О рациональной методике прогноза землетрясений
О РАЦИОНАЛЬНОЙ МЕТОДИКЕ ПРОГНОЗА
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
С самого своего первого появления на Земле человек начался подвергаться воздействию самых разнообразных природных аномальных факторов, многие из которых носили угрожающий характер и делали его жизнь поистине опасной и требовали повышенного внимания к себе.
Среди наиболее грозных природных явлений, представляющих наибольшую опасность для человека, безусловно, являются землетрясения. По своим разрушительным последствиям, количеству жертв, материальному ущербу и деструктивному воздействию на среду обитания человека землетрясения занимают одно из первых мест среди других категорий [1,2 ] природных катастроф. Это грозное явление природы опасно не столько само по себе, а скорее всего потому, что ОНО происходят именно там, где живет, трудится, обитает человек и члены его сообщества.
Причем разрушения зданий и гибель людей вызываются не столько собственно вибрациями грунта, сколько различными вторичными природными явлениями, которые могут активизироваться в процессе землетрясения (крип, оползни, обвалы, снежные лавины, разжижение грунта и др.). Попутно большую опасность представляют урбанизированные техногенные воздействия и последствия: пожары, взрывы, выбросы вредоносных токсичных и горючих материалов. Угрозу здоровью людей создают также эпидемии, связанные с разрушением инфраструктуры населенных пунктов: отсутствие жилья (один из важнейших факторов в зимнее время), повреждения систем энерго- и водоснабжения, канализации, затруднения со снабжением населения продуктами питания, оказанием медицинской помощи и т.д. Часто наибольший ущерб при землетрясениях связан преимущественно со вторичными или, как еще говорят, с эмиссионными проявлениям среды.
Многие стихийные явления (в первую очередь - землетрясения), по всей вероятности неизбежны. И если их нельзя предотвратить, то необходимо уменьшить их разрушительное воздействие (хотя бы путем проведения отвлекающих взрывов различной мощности и пр. так, например, испытания ядерного оружия на Семипалатинском полигоне приводили к уменьшению силы толчков в близлежащих районах, включая и г. Алма-Ата ), что вполне возможно и крайне необходимо путем проведения различного рода мероприятий подготовительного цикла ( недаром пословица гласит: «кто предупрежден, тот вооружен». Для этого необходимо знать причины возникновения землетрясений, изучать процессы, связанные с их подготовкой и возникновением, разрабатывать методы прогноза этих явлений.
По данным ряда специалистов землетрясения составляют 13% от общего числа природных катастроф, произошедших в мире с 1965 г. по 1999 г., занимая третье место [Осипов, 2001]. По данным Национального Центра Информации о землетрясениях США (NEIC) в течение XX века (с 1900 по 1999 гг.) на Земле произошло 2000 землетрясений с магнитудой Ms ,равной и более 7.0, из которых 65 землетрясений имели магнитуду Ms ,равную и более 8.0. Людские потери от землетрясений XX века составили 1.4 млн. чел. Из них на последние 30 лет, когда людские и экономические потери стали фиксироваться более четко, приходится 987 тыс. чел., т.е. около 32.9 тыс. чел. в год.
Что же является причиной землетрясений? По современным представлениям землетрясение - следствие возникновения разрыва сплошности твердых горных пород (гигантской трещины) в глубинах земных недр.
Прогноз землетрясений – сложная научная проблема, ибо точно предсказать время возникновения очередных сейсмических толчков, а тем более предотвратить их, к сожалению, не представляется пока возможным. Однако разрушения и число человеческих жертв могут быть уменьшены путем проведения в сейсмоактивных районах разумной и долговременной государственной политики, основанной на повышении уровня осведомленности населения и управленческих органов об угрозе землетрясений и умении противостоять подземной стихии.
Так по имеющимся данным первый и весьма обнадеживающий прогноз сильных землетрясений относится к середине 70-х годов прошлого века, когда в июне 1974 г.–январе 1975 г. китайские ученые, проанализировав данные наблюдений за различными геофизическими полями, за несколько дней до Хайченского землетрясения (4 февраля 1975 г.,M=7.3, I0 = 9) сообщили о прогнозе властям провинции Хэбэй. В результате этого в считанные часы было эвакуировано население г.Хайчен [Adams, 1976]. Предсказанное землетрясение произошло, но экономический и социальный ущерб были минимальными. Казалось, проблема прогноза землетрясений практически решена. Однако чуть больше года спустя в том же Китае в 200-300 км к востоку от Пекина произошло Таншаньское землетрясение (28 июля 1976 г., M = 7.9), которое целиком разрушило г.Таншань с миллионным населением и унесло сотни тысяч жизней. Здесь также наблюдались многочисленные предвестники возможной беды,, но отсутствие на тот момент достаточных статистических данных об их достоверности и эффективности не позволило объявить тревогу.
