PRELOMNI PRETRGI POVRŠJA OB POTRESU IN NJIHOVE RAZISKAVE Andrej Gosar1 Povzetek Prelomni pretrgi površja nastanejo ob zelo močnih potresih z razmeroma plitvim žariščem. So primarni učinek potresa, saj so površinska manifestacija zdrsa dveh tektonskih blokov, ki se pri večini potresov zgodi le v globini. Značilni so za območja sveta z veliko intenzivnostjo tektonskih deformacij, kot so Turčija, Kalifornija, Tajvan in Nova Zelandija. Največji prelomni pretrgi so več deset kilometrov dolgi, s premiki do več metrov in lahko moč- no poškodujejo stavbe, ceste, železnice in nasipe. Za objekte kritične infrastrukture, kot so jedrske elektrarne, vodne pregrade ali naftovodi, katerih poškodba ali porušitev bi imela uničujoče sekundarne posledice, je nujno z obsežnimi raziskavami dokazati, da je nevarnost površinskega prelomnega pretrga ob potresu zanemarljiva. Prelomni pretrgi se raziskujejo z geološkimi, geomorfološkimi, geodetskimi in geofizikalnimi raziskavami. Najbolj so se v zadnjih desetletjih razvile metode daljinskega zaznavanja, kot so satelitska radarska interferometrija in letalsko lasersko skeniranje površja. V Sloveniji še ni bil dokazan primer površinskega prelomnega pretrga, ki bi bil povezan z dokumentiranim potresom, čeprav so taki pretrgi zelo verjetno nastali pri najmočnejših zgodovinskih potresih. Se pa za objekte kritične infrastrukture izvajajo vse potrebne raziskave. V bližini Slovenije je potres s površinskim pretrgom, velikim do 0,5 m, nastal decembra 2020 v hrvaški Petrinji. EARTHQUAKE SURFACE FAULT RUPTURES AND THEIR INVESTIGATIONS Abstract Surface fault ruptures occur during very strong earthquakes with rather shallow hypocentres. They are primary earthquake effects, because they are the surface manifestation of the slip of two tectonic blocks, which for most earthquakes occur only at depth. They are characteristic of areas of the world with large tectonic deformations, such as Turkey, California, Taiwan and New Zealand. The largest fault ruptures are several tens of kilometres long with displacements of up to several metres, and can severely damage buildings, roads, railways and embankments. For critical infrastructure such as nuclear power plants, water dams and oil pipelines, the damage or collapse of which would produce catastrophic secondary effects, it is mandatory to demonstrate, through extensive investiga- tions, that the danger of surface rupture is negligible. Surface ruptures are studied by geological, geomorphologi- cal, geodetic and geophysical methods. Among them, remote sensing methods, such as satellite radar interfero- metry and airborne laser scanning methods, have made the greatest progress in the past few decades. In Slovenia no earthquake surface rupture associated with a documented earthquake has yet been proven, although it has very likely occurred in the largest historical earthquakes. For this reason all necessary investigations are being carried out for critical infrastructure. Near Slovenia, an earthquake occurred in Petrinja (Croatia) in December 2020 with surface rupture displacements of up to 0.5 m. 1 dr., Ministrstvo za okolje in prostor, Agencija RS za okolje, Urad za seizmologijo, Vojkova 1b, Ljubljana, andrej.gosar@gov.si UVOD Potres nastane, ko se dva bloka kamnine, ki ju loči tek- tonski prelom, nenadno premakneta zaradi nakopiče- ne napetosti v Zemljini skorji, potem ko sta presežena trenje na prelomni ploskvi ali strižna trdnost kamnine. Tektonski prelomi se lahko jasno kažejo na površju in jih vidimo v naravi, na satelitskih in letalskih posnetkih ter predvsem v natančnih digitalnih modelih višin. Pro- učujemo jih z geomorfološkimi metodami raziskav. Še bolj pogosto pa prelomov v naravi ne vidimo dobro, predvsem tam, kjer sta na površju debelejša preperina ali gozd, lahko pa raziščemo njihov potek z geološkim kartiranjem in strukturno-geološkimi metodami razi- skav. Poznamo pa tudi slepe prelome (angl. blind fault), ki ne segajo do površja in tam niso vidni, se pa lahko kažejo v morfologiji kot značilne gube. Take prelome lahko zaznamo z geofizikalnimi metodami. Velika večina potresov nastane ob že obstoječih prelomih, ki v Zemljini skorji pomenijo šibko obmo- čje z manjšo strižno trdnostjo. Izjemoma pa se ob 280 U J M A · številka 36 · 2022 nekaterih močnih potresih zgodijo tudi povsem novi prelomni pretrgi, pa še pri teh se pogosto izkaže, da je v globini že obstajal slep prelom, ki pa ni bil znan. Čeprav je potek večine tektonskih prelomov znan in vrisan v geološke karte, se velika večina potresov zgodi s prelomnimi pretrgi le v globini in koseizmični zmiki kamnin ne segajo do površja. Prelomni pretrgi površja (angl. surface fault rupture) so značilni le za zelo močne potrese, njihov nastanek pa je odvisen od magnitude in globine žarišča potresa, vrste prelo- ma in litološke sestave površja (Gosar, 2003). Prelomni pretrg površja ob močnem potresu pomeni izjemno tveganje za stavbe ali infrastrukturo, zgrajeno na njem. Zato se oceni nevarnosti prelomnega pretrga v ocenjevanju potresne nevarnosti