О прогнозе землетрясений

Как показали исследования по сейсмическому районированию и прогнозу землетрясений, пространственно-временные и сейсмогеодинамические признаки подготовки крупных сейсмических событий следует рассматривать как систему, охватывающую разномасштабные иерархические уровни сейсмической активизации - глобальный, региональный, локальный и очаговый [Уломов, 1983, 1993 а, б]. Чем крупнее сейсмические очаги и, соответственно, чем выше магнитуда генерируемых ими землетрясений, тем крупнее и объемы геологической среды, ответственные за их подготовку. Поэтому при изучении очаговой сейсмичности, сейсмического режима, при оценке сейсмической опасности той или иной территории всегда необходимо исходить из соответствующих размеров конкретных и генетически взаимосвязанных сейсмогенерирующих геологических структур сейсмоактивных регионов. Для наиболее крупных сейсмических очагов протяженность таких геоструктур может достигать нескольких тысяч, а ширина - нескольких сот километров [Уломов, 1993 б]. В любом случае, размер (диаметр) исследуемой территории, в пределах которой может быть расположен очаг землетрясения конкретной магнитуды, должен превышать, как минимум, в четыре раза размеры такого очага.

Во временном отношении развитие сейсмических и сейсмогеодинамических процессов также исследуется как в долговременном, так и в краткосрочном плане: чем выше магнитуда изучаемых землетрясений, тем больший промежуток времени следует рассматривать.

По аналогии с метеорологией и в зависимости от пространственно-временных масштабов обычно рассматриваются "сейсмический климат", свойственный тому или иному региону в целом, и "сейсмическая погода", заметно изменяющаяся за определенные промежутки времени (см. рис.). (Имеется и другое сходство сейсмологии со смежными областями знаний в науках о Земле. Так, метеорология имеет дело с перемещением воздушных потоков, океанология - водных масс, а сейсмология - с движением литосферных плит и деформированием твердых оболочек планеты.)

Картирование сейсмического климата имитирует сейсмическое районирование, предсказывающее места и максимальную силу возможных в их пределах землетрясений. Поскольку в этом случае оценка сейсмической опасности основывается не на прогнозе каждого отдельного сейсмического события, а на сейсмическом эффекте, создаваемом их совокупностью, знание времени возникновения таких событий как бы и не требуется. Однако вероятностный подход, на основе которого составлены новые карты общего сейсмического районирования территории Северной Евразии - ОСР-97, так или иначе, предполагает наличие фактора времени в виде вероятности проявления тех или иных сейсмических событий в течение заданных временных интервалов [Уломов, Шумилина, 1999, 2000].

Прогноз сейсмической погоды, наряду с предсказанием места, магнитуды и силы конкретного землетрясения, включает в себя и прогноз времени. Обычно рассматривают три типа (категории) прогноза:

- долгосрочный прогноз, когда землетрясение ожидается на достаточно большой площади, а время его ожидания растянуто на годы и десятилетия;

- среднесрочный прогноз, когда землетрясение ожидается на относительно небольшой площади, а время ожидания измеряется месяцами и несколькими годами;

- краткосрочный прогноз, когда момент возникновения землетрясения должен предсказываться с точностью до нескольких суток и даже часов.

Как видно, эти интервалы времени, будучи представленными в логарифмическом масштабе, примерно равны друг другу (ось абсцисс на рис.). В аналогичной степенной, и более того, во фрактальной взаимосвязи, находятся и величины землетрясений (магнитуда, размер очага и др.), и размеры областей, "ответственных" за их подготовку [Уломов, 1974, 1983, 1998 и др.].

Более "продвинутыми" являются сейсмическое районирование (на рисунке внизу слева) и долгосрочный прогноз сейсмически событий.

Что касается среднесрочного и краткосрочного прогнозирования времени возникновения землетрясений, то здесь хуже всего дело обстоит с краткосрочным прогнозом, несмотря на накопленный в течение многих десятилетий обширный экспериментальный материал по самым разнообразным предвестникам, во многом иллюзорных. (Некоторые из многочисленных подходов поискового характера в этом направлении условно показаны в правой нижней части рисунка.)

Очевидно, что успешное решение проблемы сейсмического прогноза, в ее широком понимании, самым непосредственным образом связано не только с научными и практическими достижениями в каждой из названных категорий прогноза, но и с комплексированием всех этих исследований. Соответствующей должна быть и этапность прогностических наблюдений - от сейсмического районирования к идентификации потенциальных очагов землетрясений, а затем к долгосрочному прогнозу и к поиску их предвестников.

Такие последовательные исследования в свое время предпринимал автор в Центральной Азии при мониторинге процесса подготовки Газлийских землетрясений 1976 г. на Туранской плите [Уломов, 1972, 194, 1983, 1983], а также при выявлении потенциальных очагов и долгосрочном прогнозе крупного сейсмического события на территории Тянь-Шаня [Уломов, 1990а,б; 1991], где впоследствии произошло Сусамырское землетрясение 1992 г.