Согласно принятым в сейсмологии понятиям - прогноз землетрясений (по времени) подразделяется на долгосрочный (на десятилетия вперед), среднесрочный (на годы вперед), краткосрочный (на дни-месяцы вперед) и оперативный (на минуты–часы вперед).
К настоящему времени наиболее изученная группа – геофизические предвестники, т.е. предвестники, связанные с закономерным поведением различных геофизических полей на разных этапах подготовки землетрясения. Предвестники этой группы покрывают практически весь диапазон прогноза по времени: от долгосрочного до оперативного. Вторая группа – предвестники, связанные с необычным поведением биологических объектов перед возникновением землетрясения. Эта группа предвестников менее изучена, чем первая, но их можно отнести к краткосрочным и оперативным.
В свою очередь геофизические предвестники подразделяются на сейсмические, гидрогеодинамические, деформационные, геохимические, термические, гравитационные, электромагнитные [Зубков, 2002]. В последние годы с развитием спутниковых технологий дистанционного наблюдения за земной поверхностью и атмосферой появились сообщения, например, об аномальном разогреве земной поверхности в эпицентральной области Измитского землетрясения (Западная Турция) 17 августа 1999 г., M = 7.4 [Carre;o et al., 2000], об аномальном изменении погодных условий, о характерных изменениях структуры трещиноватости земной поверхности в районе подготовки землетрясения [Arellano-Baeza et al., 2006].
Несмотря на огромное количество предвестников, ни один из них не дает точных указаний на время, место и силу грядущего землетрясения. В разных сейсмоактивных районах различные предвестники работают по-разному, давая большой разброс в оценках места, времени и силы будущего землетрясения. Это связано как со сложностью самого объекта исследований – очага землетрясения, условий его зарождения и развития, отсутствием количественной теории подготовки землетрясения, так и с существенным влиянием помеходействующих факторов урбанизирующего характера,
Анализ многолетних данных по ряду геофизических (в основном сейсмологических) предвестников показал, что вероятность успешного прогноза по каждому из них не превышает 0.5 [Завьялов, 2002]. Одним из возможных выходов из этой ситуации является совместное использование нескольких прогностических признаков. При этом исходят из того, что каждый отдельный предвестник отражает ту, или иную сторону многогранного и не до конца ясного процесса подготовки землетрясения и не является достаточно информативным с точки зрения статистики. Поэтому их комплексное использование позволяет повысить надежность и эффективность прогнозных оценок. Практика последних лет показала оправданность такого подхода, по крайней мере, для среднесрочного (первые годы) прогноза [Завьялов, 2006].
Выбор оптимального стратегического плана, направленного на решение ПРОБЛЕМЫ, можно найти, в качестве примера, в определенных областях научного и прикладно-хозяйственного назначения. Достигнутые там успехи были получены в силу повышенного внимания общества на данную проблему и соответственно благодаря большим ассигнованиям направленных в данные сферы (военная, космос, добыча полезных ископаемых, развитие транспорта, домостроение и пр.).
В связи с этим хотелось обратить внимание на близкую сейсмологии область науки и производства (также геологического характера) но ориентируемую на поиски и разведку различного рода полезных ископаемых, представляющих материальную основу жизни любого государства.
Так в современных условиях поиски МПИ ведутся с преимущественным упором на методы, основанных на использовании различных физических и химических эффектов. Причем положительный эффект достигается в геологоразведке при соблюдении оптимальной стратегии действий.
Выбор оптимальной стратегии решения поставленных задач выполняется с учетом факторов геологического и экономического характера. Из большого числа подходов (аналогия, максимальная эффективность и др.) предпочтение отдается стратегии последовательных приближений. Так каждая последующая стадия работ характеризуется возрастающей детальностью исследования объекта по правилу от общего к частному. При этом укрупняется масштаб съемки, уменьшается площадь исследований и соответственно совершенствуется ФГМ ( физико-геологическая модель) и сам комплекс методов.
Таким образом, начав с построения модели и пройдя этапы выбора комплекса, и получения новых геолого-геофизических результатов, возвращаются к построению более совершенной модели и выбору нового оптимального комплекса для следующей стадии работ.
При выборе комплекса геофизических методов обязательно включение в него таких методов, которые давали бы разнородную информацию, т.е. позволяли бы измерять параметры разных геофизических полей.
Не менее важное условие комплексирования - подразделение методов на основные и детализационные методы. Основным методом (или несколькими основными методами) изучают всю площадь участка по равномерной сети наблюдений; Остальные методы играют роль дополнительных, детализационных. Их проводят всё с большей детальностью по отдельным профилям или на ограниченных участках, перспективность которых уже доказана результатами, полученными основными поисковыми методами.