namenja veliko po- zornosti (Dalguer in sod., 2021), posebno pri objektih kritične infrastrukture, kot so velike pregrade, jedrske elektrarne ali naftovodi. Pri objektih in strukturah to- rej, katerih poškodba ali porušitev bi imela uničujoče sekundarne učinke v obliki poplave zaradi porušitve jezu, sevanja zaradi poškodbe jedrskega reaktorja ali velikega onesnaženja zaradi pretrganega naftovoda. PRIMARNI IN SEKUNDARNI UČINKI POTRESOV Pri intenzitetnih potresnih lestvicah uporabljamo za določitev intenzitete predvsem učinke na ljudi, predmete in stavbe. Ker pa so učinki potresov v naravnem okolju pri višjih intenzitetah lahko prevla- dujoči, so uvedli dopolnilno lestvico učinkov potre- sov na okolje (angl. Environmental Seismic Intensity scale – ESI 2007), ki dopolnjuje druge 12-stopenj- ske lestvice, predvsem Evropsko potresno lestvico (EMS). Po ESI 2007 se učinki potresov v naravnem okolju delijo na primarne in sekundarne (Guerrieri in Vittori, 2007). Primarni učinki so površinski od- raz seizmogenega preloma in se kažejo v površin- skem prelomnem pretrgu ter dvigu ali spustu enega kamninskega bloka nasproti drugemu. Sekundarni učinki pa nastanejo zaradi močnega nihanja tal, ki ga povzročajo potresna valovanja, ki se širijo iz ža- rišča potresa, in obsegajo razpoke v tleh, skalne po- dore, zemeljske plazove, utekočinjenje (likvifakcijo) sedimentov, hidrološke anomalije, anomalno valo- vanje vode in skakanje kamnov (Guerrieri in Vittori, 2007). Pri številnih močnih potresih, ki se zgodijo v odmaknjenih, redko poseljenih območjih, so učinki v naravnem okolju prevladujoči in zato zelo pomemb- ni za določitev intenzitete. Poleg tega večji učinki v naravnem okolju, kot so skalni podori, zemeljski plazovi in prelomni pretrgi, edini omogočajo primer- javo zgodovinskih potresov, za katere ni instrumen- talnih seizmoloških podatkov, z novejšimi. V Sloveniji so se obsežni učinki v naravnem okolju, predvsem v obliki skalnih podorov, zgodili ob potresu leta 1998 v Krnskem pogorju (Gosar, 2012a, 2014). Kljub zmerni magnitudi 5,6 in največji intenziteti VII–VIII EMS-98 je zaradi redke poseljenosti Julijskih Alp in Zgornje- ga Posočja analiza teh učinkov z uporabo ESI 2007 omogočala boljšo oceno intenzitet v ožjem nadža- riščnem območju, ki je dopolnila makroseizmične analize po Evropski potresni lestvici (Gosar, 2014). Oblika površinskega pretrga je odvisna od vrste pre- loma (slika 2), ki opredeljuje smer zmika ob prelomu, in od vrste kamnin, ki so na površju najpogosteje se- dimentne. Pri normalnih prelomih, kjer se krovninski blok ob potresu pogrezne glede na talninskega, nas- tane navadno stopnica v topografiji, ki je v mehkej- ših sedimentih v več segmentih ali pa jo spremljajo spremljajoči prelomi in se oblikuje tektonski jarek. Pri reverznih prelomih, pri čemer se krovninski blok na- rine na talninskega, je povšinski pretrg bolj zapleten, saj se del krovnine navadno poruši. Poleg tega pride tudi do gubanja površinskih sedimentov in vzvratne- ga narivanja. Pri zmičnih prelomih bloka zdrsneta v vodoravni smeri in je prelomni pretrg precej raven. Ker pa je veliko zmičnih prelomov segmentiranih, so tudi ti pretrgi lahko zapleteni in imajo številne prek- rivajoče se odseke ali pa jih spremljajo ešalonirane razpoke. Poznamo tudi poševne prelome, pri katerih je premik kombinacija normalnega ali reverznega premika z zmičnim premikom. Prelomni pretrgi ob poševnih prelomih so bolj zapleteni, saj kažejo tako navpičen kot vodoraven medsebojen premik obeh kamninskih blokov (Moores in Twiss, 1995). Slika 1: Nekatere vrste učinkov potresov v naravnem okolju (fault rupture – prelomni pretrg, landslide – zemeljski plaz, liquefaction – utekočinjenje ali likvifakcija, ground motion – gibanje tal, amplification – ojačenje) (Wang in sod., 2017) Figure 1: Some types of environmental earthquake effects 281številka 36 · 2022 · U J M A P R E LO MNI P R E T RGI P OV R Š JA OB P OT R E S U IN N JIHOV E R A ZIS K AV E Andrej Gosar Če je na površini debelejša plast nevezanih sedimen- tov, bo površinski pretrg manj pravilen in pogosto prekinjen. Če pa je sedimentov le malo, je pretrg bolj raven, razen če je ob zelo močnem potresu pretrg zajel več med seboj povezanih prelomov. PRIMERI POVRŠINSKIH PRELOMNIH PRETRGOV Površinski prelomni pretrg so prvič dokumentirano opazovali ob potresu magnitude 7,9 leta 1906 v San Franciscu, ko so ob prelomnici svetega Andreja nas- tali do 6 m veliki vodoravni premiki. Dolžina površin- skega pretrga je bila 477 km, kar kaže velikost tega potresa. Zelo znani so posnetki premaknjenih ograj in drugih linearnih struktur, ki so potrjevali velikost deformacij. Celoten transformni prelom svetega An- dreja je dolg več kot 1300 km in poteka vzdolž več- jega dela Kalifornije ter je del tektonske meje med Tihomorsko in Severnoameriško litosfersko ploščo (Moores in Twiss, 1995). Eden najbolj zapletenih površinskih prelomnih pretrgov je nastal leta 2016 ob potresu Kaikoura z magnitudo 7,8 na Južnem otoku Nove Zelandije. Žarišče potresa, kjer se je prelomni pretrg