лаборатория комплексного исследования предвестников землетрясений и извержений вулканов

Поиск краткосрочных и среднесрочных предвестников сильных камчатских землетрясений по сейсмологическим, геохимическим и космофизическим данным.

Начиная с 60-х годов прошлого века в Институте вулканологии большое внимание уделялось проблеме изучения взаимосвязи землетрясений и вулканических извержений. Этому вопросу была посвящена, в частности, кандидатская диссертация В.А.Широкова «О связи извержений вулканов с тектоническими землетрясениями Камчатки», в которой сделан вывод о статистически значимом влиянии на сильные землетрясения и вулканические извержения космических факторов и представлена схема их влияния на сейсмические и вулканические процессы. Показано, что для характерных времен порядка ста лет основная роль принадлежит влиянию солнечной активности и приливному воздействию Луны и Солнца. Сделан также вывод о том, что на заключительной стадии подготовки сильных землетрясений отклик сейсмичности выражается в самоорганизации и пространственно-временной упорядоченности сейсмичности, что можно использовать для краткосрочного (со временем упреждения менее двух недель – одного месяца) прогноза времени, места и магнитуды сильных камчатских землетрясений (Широков,2001). Разработанные В.А.Широковым методики долгосрочного и краткосрочного (алгоритм М6) прогнозов использовались в 1996-2005 гг. в реальном времени, что позволило ему сделать 18 официально зарегистрированных краткосрочных прогнозов камчатских землетрясений с магнитудой М>6, большинство из которых оправдались по всем прогнозируемым параметрам. Существенно, что в 16 случаях из 18 среднее реальное время упреждения прогноза составило 8 суток. В трех случаях успешные прогнозы давались по комплексу данных совместно с П.П.Фирстовым, когда использовались, кроме сейсмологических, также данные радонового мониторинга, получаемые им непрерывно по сети станций с 1997 г.

В качестве примера приведем данные, демонстрирующие полученные В.А. Широковым результаты по проблеме прогноза сильных камчатских землетрясений. На верхнем рисунке с использованием метода наложения эпох представлено распределение в координатах эпицентральная широта – фаза лунного приливного цикла с периодом 18,613 г. каждого из 14 наиболее сильных камчатских землетрясений с магнитудой М>7,6 за 1737 - 2004 гг. Видно, что обозначенные в виде ромбов землетрясения происходят только в двух так называемых активных фазах приливного цикла длительностью фаз около двух лет. В ближайшие 20 лет две следующие активные фазы, когда с вероятностью 0,64 в каждой фазе ожидаются землетрясения указанной силы, приходятся на интервалы март 2008 – февраль 2010 гг. и март 2015 – декабрь 2016 гг. С вероятностью более 0,99 до марта 2008 г. землетрясения с М>7,6 на Камчатке не ожидаются. В нижней части рисунка приведена кривая, полученная в ретроспективном варианте в соответствии с алгоритмом М6 (Широков, 2001), характеризующая в относительных единицах степень самоорганизации сейсмотектонического процесса в области очага землетрясения 24 ноября 1971 г. с М=7,8 накануне его возникновения. Видно, что с конца октября началась заключительная стадия подготовки этого землетрясения, которое по макросейсмическому эффекту на средних грунтах в г.Петропавловск-Камчатский (7 - 8 баллов) было самым сильным за последние 45 лет.

Разработка среднесрочных и краткосрочных методов прогноза сильных землетрясений Авачинского залива на основании данных сети станций радонового мониторинга подпочвенного воздуха (науч. рук., к.ф.-м.н. П.П. Фирстов).

рис.1. А - кривые значений объемной активности Rn скомпенсированные на баровариации и осредненные скользящим средним в 5-суточных интервалах в опорном пункте ПРТ за период за 1.11.1997 1.05.2003 гг.: точка 1 зона аэрации (глубина 1 м); точка 2 насыщения (глубина 3 м). Б - остатки от мультипликативной сезонной модели с учетом тренда, стрелками отмечено начало формирование среднесрочных предвестниковых аномалий.

