научная статья по теме ПРЕДВЕСТНИКИ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА КАМЧАТКЕ ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГА СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМОВ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ПРЕДВЕСТНИКИ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА КАМЧАТКЕ ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГА СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМОВ»

ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2008, № 2, с. 110-124

УДК 550.348.432:550.344.37

К 80-летию со дня рождения Льва Николаевича Рыкунова, инициировавшего исследования сейсмической эмиссии на Камчатке

ПРЕДВЕСТНИКИ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА КАМЧАТКЕ ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГА СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМОВ

© 2008 г. В. А. Салтыков, Ю. А. Кугаенко, В. И. Синицын , В. Н. Чебров

Камчатский филиал Геофизической службы РАН. Петропавловск-Камчатский, 683006 Поступила в редакцию 15.05.2007 г.

Представлены результаты мониторинга высокочастотных сейсмических шумов на Камчатке в 1992-2006 гг. и их использования для прогноза сильных региональных землетрясений (М > 6.0) в диапазоне эпицентральных расстояний А до 400 км. Прогнозирование базируется на оригинальном методе, в котором при изучении закономерностей сейсмической эмиссии в качестве эталонного внешнего воздействия используются земные приливы. Приведено детальное описание применяемой в настоящее время методики. Определены направления дальнейшего совершенствования методики прогноза.

В 2008 г. исполняется 80 лет со дня рождения Льва Николаевича Рыкунова (12.04.1928 г.-16.07.1999 г.), выдающегося российского сейсмолога и геофизика, члена-корреспондента РАН, профессора Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Из его разноплановых научных интересов мы хотим выделить изучение сейсмологии микромасштаба. Именно Л.Н. Рыкунов стал основоположником исследований влияния геодеформационных процессов на сейсмическую эмиссию, и по его инициативе в конце 1980-х годов на Камчатке были начаты исследования сейсмических шумов как индикатора напряженно-деформированного состояния среды. От чисто фундаментальных исследований работы в этом направлении в последние годы перешли в прикладную область: их результаты используются для обнаружения предвестников землетрясений и сейсмического прогноза, что будет показано ниже. Мы посвящаем эту статью светлой памяти Льва Николаевича Рыкунова.

ВВЕДЕНИЕ

Возможность использования сейсмических шумов для мониторинга напряженно-деформированного состояния среды и прогноза землетрясений основывается на присутствии в их составе информативных эндогенных компонент. Впервые на перспективность использования микросейсмического излучения в этих целях обратил внимание Г.А. Гамбурцев [2]. Он предложил различать микросейсмы глубинного и поверхностного происхождения, исследовать их и использовать для решения двух важных задач. Первая заключалась

в том, чтобы с помощью слабого сейсмического излучения выявлять структурные неоднородности среды, например, разломы. Вторая задача относилась к проблеме прогноза землетрясений.

Важнейшим этапом в исследованиях сейсмических шумов в диапазоне 10-60 Гц (далее мы будем использовать понятие высокочастотного сейсмического шума (ВСШ), под которым понимаются сейсмические осцилляции в частотном диапазоне первых десятков Гц с амплитудами около 10-9-10-12 м) является обнаружение их модуляции естественными деформирующими процессами: собственными колебаниями Земли, земными приливами и пр. Этот факт был зафиксирован в 1983 г. как научное открытие, авторами которого являются Л.Н. Рыкунов, О.Б. Хаврошкин, В.В. Цыплаков [24]. Оно имело принципиальное значение, так как обнаруженная модуляция микросейсмического излучения деформирующими процессами подтвердила наличие в сейсмических шумах эндогенных составляющих, что вывело их из разряда помех и позволило рассматривать как самостоятельное информативное явление. Были заложены основы формирования нового направления в геофизике-сейсмологии микромасштаба [22]. Кроме того, обнаружение модуляции является дополнительным аргументом в пользу модели активной геофизической среды [17, 25], которая включает как свойства активности и энергонасыщенности геоматериалов, так и возможность взаимодействия полей различной геофизической природы, их взаимовлияние, в том числе и синхронизацию процессов.

С конца 1980-х годов на Камчатке ведутся исследования высокочастотного сейсмического шу-

ма в рамках фундаментальной проблемы сейсмологии, связанной с изучением возможности мониторинга напряженного состояния среды и подготовки сильных землетрясений по изменению параметров геофизических полей, к которым следует отнести и поле ВСШ.

Под мониторингом здесь понимается комплекс работ, позволяющий выявить тенденции в изменениях контролируемой системы и включающий ведение наблюдений, анализ и прогноз. Информационной основой ведения мониторинга высокочастотного сейсмического шума на Камчатке являются результаты долговременных наблюдений в двух пунктах, достаточно удаленных от районов антропогенной активности.

В 1990-х годах на основе изучения особенностей ВСШ на Камчатке был предложен способ контроля напряженного состояния среды по изменению параметров их отклика на приливы [18]. Прогнозные оценки, составленные по результатам анализа ВСШ в оперативном режиме обработки, используются при комплексной оценке сейсмической опасности региона [6]. В настоящее время методика, основанная на способе прогноза [18], продолжает развиваться в направлении, обеспечивающем уменьшение неопределенности (в частности, пространственной) при сейсмическом прогнозировании.