začel, je bilo v globini 15 km. Od tu se je pretrg v globini ši- ril vzdolž prelomnih ploskev proti severu s hitrostjo 2 km/s kar 200 km daleč (Wikipedia, 2016, Kaikoura earthquake). Potres ni sprostil največ energije v na- džarišču, temveč 100  km severneje. Začetne razi- skave so pokazale, da je ob potresu prišlo do pretrga vzdolž vsaj šestih prelomov, pozneje se je s podrob- nejšimi raziskavami njihovo število dvignilo na 25, med katerimi številni prej niso bili znani. Zato se šte- je, da je potres Kaikoura najbolj zapleten od vseh, ki so bili kadar koli raziskani. Površinski prelomni pretrg je bil dolg okoli 70 km, od tega je bilo 36 km pretrga na kopnem, 34 km pa na morskem dnu (Science Le- arning Hub, 2018). Premiki ob površinskem pretrgu so dosegli 10 m v vodoravni smeri in 4 m v navpični (slika 3). V Evropi, razen njenega sredozemskega dela, ni zna- nih veliko površinskih prelomnih pretrgov ob potre- sih, saj je intenzivnost deformacij manjša kot na ob- močjih z večjo potresno dejavnostjo. Ob nedavnem potresu 29. decembra 2020 z navorno magnitudo 6,4 pri Petrinji na Hrvaškem (Dasović in sod., 2021; Vukovski, 2021) pa so nastali številni koseizmični po- javi, ki vključujejo površinske pretrge. Potres je nastal v desnozmični petrinjski prelomni coni, ki poteka v smeri severozahod-jugovzhod. Ža- riščni mehanizem potresa (EMSC, 2021) je pokazal skoraj popoln desni zmik ob navpičnem prelomu z zanemarljivo navpično komponento premika. Ker sta satelita Sentinel z radarsko interferometrijo posnela to območje že en dan po potresu (30. decembra), po- datki pa so javno dostopni, so raziskovalci zelo hitro izračunali InSAR interferogram (slika 4) iz razlike od predhodnega snemanja 18. decembra (metoda je opisana v poglavju o raziskavah prelomnih pretrgov). Ta je pokazal, da so bili največji premiki na površju Slika 3: Ob potresu Kaikoura magnitude 7,8 na južnem otoku Nove Zelandije leta 2016 je na površju nastala 3,5 m visoka prelomna stopnica. (vir: Science Learning Hub) Figure 3: During the Kaikoura magnitude 7.8 earthquake, which occurred in 2016 on New Zealand’s South Island, a 3.5 m high fault scarp was created (Source: Science Learning Hub) Slika 2: Različne vrste tektonskih prelomov Figure 2: Different types of tectonic faults REVERZNI PRELOM NORMALNI PRELOM ZMIČNI PRELOM 282 U J M A · številka 36 · 2022 P R E LO MNI P R E T RGI P OV R Š JA O B P OT R E S U IN N JIHOV E R A ZIS K AV E Andrej Gosar okoli 0,5 m (Ganas in sod., 2021). Raziskave so dopol- nili z rezultati satelitskih geodetskih meritev (GNSS) na petih točkah omrežja EUREF in z žariščnim meha- nizmom, izračunanim iz seizmoloških opazovanj. S skupnim modeliranjem vseh podatkov so izračunali, da je bil prelomni pretrg v globini dolg okoli 8 km, naj- večji premik ob prelomu (v globini) pa je znašal oko- li 3 m. Prelomna cona je razmeroma široka, zato je vzorec površinskih deformacij precej zapleten. Sledile so obsežne terenske geološke raziskave, pri katerih so sodelovali raziskovalci iz različnih držav, tudi Slovenije. Ugotovili so skoraj 2 km dolg, skoraj zvezen pretrg na površju s premiki okoli 20 cm. Naj- večji lokalni premik (36 cm) so izmerili na lokaciji, kjer razpoka seka državno cesto št. 37 (Tondi in sod., 2021). Poleg primarnih učinkov v obliki pretrga in raz- pok je imel potres tudi številne sekundarne učinke v naravi, predvsem vzdolž Kolpskega preloma, ki je del Petrinjskega prelomnega sistema (slika 5). Zelo veliko je bilo primerov utekočinjenja tal z značilnimi izbruhi z vodo nasičenega peska vzdolž razpok ter zemeljskih plazov. Likvifakcija in plazenje sta resno poškodovala nasipe in jez na reki Kolpi, ki so jih mo- rali hitro sanirati, da bi preprečili poplave. Nastali so tudi številni ugrezi s premerom od enega do dvajset metrov in globoki do šest metrov. Gre za kraško ob- močje, za katerega so z analizo letalskih in satelitskih posnetkov ugotovili, da je zelo dovzetno za nastanek takih ugrezov (Tondi in sod., 2021), močno potresno nihanje tal pa je procese le zelo pospešilo. Zanimiv sekundarni učinek je bil tudi izbruh vode v neki gara- ži, ki je povzročil 50–70 cm visok gejzir. V knjigi Yeatsa in sodelavcev (1997) Earthquake Geology so sistematično zbrani podatki o vseh potresih z znanim površinskim pretrgom na svetu, ki navajajo datum in magnitudo potresa, lokacijo nadžarišča, vrsto in usmerjenost preloma, dolžino pretrga ter največji vodoravni in navpični premik ob prelomnem pretrgu ter vir podatkov. Vseh opisanih primerov je več kot 300. V Evropi je največ primerov koseizmičnih površinskih prelomnih pretrgov v Grčiji, sledijo Islandija, Italija, Bolgarija in Albanija s po ne- kaj primeri. Bistveno več takih primerov je v Turčiji, kjer se je ob 1500  km dolgem Severnoanatolskem prelomnem sistemu samo v 20. stoletju zgodilo več kot deset rušilnih potresov z magnitudo nad 7,0 z večmetrskimi koseizmičnimi površinskimi premiki Slika 4: Interferogam satelitskega radarskega skeniranja InSAR je za potres magnitude 6,4 decembra 2020 pri Petrinji pokazal, da je vodoraven premik ob