1. сейсморозвідка
2. Суворі сибірські дослідження
3. Макро і мікро
4. Tyrannosaurus Rex
5. Вузька спеціалізація

Люди здавна бояться землетрусів. Розсерджена планета здатна знищувати міста і перетворювати цілі країни в постапокаліпсіческіе пустелі - згадати хоча б недавні трагедії на Гаїті, в Чилі, Японії. А ось сейсмологи займаються тим, що викликають землетруси штучно.

Все почалося 4 вересня 2010 року. На Південному острові Нової Зеландії, в регіоні Кентербері стався потужний землетрус магнітудою 7,1. Для столиці регіону, міста Крайстчерч, це не було новиною - з моменту його заснування він чотири рази руйнувався землетрусами, просто останнім сталося майже століття тому, і жителі міста вважали, що планета під їх ногами нарешті заспокоїлась. Але не тут-то було.

Треба сказати, що Крайстчерч - другий за величиною місто Нової Зеландії, великий промисловий і культурний вузол, і йому, в принципі, пощастило, тому що епіцентр розташовувався на захід від міста, приблизно в 40 км. Наслідки виявилися неприємними - зруйновано кілька будівель, у тому числі пов'язані з енергетичною інфраструктурою (три чверті міста деякий час залишалися без світла), але загиблих не було, та й поранених виявилося всього двоє людей.

Здавалося б, все, пережили. Але підземні поштовхи не припинилися. Найчастіше афтершоки (наступні за основним піком землетрусу поштовхи) тривають кілька годин або днів - але в даному випадку вони не закінчилися ні через тиждень, ні навіть через місяць. Служба GeoNet фіксувала це дивне явище як низку послідовних землетрусів з невеликими магнитудами, до 3,5 бала. Місто відбудовувався і жив своїм життям, просто іноді його потрясивает. А 22 лютого 2011 року вдарило знову.

сейсморозвідка

Штучне струс земної поверхні і надр - це поширена практика, яка має на різні цілі. Найчастіше машини-сейсмовібратори використовуються для розвідки покладів нафти і газу. Суть методики в наступному: геофізики штучно збільшують тиск в товщі порід, чим викликають пружні хвилі, які розповсюджуються вглиб і зустрічають на своєму шляху скельні породи різних складів, порожнечі, басейни і т. Д. Кожна перешкода змінює силу і швидкість поширення хвиль - частина їх відбивається і повертається, частина заломлюється, частина поширюється далі. За зоні збудження розставляються сейсмографи, що фіксують коливання; після прийому дані надходять на сейсморозвідувальні станцію і перетворюються в корисну інформацію.

Суворі сибірські дослідження

Дослідження, пов'язані з моделюванням землетрусів, ведуться по всьому світу. Практично всі великі сейсмологічні інститути мають обладнання для імітації катаклізму, правда, не завжди мобільне. Одна з великих сейсмонебезпечних зон на території Росії знаходиться на озері Байкал. Це Байкальська рифтова зона, або Байкальський розлом, де земна кора стає тоншою і магма дуже близько підходить до поверхні. Група дослідників на чолі з начальником сейсмологічної служби Інституту земної кори Сибірського відділення РАН Валерієм Ружич вже багато років проводить там різні дослідження. Кілька років тому вчені розробили оригінальну методику: потенційне землетрус можна попередити, провівши ряд локальних вибухів на ділянці розламу. А в 2014 році дослідники представили пристрій для моделювання сейсмічних явищ. 600-кілограмова плита розміщується на ділянці природного розлому і, вібруючи, провокує природне струс в розломі. Дані фіксуються, що дозволяє спрогнозувати ймовірність повноцінного землетрусу в зоні Байкалу і навіть запобігти його, знявши напругу спрямованим впливом на небезпечну зону.

Викликати хвилі можна за допомогою спрямованих вибухів або ударів по земній корі, але частіше використовуються спеціальні машини - так звані сейсмічні вібратори на мобільних платформах. Зазвичай сейсмовібратор являє собою комплекс, який встановлюється на серійне шасі. Перші радянські мобільні системи з'явилися в 1970-х роках (СІ-32, СВ-5-150) і кріпилися найчастіше на платформах «Уралов-375» або - для важкопрохідних сибірських регіонів - на гусеничні всюдиходи.

Сьогодні у виробництві сейсмовібратори лідирують США. Найбільші американські виробники - компанія Industrial Vehicles International (IVI) з Тульс (Оклахома) і INOVA (Х'юстон, Техас). На третьому місці - французька Sercel. IVI виробляє вібраційні установки серії Minivib масою до 12 т і більш серйозні пристрої серій HEMI і ATS до 28 т - вони використовуються для тестування грунту при початку будівництва нових будівель або, наприклад, в точках, де планується видобуток корисних копалин. Системи встановлюються на мобільні шасі EnviroVibe 2 і Birdwagen, розроблені спеціально для вібросістем, а також на серійні вантажівки і пікапи.