В этой связи изучался также сейсмический режим в разных областях Центральной Азии, ответственных за подготовку уже произошедших крупных землетрясений, таких как Каратагское 1907 г., Чаткальское 1946 г., Хаитское 1949 г. и Маркансуйское 1974 г., соизмеримых по магнитуде с Газлийским и Сусамырским землетрясениями [Уломов, 1990 а, б].

В основу всех этих исследований был положен региональный подход, учитывающий особенности глубинного строения, историю геологического развития, сейсмотектонику и сейсмогеодинамику каждого конкретного сейсмоактивного региона, а также величину преимущественных межэпицентральных расстояний между очагами землетрясений различных магнитуд и периоды их повторяемости [Уломов, 1987; 1993].

Изучение современной геодинамики и особенностей сейсмического режима, как в регионе, так и в самих сейсмических очагах, вносит существенный вклад в развитие представлений о сейсмогенезе, в совершенствование сейсмогеодинамических моделей и методов прогнозирования землетрясений. Выявленные закономерности в динамике земной коры и в проявлении сейсмичности позволили осуществить долгосрочный прогноз крупнейших за последнюю четверть века Газлийских землетрясений на территории Центральной Азии.

Как показывают исследования, упорядоченный характер развития сейсмических процессов, проявляющийся в группировании землетрясений во времени и в синусоидальной форме функциональных кривых, описывающих последовательности сейсмических событий, свидетельствует о существовании сверхдлиннопериодных деформационных волн, охватывающих целые регионы.

Дальнейшие исследования упорядоченности возникновения сейсмических очагов, как во времени (повторяемость землетрясений), так и в пространстве (дистанцирование очагов), позволят более надежно идентифицировать потенциальные очаги и увереннее оценивать сейсмическую опасность, в том числе и методом преимущественных межэпицентральных расстояний (см. ниже карту Кавказа).

Важную роль в этих исследованиях должны сыграть современные методы измерений деформаций земной поверхности с помощью GPS-технологий и развитие новых подходов. Использование спутниковых наблюдений и организация непрерывного мониторинга в сейсмоактивных регионах дадут возможность получать высокоточные результаты даже в районах, слабо обеспеченных традиционными геодезическими наблюдениями.

Одно из моих авторских свидетельств об изобретении способа долгосрочного прогнозирования землетрясений. 1989 г.

Задолго и незадолго.

Списки литературы см. в разделе "Публикации".

О предвестниках землетрясений

Поскольку автор в своё время (1966-1977 гг.) был увлечен разработкой методов краткосрочного прогноза землетрясений и наибольшее предпочтение среди разного рода предвестников (мнимых и реальных) отдавал информативной роли подземной воды и газов, здесь проиллюстрирована лишь эта сторона сложнейшей и пока нерешенной проблемы.

Вода широко распространена на Земле. В литосфере ее содержится почти столько же, сколько и в гидросфере. Область распространения воды в земной коре простирается до глубины 20-30 км и более. Этот же интервал глубин характеризуется максимальным числом землетрясений.

Значительное количество воды находится в связанном состоянии и входит в состав минералов и горных пород. Другая часть, наряду с газами, заполняет поры и трещины пород и минералов. Поэтому необходимо рассматривать подземную воду и газы как составную часть среды, в которой развиваются сейсмические процессы.

Вся вода Земли, глубинного и поверхностного происхождения, постоянно взаимодействует между собой, а также с атмосферой и литосферой. Движения и деформации земной коры и всей литосферы определенным образом влияют на изменения нормального режима подземных вод (уровень, температуру, химический состав, условия питания и др.), поставляя информацию о глубинных тектонических процессах. С другой стороны, сама вода может содействовать возникновению землетрясений (так называемая индуцированная сейсмичность).

Изменение режима подземных вод в связи с землетрясениями было замечено давно. В нашей стране первые количественные такие, гидросейсмические, исследования были проведены в 1901-1902 гг. на Кавказе Ф. Мольденгауэром, который систематически наблюдая за термоминеральным источником в Боржоми, установил зависимость между нарушениями регулярной периодичности источника и местными сейсмическими явлениями.

Исследования природы Ташкентского землетрясения 1966 г. (М=5.3) позволили нам возродить в отечественной сейсмологии методы сейсмогидродинамики (Уломов, Мавашев, 1967; Уломов, 1974).

Связь деформирования земной коры в период, предшествующий этому землетрясению, была выявлена в результате анализа содержания инертного газа радона в термоминеральной воде Ташкентского артезианского бассейна (см. рис.).

В результате обследования эпицентральной области Сарыкамышского землетрясения 1970 г. (М=7.0) автором была обнаружена связь между изменениями температуры (рис. 9b) и напора термальной воды (рис. 9c), изливавшейся из скважины вблизи эпицентральной области этого землетрясения, произошедшего на побережье озера Иссык-Куль, в Киргизии (Уломов, 1971). Обе аномалии возникли, примерно, за два месяца до этого землетрясения.

