Казахстанский национальный центр данных — Некоторые термины
В сводках о происшедших землетрясениях часто употребляются различные сейсмологические термины о силе землетрясения, которые могут быть причиной путаницы в восприятии информации. Нужно четко понимать, что есть два различных параметра:
ИНТЕНСИВНОСТЬ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ (I — intensity) — сейсмический эффект, оцениваемый в баллах по описательной шкале интенсивности сотрясений земной поверхности. Шкала основана на реакции людей и предметов быта, поведении зданий и сооружений и на изменениях ландшафта, грунтов и т.д. Интенсивность от одного землетрясения различна в разных пунктах на поверхности Земли в зависимости от расстояния до эпицентра.
В Казахстане, как и в бывшем СССР, используется 12-балльная сейсмическая шкала MSK-64. Максимальное значение интенсивности в этой шкале, как и в большинстве других аналогичных шкал, составляет 12 баллов. Подчеркнем, что интенсивность при одном и том же землетрясении будет различной в разных пунктах на поверхности Земли. Сейсмический эффект, наблюдаемый в том или ином пункте, зависит как от величины (магнитуды) землетрясения, так и от удаленности этого пункта от эпицентра землетрясения, от глубины сейсмического очага, а также от условий в данном месте — качества грунтов и уровня грунтовых вод. В г.Алматы в историческом прошлом при сильнейших Верненском ( 1887 г .) и Кеминском ( 1911 г .) землетрясениях интенсивность достигала 9 — 10 баллов.
В других странах для оценки интенсивности используются разные шкалы. Например, в Японии пользуются 7-балльной шкалой сейсмической интенсивности (JMA). В США и Европе используется 12-балльная шкала ММ (модифицированная шкала Меркалли).
МАГНИТУДА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ (М, от латинского magnitudo — величина) — количественная характеристика величины очага землетрясения. Определяется по записям землетрясений (сейсмограммам) на сейсмических станциях. Это безразмерная характеристика, позволяющая сравнивать источники (очаги) землетрясений по их величине, силе. Понятие «магнитуды» было впервые введено Чарльзом Рихтером (1935) для классификации землетрясений по силе в очаге. Для определения магнитуды использовался логарифм измеренной на сейсмограмме амплитуды, которая затем приводилась к стандартному расстоянию. К настоящему времени в мире имеется множество различных шкал магнитуд, различающихся способом определения магнитуд. Это локальная магнитуда ( ML ), магнитуда по поверхностным ( MS ) и по объемным волнам ( mb, mpv ), по сейсмическому моменту ( MW ). Максимальное значение магнитуды по первоначальной введенной Рихтером шкале — около 9 единиц. По шкале моментных магнитуд MW, которая физически более обоснована для оценки самых сильных землетрясений, уже сейчас в мире известны очаги с магнитудой 9,5. Это, например, Чилийское землетрясение 22 мая 1960 года с Мw=9.5 и Суматринское землетрясение в Индонезии 26 декабря 2004 года с Мw =9.5, печально известное последовавшим за ним разрушительным цунами. Еще раз подчеркнем, что магнитуда характеризует очаг землетрясения. Для каждого события это одна величина. Когда говорят, что зарегистрировано землетрясение силой столько-то баллов по шкале Рихтера. — то это речь идет о магнитуде.
Магнитуда – безразмерная величина, помогающая классифицировать события по величине их очага.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КЛАСС (К) также, как и магнитуда, характеризует очаг землетрясения. Но это другая характеристика, прямо связанная с энергией высвободившихся при землетрясении сейсмических волн. Энергетический класс был введен в практику сейсмологических наблюдений советским сейсмологом Татьяной Глебовной Раутиан (1964). Энергетический класс – это десятичный логарифм энергии, высвобожденной из очага в форме сейсмических волн.
Шкала энергетических классов широко используется для классификации землетрясений на территории бывшего Советского Союза. Надо прямо сказать, что энергетический класс очень удобен при оценке слабых и средней силы землетрясений. Есть формулы, связывающие класс с магнитудой. Примерно можно сказать, что магнитуда 4 соответствует классу 10, магнитуда 7 классу 15. Но сильные землетрясения лучше оценивать значениями магнитуды.