До Росії аналогічне обладнання поставляє американо-китайська компанія INOVA - в її модельному ряду мобільні вібросейсміческіе джерела для сейсморозвідки AHV-IV масою до 36 т. INOVA сама виробляє шасі для джерел, але їх система PLS-362 встановлюється в тому числі і на російські шасі - башкирська компанія «Витязь» ставить їх на потужні гусеничні транспортери ДТ-30, здатні пробитися через будь-який тайговий бурелом. Втім, у нас робляться і власні сейсмовібратори - в Армавірі ( «Точмашпрібор»), для установки на базові шасі ГАЗ або «Урал».

Сейсмовібратор HEMI 60 компанії Industrial Vehicles International в дії. Максимальна теоретичне зусилля - 275 кН, частоти - від 1 до 250 Гц. Паралельно можуть працювати кілька машин з аналогічними вібраторами - для посилення впливу.

«Вібромобілі» - це дуже вузькоспеціалізоване обладнання, затребуване в певних зонах і умовах. Найчастіше сейсмічні дослідження проводять оператори, що мають в своєму розпорядженні «флот» сейсмічних вібраторів і станцій сейсморозвідки. Але є у вібраторів і ще одне призначення, крім з'ясування структури надр, - наукове.

Макро і мікро

У Крайстчерчі відбулася рідкісна і досить неприємне явище. Афтершоки поступово перейшли в форшоки - поштовхи, що передують основному землетрусу. Вони спровокували новий удар меншої магнітуди (6,3), але значно більш руйнівний через близькість епіцентру - він розташовувався всього в 10 км від центру міста, причому Гіпоцентр знаходився на глибині 5 км, тобто катастрофічно близько до поверхні.

Так виглядає сейсмопріемнік

Лютневе землетрус став другим за кількістю жертв за всю історію країни - загинуло 185 осіб; постраждав не тільки Крайстчерч, але і багато прилеглі містечка. Афтершоки після цього удару - магнітудою до 6,4 бала! - тривали до початку 2012 року. Велика частина людей загинула в момент одноразової обвалення телевізійного центру регіону Кентербері, понад 6500 жителів отримали поранення. Повністю зруйновано більше сотні будівель (в основному - вище п'яти поверхів), але постраждали практично всі будови як в Крайстчерчі, так і в сусідніх містах, Літтлтоні, Самнері, Редкліффсе. Сумарні фінансові втрати регіону склали понад $ 40 млрд.

Так чи інакше, безперервне дворічне землетрус з трьома потужними «пострілами» магнітудою понад шість балів зацікавило сейсмологів з усього світу. Одна з його причин - Кентерберійська земля. Крайстчерч стоїть на якійсь подобі вази з желе - велика маса болотистій, хиткою грунту в пологій ємності, утвореної жорсткої гірською породою. Це «желе» сприймає коливання скелі, підсилює їх за рахунок власних коливань і втрачає жорсткість, в результаті чого будівлі «тонуть» в утворюються розломи.

Схема роботи сейсморозвідувальних комплексу Hawk компанії Nova
1. Мобільний джерело сейсмічних хвиль. 2. Сейсмоприймачі. Вони фіксують відбиту хвилю і передають її у вигляді даних аналітичного центру. 3. Мобільний аналітичний центр (сейсморозвідувальні станція). Тут інформацію обробляють і отримують підсумковий результат. 4. Блок зв'язку.

В середині 2012 року, після всіх афтершоків, професор Техаського університету в Остіні Брейді Кокс приїхав в Крайстчерч, щоб вивчити обстановку. Він встановив сейсмометри у всьому регіоні і провів детальний аналіз мікрострусів земної поверхні. За підсумками було прийнято рішення привезти тиранозавра.

Tyrannosaurus Rex

Крайстчерч здався Коксу ідеальним випробувальним плацдармом для симулятора землетрусів T-Rex. Ця машина (як і її брат-близнюк Liquidator) була побудована компанією IVI на платформі Birdwagen для програми Network for Earthquake Engineering Simulation (NEES) в 1999 році і з тих пір багато разів вдосконалена. Основне завдання T-Rex - повноцінна симуляція землетрусу, тобто генерування потужних динамічних сил одночасно по трьох осях координат, як це відбувається під час реального катаклізму.

Маса T-Rex - 29? 030 кг, на його рухомій рамі встановлена ​​плита площею 4,11 м², що входить в безпосередній контакт із землею. За командою оператора плита починає вібрувати з певною частотою (від 5 Гц), викликаючи вертикальні сили до 267 і горизонтальні - до 133 кН.

Liquidator зовні схожий на T-Rex, але має відмінні від «колеги» характеристики. Ця машина призначена для роботи на дуже низьких частотах - від 0,5 до 4 Гц - і може викликати сили за двома координатним осях (вертикальної і горизонтальної, перпендикулярної автомобілю). Максимальна генерується сила - 89 кН; при частоті нижче 1,3 Гц вона починає знижуватися. Машини можуть працювати і в парі.

