УДК 550.34
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ: РЕАЛЬНАЯ ЦЕЛЬ ИЛИ УТОПИЯ?
© 2010 г. Ш. А. Мухамедиев
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Москва Поступила в редакцию 16.06.2010 г.
В работе рассмотрены идеи, в которых предлагались различные способы техногенного воздействия на объем земной коры, находящийся в состоянии предразрушения, с целью "размена" готовящегося сильного землетрясения (ГСЗ) на ряд более мелких землетрясений или асейсмичных подвижек. Из опубликованных предложений по предотвращению ГСЗ методы, основанные на закачке воды и вибровоздействии, являются наиболее серьезными, т.к. они опираются на натурные наблюдения и результаты лабораторных испытаний. Несмотря на это, приводимых доказательств для признания обоснованности методов по разным причинам недостаточно, а физическая суть этих методов не до конца выявлена. Прежде всего, уязвима ключевая концепция методов — снятие накопленных напряжений (или избыточной упругой энергии) в районе очага ГСЗ. Если трактовать землетрясение как явление потери устойчивости, то важнейшую роль играют не абсолютные величины напряжений, а неоднородности физико-механических свойств и напряжений вдоль существующего разлома или его будущей траектории. Этот тезис в статье иллюстрируется на классических примерах устойчивой и неустойчивой трещин, а также на примерах рассчитанных полей напряжений, которые реализовались в районах очагов цунамигенных землетрясений 26.12.2004 г. у о. Суматра и 29.09.2009 г. у о. Самоа. Здесь непосредственно перед землетрясениями никаких избыточных напряжений в районах очагов не было. Напротив, максимальные касательные напряжения ттах были близки к своему минимальному значению (по сравнению с ттах на прилегающей территории). В статье приводятся количественные примеры, фальсифицирующие теорию предотвращения ГСЗ в том виде, в котором она существует на сегодняшний день. Показано, что меры по предотвращению ГСЗ, даже будучи успешными для существующего разлома, могут спровоцировать или ускорить катастрофическое землетрясение вследствие динамического прорастания разлома в неповрежденную область. Обсуждаются некоторые дополнительные аспекты предотвращения ГСЗ. Сделан вывод о том, что в ближайшее время проблему предотвращения ГСЗ в практическую область переводить рано, в противном случае результаты могут оказаться отличными от желаемых в противоположную сторону. Тем не менее, исследование проблемы имеет смысл продолжать, в первую очередь, в теоретическом плане и в плане экспериментального исследования строения и свойств регионов, в которых в будущем предполагается применять предотвращение ГСЗ.
ВВЕДЕНИЕ
Сравнительно давно и повсеместно наблюдались изменения сейсмического режима среды при организации взрывов той или иной мощности, заполнения водохранилищ, закачки в скважины жидкости, осуществления вибрационных, импульсных и электромагнитных воздействий [Healy et al., 1970; Raleigh et al., 1976; Мирзоев и др., 1987; Costain et al., 1987; Николаев, 1993; Адушкин и др., 1994; Тарасов, 1997; Galybin et al., 1998 и многие другие]. Не в последнюю очередь эти наблюдения привели к идее предотвращения готовящегося сильного землетрясения (ГСЗ) как к способу активной защиты населения, жилищ и крупных технических сооружений от этого стихийного бедствия. Отмеченные выше источники изменения сейсмического режима (или их комбинации) стали предлагаться в качестве техногенного воздействия на гипотетический объем земной коры, находящийся в состоянии предразрушения, с целью "размена" ГСЗ на ряд более мелких землетрясений или асейсмичных подвижек [Raleigh et al., 1976; Псахье и др., 2005; Филиппов и др., 2006;
Мирзоев и др., 2009]. Широкий спектр предложений, вплоть до самых экзотических, по организации мероприятий, нацеленных на снятие избыточных напряжений и на предотвращение ГСЗ можно обнаружить, знакомясь с патентами РФ на изобретения, например, [Бивин и др., 1992; Таланов, 1994; Спиридович, Груздев 1996; Луцюк, Никитин, 1997; Белкин, Николаев, 1998; Грабовой, 1999; Мирзоев и др., 2006].
Идея предотвращения землетрясений давно захватывала умы не только ученых, но и простых граждан, во всяком случае, тех, кто пострадал от этого явления хоть раз. Так, сейсмолог Геофизического Института Университета города Фэрбенкс (Аляска) Т.Н. Дэвис [Davis, 1979] приводил следующий забавный пример "предотвращения" ГСЗ. С целью изучения последствий одного из землетрясений в Южной Калифорнии местные сейсмологи расставили сеть сейсмометров на территории большого ранчо, где был зафиксирован эпицентр землетрясения. Сигналы от сейсмометров через кабель шли в вагончик, где сейсмологи устроились для изу-
чения афтершоков. Внезапно сигналы прекратились. В целях поиска источника нарушения сейсмологи вышли из вагончика и обнаружили женщину с топором, которым она только что перерубила кабель. Вызывающим тоном женщина заявила: "У нас здесь недавно было достаточно землетрясений и без того, чтобы вы, парни, устраивали новые".