Графики на этом рисунке иллюстрируют связь сейсмогеодинамических и гидрогеодинамических процессов на локальном (очаговом) уровне:

a. - изменения концентрации радона в термоминеральной воде Ташкентского артезианского бассейна в скважинах над очагом Ташкентского землетрясения 1966 г., точки - моменты замеров содержания радона, I - IV - стадии деформирования очаговой области землетрясения (Уломов, Мавашев, 1967), вертикальные отрезки - моменты возникновения главного землетрясения и его афтершоков; 

b и c - изменение температуры  (b) и напора термальной воды (c), изливавшейся из скважины вблизи очаговой области Сарыкамышского землетрясения 1970 г. (вертикальные стрелки) в Киргизии, на побережье озера Иссык-Куль (Уломов, 1971).

Известно, что роль воды существенна и в формировании самих очагов землетрясений. Так, повышение порового давления в породах районов современной тектонической активности заметно ослабляет прочность пород, приводит к развитию микро- и макротрещин, а в конечном итоге - к сейсмическим подвижкам по разломам. К подобным проявлениям сейсмичности относятся, прежде всего, техногенные землетрясения, возникновение которых обусловлено деятельностью человека. Можно привести целый ряд примеров повышения сейсмической активности участков земной коры и возникновения сильных землетрясений в связи с созданием крупных искусственных водоемов и с закачкой химических растворов в глубокие скважины и т.п. Толща воды создает не только дополнительную нагрузку, деформирующую земную кору, но и существенно повышает давление жидкости в зоне дробления пород местных тектонических разломов, смачивая их.

После Ташкентского землетрясения 1966 г. исследования режима подземных вод приобрели большое значение во всем мире в связи с разработкой методов предсказания землетрясений. Системы "скважина - водоносный горизонт" явились информативным индикатором роста упругих напряжений и деформаций в области очагов готовящихся землетрясений. Первый Международный симпозиум по поискам предвестников землетрясений был проведен в Ташкенте в 1974 году. Он был организован Институтом сейсмологии АН Узбекистана и привлек внимание большого числа ученых из многих стран мира (см. раздел "Фотоальбом", 1966-1975 гг.), 

О прогнозе землетрясений на Байкале

(В связи с защитой оз. Байкал от нефтепровода ВСТО, см. Раздел "Экологический надзор").

Котловина озера Байкал, возникшая миллионы лет назад и продолжающая развиваться в условиях растяжения земной коры, представляет собой ничто иное, как обычную трещину (рифт), заполненную водой. А как известно из механики разрушения твердых сред, у концов любой трещины концентрируются наиболее значительные упругие напряжения, которые и способствуют дальнейшему ее вспарыванию.

Такое вспарывание происходит как постепенно, так и в виде быстрых подвижек. В природе такие «скачкообразные» подвижки порождают новые трещины, а быстрый сброс упругих напряжений при их внезапном появлении проявляется сотрясениями – тектоническими землетрясениями.

Доказательством продолжающегося вспарывания гигантского Байкальского рифта у северного берега озера, где и планируется участок трассы нефтепровода ВСТО, являются Кичерская и Верхне-Ангарская котловины, названные так по имени рек Кичеры и Верхней Ангары, текущих вдоль них и впадающих в Байкал. Это один из самых опасных в сейсмогеодинамическом и сейсмическом отношении участок Байкальской рифтовой зоны (БРЗ). Здесь сохранились следы древних 10-11-балльных землетрясений, подобных относительно недавнему Муйскому землетрясению 1957 г. на востоке БРЗ, но произошедших более 500 лет тому назад. Имеются все основания полагать, что за столь продолжительное, 500-летнее, сейсмическое затишье у северных берегов Байкала накопились огромные упругие напряжения, которые непременно должны разрядиться крупным землетрясением.

О чрезвычайно высокой вероятности возникновения таких землетрясений в Алтай-Саян-Байкальском регионе нами неоднократно сообщалось в научной печати и на тематических сейсмологических конференциях, в том числе и в Иркутске. В этих публикациях (см. список) неоднократно указывалось на миграцию сейсмических очагов в северо-восточном направлении вдоль протяженного Трансазиатского сейсмоактивного пояса, пересекающего регионы Средней Азии, Алтая, Саян и Забайкалья. Недавнее крупнейшее для юга Сибири землетрясение 2003 года на территории республики Алтай со всей убедительностью подтвердило этот долгосрочный прогноз. Теперь – «очередь» за Саянами и Прибайкальем. По нашим расчетам, не менее крупные землетрясения в этих регионах должны произойти в течение ближайших 10-15 лет. Одним из вероятных мест расположения такого сейсмического очага – северная оконечность Байкала.