Приложение: Краткое содержание Шкалы сейсмической интенсивности MSK-64 (Авторы: С.В.Медведев (СССР), Г.Шпонхойер (ГДР), В.Карник (Чехословакия) Классификация сооружений и повреждений:
Типы сооружений и зданий без антисейсмических усилений:
Тип А — здания из кирпича сырца, сельские постройки;
Тип Б — кирпичные, мелкоблочные, крупноблочные здания;
Тип В — каркасные железобетонные, панельные, рубленые избы.
Классификация повреждений:
1 степень — Лёгкие: трещины в штукатурке;
2 степень — Умеренные: небольшие трещины в стенах, дымовых трубах;
3 степень — Тяжелые: глубокие трещины в стенах, падение дымовых труб;
4 степень — Разрушения: сквозные трещины, обрушение частей зданий, внутренних стен;
5 степень — Обвалы: полное разрушение зданий;
Описание сейсмического эффекта:
1 балл — Неощутимое. Регистрируется приборами;
2 балла — Едва ощутимое. Колебания ощущаются лишь отдельными людьми на верхних этажах зданий;
3 балла — Слабое землетрясение. Ощущается некоторыми людьми, легкое раскачивание висящих предметов;
4 балла — Заметное сотрясание. Ощущается внутри зданий, раскачивание висящих предметов;
5 баллов — Пробуждение. Ощущается внутри зданий, на открытых участках, наблюдается раскачивание висящих предметов, возможны повреждения 1-й степени в зданиях типа А;
6 баллов — Испуг. Падает мебель, люди пугаются и выбегают на улицу, возможны повреждения 1-й степени в отдельных зданиях типа Б и во многих зданиях типа А, отдельные случаи оползней;
7 баллов — Повреждение зданий. Испуг и паника. Многие люди с трудом удерживаются на ногах, во многих зданиях типа В повреждения 1-й степени; во многих зданиях типа Б повреждения 2-й степени во многих зданиях типа А повреждения 3-й степени, оползни и трещины на дорогах;
8 баллов — Сильное повреждение зданий. Во многих зданиях типа В повреждения 2-й степени; во многих зданиях типа Б повреждения 3-й степени во многих зданиях типа А повреждения 4-й степени, случаи разрыва стыков трубопроводов, оползни и трещины на дорогах;
9 баллов — Всеобщее повреждение зданий. Во многих зданиях типа В повреждения 3-й степени, во многих зданиях типа А повреждения 5-й степени, случаи разрывы подземных частей трубопроводов, искривление ж/д рельсов;
10 баллов — Всеобщее разрушение зданий. Во многих зданиях типа В- повреждения 4-й степени, в отдельных 5-й степени. Здания типа Б- повреждения 5-й степени, большинство зданий типа А -повреждения 5-й степени. Опасные повреждения плотин, дамб, разрывы и искривления подземных трубопроводов. Появляются трещины в грунтах от 0,2 до 1,0 м . Возможны большие оползни на берегах рек;
11 баллов — Катастрофа. Разрушение зданий хорошей постройки, мостов, плотин, ж/д путей, шоссейные дороги приходят в негодность. Горные обвалы;
12 баллов — Изменение рельефа. Сильные повреждения, разрушения всех типов наземных и подземных сооружений. радикальные изменения земной поверхности.
Шкалы магнитуд | ООО «ИГИИС»
Магнитуда землестрясения (М, от латинского magnitudo — величина) — условная логарифмическая величина, определенная по инструментальным наблюдениям сейсмическими станциями и характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями или взрывами. Магнитуда позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии. Максимальное значение — около 9. Имеется много различных шкал магнитуд, включая локальную магнитуду (ML), магнитуду, определенную по поверхностным (MS) и по объемным волнам (mb), по сейсмическому моменту (MW). Более современной энергетической оценкой землетрясений являются моментные магнитуды MW, обусловленные сдвиговой подвижкой пород в сейсмическом очаге. Самые крупные землетрясения происходят на Земле, в среднем, один раз в год. Наибольшими из инструментально зарегистрированных землетрясений были Чилийское землетрясение 22 мая 1960 года с Мw=9.5 и относительно недавнее Индонезийское землетрясение 26 декабря 2004 года с аналогичной моментной магнитудой Мw.
Первоначальная шкала магнитуд была предложена Чарльзом Рихтером в 1935 г., поэтому в обиходе любое значение магнитуды ошибочно называют шкалой Рихтера.