Совершенно ясно, что женщина перерубила бы кабель, даже, если бы ученые занимались проблемой предотвращения землетрясений и объяснили бы ей это. На мой взгляд, в ее поступке отразились инстинктивный протест простых людей против вмешательства в природу и опасения, что такое вмешательство только усугубит ситуацию с землетрясениями, вместо того, чтобы снизить риски.
В настоящей статье я постараюсь показать, что такие опасения не являются беспочвенными. В работе рассматриваются не те многочисленные (в том числе геологические и инженерные) способы предотвращения последствий сильных землетрясений, а именно способы активного воздействия на очаг готовящегося землетрясения с целью кардинально изменить характеристики ГСЗ. Статья организована следующим образом. Сначала описываются предлагавшиеся ранее способы предотвращения ГСЗ и обсуждается степень их научного обоснования (раздел 1). В разделе 2 показывается, что основная концепция предотвращения ГСЗ — снятие избыточных напряжений в районе очага ГСЗ — несовместима с трактовкой землетрясения как явления потери устойчивости нагруженным разломом. В разделе 3 обсуждается неприменимость отмеченной концепции для некоторых землетрясений в островных дугах, в районах очагов которых не только не было избыточных напряжений, но, наоборот, максимальные касательные напряжения ттах были близки к своему минимальному значению. Количественные примеры, фальсифицирующие теорию предотвращения ГСЗ в том виде, в котором она существует на сегодняшний день, приведены в разделе 4. Показано, что меры по предотвращению ГСЗ могут спровоцировать катастрофическое землетрясение или ускорить его наступление. Некоторые дополнительные аспекты предотвращения ГСЗ обсуждаются в разделе 5. В Заключении делается вывод о том, что методы предотвращения ГСЗ еще рано переводить в практическую плоскость.
1. ПРЕДЛАГАВШИЕСЯ СПОСОБЫ
ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И СТЕПЕНЬ ИХ НАУЧНОГО ОБОСНОВАНИЯ
История развития идей о предотвращении землетрясений частично зафиксирована в патентах на изобретения. Как следует из патентного поиска, проведенного в работах [Бивин и др., 1992; Грабовой, 1999], в начале 80-х годов прошлого столетия одной из основных была идея гашения колебаний, вызван-
ных уже начавшимся землетрясением, источниками искусственно созданных встречных волн. Сейсмическое волновое поле от первичного сейсмического процесса в очаговой зоне предлагалось подавлять непосредственно в районе защищаемого объекта или городской застройки. Позднее, уже в постсоветское время, изобретательская мысль переключилась на способы, препятствующие собственно началу возникновения землетрясения. В частности, предлагались способы:
— постоянного выравнивания электрического потенциала между предполагаемым гипоцентром землетрясения в литосфере и окружающей средой [Луцюк, Никитин, 1997],
— внедрения с большой скоростью в земную кору в направлении очага ГСЗ массивных твердых тел (с помощью ракет или самолетов) [Бивин и др., 1992],
— выстрелов из орудий с тем, чтобы направление отдачи гасило аномалии местных параметров, возникающих вследствие ГСЗ [Таланов, 1994].
Несмотря на остроумность отдельных из предлагавшихся способов, большинство из них нельзя признать научными обоснованными. Оторванность от существующих физических теорий особенно наглядно проявилась в "изобретении" Г.П. Грабового [1999], в котором предлагается оптический прибор, нормализующий световое излучение в зоне предполагаемой катастрофы. Фантастичность такого экстрасенсорного подхода, вполне соответствующего одиозной фигуре самого изобретателя, заключается в том, что сканированию подвергается не природный объект, а его изображение на карте.
В последние годы появились подходы, основанные на идее снятия избыточных напряжений в разломах вблизи очага ГСЗ с помощью закачки воды [Белкин, Николаев, 1998], и, дополнительно к этому, с помощью вибровоздействия [Мирзоев и др., 2006]. Отмеченные идеи нашли отражение и получили развитие в публикациях [Raleigh et al., 1976; Садовский и др., 1981; Мирзоев, Негматуллаев, 1990; Псахье и др., 2005; Филиппов и др., 2006; Попов, Старчевич, 2006; Мирзоев и др., 2009].
Так, в работе [Псахье и др., 2005] предлагалось воздействовать на границы в разломно-блоковых средах (например, способом обводнения) с целью управления механизмами релаксации локальных напряжений. Предложенный способ экспериментально опробовался на трещине ледового покрытия озера Байкал, около берегов которой бурились серии сквозных отверстий, что приводило к искусственному обводнению трещины. Наблюдение за смещениями берегов трещины позволили сделать вывод об их зависимости от обводнения. Интерпретируя результат эксперимента, авторы предлагают рассматривать его как "эффективный способ релаксации "избыточных" напряжений в разлом-но-блоковых средах различной природы".
В работе [Мирзоев и др., 2009] предложено на основе среднесрочного прогноза определять местоположение ГСЗ и воздействовать на выявленный объем с помощью закачки воды с учетом приливных движений и вибровоздействия. Аргументация в пользу такого метода зиждется на анали
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.