Способ прогнозирования тектонических землетрясений

Изобретение относится к области геофизики, а именно к сейсмологии, и может быть использовано для прогнозирования места, силы и времени тектонических землетрясений.

Известен способ прогнозирования землетрясений, включающий создание наблюдательной сети и режимные площадные наблюдения геофизических полей, тесно связанных с деформациями земной коры, например уровня микросейсмической эмиссии [1] (прототип). В нем используется теоретическое соотношение, описывающее площадное распределение аномалий измеряемого параметра (в данном случае уровня микросейсмической эмиссии), в предположении их линейной зависимости от аномальных деформаций земной коры, вызванных подготовкой прогнозируемого землетрясения:

Здесь A(0,h) и A(Δ,h) - амплитуда аномалии соответственно в эпицентре и на расстоянии Δ от эпицентра, h - глубина залегания потенциального очага. Под аномалиями подразумеваются значимые превышения величины искомого полезного сигнала над фоном, т.е. статистическая ошибка его определения. Из этой формулы следует, что изолинии амплитуд аномалий, вызванных подготовкой землетрясения на глубине h, в рассматриваемом приближении имеют форму концентрических окружностей, проведенных вокруг его эпицентра. По этим изолиниям и определяют координаты потенциального очага в [1], а по теоретической формуле

которая в области Δ_max>>h (т.е. для сильных землетрясений) удовлетворительно согласуется с известной эмпирической формулой [2] Δ_max≈10^0.43⋅M (или M≈2.33⋅lgΔ_max) при значении сейсмического КПД η≅0.03, определяют его магнитуду. Здесь Δ_max - радиус зоны подготовки землетрясения, определяемый как максимальное расстояние от эпицентра в километрах, на котором еще обнаруживаются аномалии A(Δ,Н), значимо превышающие фон, т.е. радиус самой внешней изолинии. В случае деформационных аномалий их фоновым уровнем принято считать деформацию, соизмеримую с амплитудами земноприливных деформаций ε≈10^-8 [2]. Очевидно, в пределах достижимой точности оценки магнитуды готовящегося землетрясения можно предположить, что радиус зоны подготовки землетрясения Δ_max, определяемый по деформационным наблюдениям, совпадет с таковым, определенным по наблюдениям других геофизических полей, тесно связанных с деформациями. Другими словами, в формуле (2) под Δ_max можно подразумевать расстояние от эпицентра, на котором обнаруженная аномалия измеряемого параметра соизмерима с его фоновым уровнем.

Недостатком этого способа является то, что в нем неявно предполагается, что процесс подготовки прогнозируемого землетрясения близок к завершающей стадии. Исходя из этого и определяется магнитуда ожидаемого события, что приведет к ее систематической недооценке, - определенная по этому способу магнитуда соответствует сейсмической энергии, накопленной в очаге к текущему моменту времени. Другим недостатком способа является то, что он напрямую не включает в себя прогноз времени землетрясения - решение этой задачи предполагается осуществлять дополнительными независимыми методами путем сосредоточения наблюдений в найденной по этому способу эпицентральной области.

В предлагаемом способе прогнозирования тектонических землетрясений определение координат очага, магнитуды и времени предполагается осуществлять с использованием как теоретических соотношений (1) и (2), так и известных эмпирических соотношений между энергетическими и пространственно-временными параметрами землетрясений.

Определяемый из наблюдений в данную эпоху t радиус зоны подготовки землетрясения Δ_max и магнитуда, вычисляемая по формуле (2), являются, по сути, текущими значениями этих величин, т.е. зависят от времени:

С учетом известного соотношения [2]

которое в нашем случае можно написать в виде

получим формулу для текущего значения сейсмической энергии, заключенной в формирующемся очаге:

или

Далее, определив E(t) по формуле (7) как минимум для двух эпох t₁ и t₂, разделенных временным интервалом в несколько лет, можно вычислить скорость накопления сейсмической энергии в очаге прогнозируемого землетрясения по очевидной формуле

Конечно, речь идет о средней скорости накопления сейсмической энергии за рассматриваемый период, которую в известной мере приближения можно считать постоянной и экстраполировать на весь период подготовки землетрясения τ, т.е.

где E - полная сейсмическая энергия прогнозируемого землетрясения.

С другой стороны, из эмпирического соотношения между энергией землетрясения Е и временем его подготовки τ в годах [2]

справедливого в диапазоне магнитуд от 2,5 до 8,5, следует, с учетом (4)

откуда получим эмпирическую формулу,

однозначно вытекающую из приведенных выше известных эмпирических соотношений в предположении равномерного роста энергии в очаге. Следовательно, определив по повторным площадным геофизическим наблюдениям скорость накопления сейсмической энергии в очаге ожидаемого землетрясения , можно определить его магнитуду по соотношению (13).

Далее, определив в эпоху последних по времени наблюдений, например t₂, накопленную сейсмическую энергию E(t₂) по формуле (7), можно вычислить время, прошедшее с начала подготовки землетрясения до этой эпохи

а вычитая эту величину от полного времени подготовки τ, можно определить время, оставшееся до прогнозируемого землетрясения

Таким образом, для прогнозирования места, силы и времени ожидаемого землетрясения по предлагаемому способу следует осуществлять следующую последовательность действий: 1) площадные режимные (повторные) геофизические наблюдения на сейсмоактивной территории; 2) определение координат очага ожидаемого землетрясения, как и в прототипе [1], путем обработки наблюдений с использованием формулы (1); 3) определение из повторных площадных наблюдений, выполненных как минимум для двух эпох, разделенных временным интервалом в несколько лет, текущих радиусов зоны подготовки землетрясения Δ_max(t) (км) как расстояний от эпицентра, на которых обнаруженные аномалии A(Δ,h) соизмеримы с его фоновым уровнем; 4) определение для этих эпох текущих значений сейсмической энергии формирующегося очага, с использованием формулы (7); 5) вычисление по этим данным скорости накопления энергии в очаге по формуле (8); 6) определение по формуле (13) магнитуды ожидаемого землетрясения; 7) определение по формуле (14) времени, оставшегося до прогнозируемого землетрясения. Этот алгоритм прогнозирования землетрясения мы назвали «Hypocentre-1», имея в виду возможность его совершенствования с учетом несферически симметричного (например, эллипсоидального) распределения амплитуд аномалий геофизических полей в окрестности формирующегося очага.

Разумеется, точность оценки прогнозируемых параметров ограничивается приближенным характером используемых эмпирических соотношений и неоднородностью среды, но есть основания полагать, что эти оценки отвечают требованиям, предъявляемым к среднесрочному прогнозу землетрясений.

Для реализации прогноза по предложенному алгоритму могут быть использованы площадные наблюдения как параметров деформационного поля (максимальные касательные напряжения σ_τ, наклоны, максимальные модули линейных деформаций , модули объемных деформаций ), так и других тесно связанных с деформациями геофизических полей, таких как вертикальные движения земной коры, микросейсмическая эмиссия, высокочастотный сейсмический шум, скоростные характеристики среды, тепловое поле Земли.

Литература

1. Таймазов Д.Г. Способ прогнозирования землетрясений: Патент РФ №2325673. БИ №15. 2008.

2. Прогноз землетрясений, №3. Душамбе - Москва: ДОНИШ, 1984а. 216 с.