научная статья по теме МЕТОДОЛОГИЯ, РЕЗУЛЬТАТЫ И ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «МЕТОДОЛОГИЯ, РЕЗУЛЬТАТЫ И ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ»

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 85, № 3, с. 203-208

С КАФЕДРЫ ПРЕЗИДИУМА РАН

Б01: 10.7868/80869587315030160

В условиях плотной заселённости больших городов и наличия сложной технической среды, нарушение стандартного порядка функционирования которой чревато множеством негативных последствий, наводнения, извержения вулканов, природные пожары, землетрясения и вызываемые ими цунами являются фактором социальной и экономической нестабильности. При этом все названные природные бедствия плохо поддаются прогнозированию, а ошибочные прогнозы иногда приводят к сравнительному по масштабам ущербу. Тем не менее методы прогнозирования совершенствуются, в частности, существенный прогресс был достигнут в минувшие десятилетия в области прогноза землетрясений, и он был бы невозможен без вклада российских учёных в развитие этих исследований. Из публикуемого текста доклада, заслушанного на одном из заседаний Президиума РАН, становится ясно, что на основании имеющихся знаний и подходов можно установить временной интервал, зону локализации, магнитуду предполагаемого землетрясения и определить вероятность его возникновения. Эта информация призвана нейтрализовать хотя бы часть негативных последствий сейсмической активности нашей планеты.

МЕТОДОЛОГИЯ, РЕЗУЛЬТАТЫ И ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗА

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Г.А. Соболев

Около трети населения России живёт в сейсмо-опасных районах, на территориях, где сосредоточено большое количество объектов, разрушение которых в случае землетрясения приведёт к значительным людским и экономическим потерям, а также к неблагоприятным экологическим последствиям. Экспериментально установлено, что серьёзную опасность представляют землетрясения с магнитудой больше 6. Магнитуда М характеризует в условных единицах сейсмическую энергию землетрясения, выделившуюся в результате разрыва горных пород в глубинах Земли. Самые сильные из известных землетрясений имели магнитуду ~9.5, а длина разрыва при этом достигала нескольких тысяч километров.

Пространственное и временное распределение землетрясений разных магнитуд характеризу-

СОБОЛЕВ Геннадий Александрович — член-корреспондент РАН, председатель Научного совета РАН по проблемам сейсмологии. sobolev@ifz.ru

ется термином "сейсмичность". Сейсмические волны, достигающие поверхности Земли, вызывают сотрясения, измеряемые в баллах. В России принята 12-балльная шкала сейсмической интенсивности. При 6 баллах появляются трещины в зданиях, при 8 — разрушаются здания обычной гражданской постройки, более сильные сотрясения могут привести к изменению рельефа местности. Как ожидается, в обозримом будущем не удастся обеспечить безопасность за счёт дорогостоящего антисейсмического строительства. Ввиду этого большее внимание следует уделять прогнозу землетрясений.

Землетрясения возникают там, где плиты и отдельные блоки твёрдой оболочки Земли — земной коры — движутся в различных направлениях со скоростью порядка нескольких сантиметров в год. Вследствие несогласного движения на контактах плит накапливаются упругие напряжения, и при достижении прочности горных пород происходит сброс накопленной потенциальной энергии, вызывающий землетрясение. Россия расположена на относительно малоподвижной Евро-Азиатской плите. На востоке она граничит с движущимися с большей скоростью плитами под Тихим океаном, что приводит к землетрясениям с интенсивностью до 10 баллов. На юге накопление потенциальной упругой энергии обусловлено главным образом движением плит, находящихся под территориями Индии, Китая и Турции, здесь возникают землетрясения с интенсивностью до 9 бал-

Землетрясение

Время

Рис. 1. Схема концепции предсказуемости землетрясений

лов. Таким образом, самыми опасными на территории нашей страны являются районы Камчатки, Курильских островов, Прибайкалья и Северного Кавказа.

Сейсмическая обстановка в целом остаётся сравнительно стабильной на протяжении тысяч лет. Опираясь на знание исторической сейсмичности, структуры блоков и разломов в земной коре, можно разрабатывать карты сейсмического районирования. Они не определяют время возникновения отдельных будущих землетрясений, но указывают на максимально возможные сотрясения в баллах. Совершенствование карт сейсмического районирования территорий является важной задачей сейсмологии, поскольку с учётом этой информации формируются задачи прогноза места, времени и магнитуды конкретного землетрясения. В ходе работы в рамках нескольких программ Президиума РАН была предложена концепция предсказуемости землетрясений [1, 2], включающая стадии долгосрочного, среднесрочного и краткосрочного прогнозов (рис. 1).