prelomnem pretrgu znašal okoli 0,5 m (Ganas in sod., 2021). Figure 4: Interferogram of satellite radar scanning InSAR for the Petrinja December 2020 magnitude 6.4 earthquake showing a horizontal displacement of up to 0.5 m Slika 5: Pri potresu v Petrinji decembra 2020 je nastalo več sekundarnih učinkov: likvifakcija (a) in (d) v obliki izbruhov peska, skalni podori (b), ugrezi (c), razpoke v rečni pregradi (e) in nasipih (f) (Tondi in sod., 2021). Figure 5: The Petrinja earthquake of December 2020 caused many secondary effects: liquefaction (a) and (d) in the form of sand boils, rockfalls (b), sinkholes (c), fractures in the river dam (e), and an embankment (f) 283številka 36 · 2022 · U J M A P R E LO MNI P R E T RGI P OV R Š JA OB P OT R E S U IN N JIHOV E R A ZIS K AV E Andrej Gosar ob pretrgih, dolgih več deset kilometrov. Pozneje so za ocenjevanje potresne nevarnosti Baize in sodelav- ci (2019) izdelali novo podatkovno bazo površinskih prelomnih pretrgov SURE (SUrface Ruptures due to Earthquakes), ki pa obsega le primere z izrazitejšimi koseizmičnimi pojavi za 45 potresov v magnitudnem razponu 5,0–7,9. So pa ti zelo podrobno analizirani, saj obsegajo 15.000 opazovanj za določitev vseh pa- rametrov, vključno s premikom, ki je najpomembnej- ši, in določitev več ko 56.000 segmentov pretrgov. Po Environmental Seismic Intensity scale (ESI 2007) so primarni učinki v obliki površinskega prelomnega pretrga značilni za intenzitete potresa med VIII in XII (Guerrieri in Vittori, 2007). Njihova velikost ekspo- nentno narašča z intenziteto potresa (preglednica 1), ki je odvisna od magnitude in žariščne globine. Magnituda potresa je odvisna od celotne površine prelomnega pretrga in velikosti zmika ob prelomni ploskvi. Odnos med magnitudo potresa, površino in dolžino celotnega prelomnega pretrga (v globini) ter dolžino in premikom površinskega pretrga je eden najpomembnejših pri ocenjevanju potresne nevar- nosti in zato predmet številnih raziskav. Največ se uporabljajo empirične enačbe Wellsa in Coppersmit- ha (1994). Površinski prelomni pretrgi lahko zelo poškodujejo transportno infrastrukturo. Ob potresu Kocaeli ma- gnitude 7,6, ki je leta 1999 prizadel zahodno Turčijo, so bile hudo poškodovane tako ceste (slika 6) kot že- lezniške proge (slika 7). Dolžina prelomnega pretrga tega potresa ob Severnanatolskem prelomu je bila 150 km, največji vodoravni premiki pa do 5,7 m. Slika 6: Hude poškodbe ceste in porušitev nadvoza zaradi do 5,7 m velikih vodoravnih premikov ob prelomnem pretrgu potresa Kocaeli v zahodni Turčiji leta 1999 (vir: www.koeri.boun.edu.tr) Figure 6: Heavy damage to a road due to up to 5.7 m horizontal displacements in the surface rupture of the Kocaeli earthquake in West Turkey in 1999 (Source: www.koeri.boun.edu.tr) Slika 7: Močno zviti tiri železniške proge zaradi prelomnega pretrga potresa Kocaeli v zahodni Turčiji leta 1999 (vir: www.koeri.boun.edu.tr) Figure 7: Heavily bent railway lines due to the surface rupture of the Kocaeli earthquake in West Turkey in 1999 (Source: www.koeri.boun.edu.tr) Preglednica 1: Primarni učinki potresov po intenzitetni lestvici učinkov potresov na okolje ESI 2007 (Environmental Seismic Intensity scale) (Guerrieri in Vittori, 2007) Table 1: Primary effects of earthquakes according to the Environmental Seismic Intensity Scale (ESI 2007) (Guerrieri in Vittori, 2007) intenziteta površinski pretrg tektonski dvig ali spust drugi učinki morfologijadolžina premik VIII do nekaj 100 m do nekaj cm nekaj cm IX do nekaj km do 1 dm nekaj dm X nekaj 10 km do nekaj m nekaj m gravitacijski jarek ali podolgovata depresija XI nekaj 10 do 100 km več m več m gravitacijski jarek, podolgovata depresija ali iztisnjen greben spremenjena rečna mreža XII več 100 km nekaj 10 m več m gravitacijski jarek, podolgovata depresija ali iztisnjen greben spremenjena rečna mreža, nastanek slapov in jezer 284 U J M A · številka 36 · 2022 P R E LO MNI P R E T RGI P OV R Š JA O B P OT R E S U IN N JIHOV E R A ZIS K AV E Andrej Gosar POVRŠINSKI PRELOMNI PRETRGI IN KRITIČNA INFRASTRUKTURA Potresno inženirstvo danes omogoča, da gradimo varne objekte tudi na območjih z zelo visoko potre- sno nevarnostjo, kot so Japonska, Turčija in Kali- fornija. Pri tem pa velja, da se moramo pri gradnji nujno izogniti lokacijam, ki so neposredno na prelo- mu, na katerem lahko ob potresu nastane površin- ski pretrg. Kot je že opisano, so površinski pretrgi lahko precej zapleteni in ne vemo nujno vnaprej, kje vse lahko nastanejo. Znani so sicer redki primeri, ko se objekt, ki je stal na prelomnem pretrgu, ni porušil in žrtev ni bilo, vendar je to bolj srečno naključje, ko so bila tla dovolj mehka, da ni prišlo do pretrga temeljne konstrukcije in hkrati dovolj nosilna, da ni prišlo do večjega nagiba objekta in posledično po- rušitve (slika 8). Pri objektih kritične infrastrukture je z obsežnimi raziskavami treba ugotoviti, da je nevarnost površin- skega pretrga izključena ali zanemarljiva. Eden naj- bolj znanih primerov delne porušitve takega objekta je vodna pregrada Ši-Kang