В очаге землетрясения в результате быстрого смещения горных пород по существующему или вновь образованному разлому выделяется огромная энергия. Она проявляется в различных формах: механической, тепловой, в виде энергии электрического и магнитного полей и т.д. Большая часть механической энергии расходуется на разрушение горной породы в очаговой области землетрясения, на смещение блоков земной коры. И лишь небольшая часть энергии очага излучается во всех направлениях в окружающее пространство в виде сейсмических волн, которые пронизывают недра Земли и распространяются на большие расстояния. Достигая земной поверхности, они порождают те колебания почвы, которые воспринимаются как землетрясение.
Для характеристики величины землетрясений используются такие понятия, как магнитуда, энергетический класс и интенсивность.
Магнитуда землетрясений обычно определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала известна под названием шкалы магнитуд, или шкалы Рихтера (по имени американского сейсмолога Ч.Ф.Рихтера, предложившего ее в 1935 г.). Магнитуда землетрясения — безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения и некоторого стандартного землетрясения. Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине.
Возрастание магнитуды на одну единицу соответствует 30-кратному увеличению освобожденной энергии в эпицентре.
Максимальное значение магнитуды по введенной Рихтером шкале — около 9 единиц. Минимальные землетрясения, еще ощутимые без приборов, характеризуются магнитудой в пределах 2-3. Землетрясения меньших магнитуд регистрируются только чувствительными сейсмическими приборами.
Колебания почвы при землетрясениях с магнитудами, различающимися на единицу, отличаются по амплитудам сейсмических волн в 10 раз. Таким образом, замечаемые без приборов землетрясения от едва ощутимых до катастрофических, разрушительных, различаются по амплитудам волн, по крайней мере, в миллионы раз. С величинами сейсмической энергии, освобождаемой при землетрясениях, сопоставима энергия атомных и водородных взрывов.
У нас в стране, как и в других странах бывшего Советского Союза, употребляется еще одна характеристика величины землетрясения, эквивалентная магнитуде и называемая энергетическим классом (К).
Энергетические классы землетрясений варьируют в диапазоне значений от 0 до 18-20. В среднем по миру для пересчета магнитуд в значения энергетических классов К принята формула:
К=4+1,8М .
В свою очередь, энергетический класс связан с сейсмической энергией простым соотношением:
Е = 10К Джоулей.
Следовательно, магнитуду можно связать с сейсмической энергией следующим образом:
lg E = 4+1,8М.
Приведенный рисунок иллюстрирует среднее количество землетрясений разных магнитуд Ms, ежегодно происходящих на всем земном шаре.
Комплексные инженерные изыскания
Чарльз Рихтер изучает сейсмограмму. |
Магнитуда землетрясения, выделение энергии и сила сотрясения
Магнитуда
Источники/использование: общественное достояние.
Эскиз традиционного сейсмометра. (Общественное достояние. )Время, место и магнитуда землетрясения могут быть определены по данным, зарегистрированным сейсмометром. Сейсмометры регистрируют вибрации от землетрясений, которые проходят через Землю. Каждый сейсмометр регистрирует колебания земли прямо под ним. Чувствительные инструменты, которые значительно усиливают эти движения грунта, могут обнаруживать сильные землетрясения из источников в любой точке мира. Современные системы точно усиливают и записывают движение грунта (обычно в период от 0,1 до 100 секунд) как функцию времени.
Магнитуда — это сила землетрясения. Землетрясение имеет одиночную магнитуду. Сотрясение, которое оно вызывает, имеет много значений, которые варьируются от места к месту в зависимости от расстояния, типа материала поверхности и других факторов. Подробнее об измерениях интенсивности встряхивания см. в разделе «Интенсивность» ниже.
Типы величин
Величина выражается целыми числами и десятичными дробями. Например, магнитуда 5,3 — умеренное землетрясение, а магнитудой 6,3 — сильное. Из-за логарифмической основы шкалы увеличение величины каждого целого числа представляет собой десятикратное увеличение измеренной амплитуды по сейсмограмме .
При первоначальной разработке все шкалы магнитуд, основанные на измерениях амплитуд записанных сигналов, считались эквивалентными. Но для очень сильных землетрясений некоторые магнитуды занижают истинный размер землетрясения, а некоторые занижают размер. Таким образом, теперь мы используем измерения, описывающие физические эффекты землетрясения, а не измерения, основанные только на амплитуде записи сигнала. Подробнее об этом позже.
Источники/использование: общественное достояние.
Из книги Рихтера (1958 г.) «Элементарная сейсмология». (Общественное достояние.) локально, для которых ML и амплитуда короткопериодной поверхностной волны (Mblg) являются единственными величинами, которые могут быть измерены. Для всех других землетрясений шкала магнитуды момента (Mw) является более точной мерой размера землетрясения.Хотя подобные сейсмографы существовали с 1890-х годов, только в 1935 году Чарльз Ф. Рихтер, сейсмолог из Калифорнийского технологического института, ввел понятие магнитуды землетрясения. Его первоначальное определение применимо только к землетрясениям в Калифорнии, происходящим в пределах 600 км от сейсмографа определенного типа (торсионный прибор Вудса-Андерсона). Его основная идея была довольно проста: зная расстояние от сейсмографа до землетрясения и наблюдая за максимальной амплитудой сигнала, зарегистрированного на сейсмографе, можно было провести эмпирическую количественную оценку размера или силы, присущей землетрясению. Большинство землетрясений в Калифорнии происходят в пределах верхних 16 км земной коры; поэтому в первом приближении поправки на вариации глубины очага землетрясений были излишними.
Магнитуда землетрясения по Рихтеру определяется по логарифму амплитуды волн, зарегистрированных сейсмографами. Включены поправки на изменение расстояния между различными сейсмографами и эпицентром землетрясений.
Источники/использование: общественное достояние.
Поперечное сечение, показывающее область разлома и значения, используемые для расчета сейсмического момента. (Общественное достояние.)Величина момента (M W ) основан на физических свойствах землетрясения, полученных в результате анализа всех волновых форм, записанных при сотрясении. Сначала вычисляется сейсмический момент, а затем он преобразуется в магнитуду, примерно равную шкале Рихтера в диапазоне магнитуд, в котором они перекрываются.
Момент (M O ) = жесткость x площадь x подвижка
, где жесткость это прочность породы вдоль разлома, площадь это площадь разлома, который поскользнулся, и 0024 скольжение – это расстояние, на которое сместилась неисправность. Таким образом, более прочный горный материал, или большая площадь, или большее движение при землетрясении будут способствовать увеличению магнитуды.
Тогда,
Величина моментов (M W ) = 2/3 log 10 (M O ) — 9,1
См. Типы величин Таблица (ниже) для суммы типов. диапазоны величин, диапазоны расстояний, уравнения и краткое описание каждого из них.
Дополнительная информация о величинах
- Таблица типов величин
- Насколько сильнее землетрясение магнитудой 8,7, чем землетрясение магнитудой 5,8? Попробуйте сами калькулятор
- Образовательные ресурсы Magnitude
Высвобождение энергии
Источники/Использование: Некоторое содержимое может иметь ограничения. Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.
Магнитуда землетрясений и выделение энергии, а также сравнение с другими природными и техногенными событиями. (С любезного разрешения Incorporated Research Institutes for Seismology, IRIS.)Еще один способ измерить силу землетрясения — вычислить, сколько энергии оно высвободило. Количество энергии, излучаемой землетрясением, является мерой потенциального повреждения искусственных сооружений. Землетрясение высвобождает энергию на многих частотах, и для того, чтобы рассчитать точное значение, вы должны включить все частоты сотрясений для всего события.
Хотя каждое увеличение величины на целое число представляет собой десятикратное увеличение измеренной амплитуды, оно представляет собой Энерговыделение в 32 раза больше .
Энергия может быть преобразована в еще один тип величины, называемый Величина энергии (M e ) . Однако, поскольку магнитуда энергии и магнитуда момента измеряют два разных свойства землетрясения, их значения не совпадают.
Выделение энергии также можно грубо оценить путем преобразования величины момента M w в энергию с использованием уравнения log E = 5,24 + 1,44 M w , где M w — моментная магнитуда.
Интенсивность
Источники/использование: общественное достояние.
Вы это почувствовали? карта землетрясения M6.0 в Напе, Калифорния, 24 августа 2014 г. Эпицентр землетрясения показан звездочкой, а геокодированные значения интенсивности показаны маленькими цветными квадратами. Соответствующее значение MMI для каждого цвета показано в ключе внизу. (Общественное достояние.)В то время как магнитуда землетрясения представляет собой одно значение, которое описывает размер, существует множество значений интенсивности для каждого землетрясения, распределенных по географической области вокруг эпицентра землетрясения. Интенсивность — это мера сотрясения в каждом месте, и она варьируется от места к месту, в основном в зависимости от удаленности от зоны разрыва . Однако есть много других аспектов землетрясения и сотрясаемой им земли, которые влияют на интенсивность в каждом месте, например, в каком направлении произошло землетрясение и какой тип геологии поверхности находится прямо под вами. Интенсивность выражается римскими цифрами, например, VI, X и т. д.
Традиционно интенсивность является субъективной мерой, полученной из наблюдений человека и сообщений о сотрясении и повреждении войлока. Раньше данные собирались из почтовых анкет, но с появлением Интернета теперь они собираются с использованием веб-формы. Однако инструментальные данные на каждой станции могут использоваться для расчета расчетной интенсивности.
Шкала интенсивности, которую мы используем в Соединенных Штатах, называется Модифицированная шкала интенсивности Меркалли , но в других странах используются другие шкалы.
Для получения дополнительной информации об интенсивности
- Модифицированная шкала интенсивности Меркалли
- Величина и интенсивность — деятельность 4–12 классов: величина, интенсивность
- Карты распределения интенсивности и изосейсм для Нортриджа, Калифорния, землетрясение 17 января 1994 г., отчет USGS Open-File 95-92.
- Интенсивные образовательные ресурсы
Примеры
Эти примеры иллюстрируют зависимость и взаимосвязь характеристик местоположения (и глубины), величины, интенсивности и характеристик разломов (и разрывов).
Интенсивность сотрясений зависит от местной геологии
Источники/использование: общественное достояние.
Здесь показана амплитуда сотрясений, зарегистрированная тремя разными сейсмометрами во время землетрясения силой 6,9 балла в Лома-Приета, Калифорния, 19 мая 2019 года.89. Все 3 станции находятся примерно на одинаковом расстоянии от места землетрясения к югу, но тип местной геологии под прибором влияет на величину сотрясений в этом месте. Коренные породы трясутся меньше всего, а мягкая грязь больше всего. (Общественное достояние.)Интенсивность сотрясений зависит от глубины землетрясения
Источники/использование: общественное достояние.
Карты, показывающие интенсивность сотрясений от двух разных землетрясений примерно одинаковой магнитуды. (Общественное достояние.) 900:05 Сотрясения от землетрясения М6,7 в Нортридже, Калифорния, были более интенсивными и охватили более широкую территорию, чем чуть более сильное землетрясение М6,8 в Нисквалли, штат Вашингтон.Причина показана на двух поперечных сечениях ниже. Землетрясение в Нортридже было сильнее, потому что землетрясение произошло ближе к поверхности (3-11 миль), в отличие от более глубокого эпицентра землетрясения в Нисквалли (30-36 миль).
Источники/использование: общественное достояние.
Изображение, показывающее местоположение и глубину землетрясений в Нортридже и Нисквалли. (Общественное достояние.)Момент Высвобождения (Энергии) Множества Маленьких Землетрясений по сравнению с Одним Большим Землетрясением
Небольшие и средние землетрясения, часто происходящие по всему миру, высвобождают гораздо меньше энергии, чем одно сильное землетрясение.
Источники/использование: общественное достояние.
Этот график демонстрирует логарифмический характер магнитуд землетрясений и энерговыделения. (Общественное достояние.)
Что потребуется, чтобы вызвать землетрясение магнитудой N?
Если суммировать все выбросы энергии от всех землетрясений за последние ~110 лет, эквивалентная магнитуда ~ Mw9,95.
Если разлом Сан-Андреас разорвется от начала до конца (~1400 км) со средней подвижкой ~10 м, это вызовет землетрясение магнитудой 8,47.
Если южноамериканская зона субдукции разорвется от начала до конца (~6400 км) со средним сдвигом ~40 м, это вызовет землетрясение силой 9,86 балла.
Вам потребуется ~14 000 км длины разлома при сейсмогенной мощности в среднем 40 км (ширина 100 км), чтобы поскользнуться, и в среднем 30 м, чтобы произвести Mw 10.
Источники/использование: общественное достояние.
Карта, показывающая разлом длиной ~ 14 000 км, обведенный черным цветом, который потребуется для возникновения землетрясения силой 10 баллов.