При выборе комплекса методов обязательны расчет оптимальной сети наблюдений и необходимой точности измерений, установление комплекса интерпретации. На этапе интерпретации для выделения геологических объектов по набору характерных признаков в аномальных физических полях широко применяют различные вероятностно-статистические способы классификации.
Наиболее эффективным считается метод, позволяющий получить аномальные поля максимальной контрастности. Кроме того, учитывают влияние помех, связанных с природными условиями и обусловленных наличием других геологических объектов.
В процессе выполнения геофизических работ выработались традиционные комплексы геофизических методов, применяемые для решения геологических задач на разных этапах (стадиях) развития геологоразведочного процесса. Следует заметить, что по мере совершенствования техники и методики геофизических исследований и способов обработки получаемой геофизической информации (принципиально новая аппаратура, более совершенное оборудование, использование вычислительной техники на многих этапах геофизических работ, в т.ч. на этапе (обработки результатов) изменяются и сами комплексы.
Аналогичный подход следует рекомендовать для работ, связанных и с прогнозом землетрясений. Необходимо вначале определить площадь возможных сильных землетрясений ( на что указывают определенные методы районирования сейсмоактивных территорий).
Затем в областях сосредоточения населения (города, поселки, строительные объекты) расположить по оптимальной сети сеть пунктов измерений, основанных на регистрации полей геофизического и геохимического характера (мониторинг наблюдений). Попутно включать в анализ результаты методов дистанционных наблюдений (геодезических, гидроморфологических, радиотепловых и инфракрасных съемок и тепло-оптических свойств среды) и пр.).
Характер изменения таких геофизико-геохимических и геодезических показателей может оказаться весьма полезным при определении областей возможного нарастания механического напряжения в массиве и возможного искажения частотного диапазона целого ряда полей ( электромагнитного, сейсмоакустического, тепло-оптического и др.).
Дополнительные функции могут нести в себе к моменту возможных разрывов и толчков геологического массива и биологические предвестники надвигающегося разрыва сплошности геологической среды.
На этапе перехода от среднесрочных прогнозов к краткосрочным прогнозам ведущие позиции могут занять методы вариационного характера изменения геофизических и геохимических полей, доказавшие в ряде случаев свою достаточную эффективность при определении места и возможности возникновения здесь землетрясений определенной силы (балльности). Так измерение вариаций в течении длительного срока геомагнитного, гравитацинного, электромагнитного, сейсмоакустического полей указывало на изменение физико-механических свойств геологической среды в пределах областей возможных разрывов сплошности, а газовые составляющие ( радон, гелий, инертные газы и др.) прямо указывали на постепенное появление зон трещиноватости в местах бывших некогда устойчивыми и прочными.
На стадии краткосрочного прогноза небесполезными могут быть результаты (измерения) в методах акустической и электромагнитной эмиссии [3], доказавшие свою эффективность при установлении момента массовых ударов в динамически подвижной среде, основанной на эмиссионной способности геологической среды, готовящейся к резкому сейсмическому удару.
Созданная система сейсмических наблюдений, позволяет регистрировать упругие волны (до 700 Гц) от динамических явлений и выделяемую ими энергию упругих волн. В результате исследований параметров полезных сигналов ЭМИ и АЭ в связи с процессами подготовки динамических явлений, устанавливается, что подготовка сейсмического удара сопровождается увеличением числа электромагнитных и акустических сигналов. При этом увеличение числа электромагнитных сигналов происходит с опережением. В это время наблюдается аномальное увеличение (в 1,5 раза и более) амплитуды высокочастотных сигналов ЭМИ (частота свыше 50 кГц) и уменьшение (в 2-3 раза относительно фона) значений частоты спектрального максимума. Вместе с тем происходят аномальные увеличения энергетических параметров электромагнитной и акустической эмиссий (рис.1). Также по мере приближения момента сейсмического взрыва происходят закономерные увеличения числа низкочастотных сигналов (частота до 50 кГц) и уменьшение числа высокочастотных сигналов ЭМИ.
Рис.1. Аномальные увеличения энергетических параметров сигналов
ЭМИ и АЭ в связи с динамическими событиями.
При цепной лавинонарастающей эмиссии электромагнитная составляющая сейсмических волн может значительно опережать её сейсмо-акустическую составляющую и служить сигналом для принятия оперативных решений ( в частности, мгновенного отключения от потребителей генераторов вырабатывающих электрический ток, снабжающих электроэнергий те или иные государственные и хозяйственные объекты)
Наука методологии комплексирования методов оптимального прогноза природных катаклизмов, только зарождается, и та максимальная польза, которую она принесет обществу, - еще впереди. Нужно только к этому постоянно стремится, развивая инфраструктуру научных и прикладных исследований, и широко внедряя их результаты в практику реальной жизни.
Литература
1. Завьялов А.Д. Среднесрочный прогноз землетрясений. - М.: Наука, 2006. – 256 с.
Свидетельство о публикации №224033001664