Долгосрочный прогноз (сроком на 10—15 лет) строится на основании наблюдений за сейсмической активностью. В России этот тип прогноза прошёл стадию количественной разработки и был проверен на практике для Курило-Камчат-ской зоны [3]. Для характеристики сейсмической активности используется понятие "сейсмический цикл". Он включает последовательные стадии: уменьшение сейсмической активности после произошедшего землетрясения (длится несколько лет), квазистационарная активность (может продолжаться десятки лет) и ускорение активности перед следующим землетрясением (занимает около 15 лет). Выявляются так называемые сейсмические бреши, то есть такие места сейсмоопасного региона, где на протяжении не-

скольких десятков лет не было сильных землетрясений. На основании определения стадии сейсмического цикла, количества землетрясений и величины сброшенной сейсмической энергии относительно многолетнего среднего в течение конкретного интервала времени на конкретной площадке составляются карты вероятности возникновения землетрясений. Такие карты для землетрясений с М> 7.7 на 16 участках Курило-Кам-чатской зоны создаются с 1965 г. и обновляются каждые 5 лет. В некоторых обозначенных на картах опасных местах уже произошли ожидаемые землетрясения. В свете результатов долгосрочного прогноза по представлению РАН Правительством РФ выделены средства и проводится укрепление старых зданий на Камчатке.

Среднесрочный прогноз (сроком на 1—5 лет) опирается на изучение сейсмической активности с привлечением данных о состоянии других геофизических полей, с учётом наблюдений за так называемыми предвестниками землетрясений. Одним из предвестников будущего землетрясения является возникновение "сейсмического затишья" (см. рис. 1). Оно выражается в уменьшении числа относительно небольших землетрясений на некотором участке сейсмоактивного региона, что свидетельствует о накоплении потенциальной упругой энергии. Это явление было обнаружено в разных регионах мира. Существует несколько причин его возникновения. При взаимном перемещении блоков земной коры один из них может остановиться в результате зацепления участка повышенного трения с соседними блоками. Тогда в блоках, расположенных за ним, в направлении, противоположном от источника движущей силы, напряжения будут постепенно релаксировать, что приведёт к уменьшению сейсмической активности. Если в одном из блоков процесс высвобождения потенциальной энергии ускоряется и сопровождается локализацией деформаций, то в соседних блоках напряжения падают, следствием чего также будет сейсмическое затишье. Кроме того, известно, что прочность горных пород возрастает при уменьшении внут-рипорового давления. Оно может падать, например, в результате снижения скорости поступающего из мантии потока флюидов. Повышение прочности приводит к уменьшению количества вызывающих землетрясение разрывов, то есть к сейсмическому затишью. Помимо названных существуют и другие причины, в частности, изменение тензора упругих напряжений под влиянием ряда внутриземных и космических факторов. Согласно всей информации, которой располагают сегодня сейсмологи, стадия сейсмического затишья перед землетрясениями с М > 7 продолжается от 1 до 5 лет.

Другим среднесрочным признаком будущего землетрясения является форшоковая активиза-

ция, то есть появление серии небольших по маг-нитуде сейсмических толчков, предваряющих сильное землетрясение. Земная кора неоднородна по прочности и напряжённому состоянию. Существует сеть ослабленных по прочности участков — геологических разломов разного размера и направления. Накопившиеся во время затишья напряжения постепенно достигают предела длительной прочности горных пород. В этих условиях большое землетрясение развивается постепенно. Сначала разрушаются менее прочные или более напряжённые участки, что приводит к возникновению землетрясений относительно небольшой силы (магнитуды) и накоплению породивших их разрывов. Данная стадия предваряет землетрясение с М > 7 и длится год или несколько больше. Постепенное накопление разрывов создаёт возможность более точного прогноза. Однако процесс активизации развивается в нескольких участках сейсмоактивного региона, что затрудняет определение конкретного места будущего землетрясения большой магнитуды.

Несколько методов среднесрочного прогноза разработаны в Институте физики Земли (ИФЗ) РАН. В методе RTL (от англ. region, time, length — район, время, длина разрыва) последовательно выявляются стадии сейсмического затишья и форшоковой активизации на основе динамики пространственного и временного распределения слабых землетрясений. С использованием этого метода были предсказаны два самых сильных за последние 20 лет сейсмических толчка на территории России: Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. с магнитудой М = 7.8 и Си-муширское событие на Курильских островах 11 ноября 2006 г. с М = 8.2 [4]. В обоих случаях с опережением в несколько месяцев прогнозы были рассмотрены на заседании Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений, оценке сейсмической опасности и риска при МЧС РФ и РАН. На рисунке 2 (вверху) представлена карта сейсмического затишья на севере Камчатки за два с половиной года до Кроноцкого землетрясения, а на рисунке 2 (внизу) показаны области последовавшей форшоковой активизации. После завершения этапа форшоковой активизации был сделан прогноз Кроноцкого землетрясения со сроком упреждения, равным 16 месяцам. Метод RTL также ретроспективно применялся я

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком