрясении или при ликвидации его последствий - системы энерго- и водоснабжения, пожарные депо, сооружения связи; здания с одновременным пребыванием в них большого числа людей - вокзалы, аэропорты, театры, цирки, концертные залы, крытые рынки, спортивные сооружения; больницы, школы, дошкольные учреждения; здания высотой более 16 этажей; другие здания и сооружения, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным, экологическим последствиям и т.п.).

Новые карты сейсмического районирования территории Российской Федерации не только концептуально отличаются от всех карт, созданных в прежние годы, но и не имеют пока прецедента использования всего комплекта (а не одной карты) в мировой практике сейсмостойкого строительства. Благодаря конкретным вероятностным оценкам, эти карты впервые позволили реалистично оценивать степень сейсмического риска на конкретных территориях и для конкретных объектов.

Методология составления карт ОСР-97 получила международное признание, а карта ОСР-97-А всей Северной Евразии, представленная нами в пиковых ускорениях колебаний грунта, вошла составной частью в опубликованную в 1999 г. под эгидой ООН мировую карту глобальной сейсмической опасности (Global Seismic Hazard Map).

Сейсмический эффект, указанный на каждой из карт комплекта ОСР-97, отнесен к средним грунтовым условиям (грунты II категории по сейсмическим свойствам, согласно СНиП II-7-81*) и может быть уточнен в результате исследований по сейсмическому микрорайонированию (СМР, масштаб 1:50000 и крупнее).

Уточнение модели зон ВОЗ в более крупном масштабе (1:500.000 и крупнее), по сравнению с ОСР-97, должно осуществляться путем проведения исследований по детальному сейсмическому районированию (ДСР). Основой же всех последующих работ по ДСР и СМР непременно должны быть карты ОСР-97 (масштаб 1:2.500.000). Не менее важно, чтобы и карты ДСР, и карты СМР, были вероятностными и в обязательном порядке включали в себя принятые в ОСР-97 интервалы времени 500, 1000, 5000 и 10000 лет.

Еще раз необходимо подчеркнуть, что при одной и той же модели зон ВОЗ, характеризующейся конкретными долговременными средними параметрами сейсмического режима, изменение интервалов времени периодов повторяемости сейсмического эффекта приводит к изменению не только номиналов, но и конфигурации зон сейсмической интенсивности. Особенно четко это наблюдается на территории Восточно-Европейской платформы и Урала (см. карты ОСР-97). Природа такого явления объясняется последовательным проявлением в сейсмическом эффекте активности сейсмогенерирующих структур, характеризующихся даже очень продолжительными периодами повторяемости в них сейсмических событий. Прежде это обстоятельство, как уже сообщалось, к сожалению, не учитывалось.

На этот раз сейсмическим районированием впервые была охвачена вся обширная территория страны, включая платформы, шельфы внутренних и окраинных морей, а также сопредельные сейсмоактивные регионы. Впервые была создана унифицированная электронная база сейсмологических и других геолого-геофизических данных. Впервые была разработана единая, внутренне согласованная, модель зон возникновения очагов землетрясений на всей территории Северной Евразии. Впервые сейсмические очаги рассматривались не в виде точек, как прежде, а в виде реальных, протяженных на десятки и сотни километров, источников сотрясений.

Комплект карт ОСР-97 в 1998 году был удостоен Диплома первой степени Международной выставки-ярмарки "ИННОВАЦИИ-98" и Медали Всероссийского Выставочного Центра.

Наша работа по созданию новой методологии и комплекта карт ОСР-97 отмечена Государственной премией Российской Федерации 2002 года в области науки и техники.

Объяснительную записку к картам ОСР-97 можно найти здесь (pdf - 3284 Кбайт),
http://seismos-u.ifz.ru/pdf/explanatory-notes-ocp-97.pdf

а список населенных пунктов с указанием принятой для них балльности в разделе "Населённые пункты и баллы".
http://seismos-u.ifz.ru/localities.htm

Подробнее о методологии ОСР-97 можно узнать здесь (pdf - 3095 Kb).
http://seismos-u.ifz.ru/pdf/problem-SZ-1999.pdf

http://seismos-u.ifz.ru/zoning.htm