Сейсмические факторы лавинообразования

Мокров, Евгений Геннадьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Сейсмические факторы лавинообразования
ВАК РФ 25.00.31, Гляциология и криология земли

Автореферат диссертации по теме "Сейсмические факторы лавинообразования"

На правах рукописи

МОКРОВ Евгений Геннадьевич

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ЛАВИНООБРАЗОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ХИБИН)

Специальность (25.00.31) - «Гляциология и криология Земли»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в ОАО «Апатит» и в Научно-исследовательской лаборатории снежных лавин и селей географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: кандидат географических наук

П.А.Черноус

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор доктор географических наук, профессор

Ю.Г.Симонов К.СЛосев

Ведущая организация: Институт географии Российской академии наук, г. Москва.

Защита состоится 14 апреля 2005 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета по геоморфологии и эволюционной географии, гляциологии и криологии Земли, картографии, геоинформатике Д-501.001.61 при Московском государственном университете по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 2J. этаж, аудитория 2109.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан марта 2005 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим отправлять по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, ученому секретарю Диссертационного совета Д-501.001.61

Факс: (095)932-88-36. E-mail: geoeco@geogr.msu.ru

Ученый секретарь диссертационного совета,

Доктор географических наук профессор Ю.Ф.Книжников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ежегодно в мире от лавин гибнет в среднем около 200 человек, в России - 20 человек (Селиверстов, 2004). Почти все горные районы Евразии, а также значительная часть горных районов Северной и Южной Америк подвержены лавинной опасности. Лавиноопасные районы занимают около 6% поверхности суши - 9253 тыс. км2. Площадь лавиноопасных территорий в Российской Федерации составляет 3077.8 тыс. км2 (18% от всей площади всех лавиноопасных районов Земли), 829.4 тыс. км2 относятся к категории потенциально лавиноопасных (Мягков, 1992).

О том, что землетрясения могут вызвать сход лавин известно давно. Наиболее ярким примером этого, является снежноледокаменная лавина с горы Уаскаран в Перу, в мае 1970 г. Снежная лавина, вызванная падением части ледника в результате землетрясения и трансформировавшаяся во время движения в грязекаменный поток, на своем почти двадцатикилометровом пути разрушила несколько населенных пунктов, в том числе город Ранраирка и часть города Юнгай. Число жертв составило 67 тыс. человек (Мягков, 1995). Массовый сход лавин отмечался также во время сильных землетрясений на Аляске в 1964 г. (Мягков, 1995) и на Северном Тянь-Шане в 1978 г. (Благовещенский, 1981). Казаков (2000), на основе анализа наблюдений за лавинами и землетрясениями на о. Сахалин за 1951-1993 г.г, указывает на частые совпадения дат землетрясений и массового схода лавин. Если сравнить географическое распространение лавин и землетрясений, можно отметить, что во многих местах земного шара сейсмоактивные районы одновременно являются и лавиноактивными. В России к таким районам относятся горы Сахалина и Камчатки, Алтай и Саяны, Северный Кавказ, хребты Становой, Верхоянский и Сунтар-Хаята. Широкое распространение в мире и в России, в частности, районов с возможным сейсмическим генезисом лавин делает изучение этих лавин актуальным.

Кроме этого, существует еще одна важная причина для исследования роли сейсмичности в образовании лавин. Многие годы для предупредительного спуска лавин используются взрывы. Взрывы сопровождаются сейсмическим эффектом, роль которого в образовании лавин до сих пор не ясна. В этой связи изучение влияния сейсмических колебаний, вызванных взрывами, на устойчивость снега на склоне и образование лавин является чрезвычайно актуальным для рационализации активных воздействий на снежный покров в горах с целью предотвращения лавинной опасности.

В настоящее время надежных данных о лавинах, вызванных сейсмическими событиями немного. О сейсмогенном образовании лавин более или менее надежно можно судить лишь в случае их массового схода, когда моменты времени сейсмического события и регистрации сошедших лавин достаточно близки. Даже если достоверно известно о

«сейсмическом происхождении лавины», очень редко для неё имеются данные измерений физико-механических характеристик снега, полученные в зоне зарождения лавины в моменты времени, достаточно близкие к сходу лавины. Данные инструментальных измерений характеристик сейсмичности в зонах зарождения лавин вообще отсутствуют. Именно дефицитом необходимых данных объясняется отсутствие моделей сейсмогенного лавинообразования. Планировать эксперименты по оценки влияния сейсмических колебаний, вызванных естественными землетрясениями, на устойчивость снега и образование лавин не реально из-за редкости этих событий. Существует, однако, возможность проводить исследования для лавин, вызванных искусственной сейсмичностью, связанной с взрывами. В связи с высоким уровнем сейсмичности, вызванным проведением горных работ ОАО «Апатит», и хорошей организацией наблюдений за снегом и лавинами в Центре лавинной безопасности ОАО «Апатит» (ЦЛБ), Хибины являются благоприятным местом для проведения таких экспериментов.

Цель и задачи работы. Основной целью диссертации является исследование влияния сейсмического воздействия на образование снежных лавин и разработка количественных методов оценки этого влияния. Для этого предлагается, используя физически обоснованные модели устойчивости снежного пласта на склоне, Определить условия, влияющие на его устойчивость и «спусковые механизмы», которые способствуют образованию лавин при сейсмических воздействиях.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи: обобщить и проанализировать сведения о лавинах, зарегистрированных ЦЛБ во время проведения технологических взрывов на рудниках ОАО «Апатит»;

провести измерения параметров сейсмических колебаний, вызванных взрывами, в том числе в зонах формирования лавин, на подстилающей поверхности (скале) и на поверхности снежного покрова;

разработать математические модели для оценки механической устойчивости снега на склоне с учетом дополнительной сейсмической нагрузки;

разработать методику пространственно-временной оценки устойчивости снега на. склоне, с учетом сейсмического воздействия.

Фактический материал и личный вклад автора. В основе диссертации лежат данные полевых, оценочных и аналитических исследований, проводившихся при непосредственном участии автора.

Работы проводились в двух областях: экспериментальной и теоретической. Экспериментальные работы включали: отработку методики и собственно сейсмологические измерения непосредственно в лавиносборах и местах к ним прилегающим; сбор данных о

снеге, необходимых для оценки его устойчивости; создание установки и методики для проведения лабораторных исследований влияния сейсмических колебаний на прочностные характеристики снега, а также сами измерения с помощью этой установки.

Теоретическая часть заключалась в построении математических моделей, учитывающих сейсмический эффект при оценке устойчивости снега на склоне. В этой области использовались методы обработки данных на ЭВМ, теории вероятностей и математической статистики, проводились численные эксперименты.

При работе над диссертацией были использованы следующие материалы: кадастр лавин ЦЛБ ОАО «Апатит», метеорологические и снеголавинные данные горно-лавинных станций, данные шурфований снежного покрова, данные о параметрах технологических взрывов, записи параметров сейсмических колебаний, топографические карты, справочные издания, научные отчеты ЦЛБ.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1.Получены уникальные данные о характеристиках сейсмических колебаний в зонах лавинообразования, вызванных взрывами.

2.Впервые, на основании собранных данных, оценена статистическая связь между сейсмическими событиями и образованием лавин.

3.Разработаны статическая и динамическая модели, в стохастическом и детерминированном вариантах, учитывающие влияния сейсмических колебаний на механическую устойчивость снега на склоне (без учета изменения прочностных характеристик нижележащего слоя) и их программные реализации.

4.На основе современных методов пространственно-временного моделирования развития снежного покрова разработана методика пространственно-временной оценки устойчивости снега, с учетом сейсмического воздействия.

5.Создана установка и разработана методика проведения лабораторных экспериментов по исследованию влияния сейсмических колебаний на изменение физико-механических свойств снега в лабораторных условиях для получения количественных показателей характеристик, влияющих на сейсмогенное лавинообразование.

Научные положения, выносимые на защиту:

1.Результаты оценки статистической связи между сейсмическими событиями и возникновением лавин.

2.Методы расчета механической устойчивости естественных масс снега на склонах гор с учетом сейсмического воздействия.

3.Метод пространственно-временной оценки механической устойчивости снега на склонах гор с использованием модели развития снежной толщи.

4.Методика для проведения экспериментальных работ в лабораторных условиях по исследованию влияния сейсмических колебаний на изменение прочностных характеристик снега.

Практическое значение. Методики оценки устойчивости снега на склоне использованы при разработке программного комплекса «Рабочее место прогнозиста лавин» для оценки лавинного риска, связанного с лавинами, вызванными сейсмическими событиями.

Публикации и апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Российских и международных симпозиумах, конференциях и совещаниях: ISSW-2000 в Big Sky (США, 2000 г.); II международной конференции «Лавины и смежные вопросы» в Кировске (Россия, 2001 г.), ISSW-2002 в Penticton (Канада, 2002 г.), "INTERPRAEVENT 2002" в Matsumoto (Япония, 2002 г.), гляциологическом симпозиуме "Будущее гляциосферы в условиях меняющегося климата" в Пущино (Россия, 2002 г.), VIII международной конференции "Глубинное строение и геодинамика фенноскандии, окраинных и внутриплатформенных транзитных зон" в Петрозаводске (Россия, 2002 г.), на EGS-AGU-EUG Joint Assembley в Nice (Франция, 2003 г.), II International Workshop on snow avalanches в Чили (2003 г.), International Symposium on snow and avalanches в Давосе (Швейцария, 2003 г.), ISSMA-2004 в Манали (Индия, 2004 г.), международной конференции «Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз, профилактика» в Кировске (Россия, 2004 г.), XIII Гляциологическом симпозиуме «Сокращение гляциосферы: факты и анализ» в Санкт-Петербурге (Россия, 2004 г.).

Результаты, полученные в диссертации, нашли отражение в отчетах по грантам Avalanche Hazard in Kola (Nordic Council of Ministers, 1999-2000, 2001-2002 г.г.), РФФИ «Теоретическое и экспериментальное моделирование влияния сейсмичности на механическую устойчивость снега на склоне» № 02-05-64569а.

По теме диссертации опубликовано 17 научных работ в российских и зарубежных научных изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего в себя 139 наименований, 12 приложений. Общий объем работы составляет ^/страницы, включающих 1 таблиц и 6,?рисунка.

