7.2.2. Мониторинг землетрясений. Природные землетрясения относятся к наиболее опасным геологическим процессам, непосредственно угрожающим жизни людей и приводящим к резкому ухудшению условий существования экосистем различного уровня. В России более 20% территории, на которой проживает

191

почти пятая часть населения, имеет высокий уровень сейсмичности. Здесь разрушительные землетрясения происходят достаточно часто и сопровождаются значительным материальным и экологическим ущербом, а иногда и человеческими жертвами.

Объект геофизического мониторинга природных землетрясений - сложная природная геосистема, элементами которой являются блоки различных размеров и конфигурации, обладающие различными физическими свойствами и связанные между собой различными пространственно-временными и физическими отношениями. Процесс подготовки землетрясения, т.е. резких структурных изменений в этой системе, включает процессы различного масштаба, происходящие на различных иерархических уровнях системы. Очевидно, что для наблюдений и прогнозирования землетрясений по геофизическим данным необходим комплексный подход. Известно, что подготовка сильного землетрясения сопровождается предвестниками. К ним относятся, например, аномальные деформации земной коры; изменения сейсмичности (сейсмический режим), структуры геомагнитных и геоэлектрических полей, дебита, температуры и химического состава подземных вод и других характеристик. Известно и зарегистрировано более сотни предвестников землетрясений, из которых реально учитывается около 20.

Выделяются четыре стадии прогноза сильного землетрясения: долгосрочный (от десятков до нескольких лет), среднесрочный (от нескольких лет до нескольких месяцев), краткосрочный (от нескольких месяцев до нескольких дней, а иногда и часов) и оперативный (от нескольких часов до секунд). Каждой стадии соответствует определенная группа предвестниковых явлений, наблюдаемая в различных по своей природе геофизических полях. Кроме того, разные предвестники имеют разное дальнодействие, т.е. проявляются на разных расстояниях от места будущего землетрясения, что, в свою очередь, зависит от магнитуды готовящегося землетрясения. Магнитудой M называется относительная энергетическая характеристика, определяемая логарифмом отношения максимальных амплитуд волн данного и некоторого стандартного землетрясения (см. разд. 2.5). Ниже рассматриваются особенности геофизического мониторинга на всех стадиях прогнозирования сильных землетрясений.

Долгосрочный прогноз по сути не является собственно геофизическим. Он выполняется на основе комплексного анализа геотектонических данных, исторической сейсмичности, сведений о современных движениях земной коры и о времени последнего сильного землетрясения в изучаемом регионе. На основании этого анализа делается заключение о возможности возникновения сильного землетрясения в течение ближайшего интервала

192

Рис. 7.3. Карта ожидаемых землетрясений для Кавказа на 1986-1999 гг. (Соболев, 1994):
Звездочками обозначены эпицентры землетрясений с К > 12,5 за период с 1986 по 1990 г.; цифры соответствуют условной вероятности возникновения сильных землетрясений; пунктиром очерчен контур представительной регистрации землетрясений с К > 8,5; латинскими буквами обозначены сейсмические станции

времени от нескольких лет до нескольких десятков лет. Примером решения задачи долгосрочного прогноза землетрясений является методика, впервые предложенная С.А. Федотовым для Курило-Камчатской дуги. Благодаря этой методике на основе изучения стадий сейсмического цикла были определены вероятности возникновения сильных землетрясений (обычно с магнитудой M > 6,0) в 5-летний интервал времени.

Среднесрочный прогноз осуществляется по данным анализа среднесрочных предвестников (в основном сейсмологических и геодезических); изучается их пространственно-временное распределение, используются формализованные критерии оценки статистической значимости каждого ив предвестников и их комплекса. На основе установленных, главным образом эмпирических, связей между параметрами предвестников и землетрясениями проводится определение места и магнитуды ожидаемого землетрясения. Время ожидания сильного землетрясения определяется обычно с точностью до нескольких лет или месяцев. Так, в одной из методик (ИФЗ РАН) используется комплекс геолого-геофизических стационарных и нестационарных прогностических признаков, на основе которых рассчитываются карты пространственных распределений условной вероятности возникновения

193

землетрясений с M > 5,5. Эти карты получили название "Карты ожидаемых землетрясений" (КОЗ). На рис. 7.3 в качестве примера представлена карта ожидаемых землетрясений класса К для Кавказа на 5-летний неперекрывающийся период 1986 - 1990 гг. На карту нанесены эпицентры землетрясений, происшедших в период ее действия. Землетрясение считалось предсказанным, если его эпицентр формально попадал внутрь или по крайней мере на линию, ограничивающую территорию с заданным уровнем условной вероятности ожидаемого землетрясения. Анализ КОЗ за период с 1976 по 1988 г. показал, в частности, что в зонах с 70%-м уровнем условной вероятности произошло 72% сильных землетрясений. При этом площадь этих зон составила 23 - 38% от площади наблюдений.

Краткосрочный прогноз выполняется на основе анализа полученных в результате геофизического мониторинга данных о краткосрочных предвестниках (например, параметры сейсмических и магнитотеллурических полей), дополняемых гидродинамическими и геохимическими данными. По количеству и площади распространения предвестников оценивается вероятность землетрясения, его место и магнитуда. Существующий ретроспективный опыт, касающийся времени появления тех или иных предвестников, и характерная форма предвестников используются в программах многофакторного анализа данных для уточнения стадии подготовки и вероятного времени прогнозируемого землетрясения. При этом принимается во внимание, что проявленность предвестников разной природы, как правило, меняется во времени. Примером может служить проявленность гидродеформационного предвестника (уровень подземных вод) перед Тянь-шаньским землетрясением в Китае. В эпицентральной области за 4 года до землетрясения было зарегистрировано плавное понижение уровня подземных вод, сменившееся более резким падением за 3 месяца до первого толчка. Наконец, за несколько суток до начала землетрясения отмечался локальный максимум. Изменение указанных признаков сопровождалось изменением удельного электрического сопротивления массивов горных пород. Последовательное увеличение числа предвестников по мере приближения землетрясения позволяет существенно повысить вероятность успешного краткосрочного прогноза.

Оперативный прогноз землетрясений в развитых странах мира использует два подхода: формализованный и экспертный. При формализованном подходе решение о сейсмической тревоге принимается на основе оперативных данных геофизического мониторинга. Когда вероятность появления признаков (различных комбинаций сейсмических, геоэлектрических и других геофизических

194

данных) превысит заранее заданную величину априорной вероятности их появления, объявляется тревога определенного уровня. Уровень тревоги устанавливается в соответствии с величиной вероятности землетрясения. При экспертном подходе оперативное прогнозирование землетрясений осуществляется на основе решения группы экспертов. Так, например, в национальной сейсмологической службе Японии сведения об аномалиях, обнаруженных в данных геофизического мониторинга, непрерывно поступающих с десятков станций слежения, немедленно передаются экспертам, которые выносят заключение об уровне сейсмической опасности. В случае высокого уровня опасности заключение экспертов сообщается премьер-министру.

Специфическим видом геофизического мониторинга является мониторинг природно-техногенных землетрясений. Наиболее часто такие землетрясения связаны с процессами добычи твердых и жидких полезных ископаемых, со строительством крупных водохранилищ и другими инженерно-техническими мероприятиями, существенно меняющими напряженное состояние и сплошность массивов горных пород, что, в свою очередь, приводит к их разрушению и возникновению локальных техногенных землетрясений. При организации геофизического мониторинга этих землетрясений могут применяться как традиционные геофизические методы (геоэлектрические, сейсмические, гравимагнитные, тепловые), так и специальные виды геофизических наблюдений с использованием высокочувствительной аппаратуры (наклономеры, измерители микроускорений, деформографы, высокоточные гравиметры, барографы, термометры и др.). Система наблюдений предусматривает размещение измерительных приборов или датчиков как на земной поверхности, так и во внутренних точках литосферного пространства. Прогнозирование катастрофических деформаций, приводящих к возникновению техногенных землетрясений (горные удары, провалы), осуществляется на основании комплексного анализа аномалий регистрируемых геофизических параметров, величины которых превышают их суточные и сезонные колебания, связанные с природными изменениями геологической среды.

195