В данной статье обобщены результаты мониторинга высокочастотных сейсмических шумов (ВСШ) на Камчатке в 1992-2006 гг. и их использования для прогноза сильных региональных землетрясений (М > 6.0) в диапазоне эпицентральных расстояний А до 400 км. Представлена прогностическая методика, применяемая в настоящее время, и основные направления ее совершенствования.

ОРГАНИЗАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА СЕЙСМИЧЕСКИМИ ШУМАМИ НА КАМЧАТКЕ

Для исследования слабых высокочастотных сейсмических сигналов в диапазоне частот в первые десятки Гц, не совсем обычном для традиционной сейсмологии, в 1980- х годах были разработаны специальные высокочувствительные средства наблюдений. В качестве датчика сигналов ВСШ применяется резонансный узкополосный вертикальный пьезодинамический сейсмометр с чувствительным пьезокерамическим элементом [23, 34]. Чувствительность датчика не хуже 109 В/м (с учетом предварительного усилителя), частота собственных колебаний /0 = 30 Гц, добротность Q = 100. Такое высокое значение добротности Q позволяет считать датчик ВСШ индикатором спектральной компоненты шума на частоте /0. Это, в свою очередь, обосновывает возможность регистрации не волновых форм ВСШ, а лишь его

огибающей, что было актуально при организации долговременных наблюдений в условиях технических возможностей 1980-х годов.

Детальные исследования сейсмической эмиссии требуют специально спланированных долговременных наблюдений в районах с низким уровнем индустриальной активности. В 1987 г. были начаты работы по организации регистрации ВСШ на Камчатке. Первый пункт наблюдений был создан в центральной части Камчатки, на юге Ганальского хребта. Резонансный пьезодинамический сейсмометр был помещен на сейсмопо-стамент на коренных породах в термостатированном обвалованном бункере на склоне крупного интрузивного массива диоритов миоценового возраста [3]. В соответствии с наименованием ближайшего населенного пункта эта станция регистрации ВСШ получила название "Начики" (рис. 1). Какое-либо промышленное производство в этом районе отсутствует, инфраструктура не оказывает заметного влияния на регистрируемое поле микросейсмического излучения. Это дает возможность регистрации сейсмических шумов естественного происхождения. С 1992 г. станция "Начики" переведена из опытной эксплуатации в состояние непрерывной режимной регистрации, а в 1995 г. - с аналоговой на цифровую запись огибающей ВСШ. В январе 2007 г. имеющийся ряд данных этой станции превысил 15 лет. Вторая станция ВСШ вошла в состав комплексной геофизической обсерватории "Карымшина", созданной в 1999 г. в рамках совместного российско-японского научного проекта по комплексному исследованию предвестников землетрясений (Проект МНТЦ 1121). Обсерватория расположена в малопосещаемой ненаселенной местности, расстояние до ближайшего поселка - около 20 км. Датчик установлен в измерительной скважине на глубине около 30 м. Летом 2001 г. наблюдения были переведены в непрерывный режим. Более подробно информация о станциях регистрации ВСШ приведена в [31].

Необходимым условием ведения мониторинга является своевременный доступ к данным исследуемого процесса. Для оперативного анализа обеспечено регулярное поступление регистрируемой информации ВСШ для обработки: со станции "Начики" данные доставляются 1 раз в 7 дней, со станции "Карымшина" - 1 раз в 6 дней. Для контроля качества данных на станциях проводится регулярная импульсная калибровка сквозного тракта. Такая организация работ позволяет осуществлять обработку, интерпретацию результатов наблюдений ВСШ и разработку прогнозных оценок в оперативном режиме.

В настоящее время имеющиеся на Камчатке ряды непрерывных данных ВСШ по длительности не имеют аналогов в мировой практике сейсмологических наблюдений подобных сигналов и явля-

156 158 160 162

Долгота, град. в.д.

Рис. 1. Карта эпицентров землетрясений 1992-2006 гг., перед которыми была выявлена синхронизация выделенной из ВСШ приливной компоненты с волной ОI гравитационного потенциала. Нумерация соответствует табл. 1. 1 - станции регистрации ВСШ; 2 - эпицентры; 3 - решение механизма очага землетрясения, рассчитанное по методу тензора момента центроида в Гарвардском центре США (http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html) в стереографической проекции нижней полусферы. На круговой диаграмме нанесены значения стабилизации Аф по данным станции "Начики", зафиксированные перед представленными землетрясениями. Заштрихованный сектор соответствует области значений, на которых стабилизация Аф не сопровождается субдукционными землетрясениями.

ются базой как для фундаментального изучения поля ВСШ, так и для прикладных исследований, связанных с проблемой прогноза землетрясений.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МЕТОДИКИ

Методика определяется как комплекс способов и приемов разработки прогноза - определения места, силы и времени возникновения землетрясения. Рассматриваемая методика прогнозирования сильного

землетряс

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