Благодарности. Автор выражает свою благодарность работникам горно-лавинной станции «Центральная» ЦЛБ за помощь в организации и проведении экспериментальных работ. Автор особо признателен за помощь на всех этапах выполнения настоящей работы научному руководителю работы П.А. Черноусу, участвовавшим в проведении работы Ю.В. Федоренко, Е.Б. Бекетовой, а также оказавших неоценимую помощь в решении

материальных и организационных вопросов генеральному директору ОАО «Апатит» А.В. Григорьеву, Е.С. Трошкиной, Т.Г. Глазовской, Ю.Г. Селиверстову. Отдельные слова благодарности хочу выразить моему первому научному руководителю, безвременно ушедшему из жизни, С.М.Мягкову, который оказал большую поддержку на начальном этапе работы над диссертацией.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи работы, охарактеризованы её научная новизна, практическая значимость, приведены сведения об исходных материалах и методах исследования.

Первая глава посвящена описанию факторов лавинообразования, особенностей лавинообразования и лавинопроявления, сейсмической активности Хибинского горного массива.

Хибинские горы представляют собой идеальное место для получения экспериментальных данных о лавинах и сейсмичности. Сотни лавин сходят здесь ежегодно в течение 7-8 зимних месяцев. Среднее количество лавин за зимний период на территории, контролируемой ЦЛБ - 107, максимальное количество лавин - 223 было зарегистрировано в зиму 1983-1984 г.г. Максимальный суммарный объем лавин - 953 тысм3, в зиму 1956-1957 г.г., в эту же зиму был получен максимальный средний объем лавины - 14.7 тысм . Число дней с лавинами за зимний период, по данным ЦЛБ, составляет в среднем 44 при колебаниях от года к году в пределах от 22 до 71. В Хибинах наиболее распространенными и опасными являются пластовые лавины или так называемые лавины из снежной доски. Продолжительная метелевая деятельность с выпадением осадков способствует неоднородному распределению снега в зонах зарождения лавин, аккумулируя значительные массы снега на подветренных склонах за счет сноса снега с платообразных вершин. Превышение критической массы снега на склоне приводит к потере устойчивости снежного пласта, и как следствие, образованию лавины из снежной доски. Наблюдения в Хибинах показывают, что средняя толщина линии отрыва таких лавин находится в пределах 0.2-0.7 м, а наибольшая из всех наблюдавшихся равнялась 4 м. Плотность снега, из которого состоят снежные доски, может меняться от 150 кг/м3 до 450 кг/м3. Измерения в линии отрыва показали, что прочность снега на сдвиг по контактной поверхности, по которой сошли лавины, варьируется от 100 н/м2 до 5000 н/м2.

Пространственная изменчивость толщины и физико-механических характеристик снега в лавинных очагах очень велика и превышает их изменчивость во многих географических районах (Черноус, Божинский, 1986). При моделировании неустойчивых

состояний снега на склоне, вызванных сейсмичностью, использовались данные о дисперсиях и пространственных автокорреляционных функциях этих характеристик, полученных П.А. Черноусом (1986,1996).

Крупномасштабные взрывные работы, проводимые ОАО «Апатит» при добыче полезных ископаемых, обеспечивают высокий уровень сейсмической активности. Каждую неделю в подземных рудниках и карьерах проводится несколько мощных взрывов с количеством взрывчатых веществ от десятков до сотен тонн. Лавинные очаги Хибин находятся в непосредственной близости от производства горных работ и регулярно подвержены сейсмическому воздействию. Расстояния от мест производства взрывов до контролируемых ЦЛБ зон зарождения лавин варьируются от сотен метров до нескольких километров. Анализ, сошедших за последние годы (период 1989-2000 гг.) лавин, показал, что из общего количества лавин, ежегодно регистрируемых ЦЛБ, в среднем составляют: самопроизвольно сошедшие лавины - 60.11%; вызванные профилактическим минометным обстрелом - 10.56%; вызванные сейсмическим воздействием от технологических взрывов -22.04%; вызванные людьми в зонах лавинообразования - 0.55%; лавины, образование которых точно неопределенно - 6.74%.

Во второй главе представлены исследования влияния сейсмических событий на образование лавин и результаты измерений и анализа сейсмичности в зонах лавинообразования.

В первой части главы представлена статистическая оценка связи между сейсмическими событиями, вызванными взрывами, и возникновением снежных лавин.

Количество дней за зимний период (с 1989 по 2000 г.г.) с лавинами и взрывами, зарегистрированными в районе исследований, представлены на рис. 1.

----------!

120--- |

0-1-,---,-,-,-,---,-,-1

1989- 1900- 1991- 1992- 1993- 1994- 1999- 1996- 1997- 1998- 19991990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Рис. 1. Количество дней с лавинами и взрывами, зарегистрированными в районе г. Кировска в зимний период (с 01.10 по 31.05) с 1989 по 2000 г.г. Сплошная линия - количество дней с взрывами, пунктирная -количество дней с лавинами.

Статистическая оценка зависимости между днями с взрывами и днями с лавинами показала значимую корреляционную связь, коэффициент линейной корреляции - 0.59, при 90% уровне значимости.

Для двух районов (рис. 2) проведения горных работ с открытыми и подземными разработками (район «Центрального» и Расвумчоррского рудников, район Кировского рудника) были проанализированы дни с производством технологических взрывов и дни со сходом лавин за период 1989-2000 г.г.

Рис.2. Схема расположения лавинных очагов и мест проведения технологических взрывов.

Все дни для каждого из районов были разделены на две группы: дни со сходом лавин, когда сошла хотя бы одна лавина; дни без схода лавин. При этом принималось во внимание, в какие дни недели происходили взрывы и сходили лавины. Были построены функции распределений взрывов и сходов лавин по дням недели для двух районов (рис. 3,4).

Рис. 3. Число дней с лавинами и взрывами, произведенными в районе «Центрального» и Расвумчоррского рудников в зимний период с 1989 2000 г.г.

Рис. 4. Число дней с лавинами и взрывами, произведенными в районе Кировского рудника в зимний период с 1989 по 2000 г.г.

На первом этапе анализа была рассмотрена значимость неоднородности распределений лавин. В качестве нулевой гипотезы было выбрано равномерное по дням недели распределение схода лавин. Проверка с помощью критерия у^ показала, что нулевая гипотеза должна быть отвергнута с доверительной вероятностью 99% для района Центрального и Расвумчоррского рудников и с доверительной вероятностью 90% для района Кировского рудника. В качестве возможной причины такой неравномерности может быть лишь человеческая деятельность, и в первую очередь, технологические взрывы на рудниках. На втором этапе анализа с помощью таблицы сопряженности для дней с взрывами (без взрывов) и дней с лавинами (без лавин) рассчитывались коэффициенты Пирсона и Кендалла, которые показали значимую статистическую связь между днями со сходом лавин и днями, когда производились взрывы. Однако, корреляционная связь между днями с взрывами и днями со сходом лавин очень слабая и не может быть использована в практических целях.

Во второй части главы представлено описание экспериментального полигона и сейсмостанций, используемых для сейсмических измерений. Приведена методика проведения сейсмических измерений на экспериментальном полигоне. Анализируются и оцениваются полученные данные.

При проведении сейсмических измерений ставилась задача получения экспериментальных данных, касающихся таких характеристик сейсмичности, вызванной взрывами, как продолжительности воздействия, частота и амплитуда ускорения, скорости и смещения подстилающей поверхности. Для этих целей использовались специально разработанные 3-х компонентные стационарная и переносная сейсмические станции (Федоренко, 2000, 2004), а также портативный 3-х компонентный канадский акселерометр DS-477 BLASTMATE. Запись сейсмических колебаний стационарной сейсмостанцией проводилась в здании горнолавинной станции «Центральная», расположенной на плато горы

Ловчорр, на расстоянии около 3-х километров от ближайшего места взрывов. Переносная сейсмостанция и портативный акселерометр использовались для измерений непосредственно в лавиносборах, расположенных на северо-западном склоне, над карьером рудника «Центральный» (рис.2). Склон, где производились измерения параметров сейсмических колебаний, представляет собой ряд денудационных воронок со средней крутизной около 38°. Ежегодно в этих лавинных очагах формируются в среднем 18 лавин, максимальное количество лавин, сошедших с этого склона, было зарегистрировано зимой 1998-1999 года-46 лавин. Во время измерений, расстояния между станциями и местами взрывов были от 320 м до 5 км. За время наблюдений стационарной сейсмостанцией были зарегистрированы около 200 сейсмических событий, вызванных взрывами с массой ВВ от 10 до 350 тонн. В семнадцати случаях измерения были проведены непосредственно в лавиносборах с помощью переносной сейсмостанции и акселерометра. В ряде случаев измерения сейсмических характеристик одновременно проводились на подстилающей поверхности (скале) и поверхности снежного покрова.

Максимальные измеренные ускорения колебаний подстилающей поверхности (скалы) в лавиносборах менялись от 0.5 м/с2 до 8.7 м/с2, при этом максимальная скорость менялась от 0.1 до 2.7 см/сек. Для взрывов с замедлением продолжительность вызванных ими колебаний подстилающей поверхности составляла от 1 до б сек.

На рис. 5 и 6 приведены примеры записи ускорений на подстилающей поверхности (скале) и поверхности снега и автоспектра мощности для радиальной компоненты ускорений, измеренных на подстилающей поверхности (скале) и поверхности снега.

Рис. 5. Пример записи ускорений на поверхности снега и на подстилающей поверхности, выполненный переносной сейсмостанцией на склоне 24.10.2003 г.

Анализ, записанных сейсмограмм от производства взрывов в карьере, показал, что сигналы в снежном покрове и подстилающей поверхности довольно, схожи на низких частотах (меньше, чем 30 Гц) (рис. 6). Высокочастотные колебания в снеге быстро затухают, тогда, как низкочастотные меняются слабо. На высоких частотах сигналы различаются очень значительно, указывая на эффективное поглощение сейсмической энергии в достаточно тонком слое снега. Вследствие этого амплитуда колебаний на скале больше, чем на снегу

Рис. 6. Автоспектр радиальной компоненты ускорения сейсмического события 24.10.03. Черный цвет-скала, серый - снег.

Третья глава посвящена моделированию неустойчивых состояний снега на склоне, вызванных сейсмичностью.

В первой части главы предлагаются статическая и динамическая модели для оценки устойчивости снега на склоне при сейсмическом воздействии. Реализация обеих моделей рассмотрена в детерминированном и вероятностном вариантах.

Статическая модель. В статическом приближении элемент снежной доски на склоне рассматривался, как твердый блок, подверженный силам тяжести, сцепления, трения и силам инерции.

Лавины, вызванные сейсмическим воздействием, образуются в тот момент, когда сумма статических и инерционных сил, действующих на снежный пласт, превышает силы сцепления и трения между ним и подстилающей поверхностью, которая может быть представлена либо грунтом, либо нижележащим слоем снега.