na Tajvanu, ki se je ob potresu Chi-Chi z magnitudo 7,7 leta 1999 delno porušila (slika 9), saj je bila zgrajena na poznejšem prelomnem pretrgu, ki je na tem mestu znašal v nav- pični smeri kar 5–6 m. Tudi sicer so pri tem nariv- nem potresu nastali izjemno veliki premiki, ki so do- segli 9 m v vodoravni in 8 m v navpični smeri. Na reki Tačja-Hi je zaradi pretrga zato nastal 8 m visok slap. Velikost navpičnih premikov površja ob prelomu uvr- šča ta potres med največje na svetu po tem kriteriju (Vidrih in Godec, 2000). Za jedrske objekte še posebej velja, da mora biti zagotovljeno, da na območju objekta ni možnosti površinskega pretrga. Zato se na njihovih lokacijah predhodno izvedejo obsežne geološke in geofizikal- ne raziskave, ki jih predpisujeta in nadzorujeta IAEA in US NRC (Valentini in sod., 2021). Na svetu še ni znanega primera, da bi imel kateri koli jedrski objekt težave zaradi površinskega prelomnega pretrga. Pri znani nesreči v Fukušimi leta 2011 zaradi Tohokske- ga potresa je bila ta izključno posledica cunamija, saj je potres nastal daleč od kopnega pod morskim dnom (Gosar, 2012b). Poseben izziv so naftovodi in plinovodi, ki so pogos- to več tisoč kilometrov dolgi in se pri tem ni vedno mogoče izogniti prečkanju večjih aktivnih prelomov. Pretrg ali večja poškodba naftovoda bi povzročila veliko ekološko katastrofo in ogromno gmotno ško- do. Aljaska je eno potresno najbolj dejavnih območij na svetu s potresi, ki lahko presežejo magnitudo 9,0. Potres leta 1964 je imel navorno magnitudo 9,2 in se uvršča med tri najmočnejše znane potrese v zgodo- vini (Yeats in sod., 1997). Aljaska pa je tudi največja proizvajalka nafte v severni Ameriki, zato so prek nje v sedemdesetih letih zgradili 1300 km dolg transa- ljaški naftovod, ki povezuje Arktični ocean z Alja- škim zalivom. Pri tem naftovod prečka pomemben prelom Denali, za katerega je bilo z geološkimi razi- skavami ocenjeno, da so na 600 m dolgem odseku naftovoda mogoči premiki površja 6,1 m v vodoravni smeri in 1,5 m v navpični smeri, in sicer ob potresu z ocenjeno največjo magnitudo 8,0. Da bi toge naftne cevi premera 1,2 m zdržale tako velike premike, so jih na tem odseku zgradili v cik-cak obliki na nosilcih iz teflona, ki lahko prosto drsijo po vodoravnih podpor- nikih (slika 10). Leta 2002 se je nato zgodil potres z magnitudo 7,9, ob katerem je na tem odseku nastal Slika 8: V izjemnih primerih lahko ustrezno zgrajena hiša zdrži celo prelomni pretrg, ki se zgodi pod njo. Potres Kaikoura leta 2016 na Novi Zelandiji (vir: www.stuff.co.nz/science) Figure 8: In exceptional cases a properly built house can sustain a surface fault rupture directly under the building: the Kaikoura 2016 earthquake in New Zealand (Source: www.stuff.co.nz/science) Slika 9: Vodna pregrada Ši-Kang na Tajvanu, ki se je delno porušila ob potresu Chi-Chi leta 1999 (vir: Wieland in Fan, 2004) Figure 9: The Shi-Kang water dam in Taiwan, which was partially destroyed by the Chi-Chi earthquake of 1999 (Source: Wieland in Fan, 2004) 285številka 36 · 2022 · U J M A P R E LO MNI P R E T RGI P OV R Š JA OB P OT R E S U IN N JIHOV E R A ZIS K AV E Andrej Gosar 4,3 m velik vodoravni in 0,8 m velik navpični premik. Izjemna inženirska rešitev iz sedemdesetih let, ki je stala 3 milijone dolarjev, se je takrat večkratno obre- stovala, saj je naftovod potres prestal brez poškodb glavne cevi, poškodovali so se le nekateri nosilci v bližini preloma (Fuis in Wald, 2003). Opredelitev poteka pomembnih aktivnih prelomov na takih območjih, ki so geološko slabo raziskana, saj jih pokriva debela plast preperine in gozda, je bila dolgo časa skoraj nepredstavljiv izziv. Šele le- talsko lasersko skeniranje površja (LiDAR), ki se je počasi uveljavilo po letu 2000, nam danes omogoča natančne digitalne modele višin tudi na z gozdom poraslih območjih (Gosar, 2007), kar omogoča geo- morfološke analize površja za določitev poteka seiz- mogenih prelomov. To so pozneje obsežno uporabili tudi na Aljaski (McCalpin, 2009). RAZISKAVE NEVARNOSTI POVRŠINSKEGA PRELOMNEGA PRETRGA Raziskave nevarnosti površinskih pretrgov so pove- zane predvsem s kritično infrastrukturo, največkrat za potrebe jedrskih elektrarn. V smernicah in stan- dardih (IAEA, US NRC), ki se pri tem uporabljajo (Va- lentini in sod., 2021), se je uveljavil pojem »zmožen prelom« (angl. capable fault), torej prelom, pri kate- rem je nevarnost (lahko tudi zelo majhna) za povr- šinski pretrg. Na gradnjo takega objekta na znani lokaciji preloma s preteklim površinskim pretrgom seveda sploh ne pomislimo. Pri zmožnem prelomu torej govorimo o prelomu, ki se konča nekje v globini ali poteka v bližini lokacije in je treba z raziskavami ugotoviti, ali bi lahko tudi po najbolj neugodnem sce- nariju (konzervativen pristop) prišlo do površinskega pretrga (Nurminen in sod., 2020). Znotraj obsežne- ga področja ocenjevanja potresne nevarnosti (Ba- ker in sod., 2021), ki obsega verjetnostne (PSHA) in deterministične (DSHA) metode, se je tako razvilo posebno področje ocenjevanja nevarnosti površin- skega prelomnega pretrga (angl. Fault Displacement Hazard Assessment – FDHA) (Dalguer in sod., 2021; Valentini in sod., 2021). Koseizmične premike površja ob potresnem pre- lomnem pretrgu raziskujemo z različnimi geološki- mi, geomorfološkimi in geodetskimi metodami ter metodami daljinskega zaznavanja iz letal, dronov ali satelitov. Ker so se v zadnjih tridesetih letih uve- ljavile številne nove metode daljinskega zaznavanja (Oštir, 2006), je tovrstno proučevanje doživelo velik napredek in razcvet. Osnovna metoda ostaja struk- turno-geološko kartiranje ozemlja, s katerim in situ dokumentiramo in raziščemo prelomni pretrg in kvantitativno opredelimo ključne parametre, kot so dolžina in smer pretrga, premik v vodoravni in nav- pični smeri ter vpad prelomne ploskve. S terestično in satelitsko geodezijo lahko natančno izmerimo premike, če je bila ob prelomu že pred potresom vzpostavljena opazovalna mreža točk, med kateri- mi v rednih intervalih opravljamo izmere. Če pred- hodne mreže točk ni, izmerimo premike na podlagi značilnih markerjev naravnega ali umetnega izvora (Gosar, 2020). Geomorfološke raziskave so kombi- nacija terenskih opazovanj in rezultatov daljinskega zaznavanja. Klasična aerofotogrametrija je lahko koristna podla- ga za druge raziskave in se veliko uporablja v struk- turni geologiji. Za primerjavo stanja pred potresom in po njem moramo počakati naslednjo ciklično izme- ro. Namensko snemanje površja z dronom je te me- tode znatno pocenilo in so postale dostopne za širo- ko področje raziskav. Tako jih lahko precej preprosto izvedemo kmalu po potresu, ko so ob prelomnem pojavu še dobro vidni. Satelitska radarska interferometrija InSAR (Synthe- tic Aperture Radar) se je uveljavila v devetdesetih letih s satelitoma Evropske vesoljske agencije ERS- 1 in ERS-2, ki sta radarsko snemala površje z višine 770 km. Nad istim območjem površja Zemlje sta bila ponovno vsakih 35 dni. Po letu 2014 se je z novima Slika 10: Transaljaški naftovod na območju preloma Denali za kompenzacijo premikov ob potresnem prelomnem pretrgu poteka v cik-cak obliki na teflonskih nosilcih. (vir: Wikipedia) Figure 10: Trans-Alaska oil pipeline zigzagging on Teflon supports, where it crossed the Denali fault to accommodate earthquake-related fault displacements (Source: Wikipedia) 286 U J M A · številka 36 · 2022 P R E LO MNI P R E T RGI P OV R Š JA O B P OT R E S U IN N JIHOV E R A ZIS K AV E Andrej Gosar satelitoma Sentinel-1 A in B ta interval zmanjšal na 12 dni. Snemanje v paru omogoča izdelavo digitalnih modelov višin. Aktivni mikrovalovni instrument delu- je s frekvenco 5,3 GHz oziroma valovno dolžino 5,6 cm in pod kotom 23° snema 100  km širok pas na Zemlji (Oštir, 2006). Pri metodi InSAR iz parov dveh zaporednih posnetkov pridobimo natančne podatke o premikih (spremembi reliefa) na Zemljinem površ- ju, ki so se zgodili med prvim in drugim snemanjem. To so predvsem premiki zaradi močnih potresov, lah- ko pa tudi zaradi zemeljskih plazov in drugih erozij- skih pojavov. Eno prvih uspešnih opazovanj so izved- li pri analizi premikov zaradi potresa Hector Mine v Kaliforniji leta 1999 z magnitudo 7,1 (Jonsson in sod, 2002). Potres je povzročil 50 km dolg površinski pre- trg z do 6 m velikim premikom v vodoravni in 1,6 m v navpični smeri, ki se jasno kaže v interferogramu InSAR (slika 11). Letalsko lasersko skeniranje (LiDAR) je po letu 2000 povzročilo pravo revolucijo v tektonski geomorfologiji, saj smo z njim dobili orodje za izdela- vo podrobnih (ločljivost pod 1 m) digitalnih modelov višin tudi na območjih, prekritih z gosto vegetacijo (gozd). Nekateri laserski žarki namreč skozi drevesne krošnje dosežejo tla in z napredno obdelavo podat- kov lahko izdelamo modele višin golega površja ter tako vidimo podrobnosti v reliefu, ki so na letalskih posnetkih, ali iz njih izdelanih modelih višin zaradi gozda povsem nevidni (slika 12). Eno prvih takih raz- iskav v Evropi smo izvedli že leta 2006 v Sloveniji na območju Idrijskega in Ravenskega preloma (Gosar, 2007). S ponovitvijo laserskega snemanja (lahko tudi iz drona, kar je stroškovno ugodno) lahko po moč- nem potresu primerjamo dva visoko ločljiva modela površja in analiziramo ter kvantificiramo premike. Pri ocenjevanju nevarnosti površinskega prelomne- ga pretrga (FDHA) se uporabljajo interdisciplinarne metode. Poleg že opisanih metod tektonske geo- morfologije in strukturne geologije so pri tem ključne Slika 11: Satelitska radarska interferometrija (InSAR) za potres Hector Mine v Kaliforniji leta 1999, ki je povzročil 50 km dolg površinski pretrg z do 6 m velikim premikom v vodoravni in 1,6 m v navpični smeri (vir: Wikimedia) Figure 11: Satellite radar interferometry (InSAR) for the 1999 Hector Mine earthquake in California, which produced a 50 km surface rupture with up to a 6 m displacement in the horizontal and 1.6 m in the vertical direction (Source: Wikimedia) Slika 12: Letalsko lasersko skeniranje površja (LiDAR) je eno najmočnejših orodij za analizo seizmogenih prelomov na z gozdom poraščenih območjih. Primer podrobnega digitalnega modela višin območja Idrijskega preloma v Srednji Kanomlji pred odstranitvijo gozda (a) in po njej (b) (Gosar, 2007) Figure 12: Airborne laser scanning (LiDAR) is one of the most powerful tools for analyzing seismogenic faults in areas covered with forest: an example of a detailed digital elevation model in the Idrija fault area in Srednja Kanomlja before (a) and after (b) the removal of trees 287številka 36 · 2022 · U J M A P R E LO MNI P R E T RGI P OV R Š JA OB P OT R E S U IN N JIHOV E R A ZIS K AV E Andrej Gosar še geofizikalne metode, ki poleg raziskovalnega vr- tanja edine omogočajo vpogled pod površje. Med njimi dajejo najbolj popolne strukturno-geološke podatke metoda refleksijske seizmike, ki se v najpli- tvejšem delu lahko dopolni z metodo georadarja. Pri raziskavah preteklih potresov, ki so povzročili pre- lomni pretrg površja, se uporablja širok nabor paleo- seizmoloških metod, ki se po opravljenih predhodnih raziskavah izvajajo v posebnih raziskovalnih jarkih, v katerih se dokumentirajo morebitni pretrgi v geološki zgodovini (Gosar, 2003; McCalpin, 2009). VERJETNOST POVRŠINSKEGA POTRESNEGA PRETRGA V SLOVENIJI V Sloveniji še nismo ugotovili površinskega pre- lomnega pretrga ob kakšnem potresu. Paleoseiz- mološke raziskave kažejo, da so taki pretrgi verjetno nastali ob najmočnejših zgodovinskih potresih na Idrijskem, Raškem in Savskem prelomu. Potresi v Sloveniji v zadnjih 130 letih niso presegli ocenjene magnitude 6,1 (veliki Ljubljanski potres 1895) oziro- ma 5,6 (Brežiški potres 1917, potres v Krnskem po- gorju 1998). Pri takih magnitudah potresov in globi- nah žarišča med 5 in 20 km verjetnost površinskega pretrga ni velika. Na to vpliva prevladujoči zmičen tektonski režim, pri katerem ob potresu nastane vo- doraven premik in je površinski pretrg redkejši kot pri normalnih in reverznih prelomih z navpičnim premi- kom (slika 2). Površinske pretrge je tudi zelo težko videti v pretežno skalnem površju (Ravenski prelom v Krnskem pogorju) ali v zelo mehkih sedimentih (Želimeljski prelom kot mogoč seizmogen vir lju- bljanskega potresa poteka prek Ljubljanskega Barja in Ljubljanskega polja). Tudi v Sloveniji imamo kritično infrastrukturo, za ka- tero je treba z raziskavami dokazati, da je ne ogroža morebiten površinski prelomni pretrg. Najobsežnej- še raziskave so bile narejene v okolici jedrske elek- trarne Krško. Z različnimi geološkimi, geofizikalnimi in seizmološkimi metodami raziskav je dokazano, da je verjetnost obstoja preloma, ki bi bil zmožen površinskega pretrga ob potresu pod elektrarno in v njeni bližini, izključena (Gosar, 1998). Zaradi priprav na odločitev za gradnjo morebitnega drugega bloka jedrske elektrarne Krško nekatere raziskave na tem območju še vedno potekajo. Pri tem je nepogreš- ljiva geofizikalna metoda refleksijske seizmike, ki omogoča najpodrobnejši pogled v globinsko geolo- ško zgradbo in zaznavo morebitnih slepih prelomov (Gosar, 1998). Med drugimi objekti kritične infrastrukture so velike pregrade, za katerimi so vodne akumulacije (Godec in sod., 2003). To so objekti, ki so zgrajeni tako, da brez poškodb prenesejo zelo visoke intenzitete niha- nja tal ob potresu. Z obsežnimi geološkimi in geoteh- ničnimi raziskavami pred gradnjo je zagotovljeno, da na lokaciji ali v bližini ne poteka prelom z zmožnostjo površinskega pretrga. Ker pri tovrstnih objektih ne smemo zanemariti morebitne inducirane seizmič- nosti, je s posebnim pravilnikom predpisano seizmič- no opazovanje velikih pregrad (UL, 2003). Morebiten pojav neobičajne seizmičnosti, katere zaznavanje tak monitoring omogoča, bi opozoril na spremembe napetostnega stanja v kamninah. SKLEPNE MISLI Več kilometrov dolg pretrg površja ob zelo močnem potresu je spektakularen primaren geološki pojav, ki pa navadno nima tako hudih posledic kot sekun- darni učinki potresnega nihanja tal zaradi potresnih valov, ki imajo učinke tudi razmeroma daleč stran od žarišča potresa. Seveda je za objekte kritične in- frastrukture treba zagotoviti, da niso na zmožnem prelomu ali v njegovi bližini, ob katerem bi se lahko zgodil površinski pretrg. Interdisciplinarne metode raziskav, ki vključujejo strukturno geologijo, geodezi- jo, geomorfologijo in paleoseizmologijo, omogočajo, da lahko kritične lokacije dobro raziščemo in to ne- varnost izključimo. Med raziskovalnimi metodami so danes najpomembnejše tektonska geomorfologija na podlagi podrobnih digitalnih modelov višin, ki jih omogoča lasersko skeniranje površja, in geofizikal- ne metode, ki omogočajo tridimenzionalni vpogled v podpovršje. 288 U J M A · številka 36 · 2022 P R E LO MNI P R E T RGI P OV R Š JA O B P OT R E S U IN N JIHOV E R A ZIS K AV E Andrej Gosar Viri in literatura 1. Baize, S., Nurminen, F., Sarmiento, A., in sod., 2019. A Worldwide and Unified Database of Surface Ruptures (SURE) for Fault Displacement Hazard Analyses. Seismological Research Letters, 91/1, 499–520. doi.org/10.1785/0220190144. 2. Baker, J. W., Bradeley, B. A., Stafford, P. J., 2021. Seismic Hazard and Risk Analysis. Cambridge University Press, 581. 