На рисунке приведены значения объемной активности радона (ОА Rn) с частотой 0,5 цикл/сутки для обеих точек станции ПРТ, скомпенсированные на баровариации с осреднением в пятисуточных интервалах. Видна четкая сезонная зависимость объемной активности радона (ОА Rn) для обеих точек, обусловленная сезонным изменением температуры гелиотермозоны рыхлых отложений. Проявление сезонности в районе геотермального месторождения позволяет говорить, что горизонт термальных вод можно рассматривать как рудное тело, выделяющее эманации в слой рыхлых отложений над ним, что приводит к изменению градиента ОА Rn в зависимости от проницаемости гелиотермозоны.

Поиски среднесрочных предвестниковых аномалий проводились для землетрясений, произошедших за период наблюдений на удалении от опорной станции ПРТ не более чем на 150 км, и землетрясений с эпицентрами в акватории Тихого океана района Авачинского залива с М > 5,5 (рис.2). В этих районах за период работы опорной станции зарегистрировано 15 землетрясений с М > 5,5, которые группируются по времени, причем, иногда их эпицентры разнесены в пространстве, а иногда представляют форшоки или афтершоки главного толчка. В связи с этим нами выделены восемь (номера над треугольниками на рис.1Б) наиболее сильных землетрясений, в группах и одиночных, относительно которых диагностировались аномалии в динамике подпочвенного радона (табл.). На рис.1Б приведен график остатков для точки 2 (зона насыщения), где стрелками отмечены участки начала резкого роста остатков от сезонной модели со скоростью от 16 до 200 Бк/м 3 /сутки.

рис.2. Схема размещения станций мониторинга подпочвенного радона на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне и карта эпицентров сильных землетрясений (М 5,5) района Авачинского залива за 1.11.1997 1.05.2003 гг. ПРТ - ст.Паратунка , ГЛЛ - ст.Голубая Лагуна, ЛВЧ - ст.Левая Авача, ИНС - здание Института вулканологии. Пунктиром выделен район уверенной регистрации предвестников перед землетрясениями с М > 5,5.

На кривой отмечено шесть таких участков длительностью около 120 суток, в пределах которых можно выделить интервалы, когда выявленная зависимость имеет прогностическое значение, после которых в районе Авачинского залива на удалении менее 140 км происходили землетрясения с М > 5,7 (см.рис.2). По-видимому, такое поведение в динамике подпочвенного радона связано с изменением напряженно-деформированного состояния участка зоны субдукции района Авачинского залива, обусловленного изменением скорости движения Тихоокеанской плиты. С большой долей вероятности, рост ОА Rn относительно сезонного хода можно рассматривать как среднесрочный предвестник сильных землетрясений района Авачинского залива (см.рис.1А).

Обнаруженные среднесрочные и краткосрочные предвестники в динамике подпочвенного радона дают возможность реально говорить о поэтапном прогнозе сильных землетрясений Авачинского залива. Для практического применения радоновый метод необходимо комплексировать с методами, имеющими предвестники с заблаговременностью сутки часы (оперативный прогноз).

Динамика подпочвенного Rn контролируется с помощью двухканального радиометра "РЕВАР", который предназначен для приема, обработки и регистрации информации о вариациях концентрации радона (Rn) в воздухе по изменению активности излучения. Радиометр позволяет проводить автономные наблюдения (без участия оператора) до двух месяцев в условиях отсутствия сетевого питания. На станциях датчики устанавливаются в двух разноглубинных точках: в зоне аэрации (около 1 м) и зоне полного влагонасыщения (~34 м), которые могут быть разнесены до 30 метров. Данные сохраняются в сменном модуле энергонезависимого устройства с последующим переносом их в персональный компьютер через последовательный порт RS 232. За период эксплуатации радиометры показали большую надежность в работе.

web-design Vlasova, 2005