Условие статической устойчивости снежного пласта на склоне имеет вид:

p^gslтla + a¡){c■¡гff:h{g<:asa-a,) (1)

где g - гравитационное ускорение; Щ - тангенциальная составляющая ускорения, вызванного колебаниями подстилающей поверхности, направленная вдоль склона; а„ -нормальная составляющая ускорения, вызванного колебаниями подстилающей поверхности направленная, вверх или вниз перпендикулярно поверхности снега; р - плотность снега, имеющая в Хибинах характерные значения 150-450 кг/м3; Й - толщина снега, обычно характерная для снежной доски 0.2-2.0 м; а - крутизна склона, имеющая значения 25°-55° для потенциально лавиноопасных склонов; / - коэффициент трения между элементом снежного пласта и нижележащим слоем, характерные значения этой величины составляют 0.3 - 0.6; с - прочность снега на сдвиг, по данным измерений в Хибинах, изменяется в диапазоне от 100 до 5000 н/м2 для слоев или контактов, по которым происходит сдвиг.

В качестве критерия образования лавины рассматривалось критическое значение фактора устойчивости р, представляющего собой отношение силы, удерживающей снег на склоне, к сдвигающей силе.

Фактор устойчивости р определяется как:

с+^сма-а-)

рНхита + а™1) ()

где - значение сейсмического ускорения, которое зависит от магнитуды

землетрясения или массы заряда, расстояния до очага землетрясения или места взрыва, топографии местности и т.д. (как показали измерения на стационарной сейсмостанции, в большинстве случаев, максимальные величины и тесно коррелированны и могут считаться приблизительно равными, т.е.

Блок находится в устойчивом состоянии, если 1 и в неустойчивом, если р< 1.

Численные эксперименты по моделированию сейсмического воздействия от взрывов на снежный покров проводилось для лавиносбров, расположенных на северо-западном склоне над карьером рудника «Центральный». Влияние топографии на 3-х мерные сейсмические поля достаточно успешно моделируется для районов, существенно удаленных от эпицентра землетрясения или взрыва (НезШо1т, 1999). В ближней к взрыву зоне эта модель неприменима. Как показали измерения, эмпирические зависимости (Козырев, 2000) являются, в настоящее время, наиболее простыми и точными для оценки сГ- в ближней к взрыву зоне, хотя и дают несколько завышенные значения. Для взрывов, проводимых в карьерах, ускорение определялось с помощью следующих выражений:

О- = 25.27(г/7?)"и76;(г/Т?) 6 (1...5) (3) йМ1 = е (5...30) (4)

где г - расстояние до взрыва (м), q - масса заряда на ступень замедления (кг).

Угол наклона а = а(х, у) рассчитывался по цифровой модели рельефа.

Значения фактора устойчивости рассчитывались по входным данным для каждого узла сетки склона, а затем в зависимости от полученной величины, цветом наносились на проекцию склона.

На рис. 7 (б-г) показано влияние параметров снега на пространственное распределение фактора устойчивости. В приведенном примере использовались различные значения С (с -3000 н/м2 (б), С = 2000 н/м2 (в), С = 1500 н/м3 (г)). Другие параметры при этом оставались постоянными:/= 0.4; Л = 1 м, р= 300 кг/м3.

Щ2Д А 13.09.2001

В-20 ■ ^РРЯВНЬ^ С-2000Н/М»

■2'° ^ЭООО Н/м»

Рис. 7. Пространственные распределения фактора устойчивости при различной прочности снега на сдвиг с и без сейсмической нагрузки: а - показывает зоны зарождения лавин и места взрывов, произведенных вблизи них в течение зимы 2001 г.; б-г - распределения фактора устойчивости при разных значениях с и фиксированных Л = 1 м,/= 0.4, р - 300 кг/мЗ; д-ж - распределения фактора устойчивости вычисленного при фиксированных значениях с учетом различных сейсмических

нагрузок, вызванных взрывами 13.03.2001(1), 16.01.2001(2), 09.02.2001(3).

Из-за слабого сцепления снежный покров, показанный на рис. 7 (б,в), явно неустойчив (¥равен или меньше единицы), и лавины в таких ситуациях должны образоваться и без сейсмического воздействия. Опасная ситуация, когда лавины могут сойти лишь по сейсмическим причинам, показана на рис. 7 (г) при С=3000 Н/м2. На рис. 7 (д-ж) представлены результаты моделирования сейсмического воздействия на снежную толщу во время технологических взрывов. Сейсмический эффект от этих взрывов оказал значительное влияние на уменьшение коэффициента устойчивости ¥, особенно для случая, представленного на рис. 7 (д). При оценках использовались такие же параметры снега, как и в расчетах, представленных на рис. 7 (г), а сейсмическое воздействие вычислялось с использованием эмпирических уравнений (3) и (4).

Вероятностное моделирование основывается на использовании метода Монте-Карло для генерации наборов реализаций случайных полей характеристик снежного покрова на склоне и пространственной оценке вероятности неустойчивого состояния снега в лавинном очаге - фактора устойчивости (Черноус, Божинский, 1986). Поскольку точные данные о параметрах, составляющих фактор устойчивости, отсутствуют, его точное значение не может быть получено с помощью уравнения (2). Главными причинами этого являются пространственная изменчивость параметров, редкая измерительная сеть и ошибки методов измерений.

Тем не менее, может оказаться полезной оценка вероятности того, что ¥ будет меньше, некоторого порогового значения рц,г, то есть:

(5)

где - функция плотности вероятности фактора устойчивости ¥. Вообще говоря существует лишь один способ получить рг для произвольных Рр, рь, рсир„- метод Монте-Карло. При этом необходимо учитывать пространственные корреляционные связи между значениями лавиообразующих факторов в отдельных точках лавинного очага (Черноус, Христоев, 1986). Для оценки влияния сейсмичности на устойчивость снега на склоне был проведен ряд численных экспериментов с использованием вероятностных моделей. В качестве случайных величин рассматривались поля толщины снега, его плотности, сцепления (прочности на сдвиг) и коэффициента трения.

Пример статического вероятностного анализа влияния сейсмичности на устойчивость снега на склоне показан на рис. 8. Предполагалось, что значения характеристик снега подчиняются нормальному закону распределения: <67=3000 н/м2, <ТЬ.=600 н/м2; 0=0.4, сг/=0.08;

<Ьу=1.0 М, <Га=0.2; <Р>=300 кг/м3, О^30 кг/м3. Угловые скобки обозначают средние величины, - стандартное отклонение.

Рис. 8. Результаты статического вероятностного анализа. Левая часть рисунка представляет распределения вероятностей фактора устойчивости без сейсмической нагрузки, а правая - изменение вероятности фактора устойчивости, вызванной взрывом 06.04.2001 г.

Графики на рис. 8 (б-д) показывают вероятности Р(х,у)=р{р(х,у)<р111г}, где

а также когда сейсмическое воздействие исключено.

Значение характеризует наиболее опасные зоны фактора

устойчивости Г. Небольшие значения соответствуют местам, где тангенциальная составляющая силы тяжести преобладает над силой трения. По этой причине толстый слой снега не может здесь удержаться, и большие лавины не могут образоваться. Значительные величины соответствуют местам, где силы сцепления и силы трения преобладают над тангенциальной составляющей силы тяжести, в которых даже достаточно толстый снежный покров может находиться в устойчивом положении. На рис. 8 (ж-и) показаны те же самые вероятности, но с уч'том сейсмической нагрузки. Максимальное ускорение и его стандартное отклонение были рассчитаны для взрыва 06.04.2001 г. с использованием эмпирической зависимости (3) и в предположении, что аа(х,у)=а2атах(х,у). Как видно из

рисунка, сейсмическая нагрузка существенно меняет пространственное распределение вероятностей неустойчивых состояний.

Динамическая модель. Динамическая модель устойчивости снега на склоне основана на динамической модели Ньюмарка (№«таагк,1965; ЛЬзоп,1993). Так как сейсмические воздействия очень кратковременны, нарушение условия статического равновесия является необходимым, но не достаточным условием возникновения реальной неустойчивости снега на склоне и образования лавины. Ускорения и действуют в течение очень непродолжительного времени и деформация снежной доски, вызванная ими, недостаточна для ее разрушения и образования лавины. Предполагается, что лавина не сформируется, пока не появится некоторая внутренняя деформация толщи, называемая смещением Ньюмарка, превышающая критическую величину. Деформации, направленные вдоль склона возникают, когда ускорение соскальзывающей части массы вызванное сейсмичностью, превышает критическую величину ускорения рассчитанную исходя из условия статического равновесия:

(6)

Промежуток времени, в течение которого эта деформация накопится и достигнет критической величины, зависит от величины и продолжительности внешней нагрузки (сейсмического воздействия).

Чем меньше ас, тем больше частота и продолжительность времени, когда происходит смещение массы снега вдоль склона, следовательно, увеличивается общая величина смещения. Величина смещения вниз по склону также зависит от продолжительности сейсмического воздействия, его интенсивности и амплитуды. Так как продолжительность и интенсивность сейсмического воздействия во время взрывов увеличивается с увеличением массы ВВ (с увеличением магнитуды для землетрясений), деформация имеет также тенденцию к увеличению

После вычисления смещения Ньюмарка для каждой точки склона, подверженного сейсмическому воздействию, при заданных параметрах снега, его величина сравнивается с пороговой величиной, при превышении которой теряется устойчивость снега и, таким образом, определяются зоны неустойчивости.

Реализация вероятностного варианта динамической модели аналогична варианту для статической модели пространственной оценки устойчивости снега на склоне с разницей в том, что в качестве вероятностной оценки устойчивости используется распределение вероятностей отношения величины суммарного смещения В к величине порогового

смещения {¡ц?. Величины порогового смещения Ньюмарка ¿¡¡¡а- для различных типов снега могут быть получены расчетным путем на основании данных о физико-механических характеристиках снега в линии отрыва лавин и данных о сейсмических ускорениях или с помощью лабораторных экспериментов.

Моделирование сейсмического воздействия для реальных взрывов показало, что в диапазоне энергии колебаний подстилающей поверхности в лавиносборах, соответствующей этим взрывам, смещение Ньюмарка хорошо определяется на основе одного параметра -энергии колебаний.

Пространственное распределение смещения Ньюмарка может, как и фактор устойчивости или его вероятности, быть представлено графически (рис. 9).

Рис. 9. Пример применения анализа Ньюмарка для лавиноопасного склона. На шкалах цветом показано смещение в метрах, а на вставках - изменение сейсмических ускорений подстилающей поверхности во времени для различных сейсмических событий, использованных в расчетах.

Как видно из рисунка, частотная характеристика сейсмического воздействия и его продолжительность очень существенно влияют на величину смещения Ньюмарка. Высокочастотные воздействия привели лишь к смещениям около 0.02 м (рис. 9 (в,г)), тогда

как низкочастотные, несколько большей продолжительности, дали смещения около 1 м (рис. 9 (б)), а максимальные их значения превышают 5 м.

Учитывая небогатую информацию о физико-механических параметрах снега и их большую пространственную изменчивость, по данным о взрывах и сошедших лавинах был оценен лишь порядок порогового смещения. Он оказался равным 10° - 101 см для блоков размером 10x10 м2, что эквивалентно относительной деформации 10'3 - 10-2. Поскольку модель нелинейная, некоторые её особенности могут быть выявлены лишь с помощью численного анализа.

Во второй части главы приведена методика пространственно-временной оценки фактора устойчивости снега на склонах гор с помощью модели развития снежной толщи. В качестве рабочей была выбрана швейцарская модель развития снежной толщи «Snowpack» (Lehning, 2002,2003).

При наличии цифровой карты местности, метеонаблюдений, прогнозов погоды и данных о взрывах или ожидаемых естественных землетрясений применение модели развития снежной толщи «Snowpack» позволяет получать параметры снежной толщи для склонов различной высоты, крутизны и экспозиции и проводить пространственно-временную оценку устойчивости снега на склонах при сейсмическом воздействии. В работе приведен статистический анализ связи параметров снежной толщи (толщина снега, плотность снега, прочность снега на сдвиг), полученных помощью модели «Snowpack» и по фактическим данным шурфований, все зависимости значимы. Коэффициенты корреляции и стандартные ошибки уравнений регрессии составили: для толщины снега - 0.97 , ст.ош. - 2.4 см; для плотности снега - 0.98, ст.ош. - 14 кг/м3; для прочности снега на сдвиг - 0.81, ст.ош. - 976 н/м . Невысокий коэффициент корреляции для прочности снега на сдвиг объесняется тем, что «Snowpack» не вычисляет этой характеристики, поэтому она определялась через плотность снега по обобщенной зависимости, полученной для разных типов снега (Mellor, 1975,). Улучшения качества определения прочности снега на сдвиг можно достичь путем совершенствования модели, над чем сейчас работают её авторы.

Объединение моделей развития снежной толщи с моделями оценки устойчивости снега на склоне при сейсмическом воздействии, а в перспективе и с метеорологическими моделями позволит создать более совершенную интегрированную модель типа SAFRAN-CROCUS-MEPRA (Brun и др., 1989; Durand и др., 1993; Giraud, 1994) для пространственно-временной оценки лавинного риска, связанного с сейсмогенными лавинами.

Колебания подстилающей поверхности, вызванные сейсмичностью, могут вносить свои изменения в физико-механические свойства снега, в связи с этим механизмы сейсмического лавиногенеза и описывающие их модели могут модифицироваться.

Заключительная часть третьей главы посвящена разработке методов экспериментальных исследований влияния сейсмичности на прочностные характеристики снега в лабораторных условиях. Приводится описание установки, имитирующей длительные периодические и короткоимпульсные затухающие колебания. Короткоимпульсное воздействие предназначено для имитации сейсмических колебаний в ближней от источника зоне, длительное периодическое воздействие имитирует сейсмический сигнал от мощных взрывов и землетрясений, произошедших на расстоянии до несколько десятков километров.

Схема установки, имитирующей сейсмические воздействия на снежный покров, показана на рис. 10.

. СМй от«*

Рис. 10. Схема установки для имитации сейсмических колебаний.

Диапазон частот периодических колебаний образца снега может быть выбран в пределах от 1 до 40 Гц, ускорений от 0.001 до 2 м/сек2. Диапазон ускорений, получаемых от короткоимпульсной ударной нагрузки, находится в пределах от 0 до 10 м/сек2, что соответствует ускорениям, зарегистрированным в лавиносборах, во время производства массовых взрывов.

Задачей проведения экспериментальных работ является определения изменения механических свойств снега под воздействием длительных периодических и короткоимпульсных колебаний. Эксперимент заключается в том, чтобы при различных параметрах сейсмических колебаний выявить закономерности изменения механических свойств снега, его структуры и количественно оценить эти изменения. Для этого в шурфе производится предварительное описание снежной толщи и определение её параметров (толщина слоев, плотность, прочность снега на сдвиг), выявляются ослабленные горизонты. Затем берется образец снега и устанавливается на вибростенд. В зависимости от задачи

эксперимента, образец снега подвергается воздействию имитатора сейсмических колебаний по соответствующему сценарию:

1. Задачей эксперимента является определение изменений прочности снега на сдвиг после воздействия на неё периодических колебаний различной продолжительности при различных ускорениях и частотах. Продолжительность имитируемых колебаний может составлять от нескольких секунд до 10 минут, что полностью покрывает диапазон возможных длительностей колебаний при естественных и искусственных землетрясениях. После воздействия периодических колебаний на образец снега производятся повторные измерения механических свойств испытываемого образца снега. После этого данные измерений обрабатываются и анализируются.

2. Определение изменений прочности снега на сдвиг под действием короткоимпульсных колебаний. Выполняется как и в первом сценарии, с той лишь разницей, что используется другой вид нагрузки.

Оба вида экспериментов могут выполняться при постоянных сдвиговых нагрузках, а также с нагрузками, приложенными к образцу снега сверху.

Для оценки функциональных возможностей установки и проверки соответствия, полученных на ней результатов основным закономерностям, вытекающих из физики процессов в толще снега при сейсмической нагрузке, был проведен комплекс измерений по воздействию периодических колебаний на прочность снега на сдвиг при различных ускорениях (0.16 м/с2 и 0.30 м/с2) с различным давлением на образец снега сверху (без давления, с давлением 491 Па и давлением 245 Па). Имитация давления вышележащих слоев снега приводит к более резкому во времени падению значений прочности снега на сдвиг. На рис. 11 приведены результаты эксперимента по оценки влияния продолжительности периодических колебаний на прочность снега на сдвиг.

Рис. 11. Изменение прочности снега на сдвиг от продолжительности периодических колебаний с ускорением 0.30 м/с2, частотой -16 Гц с различной нагрузкой. Плотность снега -110 кг/м3.

В заключении сформулированы основные итога исследования.

В результате выполненной работы получены новые знания в практически неисследованной области, касающейся влияния сейсмичности на образование снежных лавин:

1) На основе совместного анализа многолетних данных о сейсмических событиях вызванных взрывами, и случаях лавинообразования в Хибинах впервые с помощью методов математической статистики показано наличие связи между этими явлениями. Связь является статистически значимой, однако, слишком слабой для непосредственного использования на практике.

Совершенствование статистической модели связанное с увеличением ее размерности, не целесообразно и вряд ли возможно из-за ограниченного объема данных о сошедших лавинах и сейсмических событиях. Перспективным для практических целей является использование физически обоснованных моделей, однако, для их использования требуется знание количественных характеристик снежного покрова и сейсмичности.

2) На основе измерений получены данные об ускорениях, скоростях и смещениях подстилающей поверхности, вызванных взрывами, включающие в себя, их амплитудно-временное и амплитудно-частотное представления. Получены зависимости ускорений подстилающей поверхности от массы заряда и расстояния от места взрыва. Ряд сейсмических измерений проведен непосредственно в лавиносборах. Показано, что с увеличением расстояния до места взрыва величина сейсмического ускорения быстро уменьшаются, а в его спектре исчезают высокие частоты, на которые приходится основная часть энергии. Как показали измерения, исчезает высокочастотная составляющая ускорения при передаче сейсмического воздействия в слое снега. Значения ускорений на поверхности снега меньше, чем на скале, что связано с поглощением энергии колебаний, главным образом, в высокочастотной части спектра в снежном покрове.

3) Рассмотрены различные механизмы нарушения механической устойчивости снега на склоне под действием вибрации подстилающей поверхности. В качестве физической модели снежной доски использована модель твердого блока на наклонной плоскости, удерживаемого силами трения и сцепления. Предложены две концепции учета влияния сейсмичности статическая и динамическая. В статической модели учитываются лишь величины сейсмической нагрузки, но не принимается во внимание длительность ее воздействия. В более сложной динамической модели используется подход Ньюмарка, который предполагает, что обвал не сформируется, пока не появится некоторая внутренняя деформация толщи, превышающая критическую величину.

5) В связи с большой неопределенностью в исходных данных, обусловленной пространственной изменчивостью лавинообразующих факторов, наиболее целесообразной является вероятностная интерпретация устойчивости, когда в ответе об устойчивости содержится информация о возможной ошибке диагностики. Использование статистического моделирования позволяет оценить пространственный эффект сейсмического воздействия на устойчивость снега в вероятностной форме. Разработаны оба варианта вероятностного моделирования как для статической, так и для динамической моделей.

6) Численные вероятностные модели устойчивости снега на склоне являются универсальными в том смысле, что позволяют учесть особенности физико-механических характеристик снега и сейсмических факторов в различных географических районах. Для прогнозирования неустойчивых состояний снега и образования лавин с учетом сейсмического эффекта для районов со слабо развитой измерительной сетью предложена схема, включающая использование методик определения характеристик снега по данным стандартных метеорологических наблюдений с использованием модели развития снежной толщи. Один из вариантов этой схемы реализован с помощью швейцарской модели «8по№раск».

7) Разработанные модели уже в существующем виде могут быть использованы для сравнительной оценки влияния сейсмического эффекта при различных схемах подрыва взрывчатых веществ в целях предупредительного спуска лавин, когда различаются массы зарядов, их размещение и интервалы между взрывами (замедление) и различных сценариях естественных землетрясений.

8) Допуская, что в природе возможны и другие механизмы нарушения устойчивости снега на склоне при сейсмическом воздействии, в дальнейшем планируется детально рассмотреть вопрос об изменении физико-механических свойств снега под воздействием вибрационных нагрузок, сходных с сейсмическими нагрузками, вызываемых природными и техногенными землетрясениями и взрывами. Для этих целей автором была разработана и изготовлена специализированная установка для имитации сейсмических колебаний в лабораторных условиях и методика проведения экспериментов. Получены первые результаты измерений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Мокров Е.Г. Климатические особенности Хибин как фактор, влияющий на эффективность технологических решений//Горный журнал. - М.: Изд-во «Руда и металлы», 2000.-№3.-С.17-19

2. Мокров Е.Г., Черноус ПА., Федоренко Ю.В., Барашев Н.В., Бекетова Е.Б., Козырев С.А., Соколов А.В., Husebye E. Оценка влияния техногенной сейсмичности на устойчивость снежного покрова и образование лавин: Тезисы докладов международного совещания «Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз профилактика». -KMP0BCK,2004.-(CD).

