• суббота, 20 Апреля, 15:16
  • Baku Баку 23°C

Вероятностная оценка - мировой тренд

12 января 2020 | 14:00
Вероятностная оценка - мировой тренд

НАУКА
В Харьковском авиационном институте Национального аэрокосмического университета им.Жуковского, на кафедре геоинформационных технологий и космического мониторинга Земли факультета ракетно-космической техники успешно защитил магистерскую диссертацию инженер отдела сейсмологии и сейсмической опасности Института геологии и геофизики Национальной академии наук Азербайджана (НАНА) Имран Муради.
Диссертация была посвящена оценке сейсмической обстановки Абшеронского полуострова по результатам комплексного анализа данных контактных измерений и космического мониторинга Земли. Научными руководителями молодого ученого стали доктор технических наук профессор Бутенко О.С. и завотделом сейсмологии и сейсмической опасности ИГГ, доктор наук по наукам о Земле, доцент, профессор НАНА Гулам Бабаев, который и поделился с читателями нашей газеты о целях исследований Имрана Муради, работе над ними и об успешных результатах.
Как известно, землетрясение является одним из самых разрушительных и неизбежных природных катастроф. В последние годы наблюдается заметное повышение сейсмической активности, которое наносит серьезный урон инфраструктуре и является причиной многочисленных людских потерь. В качестве примера можно привести целый ряд сильных землетрясений, произошедших в мире за 2007-2018 гг.
Разрушительные последствия сильных землетрясений и гибель людей еще раз доказывают, что человечество в целом бессильно перед этой природной катастрофой, несмотря на то, что в последние годы при оценке сейсмической опасности сейсмологи во многих странах мира применяют новые современные методы и научные подходы.
Методика глобальной GPS
- Итак, главная цель работы вашего подопечного?
- Повышение качества оценки сейсмической ситуации Абшеронского полуострова с применением методов дистанционного зондирования Земли и контактных исследований, рассматривая также особенности геодинамической обстановки.
Контактные исследования позволяют получить сведения о качественных и количественных характеристиках, изучить взаимосвязи и взаимозависимости явлений, установить динамику явлений, и в конечном итоге нанести данные мониторинга. С целью изучения движения и деформации земной коры на Абшеронском полуострове в работе применяются различные методы геодезии и сейсмического мониторинга. В последние годы среди современных методов интенсивно используются методы космической геодезии, среди которых - методика глобальной системы позиционирования - GPS (Global Positioning System) и новое направление исследований, так называемая спутниковая радарная интерферометрия (Interferometric Synthetic Aperture Radar - InSаR).
На Абшеронском полуострове периодически происходит деформация поверхности Земли в результате землетрясений, проявления грязевого вулканизма и изменения направления грунтовых вод. В связи с этим постоянное изучение активности деформации поверхности, в частности, с применением спутниковых радаров с синтезированной аппаратурой (InSAR) становится все более актуальным. Суть методов состоит в том, что в результате интерферометрической обработки снимков, сделанных парой спутников InSAR с разницей во времени, составляются карты вертикальных движений поверхности. Анализ сейсмического режима Абшеронского полуострова становится необходимым приоритетом в проведении мероприятий, направленных на снижение степени сейсмической опасности исследуемой территории. Одной из таких методик изучения степени сейсмической опасности стала оценка стационарности сейсмических процессов, которая является одним из направлений методики вероятностной оценки сейсмической опасности.
- Известно, что в тектоническом понимании территория Азербайджана располагается в зоне активного столкновения (коллизии) двух континентов: Африканского и Евразийского…
- Совершенно верно. В целом территория Абшеронского полуострова расположена в пределах центральной части Средиземноморского подвижного пояса и характеризуется высокой активностью - как результат динамики структурных единиц литосфер Аравийской и Евразийской плит, а Абшеронский полуостров является юго-восточной конечностью Главного Кавказского хребта. Практически на всем своем протяжении Средиземноморский подвижной пояс характеризуется высокой сейсмичностью, активным современным магматическим и грязевым вулканизмом, широко развитыми оползневыми процессами, контрастным характером современных вертикальных и горизонтальных движений, подтоплениями и другими активными геологическими процессами. Многолетние исследования в изучении геолого-геофизической характеристики Абшеронского полуострова показывают, что полуостров характеризуется сложной тектоникой, геоморфологией, разнообразием литологического состава пород, своеобразностью климата и характерными для этих мест физико-геологическими явлениями.
Основано на исследованиях
К основным задачам магистерской диссертации Муради Имрана относятся также проведение анализа существующих в мировой практике методов оценки опасности возникновения землетрясений, изучение напряженно-деформационных процессов земной поверхности на нефтегазовых месторождениях Абшерона геодезическими методами (в частности, нивелированием), обработка возможных поверхностных деформаций с использованием космического радара интерферометрии (InSAR).
Используемый в работе метод оценки сейсмической опасности основан на исследовании стационарности сейсмического процесса при изучении статистической закономерности сейсмичности региона и параметров сейсмического режима (элементы вероятностной оценки сейсмической опасности). Помимо того, метод основан на исследовании сейсмических воздействий и их расчете в значениях максимального ускорения грунта (МУГ, на английском - PGA) по сценарному землетрясению (элементы детерминистской оценки сейсмической опасности).
Детерминистский подход развивает конкретный сценарий землетрясения, на котором основываются оценки опасности сотрясения грунта.
- Можно ли более подробно о вероятностной оценке сейсмической опасности, о которой в последние годы стали говорить довольно часто?
- Вероятностная оценка сейсмической опасности стала мировым стандартным подходом и состоит из четырех основных стадий, некоторые из которых частично совпадают с теми этапами из детерминистского подхода, а именно - территория определения сейсмического источника, вероятностная характеристика активности очаговой зоны, выбор уравнения затухания в зависимости от специфики территории исследования в геодинамическом и тектоническом аспекте.
Сценарий землетрясения - это запланированный механизм/система, который позволяет правильно оценить масштаб землетрясения и дать корректную оценку результатам бедствий в будущем. Успешный сценарий вкладывает в себя данные определенного сейсмического события и содержит информацию о его возможных последствиях. Сценарий, который включает в себя целый комплекс геолого-геофизических, топографических, геоморфологических, сейсмологических данных, позволяет визуально проследить возможные последствия землетрясения и охарактеризовать территорию в сейсмическом понимании. При постановке успешного сценария наряду с сейсмологическими параметрами необходимо учесть все сейсмогенерирующие свойства исследуемого региона, а также литологический состав грунтов, как глубоких, так и приповерхностных пород. Для последнего пункта очень важно проанализировать ряд геологических профилей и скважинные данные…
В рамках поставленных задач
-… а также подготовить достоверную информацию?
- Да, чрезвычайно важным для подготовки сейсмического сценария является сбор и подготовка достоверной исходной информации: каталогов сейсмических событий, как за период инструментальных наблюдений, так и исторических событий. Сценарий состоит из полагаемого возникновения землетрясения определенного размера, произошедшего в определенном месте, обычно на сейсмически активном разломе. Идентификация места и характеристики всех существенных ощутимых землетрясений, которые могут повлиять на территорию исследования, как правило, на город.
При оценке, как было указано выше, необходимо учесть колебания грунта различных типов, литологический состав, а также геологические особенности, которые заметно влияют на горизонтальные и вертикальные составляющие колебаний грунта. В магистерской диссертации в качестве сценарного землетрясения было выбрано сейсмическое событие, произошедшее 25 ноября 2000-го года в Каспийском море и имевшее сильное сейсмическое воздействие на Абшеронский полуостров и, естественно на город Баку. Учет параметров сценарных землетрясений очень важен при инженерно-сейсмическом анализе, так как при этом оценивается частота возникновения каждого сценария и колебания грунта, а также вероятность усиления. Оценка сейсмической опасности, как детерминистской (базируемой на исследовании сценарных землетрясений), так и вероятностной, требует оценки ожидаемого колебания грунта территории исследования.
Еще одной задачей в магистерской диссертации Имрана Муради было изучение и оценка напряженно-деформированного состояния исследуемой территории с использованием снимков космического радара интерферометрии. В данной магистерской диссертации рассматриваются основная идея и методология обработки данных радарной интерферометрии.
- В чем заключается основная идея этого метода?
- В формировании интерферограммы, которая представляет собой результат композиции двух радиолокационных изображений одной и той же территории, содержащих информацию об амплитуде и фазе сигнала, и полученных идентичными радарами из близко расположенных точек орбиты. Данный метод эффективен при решении задач мониторинга динамики поверхности Земли за период между повторными радиолокационными съемками, выполненными со спутника, в частности: мониторинг землетрясений; мониторинг вулканической активности; мониторинг оползнеопасных участков; выявление просадок, деформации сооружений. Дифференциальная интерферометрическая обработка предполагает наличие пары снимков одного участка земной поверхности, полученных с двух близких, локально параллельных орбит спутника.
Изучение напряженно-деформационных процессов земной поверхности на нефтегазовых месторождениях Абшерона в магистерской диссертации осуществилось дешифрованием данных одного из методов геодезии - нивелирования. Нивелирование (процесс геодезических измерений) необходимо для определения превышения точек одной над другой и высот точек над уровнем моря при топографической съемке, составлении карт, планов, профилей, для установки строительных конструкций, для наблюдения за осадкой и деформациями зданий и поверхности грунта для строительства линейных сооружений. По поставленным задачам в диссертации наш магистр получил ряд интересных результатов.
Для интегрированного мониторинга объектов
- Например?
- Например, с целью выявления стационарности сейсмических процессов и «представительности» сейсмических событий, был произведен анализ построенных графиков накопления числа землетрясений различных энергетических классов с магнитудой М>4 за период 1931-2018 гг., произошедших в соседних с полуостровом очагах, который выявил четкое выделение отрезков, соответствующих определенным значениям средних. Выявленные изменения связаны, по-видимому, с «нарушением» стационарности сейсмического режима Абшеронского полуострова. Это, в свою очередь, указывает на изменение в этих годах «представительности» землетрясений.
Выявленные особенности развития сейсмических процессов, проявляющиеся в группировании землетрясений, свидетельствует об умеренном характере сейсмичности Абшеронской сейсмоактивной зоны. Слабые землетрясения в соседних очагах возникают в основном после проявления сильных, число которых затем уменьшается, причем в некоторых случаях процесс принимает затяжной характер. Для исследуемого сейсмического региона в среднем представительными являются землетрясения с энергетическим классом К=11÷12. В большинстве случаев ход их графиков неизменно соответствует закону повторяемости событий, где наблюдается «спокойное» течение процесса. Дальнейшие исследования упорядоченности возникновения сейсмических событий как во времени (повторяемость землетрясений), так и в пространстве (дистанцирование очагов) позволят более надежно выявить потенциальные очаги и увереннее оценивать сейсмическую опасность, что в свою очередь внесет существенный вклад в развитие представлений о сейсмогенезе, в совершенствовании сейсмогеодинамических моделей и методов вероятностного прогнозирования землетрясений.
Кроме того, на различных этапах исследования по методике детерминистской оценки сейсмической опасности была построена трехмерная карта максимального ускорения смещения грунта. Резкое уменьшение значения ускорений грунта, вероятно, связано с эффектом демпфирования грунта. Пиковые амплитуды горизонтальной компоненты ускорений наблюдаются в северо-западной и юго-западной частях Абшеронского полуострова. Минимальные значения соответствуют центральному и северо-восточному частям Абшеронского полуострова. Затухание максимального ускорения колебания грунта PGA наблюдается на территории поселка Балаханы, что связано с большим содержанием разнозернистых песков, супесей, суглинок, песчано-глинистых материалов в грунтовых толщах в окрестностях поселка, которые способствуют затуханию определенного количества сейсмической энергии.
Следует отметить, что хотя PGA и не характеризует полностью колебания грунта, являясь отдельным фактором, не включающим частоту, количество циклов, продолжительность колебаний, но пиковые ускорения грунта широко используются во всем мире в качестве основного критерия.
- Какие еще существуют параметры для оценки ущерба от землетрясений?
- Удобным параметром для оценки ущерба являются макросейсмические интенсивности. Представленные модели могут служить для проведения интегрированного сейсмогеодинамического мониторинга объектов в пределах нефтегазоносных месторождений в будущем. Помимо того, полученные результаты могут также использоваться в составлении модифицированных карт сейсмического микрорайонирования территорий нефтегазовых месторождений.
Для исследования вертикальных смещений земной поверхности территории Абшеронского полуострова использовались архивные изображения спутника Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER), зондирующего на длине оптических волн с длиной в 15 метров и спутников ERS и Radarsat. Методика в последние годы становится мощным инструментом для исследования деформации грунта и является эффективным инструментом для оценки эксплуатационной надежности и безопасности сооружений, построений и зданий.
- Какие выводы можно сделать по проведенным InSAR исследованиям?
- Непосредственно территория Абшеронского полуострова стабильна, и лишь немного подвержена неравномерным процессам вертикальных деформаций точек земной поверхности с наличием небольших участков просадок земной поверхности в среднем со скоростью до 8 мм/год. Построенные карты ожидаемых максимальных сотрясений грунта, смещений поверхности Абшеронского полуострова, а также графики, позволяющие анализировать сейсмический режим, могут служить для оценки сейсмического риска в будущем с целью выбора наиболее благоприятных участков на исследуемой территории первоочередной застройки крупных гражданских и промышленных комплексов, транспортной инфраструктуры. Полученные результаты исследования могут также служить при разработке мероприятий по сейсмостойкому строительству в пределах Абшеронского полуострова.
Галия АЛИЕВА
banner

Советуем почитать