3. Dalguer, L. A., Day, S. M., Atkinson, G. M., Chen, R., 2021. Introduction to the Special Section on Fault Displacement and Near‐Source Ground‐Motion Models. Bulletin of the Seismological Society of America, 111/5, 2271–2274. doi. org/10.1785/0120210204. 4. Dasović, I., Herak, D., Herak, M., Stipčević, J., 2021. Niz potresa na Baniji. Vijesti Hrvatskoga geološkog društva, 57/2, 4-7. 5. European-Mediterranean Seismological Centre (EMSC), 2021. M6.4 Croatia on December 29th 2020 at 11:19 UTC, Special report, https://www.emsc-csem.org/Earthquake/264/M6-4-CROATIA-on- December-29th-2020-at-11-19-UTC, 21. 3. 2022. 6. Fuis, G. S., Wald, L. A., 2003. Rupture in South-Central Alaska – The Denali Fault Earthquake of 2002. USGS Fact Sheet 014-03, 4 str. 7. Ganas, A., Elias, P., Valkaniotis, S., Tsironi, V., Karasante, I., Briole, P., 2021. Petrinja earthquake moved crust 10 feet, Temblor, 1-14, doi. org/10.32858/temblor.156. 8. Godec, M., Vidrih, R., Sinčič, P., 2003. Opazovanje seizmičnosti na območju velikih pregrad. Ujma 17–18, 208–2017. 9. Gosar, A., 1998. Seismic-reflection surveys of the Krško basin structure: Implications for earthquake hazard at the Krško nuclear power plant, southeast Slovenia. Journal of Applied Geophysics, 39/3, 131–153. 10. Gosar, 2003. Paleoseizmologija – izziv pri ocenjevanju potresne nevarnosti v Sloveniji. Ujma 17–18, 257–264. 11. Gosar, A., 2007. Letalsko lasersko skeniranje (LiDAR) Idrijskega in Ravenskega preloma v zahodni Sloveniji. Ujma 21, 139–144. 12. Gosar, A., 2012a. Application of Environmental Seismic Intensity scale (ESI 2007) to Krn Mountains 1998 Mw = 5.6 earthquake (NW Slovenia) with emphasis on rockfalls. Nat. hazards earth syst. sci., 12/5, 1659–1670. 13. Gosar, A., 2012b. Veliki Tohokski potres na Japonskem 11. marca 2011. Ujma 26, 86–91. 14. Gosar, A., 2014. Ocena intenzitet potresa leta 1998 v Krnskem pogorju z uporabo Environmental Seismic Intensity scale (ESI 2007). V: Zorn in sod. (ur.): (Ne)prilagojeni. Naravne nesreče 3. GIAM ZRC SAZU, 83–93. 15. Gosar, A., 2020. Measurements of tectonic micro-displacements within the Idrija fault zone in the Učja valley (W Slovenia). Acta geographica Slovenica, 60–1, 79–93. 16. Guerrieri, L., Vittori, E., 2007. Intensity Scale ESI 2007. Memorie Descrittive della Carta Geologica D‘Italia, 74, 41 str. 17. Jonsson, S., Zebker, H., Segall, P., Amelung, F., 2002. Fault Slip Distribution of the 1999 Mw 7.1 Hector Mine, California, Earthquake, Estimated from Satellite Radar and GPS Measurements. Bulletin of the Seismological Society of America. 92/4, 1377–1389. doi. org/10.1785/0120000922. 18. Nurminen, F., Boncio, P., Visini, F., Pace, B., Valentini, A., Baize, S., Scotti, O., 2020. Probability of Occurrence and Displacement Regression of Distributed Surface Rupturing for Reverse Earthquakes. Frontiers Earth Sciences, 8:581605. doi.org/10.3389/ feart.2020.581605. 19. McCalpin, J., 2009. Paleoseismology. Academic Pres, 613 str. 20. Moores, E. M., Twiss, R. J., 1995. Tectonics. Freeman and Company, 414 str. 21. Oštir, K., 2006. Daljinsko zaznavanje. Založba ZRC SAZU, 250 str. 22. Tondi, E., Blumetti, A. M., Čičak, M., in sod., 2021. Conjugate coseismic surface faulting related with the 29 December 2020, Mw 6.4, Petrinja earthquake (Sisak-Moslavina, Croatia). Scientific Reports 11, 9150. doi.org/10.1038/s41598-021-88378-2. 23. Valentini, A., Fukushima, Y., Contri, P., in sod., 2021. Probabilistic Fault Displacement Hazard Assessment (PFDHA) for Nuclear Installations According to IAEA Safety Standards. Bulletin of the Seismological Society of America, 111/5, 2661–2672. doi. org/10.1785/0120210083. 24. Vidrih, R., Godec, M., 2000. Potres 20. septembra na Tajvanu. Ujma 14–15, 202–208. 25. Vukovski, M., 2021. Kratki osvrt na potrese u Banovini. Vijesti Hrvatskoga geološkog društva, 57/2, 8–15. 26. Wang, Z., Carpenter N. S., Zhang, L., Woolery E. W., 2017. Assessing Potential Ground-Motion Hazards from Induced Earthquake. Nat. Hazards Rev., 18/44, 04017018. 27. Wells, D. L., Coppersmith, K. J., 1994. New Empirical Relationship among Magnitude, Rupture lenght, Ruture area, and Surface displacement. Bulletin of Seismological Society of America, 84, 974–1002. 28. Wieland, M., Fan, B. H., 2004. The Activities of the International Commission on Large Dams (ICOLD) in the Earthquake Safety of Large Dams. 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, 10 str. 29. Yeats, R. S., Sieh, K., Allen, C. R., 1997. The Geology of Earthquakes. Oxford University Press, 568 str. 30. Science Learning Hub, 2018. The Kaikoura earthquake and its consequences. https://www.sciencelearn.org.nz/events/408-the- kaikoura-earthquake-and-its-consequences, 2. 6. 2022. 31. Wikipedia. Surface rupture. https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_ rupture, 2. 6. 2022. 32. Wikipedia, 2016. Kaikoura earthquake. https://en.wikipedia.org/ wiki/2016_Kaik%C5%8Dura_earthquake, 2. 6. 2022. 289številka 36 · 2022 · U J M A P R E LO MNI P R E T RGI P OV R Š JA OB P OT R E S U IN N JIHOV E R A ZIS K AV E Andrej Gosar