3. Мокров Е.Г., Черноус ПА., Федоренко Ю.В., Барашев Н.В., Бекетова Е.Б., Козырев С.А., Соколов А.В., Husebue E. Оценка влияния техногенной сейсмичности на устойчивость снежного покрова и образование лавин// Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз, профилактика. - Апатиты: Горный институт КНЦ РАН, 2004. -Часть 2.-С.170-180.

4. Черноус П.А., Федоренко Ю.В., Мокров Е.Г., Husebye E., Бекетова Е.Б. Исследование влияния сейсмичности на образование лавин//Материалы гляциологических исследований. - М, 2004. - Вып.96. - С. 167-174.

5. Черноус П.А., Мокров Е.Г., Барашев Н.В., Федоренко Ю.В., Бекетова Е.Б., Козырев СА., Соколов А.В., Husebye E. Влияние взрывов на устойчивость снежного покрова и образование лавин: Тезисы докладов XIII Гляциологического симпозиума «Сокращение гляциосферы: факты и анализ». - Санкт-Петербург, 2004. - С. 133.

6. Черноус П.А., Мокров Е.Г., Федоренко Ю.В., Бекетова Е.Б., Хьюзби Э. Исследование влияния сейсмичности на образование лавин: Тезисы гляциологического симпозиума «Будущее гляциосферы в условиях меняющегося климата». - Пущино, 2002. -С.28.

7. Черноус П.А., Мокров Е.Г., Федоренко Ю.В., Бекетова Е.Б., Хьюзби Э. Исследование влияния сейсмичности на образование лавин//Материалы восьмой международной конференции «Глубинное строение и геодинамика фенноскандии, окраинных и внутриплатформенных транзитных зон». - Петрозаводск, 2002. - С.256.

8. Chernous P., Mokrov E., Barashev N., Fedorenko Yu., Husebye E., Beketova E. Effects of explosions and avalanche release: Pre symposium proceedings International Symposium on snow monitoring and avalanches, Snow and Avalanche Study Establishment, 12-16 April 2004. - Manali, HP, India, 2004. -P.I 02-105.

9. Cherrnouss P., Mokrov E., Barashev N., Fedorenko Yu., Husebye E., Beketova E. Snow stability and effects of explosions: Abstracts, II Snow and Avalanche Workshop, 15-17 of April. -Sewell, Chile, 2003.-CD.

10. Chernouss P., Mokrov E., Fedorenko Yu., Beketova E., Husebye E. Explosion influence on snow stability and avalanche formation: Geophysical Research Abstracts, EGS-AGU-EUG Joint Assembley, European Geophysical Society. - Nice, France, 2003. - Vol.5(CD). - 04220.

11. Chernouss Pavel, Mokrov Evgueny, Fedorenko Yuri, Beketova Elena, Husebye Eystein. Russian-Norwegian project on seismicity-induced avalanches//Proceedings of the International Snow Science Workshop, September 29-October 4 2002. - Penticton, BC Canada, 2002. - P.25-30.

12. Chernouss Pavel, Mokrov Evgueny, Fedorenko Yuri, Husebye Eystein and Beketova Elena. Effect of explosions on snow stability on mountain slope: Abstracts, International Symposium on snow and avalanches. - Davos, Switzerland, 2003. - No. 132. - P.47.

13. Chernouss P., Mokrov E., Fedorenko Yu., Morozov S., Husebye E. Risk analisis in Kola: seismic loads and weather factors in simulations of avalanche hazards in the Khibiny massif: Abstracts International Union of Geodesy and Geophysics, IUGG 99, XXII General Assembly. -Birmingham, 1999. - P.B 184.

14. Chernouss, P., Zuzin, Yu., Mokrov, E., Kalabin, G., Fedorenko, Yu. and Husebye, E. Avalanche hazards in Khibiny Massif, KOLA, and the new Nansen seismograph station//IRIS Newsletter.-1999.-No. 1.-P.12-I3.

15. Fedorenko, Yuri, Chernouss Pavel, Mokrov Evgueny, Husebye Eystein, and Beketova Elena. Dynamic avalanche modeling including seismic loading in the Khibiny Mountains//International Congress INTERPRAEVENT 2002 in the Pacific Rim - Matsumoto, Congress publication. - Japan, 2002. - Vol.2. - P.705-714.

16. Mokrov E., Chernouss P., Fedorenko Yu., Husebye E. The influence of seismic effect on avalanche release//Proceedings ofthe International Snow Science Workshop, 1-6 October 2000. - Big Sky, Montana, Montana State University, 2000. - P.338-341.

17. Mokrov E.G., Chernouss P.A. Similarity in avalanche occurrence: Abstracts II International conference "Avalanches and related subjects". - Kirovsk, Russia, 2001. - P.43.

Подписано в печать 04.03.2004 Объем 1.0 печ/л. Тираж 100 экз. Заказ № 25 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 пМосква, Ленинские горы, д. 1 Главное здание МГУ, к. 102

ж:;

2 г !■>!> 235 V '

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Мокров, Евгений Геннадьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ЛАВИНООБРАЗОВАНИЯ. ОСОБЕННОСТИ ЛАВИНОГО РЕЖИМА И ЛАВИНОПРОЯВЛЕНИЯ В ХИБИНСКИХ ГОРАХ.

1.1. Рельеф и растительность.

1.2. Климат.

1.3. Снежный покров.

1.4. Антропогенные факторы.

1.4.1. Изменение рельефа лавиносборов.

1.4.2. Кратковременные техногенные нагрузки на снежный покров.

1.4.3. Предупредительный спуск лавин.

• 1.4.4. Туристы и лыжники.

1.5. Лавинный режим и особенности лавинопроявления.

ГЛАВА 2. СЕЙСМИЧНОСТЬ И ОБРАЗОВАНИЕ ЛАВИН. ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕЙСМОПРОЯВЛЕНИЯ В ХИБИНАХ.

2.1.Сейсмичность. Сейсмические волны. Характеристики сейсмичности.

2.2. Оценка статистической связи между сейсмичностью, вызванной взрывами, и образованием лавин.

2.3. Экспериментальные измерения параметров сейсмических колебаний. Приборы и методика измерений.

2.4. Оценка и анализ сейсмических данных.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕУСТОЙЧИВЫХ СОСТОЯНИЙ СНЕГА НА СКЛОНЕ, ВЫЗВАННЫХ СЕЙСМИЧНОСТЬЮ.

3.1. Статическая модель для оценки устойчивости снега на склоне.

3.2. Динамическая модель для оценки устойчивости снега на склоне.

3.3. Пространственно-временная оценка устойчивости снега на склонах гор с использованием моделей развития снежной толщи.

3.4. Экспериментальные исследования влияния сейсмичности на параметры снежной толщи.

3.4.1. Описание установки и методики для лабораторных исследований сейсмического воздействия на прочностные характеристики снега.

3.4.2. Влияние периодических колебаний на прочностные характеристики снега. Оценка и анализ полученных данных.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Сейсмические факторы лавинообразования"

Ежегодно в мире от лавин гибнет в среднем около 200 человек, в России -20 человек [68]. Почти все горные районы Евразии, а также значительная часть горных районов Северной и Южной Америк подвержены лавинной опасности. Лавиноопасные районы занимают около 6% поверхности суши - 9253 тыс. км2 [23]. Площадь лавиноопасных территорий в Российской Федерации составляет 3077.8 тыс. км2 (18% от площади всех лавиноопасных районов Земли), 829.4 тыс. км2 относятся к категории потенциально лавиноопасных [23].

О том, что землетрясения могут вызвать сход лавин известно давно. Наиболее ярким примером этого, является снежноледокаменная лавина с горы Уа-скаран в Перу, в мае 1970 г. Снежная лавина, вызванная падением части ледника в результате землетрясения и трансформировавшаяся во время движения в грязекаменный поток, на своем почти двадцатикилометровом пути разрушила несколько населенных пунктов, в том числе город Ранраирка и часть города Юнгай. Число жертв составило 67 тыс. человек [47]. Массовый сход лавин отмечался также во время сильных землетрясений на Аляске в 1964 г. [47] и на Северном Тянь-Шане в 1978 г. [11]. В работе [35], на основе анализа наблюдений за лавинами и землетрясениями на о. Сахалин за 1951-1993 г.г., указывается на частые совпадения дат землетрясений и массового схода лавин. Если сравнить географическое распространение лавин и землетрясений, можно отметить, что во многих местах земного шара сейсмоактивные районы одновременно являются и лавиноактивными. (рис. 1,2).

В России к таким районам относятся горы Сахалина и Камчатки, Алтай и Саяны, Северный Кавказ, хребты Становой, Верхоянский и Сунтар-Хаята. Широкое распространение в мире и в России, в частности, районов с возможным сейсмическим генезисом лавин делает изучение этих лавин актуальным. Кроме этого, существует еще одна важная причина для исследования роли сейсмичности в образовании лавин. Многие годы для предупредительного спуска лавин используются взрывы. Взрывы сопровождаются сейсмическим эффектом, роль которого в образовании лавин до сих пор не ясна.

Рис. 2. Карта сейсмически-опасных районов мира [115].

В этой связи изучение влияния сейсмических колебаний, вызванных взрывами, на устойчивость снега на склоне и образование лавин является чрезвычайно актуальным для рационализации активных воздействий на снежный покров в горах с целью предотвращения лавинной опасности.

В настоящее время надежных данных о лавинах, вызванных сейсмическими событиями немного. Впервые в СССР о сейсмогенных лавинах упоминалось в работах [26,33,42,70], где авторами эти лавины были выделены в отдельный генетический тип. О сейсмогенном образовании лавин, более или менее надежно, можно судить лишь в случае их массового схода, когда моменты времени сейсмического события и регистрации сошедших лавин достаточно близки. Даже если достоверно известно о «сейсмическом происхождении лавины», очень редко для неё имеются данные измерений физико-механических характеристик снега, полученные в зоне зарождения лавины в моменты времени, достаточно близкие к сходу лавины. Данные инструментальных измерений харак-Ф теристик сейсмичности в зонах зарождения лавин вообще отсутствуют. Именно дефицитом необходимых данных объясняется отсутствие моделей сейсмоген-ного лавинообразования.

В работе [35] предлагается возможный механизм нарушения устойчивости снега, вызванного сейсмичностью, однако, лишь в виде концептуальной модели, которая не получила развития, опять же, вследствие отсутствия данных. В работе [59] приводятся данные о возможном влиянии сейсмичности, вызванной движением железнодорожных составов на параметры лавинного режима, но сделано это недостаточно строго, а вопрос о механизме воздействия не затрагивается вовсе. Там же указывается, что с увеличением сейсмических возмущений прослеживается тенденция к увеличению количества сходящих ежегодно лавин и уменьшению их объемов. Среднегодовой лавинный сток также имеет тенденцию к увеличению. В работе [11] описываются состояние снежного покрова предшествующее землетрясению и результаты его воздействия, механизм же воздействия сейсмических колебаний на образование лавин не рассмотрен.

