Как наука помогает снизить ущерб от землетрясений в сейсмоопасных районах

Камчатка и Северные Курилы находятся на стыке Тихоокеанской и Охотоморской тектонических плит, вдоль Сахалина проходит несколько разломов, чем и объясняется высокая сейсмоопасность региона. На фоне прошедших этим летом сейсмособытий в очередной раз встал вопрос: может ли наука прогнозировать землетрясения заранее? Об этом "РГ" рассказал ведущий научный сотрудник Дальневосточного геологического института ДВО РАН, доктор физико-математических наук Алексей Коновалов. Ученый недавно защитил диссертацию, посвященную алгоритмам прогнозирования уровня сейсмической опасности.

Алексей Валерьевич, все-таки прогноз землетрясений возможен?

Алексей Коновалов: Вопрос важный, учитывая, что половина территории нашей страны подвержена этому природному явлению, а Сахалин и Курилы относятся к высокосейсмичным регионам, для которых оценка сейсмической опасности особенно актуальна. Ученые не делают прогнозов, но при помощи данных многолетних наблюдений и методов математического моделирования районируют территории по уровню сейсмоопасности. Графически это отражается на специальных картах.

Первые такие карты были разработаны еще советскими учеными, но они показывали те участки, где фиксировалась сейсмическая активность. Приведу исторический пример. Когда декабристов сослали в Иркутск, они занимались наблюдениями и записывали все сейсмические события. А вокруг города больше никто такой работы не проводил, и получалось, что Иркутск - самая сейсмоопасная территория.

Но, как показывает практика, там, где случилось землетрясение, потом долго бывает тихо, и наоборот - если землетрясения на определенной территории не происходили веками, они возможны в скором времени. Современные карты строят на вероятностном методе. Первыми его применили американцы и мексиканцы, с тех пор во всем мире развиваются эти школы. В России первые вероятностные карты появились в 1997 году. За разработку этого метода наши ученые были отмечены государственными премиями.

Для Сахалина и Курил такие карты тоже есть?

Алексей Коновалов: Безусловно. Они периодически актуализируются и отражают изменения в оценке сейсмичности острова. Например, раньше весь север Сахалина относился к шести-семибалльной зоне, что отчасти объясняет масштаб нефтегорской трагедии 1995 года. У построенных там домов был дефицит класса сейсмостойкости. В какие-то годы сейсмичность юга острова достигала семи баллов, потом ее понижали. В 2015 году Сахалин отнесен к восьми-девятибалльной зоне.

Эта балльность находит отражение в строительных проектах?

Алексей Коновалов: Сооружения возводят повсюду, в том числе и в десятибалльных зонах. Здесь важно понимать, какие физические процессы при землетрясении разрушают здания. А разрушает их сила, которая рассчитывается по второму закону Ньютона. Она равна произведению массы на ускорение.

Нормативное ускорение грунта заложено в строительных СНиПах. Для наглядности: пассажир самолета при взлете испытывает нагрузку в 1g. Для здания опасными считаются десятые доли g. Например, нагрузку около 0,4 g фиксируется при землетрясении в девять баллов.

Помимо ускорения грунта строителей интересует движение самого объекта. Здание разрушают инерционные силы. Оно как бы сопротивляется воздействию грунта. И чем жестче объект, тем землетрясение для него разрушительнее. Ключевая характеристика здесь - собственный период здания. Например, у небоскреба он около двух секунд, у моста с пролетом 300 метров - 18. То есть движение грунта и самого строения будут разными по силе и направлению, и эти параметры важно учитывать в расчетах, как и перемещение объекта относительно грунта.

Например, с увеличением периода это смещение возрастает, что критически важно при строительстве магистральных трубопроводов и других линейных объектов. Если правильно рассчитать реакцию здания на колебания, можно усилить ту область, которая подвержена наибольшему риску разрушения.

Как рассчитывается сейсмическая опасность?

Алексей Коновалов: Это вероятностная величина. Например, землетрясение такой силы, как в Нефтегорске, происходят раз в тысячу лет. Значит, вероятность его повтора в этом месте в ближайшие полвека очень мала. Почему полвека? Таков нормативный срок эксплуатации зданий, закладываемый при строительстве. На основе расчетов строится кривая опасности, которая показывает вероятность того, что нормативное значение ускорения здания будет превышено. Для разных объектов показатель свой. Для жилых домов норматив может быть выше, для школ, больниц- ниже, и тогда строители возводят здания с большим усилением, в расчете даже на редкие сейсмособытия.

Скажем, почему на Сахалине никогда не будет АЭС? Потому что стройка такой станции потребует большого усиления и окажется очень дорогой. По той же причине нефтеналивной терминал Де-Кастри проекта "Сахалин-1" построили не на острове, а на материке, где уровень сейсмической опасности, а значит и риски гораздо ниже.

Каждое землетрясение случайно и имеет отклонение от средних статистических значений. И задача инженерной науки состоит в том, чтобы учесть эти отклонения в моделях. Именно это краеугольный камень вероятностного анализа, который используется во всем мире.

Я построил модели затухания сейсмических ускорений, которых в России до этого времени не было, так как отсутствовали соответствующие данные. На выходе появилась карта сейсмической опасности. Важно понимать: если в СНиПах кривая вероятности построена на основе "средних по больнице" показателей, то в картах сейсмоопасности учтены региональные данные. Они не противоречат друг другу, просто вторые дают более точную и сбалансированную картину.

В чем практическая ценность таких карт?

Алексей Коновалов: На них наглядно представлены разломы и участки максимальной сейсмичности, которые при проектировании надо учитывать, чтобы минимизировать риски. В Японии, например, каждый разлом имеет свой паспорт и период повторяемости. Если этот период десять тысяч лет и сейсмособытия давно не было, значит, вероятность его в ближайшее время повышается, и наоборот. У нас таких паспортов пока нет, но их также можно создать на основе палеосейсмологии.

Кстати

Лучший вариант реагирования на ЧС - быть в готовности номер один. Группировка пожарно-спасательной службы Сахалинской области насчитывает более девяти тысяч человек и свыше четырех тысяч единиц техники. Создан резерв продовольствия, вещей, стройматериалов, медикаментов на сумму почти 300 миллионов рублей. Поскольку область расположена на островах, таких баз хранения шесть: в Южно-Курильске (о. Кунашир), селе Крабозаводском (о. Шикотан), Курильске (о. Итуруп), Северо-Курильске (о. Парамушир), в пгт Тымовское и областном центре.