Nomad 90 Сейсмовібратор Nomad 90 французької компанії Sercel здатний надавати на землю вплив до 400 кН з частотою до 250 Гц. Це один з найпотужніших серійних мобільних вібраторів в світі.

Імітація землетрусів грає в сейсмології не меншу роль, ніж в георозвідки. У процесі дослідження сейсмологи можуть простежити, як поводяться різні типи грунтів і скель під час землетрусу - то, що вкрай рідко виходить зробити під час реальних катаклізмів. Коли відбувається справжній землетрус, першим завданням стає порятунок людей, запобігання пожежам та іншим наслідкам. Більш того, працювати безпосередньо під час землетрусу найчастіше просто небезпечно. Симуляція ж дозволяє в спокійній обстановці провести необхідні заміри для якісного прогнозування природних катастроф. Природно, для кожної конкретної географічної позиції прогнозування працює по-своєму; саме тому T-Rex закотили в трюм вантажного корабля «Тонсберг» і відправили в Нову Зеландію, точніше, в саму сейсмонебезпечних її область. Безпосереднє дослідження грунтів Кентербері дозволить мінімізувати втрати від прийдешніх землетрусів.

T-Rex Один з «героїв» статті, вібратор T-Rex, що належить сейсмологічної дослідницької організації NEES, на платформі IVI Birdwagen.

Вузька спеціалізація

До 2013 року проект NEES працював виключно в США - його лабораторії розташовувалися в 14 різних точках країни. Відправка T-Rex в Нову Зеландію вивела проект на новий, міжнародний рівень. Швидше за все, мобільні симулятори стануть тепер більш затребувані в світі: Індонезія, Філіппіни, Японія - хіба мало сейсмонебезпечних зон, які потребують дослідження.

IVI T-15000 Вібраційна система HEMI 50, що встановлюється на серійне вантажне шасі, на піку здатна розвивати силу в 223 кН. Такі системи не настільки потужні, але значно більш бюджетні, ніж встановлені на спеціалізоване шасі.

Після прибуття на місце роботи T-Rex починає розмірно стрясати землю, постійно змінюючи напрямку вібрацій (це робиться одним натисканням кнопки), щоб створювати безсистемні, багаторазово самопересекающиеся сейсмічні хвилі. Інженери збирають інформацію щодо того, при якій комбінації струсів небезпека найбільш велика. Виходячи з цього, нові сейсмостійкі будівлі в регіоні можна будувати з упором на захист від конкретних загроз. Тобто, наприклад, якщо максимальний ефект досягається на низьких частотах (коли грунт м'яка і шарувата), конструкція будівлі повинна бути одного типу, якщо на високих - іншого.

«Сейсмотехніка» SV-30 / 120M Сейсмовібратор білоруського виробництва - SV-30 / 120M гомельського підприємства «Сейсмотехніка» на шасі МЗКТ-65251-010 «Волат». За характеристиками не поступається закордонним аналогам і широко використовується в країнах СНД і Східної Європи.

T-Rex дає вичерпну інформацію про грунти і їх властивості в плані поширення сейсмічних хвиль. Іноді ця інформація переноситься і на інші схожі регіони; наприклад, дослідження в Крайстчерчі застосовні для грунтів, що оточують Лос-Анджелес або Солт-Лейк-Сіті. Тут треба зауважити, що в США таких серйозних землетрусів, як в Новій Зеландії, не було вже багато десятиліть - це послужило однією з причин «інтернаціоналізації» проекту. Вченим потрібні були нові дані для досліджень.

Крім T-Rex і Liquidator, у NEES є ще й третя машина-симулятор, Thumper - пакет обладнання, встановлений на серійний пікап Ford F650. Перші дві машини розвивають максимальну швидкість не більше 25 км / год і в принципі не можуть пересуватися по дорогах загального користування, Thumper ж зберіг всі риси звичайного автомобіля. Він створює вібрацію в трьох площинах з частотами понад 200 Гц і використовується як для дослідження грунтів на пустирях, так і для випробування вже побудованих споруд в межах міста.

Росії, в принципі, пощастило в плані сейсмічної ситуації. Землетруси в Японії, Новій Зеландії, Китаї, на Філіппінах, навіть в Італії можуть бути значно більш руйнівними. Основні зони небезпеки у нас знаходяться на Далекому Сході, а найбільшим землетрусом в Росії (з урахуванням історії Української РСР) стала трагедія в міському селищі Нефтегорськ на Сахаліні в 1995 році: населений пункт був повністю зруйнований, загинуло 2040 осіб з 3197 жителів. Сьогодні все будівлі в тих районах будуються з урахуванням вимог сейсмостійкості, а вчені-сейсмологи проводять попередні дослідження. Штучний виклик землетрусу в даному випадку - це щось на зразок вакцинації, необхідної для запобігання цій хворобі.

Стаття «стрясають землю» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №2, Березень 2015 ).