Планировать натурные эксперименты для оценки влияния сейсмических колебаний, вызванных естественными землетрясениями, на устойчивость снега и образование лавин не реально из-за редкости этих событий. Природные землетрясения интенсивностью более 5 баллов1 редки и плохо предсказуемы. В свою очередь лавины, в отличие от оползней, формируются из очень изменчивого во времени и пространстве снежного покрова. Эти причины создают почти непреодолимые трудности для экспериментальных исследований лавинообра-зования, вызванных природными землетрясениями. Существует, однако, возможность проводить исследования для лавин, вызванных искусственной сейсмичностью, связанной с взрывами.

Хибинские горы на севере европейской части России представляют собой идеальное место для получения экспериментальных данных о лавинах и сейсмичности. Сотни лавин сходят здесь ежегодно в течение 7-8 зимних месяцев. С 1936 г. в Хибинах за лавинами, снежным покровом и погодой ведет регулярные наблюдения Центр лавинной безопасности ОАО «Апатит» (ЦЛБ). Крупномасштабные взрывные работы, проводимые ОАО «Апатит» при добыче полезных ископаемых, обеспечивают высокий уровень сейсмической активности. Каждую неделю в подземных рудниках и карьерах проводится несколько мощных взрывов с количеством взрывчатых веществ (ВВ) от десятков до сотен тонн. Лавинные очаги Хибинского горного массива находятся в непосредственной близости от производства горных работ и регулярно подвержены сейсмическому воздействию. Расстояния от мест производства взрывов до контролируемых ЦЛБ зон зарождения лавин варьируются от сотен метров до нескольких километров.

Целью работы является исследование влияния сейсмического воздействия на образование снежных лавин и разработка количественных методов оценки этого влияния. Для этого предлагается, используя физически обоснованные модели устойчивости снежного пласта на склоне, определить условия, влияющие Здесь и далее используется шкала интенсивности землетрясений Меркалли на его устойчивость и «спусковые механизмы», которые вызывают образование лавин при сейсмических воздействиях.

Задачи исследований. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи: обобщить и проанализировать сведения о лавинах, зарегистрированных ЦЛБ во время проведения технологических взрывов на рудниках ОАО «Апатит»; провести измерения параметров сейсмических колебаний, вызванных взрывами, в том числе в зонах формирования лавин, на подстилающей поверхности (скале) и на поверхности снежного покрова; разработать математические модели для оценки механической устойчивости снега на склоне с учетом дополнительной сейсмической нагрузки; разработать методику пространственно-временной оценки устойчивости снега на склоне, с учетом сейсмического воздействия.

Методы исследований. В основе диссертации лежат данные полевых, оценочных и аналитических исследований. Работы проводились в двух областях: экспериментальной и теоретической.

Экспериментальные работы включали: отработку методики и собственно сейсмологические измерения непосредственно в лавиносборах и местах к ним прилегающим; сбор данных о снеге, необходимых для оценки его устойчивости; создание установки и методики для проведения лабораторных исследований влияния сейсмических колебаний на прочностные характеристики снега, а также сами измерения с помощью этой установки.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1 .Получены уникальные данные о характеристиках сейсмических колебаний в зонах лавинообразования, вызванных взрывами.

3.Разработаны статическая и динамическая модели, в детерминированном и вероятностном вариантах, учитывающие влияния сейсмических колебаний на механическую устойчивость снега на склоне (без учета изменения прочностных характеристик нижележащего слоя) и их программные реализации.

4.На основе современных методов пространственно-временного моделирования развития снежного покрова разработана методика пространственно

4 временной оценки устойчивости снега, с учетом сейсмического воздействия.

Научные положения, выносимые на защиту:

1.Результаты оценки статистической связи между сейсмическими событиями и возникновением лавин.

Личный вклад автора заключается в:

1. Создание банка систематизированных данных по подземным и открытым взрывам и по лавинам связанным с ними более чем за 20 лет;

2. Выполнение количественной оценки статистической связи между образованием лавин и сейсмическими событиями;

3. Организации и проведении специализированных сейсмических наблюдений;

4. Разработке статической и динамической моделей влияния сейсмичности на механическую устойчивость снега на склоне;

5. Разработке, на основе модели развития снежной толщи, методики пространственно-временной оценки устойчивости снега с учетом сейсмического воздействия;

6. Создание установки (вибростенда), моделирующей сейсмические колебания, для исследования их влияния на прочностные характеристики снега в лабораторных условиях и разработке методики этих исследований;

7. Организации и проведении экспериментальных исследований влияния сейсмических колебаний на изменение прочностных характеристик снега на вибростенде.

Достоверность научных положений, выводов подтверждается: анализом систематизированных данных более чем за 20 лет о технологических взрывах на 4 рудниках в Хибинском горном массиве и лавинах, сошедших на промпло-щадке ОАО «Апатит» и прилегающей к ней территории; оценкой методами математической статистики; положительными результатами внедрения исследований в программный комплекс «Рабочее место прогнозиста лавин» в Центре лавинной безопасности ОАО «Апатит».

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Создан банк систематизированных данных более чем за 20 лет о технологических взрывах и лавинах, являющийся базой для совершенствования созданных и разработки новых методов оценки устойчивости снега и прогноза лавин, связанных с сейсмичностью.

2. Создан экспериментальный полигон, оборудованный стационарной и переносными сейсмическими станциями для полномасштабных экспериментов по оценке влияния сейсмичности на устойчивость снега и образование лавин.

3. Разработаны, в детерминированном и вероятностном вариантах, статический и динамический методы учета влияния сейсмических колебаний при оценке лавинообразования, которые могут быть успешно применены как в лавиноопасных регионах с естественной сейсмичностью, так и в регионах с преобладанием техногенных землетрясений. Показано, что существующие модели пространственно-временного развития снежного покрова могут быть успешно интегрированы в указанные методы для пространственно-временной оценки механической устойчивости снега на склонах. Это особенно актуально для районов со слабо развитой сетью мониторинга физико-механических характеристик снега.

4. Для дальнейшего изучения влияния сейсмических колебаний на физико-механические свойства снега и образование лавин изготовлен вибростенд, моделирующий сейсмические нагрузки на снег.

Реализация работы. Методики оценки устойчивости снега на склоне использованы при разработке программного комплекса «Рабочее место прогнозиста лавин» для оценки лавинного риска, связанного с лавинами, вызванными сейсмическими событиями.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Российских и международных симпозиумах, конференциях и совещаниях: ISSW-2000 в Big Sky (США, 2000 г.); II международной конференции «Лавины и смежные вопросы» в Кировске (Россия, 2001 г.), ISSW-2002 в Penticton (Канада, 2002 г.), "INTERPRAEVENT 2002" в Matsumoto (Япония, 2002 г.), гляциологическом симпозиуме "Будущее гляциосферы в условиях меняющегося климата" в Пущине (Россия, 2002 г.), VIII международной конференции "Глубинное строение и геодинамика фенноскандии, окраинных и внутриплатформенных транзитных зон" в Петрозаводске (Россия, 2002 г.), на EGS-AGU-EUG Joint Assembley в Nice (Франция, 2003 г.), II International Workshop on snow avalanches в Чили

2003 г.), International Symposium on snow and avalanches в Давосе (Швейцария, 2003 г.), ISSMA-2004 в Манали (Индия, 2004 г.), международной конференции «Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз, профилактика» в Кировске (Россия, 2004 г.), XIII Гляциологическом симпозиуме «Сокращение гляциосферы: факты и анализ» в Санкт-Петербурге (Россия, 2004 г.).

Результаты, полученные в диссертации, нашли отражение в отчетах по грантам Avalanche Hazard in Kola (Nordic Council of Ministers, 1999-2000, 20012002 г.г.), РФФИ «Теоретическое и экспериментальное моделирование влияния сейсмичности на механическую устойчивость снега на склоне» № 02-05-64569а.

Структура работы соответствует основным задачам исследования. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы, и приложений.

Заключение Диссертация по теме "Гляциология и криология земли", Мокров, Евгений Геннадьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совершенствование статистической модели связанное с увеличением ее размерности, не целесообразно и вряд ли возможно из-за ограниченного объема данных о сошедших лавинах и сейсмических событиях. Перспективным для • практических целей является использование физически обоснованных моделей, однако, для их использования требуется знание количественных характеристик снежного покрова и сейсмичности.

4) В связи с большой неопределенностью в исходных данных, обусловленной пространственной изменчивостью лавинообразующих факторов, наиболее целесообразной является вероятностная интерпретация

• устойчивости, когда в ответе об устойчивости содержится информация о возможной ошибке диагностики. Использование статистического моделирования позволяет оценить пространственный эффект сейсмического воздействия на устойчивость снега в вероятностной форме. Разработаны оба варианта вероятностного моделирования как для статической, так и для динамической моделей.

5) Численные вероятностные модели устойчивости снега на склоне являются универсальными в том смысле, что позволяют учесть особенности физико-механических характеристик снега и сейсмических факторов в различных географических районах.

6) Для прогнозирования неустойчивых состояний снега и образования лавин с учетом сейсмического эффекта для районов со слабо развитой измерительной сетью предложена схема, включающая использование методик определения характеристик снега по данным стандартных метеорологических наблюдений с использованием модели развития снежной толщи. Один из вариантов этой схемы реализован с помощью швейцарской модели «Snowpack».

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Мокров, Евгений Геннадьевич, Москва

1. Аккуратов В.Н. Генетическая классификация лавин//Труды Эльбрусской высокогорной комплексной экспедиции. 1959. - С.206-226.

2. Аккуратов В.Н. Метеорологические условия образования лавин в Хибинах// Материалы гляциологических исследований. М., 1966. - №12. - С. 132-138.

3. Аккуратов В.Н. Устранение снеголавинной опасности путем обстрела лавиноопасных склонов//Снег и лавины Хибин. М.: Изд-во МГУ, 1967. -С.258-268.

4. Анисимов М.И. Снег и снежные обвалы. М.: Изд-во АН СССР, 1958. — 100 с.

5. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. М., 1997. - 392 с.

6. Бекетова Е.Б. Разработка методов оценки параметров очагов техногенных землетрясений Хибинского массива по сейсмическим данным: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. С-Пб., 1998. - 183 с.

7. Беленький Б.М. Климатические условия районов карьеров комбината «Апатит»//Снег и лавины Хибин. М.: Изд-во МГУ, 1967. - С. 126.

8. Беленький Б.М. О вероятности лавин максимального объема в районе города Кировска (Хибины)//Природа и хозяйство Севера. — Апатиты, Академия наук СССР, 1969.-Вып.1,-С. 19-26.

9. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных функций. М.: Мир, 1989.-541с.

10. Берри Б.Л. Хрупкое разрушение снега и вопросы оперативного прогноза лавин из снежных плит//Вестник МГУ, Сер. V. Географ. М.: Изд-во МГУ, 1985.- №3,- С.74-80.

11. Благовещенский В.П. Сейсмогенное лавинообразование на Северном Тянь-Шане при землетрясении 25 марта 1978 г.//Гляциально-нивальные процессы в горах Казахстана. Алма-Ата, 1981. - С.60-66.

12. Божинский А.Н. Критерий обрушения снежных лавин//Итоги науки. Гидрология суши, гляциология. М., 1968. - С.42-59.

13. Божинский А.Н. Неустойчивость естественных масс льда и снега на склонах гор//Итоги науки и техники, гляциология. М.: Изд.ВИНИТИ, 1980. — т. 2.-С. 122.

14. Божинский А.Н. О вероятностных критериях обрушения снежных лавин// Материалы гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. М., 1979. - Вып.36. - С. 107-112.

15. Божинский А.Н., Григорян С.С. О равновесии снежного покрова на склонах гор//Материалы гляциологических исследований. -М., 1978. Вып.34. - С. 101107.

16. Божинский А.Н., Лосев К.С. Основы лавиноведения. М.: Гидрометеоиздат, 1987. - 280 с.

17. Божинский А.Н., Ушакова Л.А. Моделирование физических процессов в снежном покрове. М.: Изд-во МГУ, 1983. - 217 с.

18. Божинский А.Н., Черноус П.А. Вероятностная модель устойчивости снега на склонах гор//Материалы гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. М., 1986. - Вып.55. - С.53-60.

19. Божинский А.Н., Черноус П.А., Христоев Ю.В. Статистическое моделирование неустойчивых состояний снежного покрова на склонах гор// Труды третьего всесоюзного совещания по лавинам. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -С.67-68.

20. Брукс К., Карузерс Н. Применение статистических методов в метеорологии// Л.: Гидрометеоиздат, 1963. - 416 с.

21. Войтковский К.Ф. Критерий устойчивости снежного покрова на лавиноопасных склонах//Лавины Приэльбрусья. М.: Изд-во МГУ, 1980. -С. 80-93.

22. Войтковский К.Ф., Голубев В.Н., Войтковский В.К. Пространственная изменчивость строения и свойств снежного покрова на склонах гор//Вестн. МГУ, Сер. IV. Географ. -М.: Изд-во МГУ, 1986. №1. - С.80-86.

23. География лавин/Под ред. С.М.Мягкова. М.: Изд-во МГУ, 1992. - 334 с.

24. Глазовская Т.Г., Мягков С.М., Околов В.Ф. Возможная методика составления карт лавинной опасности в атласе снежно-ледовых ресурсов мира// Материалы гляциологических исследований. М., 1978. - Вып.34.

25. Глуховский А.Б. О статистическом моделировании метеорологических полей//Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1969. - Т.5. - №7. -С.724-729.

26. Гляциологический словарь/Под ред. Котлякова В.М. JL: Гидрометеоиздат, 1984. - 528 с.

27. Гракович В.Ф. Об использовании метода распознавания образов для оценки лавинной ситуации по комплексу метеорологической информации//Снежные лавины (прогноз и защита). М.: Изд-во МГУ, 1974. - С.22-31.

28. Дроздовская Н.Ф., Имас J1. И. Эксперимент прогноза лавин свежевыпавшего снега с помощью дискриминангного анализа//Вопросы горной гляциологии. -Томск, 1977.-С.148-156.

29. Дроздовская Н.Ф., Имас Л.И. Разделение ситуации при снегопадах на лавиноопасные и нелавиноопасные с помощью линейного дискриминангного анализа/Лруды САРНИГМИ. 1976. - Вып. 37(118). - С.3-17.

30. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и снежные вопросы. М.: Наука, 1975. -163 с.

31. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Статистическое моделирование. М.: Наука, 1982. - 296 с.

32. Залиханов М.Ч. Снежно-лавинный режим и перспективы освоения гор Больного Кавказа: Автореферат диссертации на соискание степени доктора географических наук. М., 1974. - 44 с.

33. Иванов А.В. Общий обзор лавинного режима о.Сахалин//Лавины Сахалина и Курильских островов. Л., 1971. — С.4-25.

34. Ижболдина В.А. Аэросиноптические условия образования и схода метелевых лавин на Кольском полуострове//Исследования снега и лавин в Хибинах. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - С.51-63.

35. Казаков Н.А. О возможном механизме образования сейсмогенных лавин// Материалы гляциологических исследований. М., 2000. - Вып. 88. - С. 102106.

36. Канаев JI.A. Об изменчивости свойств снега//Труды САРНИГМИ. 1980. -Вып. 44(59). - С.25-42.

37. Канаев JI.A. Современное состояние прогнозирования лавинной опасности в СССР: обзор. Обнинск: ВНИИГМИ, 1975. - 15 с.

38. Коваленко И.Н., Кузнецов Н.Ю., Шуренков В.М. Случайные процессы. Справочник. Киев: Наукова думка, 1983. -368 с.

39. Коробов Б.Л., Томчук Н.П. Минерально-сырьевая база ОАО «Апатит»// Горный журнал. М.: Изд-во «Руда и металлы», 1999. - №9. - С.19-22.

40. Кутузов Б.Н., Скоробогатов В.М., Ерофеев И.Е. Справочник взрывника. -М.: Недра, 1988.-511 с.

41. Лавиноопасные районы Советского Союза. М.: Изд-во МГУ, 1970. - 198 с.

42. Лосев К.С. Лавины СССР (распространение, районирование, возможности прогноза). Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - 131 с.

43. Максимов Н.В., Барбат Ю.П. Применение линейной дискриминантной функции для оценки лавиноопасных сигуаций/ЛГруды САНИИ. 1980. - Вып. 78(159).-С.99-102.

44. Мокров Е.Г. Климатические особенности Хибин как фактор, влияющий на эффективность технологических решений//Горный журнал. М.: Изд-во «Руда и металлы», 2000. - №3. - С. 17-19.

45. Мокров Е.Г., Черноус П.А., Федоренко Ю.В., Барашев Н.В., Бекетова Е.Б., Козырев С.А., Соколов А.В., Husebue Е. Оценка влияния техногенной сейсмичности на устойчивость снежного покрова и образование лавин//

46. Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз, профилактика. Апатиты: Горный институт КНЦ РАН, 2004. — Часть 2. -С. 170-180.

47. Мягков С.М. География природного риска. -М.: Изд. МГУ, 1995. 224 с/

48. Мягков С.М. Аккумулятивные лавинные формы рельефа в Хибинах и пути использования их характеристик для определения границ лавиноопасных зон// Снег и лавины Хибин. М.: Изд-во МГУ, 1967. - С. 15-96.

49. Мячкова Н.А. Климат СССР. М., 1983.

50. Нефедьев В.О., Божинский А.Н. Равновесие тонкой безмоментной оболочки на твердом основании: Препринт Объединенного института ядерных исследований. Дубна. - 5 с.

51. Оценка сейсмической опасности площадки Кольской АЭС-П (х/д № 2): Отчет. Апатиты: Кольский региональный сейсмологический центр КНЦ РАН, 1993. - 142 с.

52. Пермяков Р.С. Особенности разработки нагорных месторождений Заполярья. JL: Наука, 1969. - 234 с.

53. Полхов А.П., Ижболдина В.А. Распознавание синоптических ситуаций, вызывающих метелевые лавины в Хибинах, с помощью правила статистических решающих функций/ЛГруды ГГО. 1977. - Вып. 390. - С.97-108.

54. Практическое пособие по прогнозированию лавинной опасности. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 200 с.

55. Природные условия Хибинского учебного полигона. М.: Изд-во МГУ, 1986. - 170 с.

56. Ревякин B.C., Кравцова В.И. Снежный покров и лавины Алтая. Томск, 1977.-213 с.

57. Ржевский Б.Н. К вопросу о максимальных лавинных нагрузках в Хибинах//Материалы гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. -М., 1976. -Вып.25. -С.181-183.

58. Ржевский Б.Н. Лавинные воздушные волны в Хибинах//Материалы гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. М., 1976. - Вып.25. — С. 187-188.

59. Ржевский Б.Н., Чадаев В.И., Гусева А.И. Изменение лавинного режима в Хибинах под влиянием воздействия человека на окружающую среду//Материалы гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. — М., 1976,-Вып.25.-С.184-186.

60. Рихтер Г.Д. Снежный покров, его формирование и свойство. М.: Л.: АН СССР, 1945. - 120 с.

61. Руководство по снеголавинным работам (временное). Л.: Гидрометеоиздат, 1965. -397 с.

62. Садовский М.А., Писаренко В.Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде. -М.: Наука, 1991.-95 с.

63. Сапунова Г.Г., Сапунов В.Н. Закономерности распределения снежного покрова в Хибинском горном массиве//Снежный покров в горах и лавины. М.: Наука, 1987. - С.28-36.

64. Северский И.В. Снежные лавины Заилийского и Джунгарского Алатау. — Алма-Ата: Наука, 1978. 255 с.

65. Северский И.В., Благовещенский В.П. Оценка лавинной опасности горной территории. Алма-Ата: Наука, 1983. 220 с.

66. Сейсмоприемник типа СМ-ЗКВ: Паспорт СМЗ.КВ.00.000.ПС. Особое конструкторское бюро Института физики Земли Академии наук СССР.

67. Селиверстов Ю.Г. Социальная составляющая лавинной опасности//ХШ Гляцилогический симпозиум. Сокращение гляциосферы: факты и анализ. СПб, 24-28 мая 2004 г. - С.121.

68. Снег. Справочник. JL: Гидрометеоиздат, 1986. - 752 с.

69. Снежные лавины Удокана. Чита, 1971.

70. Снежные лавины. Справочник по прогнозированию и мерам контроля. -М. : Прогресс, 1964. 208 с.

71. Соловьев А.Ю. Геоинформационные методы исследования лавинной опасности на примере Хибинского горного массива: Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. М., 2002. — 143 с.

72. Сырников Н.М., Тряпицын В.Н. О механизме техногенного землетрясения в Хибинах//Доклады Академии наук СССР. -1990. Т.314. - №4. - С.830-833.

73. Трошкина Е.С. Лавинный режим горных территорий СССР//Итоги науки и техники, Гляциология. -М.: ВИНИТИ, 1992. Т. 2. - 188 с.

74. Тушинский Г.К. Защита автомобильных дорог от лавин. М.: Автотрансиздат, 1960. - 152 с.

75. Тушинский Г.К. Лавины. Возникновение и защита от них. М.: Географгиз, 1949.-213 с.

76. Тушинский Г.К. Ледники, снежники, лавины Советского Союза. — М.: Географгиз, 1963. 312 с.

77. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере. Москва: «Финансы и статистика», 1995. - 384 с.

78. Федоренко Ю.В., Бекетова Е.Б., Виноградов О.В., Шаров Н.В. Сейсмологические наблюдения на станции «Петрозаводск»//Глубинное строение и сейсмичность Кольского региона и его обрамления. -Петрозаводск, 2004. С.245-255.

79. Фомин А.Г. Критерий устойчивости снежного покрова/ЛГруды НИИЖТ. -1970. Вып. 115. - С.115-123.

80. Хоменюк Ю.В. Методика предсказания снежных лавин с помощью программ опознавания образов/Лруды САРНИГМИ. 1977. - Вып. 32(113). - С.80-94.

81. Хоменюк Ю.В. Программа опознавания образов «Поиск»//Труды САРНИГМИ. 1977. - Вып. 32(113). - С. 19-29.

82. Цубои Ч. Энергия землетрясений, объем гипоцентральной области, площадь афтершеков и прочность земной коры//Слабые землетрясения. М.: Изд. иностр. лит., 1961. - С. 160-164.

83. Черноус П.А. 2001. Некоторые результаты оценки качества определения лавинного риска//Материалы гляциологических исследований. Москва, 2001. -Вып. 91. - С. 105-109.

84. Черноус П.А. Изменчивость лавинообразующих факторов и моделирование возникновения лавин метелевого типа (на примере Хибин): Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. — Кировск, 1987. -193 с.

85. Черноус П. А. Применение многомерного дискриминантного анализа для распознавания лавиноопасных ситуаций//Исследования снега и лавин в Хибинах. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - С.64-70.

86. Черноус П.А. Точность определения метелевого переноса и качество диагностики лавинной опасности//Труды третьего всесоюзного совещания по лавинам. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - С. 101-111.

87. Черноус П.А., Федоренко Ю.В. Вероятностная оценка устойчивости снежной доски на склоне//Материалы гляциологических исследований. — М., 2000. -Вып.88. С.87-91.

88. Черноус П.А., Федоренко Ю.В., Мокров Е.Г., Husebye Е., Бекетова Е.Б. Исследование влияния сейсмичности на образование лавин//Материалы гляциологических исследований. М., 2004. - Вып.96. - С. 167-174.

89. Черноус П.А., Христоев Ю.В. Оценка точности данных о толщине снега в лавинных очагах//Материалы гляциологических исследований. Хроника, обсуждения. -М., 1986. -Вып.55. -С.201-206.

90. Ballard G.E.H., E.D. Feldt and S.Toth. Direct shear study on snow, procedure and data//Sp. Rep. 92. US Army Cold Reg. Res. Eng. Lab. Hanover, N.H., 1965.

91. Barashev N. Calculation of rime deposition on the surface of the Khibiny plateau// Data of glaciological studies. M., 2003. - Pub 94. - P. 128-130.

92. Bartelt, P., Lehning, M. A physical SNOWPACK model for the Swiss avalanche warning Part I: numerical model//Cold Reg. Sci. Technol. 2002. - 35. - P. 123145.

93. Bethke Sven, Lehning Michael, Hansyeli Rhyner. Predicting snow conditions for the optimization of ski racing equipment and piste preparation//Abstracts International symposium on snow and avalanches. Davos, Switzerland, 2003. - 97.

94. Brun E., Martin E., Simon V., Gendre C., Coleolu C. An energy and mass model of snow cover suitable for operational avalanche forecasting//J. of Glaciol. 1989. -Vol.35. -№ 121. -P.333-342.

95. Butkovich T.R. Strengh studies of high-density snows//Res. Rep. 296, US Army Snow, Ise Permafrost Res. Estab. -1956.

96. Chernouss P. An experience of avalanche diagnostic and forecast models verification/ZProceedings of the International Snow Science Workshop, 1-6 October 2000. Big Sky, Montana, AAAP, Bozeman, 2000. - P.81-85.

97. Chernouss P. Snow drift measurements on the Khibini mountain plateaus: Abstracts XXVII Symposium on Polar Meteorology and Glaciology. Tokyo, Japan, 2004.-1.3, P.4-5.

98. Chernouss P.A., Fedorenko Yu.V. The Stochastic Model of Snow Cover Stability on Mountain Slopes/ZProc. of the Intern. Snow Science Workshop, Oct. 6 -10, 1996.-Banff, Canada, 1996.-P. 104-106.

99. Chernouss, P. and Fedorenko, Yu. Probabilistic evaluation of snow slab stability on mountain slopes//Annals of Glaciology. 1998. - Vol. 26. -P.303-306.

100. Chernouss, P., Zuzin, Yu., Mokrov, E., Kalabin, G., Fedorenko, Yu. and Husebye, E. Avalanche hazards in Khibiny Massif, KOLA, and the new Nansen seismograph station//TRIS Newsletter. 1999. - No. 1. - P. 12-13.

101. DS-477 Blastmate:User manual. Instantel Inc. Kanata, Ontario, 1988. - 39 p.

102. Durand, Y., E.Brun, L.Merindol, G.Guyomarch, B.Lesaffre and E.Martin. A meteorological estimation of relevant parameters for snow models//Annals of Glaciology. 1993. - № 18. - P.65-71.

103. Fedorenko, Yu. V. and E. S. Husebye. First breaks automatic phase picking of P- and S- onsets in seismic records//Geophys. Res. Lett. - 1999. - 26. 3249-3253.

104. Fedorenko, Yu. V., E. S. Husebye and E. Boulaenko. School Yard Seismology// Orfeus Newsletter. 2000. - Vol. 2. - No. 3.

105. Filatov P., Yu. Fedorenko and E. S. Husebye, 2003. Seis/School/Norway Project: Equipment, Network Operation, Data Acquisition and Processing System// Seismological Research Letters. 2003. - Vol. 74. - No. 5. - P. 564-569.

106. Hestholm Stig O., Ruud Bent O., Husebye Eystein S. 3-D versus 2-D finite difference seismic synthetics including real surface topography/ZPhysics of the Earth and Planetary Interiors. 1999. -Nol 13. P.339-354.

107. Hestholm, S. O., and Ruud Bent O. Three-dimensional finite difference viscoelastic wave modeling including surface topography//Geophys. J. Int. 1999. -139. -P.852-878.

108. Jamieson Bruce, Fierz Charles. Heat flow from wet to dry snowpack layers and associated faceting: Abstracts International symposium on snow and avalanches. -Davos, Switzerland, 2003. 33.

109. Jibson, R.W. Predicting earthquake-induced landslide displacements using Newmark's sliding blok analysis//Transportation Research Record. 1993. - No. 1411.-P. 9-17.

110. Keeler C.M. and W.F. Weekes. Some mechanical properties of Alpine snow, Montana, 1964-66//Res. Rep. 227, US Army Cold Reg. Res. Eng. Lab. Hanover, N.H., 1967.

111. Keeler C.M. Some physical properties of alpine snow//Res. Rep. 271, US Army Cold Reg. Res. Eng. Lab. Hanover, N.H., 1969.

112. Lehning Michael, Fierz Charles, Brown Bob, Jamieson Bruce. Modelling instability for the snow cover model SNOWPACK: Abstracts International symposium on snow and avalanches. Davos, Switzerland, 2003. - 95.

113. Lehning, M., Bartelt, P.B., Brown, R.L., Fierz, C., Satyawali, P. A physical SNOWPACK model for the Swiss avalanche warning: Part II. Snow microstructure// Cold Reg. Sci. Technol. 2002. - 35. - P. 147-167.

114. Lehning, M., Bartelt, P.B., Brown, R.L., Fierz, C., Satyawali, P. A physical SNOWPACK model for avalanche warning: Part III. Meteorological forcing, thin layer formation and evaluation//Cold Reg. Sci. Technol. 2002. - 35. - P. 169- 184.

115. Lutschg M., Haeberli W, Stockli V. Permafrost occurrence in avalanche slopes: field measurements and numerical modeling//International Symposium on Snow and Avalanches. Abstracts. Davos, 2003. - No 94.

116. Meirold-Mautmer I., Lehning M. Measurements and model calculations of the solar shortwave fluxes in snow on Summit/Greenland//International Symposium on Snow and Avalanches. Abstracts. Davos, 2003. - No 105.

117. Mellor M. A review of basic snow mechanics//Proc. Int. Symp. On Snow Mechanics, Int. Assoc. Hydrol. Sci. Publ. Grindelwald, 1975. - 114. - P.251-291.

118. Mokrov E., Chernouss P., Fedorenko Yu., Husebye E. The influence of seismic effect on avalanche release//Proceedings of the International Snow Science Workshop, 1-6 October 2000. Big Sky, Montana, Montana State University, 2000. - P.338-341.

119. Mokrov E.G., Chernouss P.A. Similarity in avalanche occurrence: Abstracts II International conference "Avalanches and related subjects". Kirovsk, Russia, 2001.-P.43.

120. Newmark, N. M. Effects of earthquakes on dams and embankments// Geotechnique. -1965. -15. No.2. - P.139-160.

121. Obleitner Freiedrich, Lehning Michael. Measurements and simulations of snow and superimposed ice at the Kongsvegen glacier, Svalbard: Abstracts International symposium on snow and avalanches. Davos, Switzerland, 2003. - 128.

122. Perla R.I. Avalanche release, motion, and impact/ZDynamic of snow and ice masses. -1980. -P.397-450.

123. Rasmus Sipra, Lehning Michael. SNOWPACK model validation in Finland: sensitivity and parameterrisation: Abstracts International symposium on snow and avalanches. - Davos, Switzerland, 2003. - 24.

124. Spreitzhofer G., Fierz C., Lehning M. SN GUI: a graphical user interface for snowpack modeling//Abstracts International symposium on snow and avalanches. -Davos, Switzerland, 2003. 108.

125. Yamaguchi Satori, Sato Atsushi, Lehning Michael. Application of the numerical snowpack model (SNOWPACK) to the wet snow region in Japan: Abstracts International symposium on snow and avalanches. Davos, Switzerland, 2003. - 88.

Информация о работе

Мокров, Евгений Геннадьевич
кандидата географических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.31

Диссертация

Сейсмические факторы лавинообразования - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы