Методики обнаружения предвестников землетрясений

 Большое разнообразие используемых методов не позволяет детально рассмотреть каждый из них, поэтому приведем только краткие описания используемых на регулярной основе методик, с указанием, по возможности, литературных источников. 

Вариации крутизны спада огибающей коды слабых местных землетрясений(А.А. Гусев, И.Р. Абубакиров, КФ ГС РАН, ИВиС ДВО РАН) [1, 26].
     Среднесрочный прогноз сильных землетрясений.
     Информационный параметр – a, характеризующий скорость спада огибающей коды землетрясения.
     Предвестник: синхронное (на двух станциях) отрицательное бухтообразное поведение a.
     Параметры прогноза: магнитудыM > 7.5, упреждение – 0.8-3 года, эпицентральное расстояние D = 50-150 км.

 Алгоритм М6 (комплексный анализ сейсмологических данных) (В.А. Широков, КФ ГС РАН) [25].
     Комплексное использование большой совокупности различных сейсмологических параметров.
     Средне- и краткосрочный прогноз землетрясений с магнитудой более 6.0.
     Методика прогноза камчатских землетрясений с М ³ 6 в реальном времени с упреждением менее 15 суток. Используются следующие эффекты: выявление зон сейсмического затишья и активизации; выявление аномалий в распределении землетрясений по глубине и энергии; циклические изменения сейсмичности (лунно-солнечный месячный период – 29.53 сут., лунный период – 8.85 и 18.613 лет, сезонные периодичности, суточная цикличность и т.д.); анализ роевых последовательностей; синхронизация сейсмичности в различных регионах мира; алгоритм “Мантия” (анализ каталогов землетрясений, расчет специальных параметров).

 Обнаружение аномалий в сейсмическом режиме методом RTL(В.А. Салтыков, Н.М. Кравченко, КФ ГС РАН)[16, 20, 27].
     В качестве среднесрочного предвестника сильных землетрясений Г.А. Соболевым и Ю.С. Тюпкиным [20] был предложен прогностический параметр RTL, основанный на выделении аномалии сейсмического затишья по трем характеризующим сейсмический режим функциям: эпицентральной R, временной Т и энергетической L. Значения RTLрассчитаны в окрестности точки пространства, характеризуемой координатами x, y, zв момент времени t.
     Согласно модели авторов, пространственно-временные области с отрицательными значениями параметра RTL соответствуют зонам формирования сейсмического затишья, а увеличение параметра RTL после минимума – форшоковой активизации, при этом значительное сейсмическое событие следует ожидать в непосредственной близости к области аномально низких значений RTL.

 Обнаружение сейсмических затиший методом Z-тест (Н.М. Кравченко, В.А. Салтыков, КФ ГС РАН) [11, 16].
     Среднесрочный прогноз землетрясений с магнитудой более 6.0.
     Перед рядом сильных землетрясений наблюдается уменьшение уровня сейсмичности по сравнению с фоновым для исследуемого района. Такое временное ослабление активности носит название сейсмического затишья и рассматривается некоторыми исследователями как предвестник готовящегося землетрясения. Одним из методов, позволяющим определять сейсмические затишья как статистически значимое уменьшение скорости потока землетрясений в ограниченном объеме среды и оценивать их количественно, является метод с условным названием "Z-тест".
     Предвестник: сейсмическое затишье – временное (в течение месяцев – нескольких лет) уменьшение сейсмической активности.
     Цель: выявление пространственно-временной области с аномально низким уровнем сейсмичности. Аномалии должны быть статистически значимыми, что обеспечивается большими значениями z. Величина уменьшения скорости сейсмического потока вычисляется для всех статистически значимых точек.

 Вариации отношения скоростей сейсмических волн V_p/V_s (параметр t) (Л.Б. Славина, ИФЗ РАН) [19].
     Краткосрочный прогноз сильных землетрясений.
     Наблюдая вариации времен пробега P-и S-волн от слабых близких землетрясений и их отношений – Ts/Tp(параметра TAU) в пространстве и времени и проводя анализ флуктуаций относительно долговременного среднего, можно выявить временной интервал, где значения флуктуаций максимальны. Предвестником сильного землетрясения является резкое увеличение t, т.е. отношения скоростей P- и S-волн.

 Изменения средних значений временных интервалов между сейсмическими событиями и их коэффициент вариации (Н.Г. Томилин, ФТИ РАН)[22].
     Кратко- и среднесрочный прогноз сильных землетрясений.
     На основе кинетических представлений о прочности твердых тел [9] и базирующейся на них иерархической модели разрушения горных пород сформулированы физически обоснованные критерии формирования очаговой стадии процесса и разработана методика прогнозирования места, времени и энергии сейсмических явлений.

 Методика ВСШ: мониторинг вариаций параметров приливной компоненты высокочастотного сейсмического шума (В.А. Салтыков, В.Н. Чебров, В.И. Синицын, Ю.А. Кугаенко, КФ ГС РАН)[15, 17].
     Краткосрочный прогноз землетрясений. Пороговые значения магнитуды определены соотношением "Магнитуда – расстояние".
     Прогнозирование базируется на оригинальной методике. Согласно этой методике при изучении закономерностей сейсмической эмиссии в качестве эталонного сигнала используются земные приливы. Вариации параметров среды, возникающие под воздействием деформирующих сил, отражают динамику геофизических полей в верхних слоях коры, и, следовательно, могут содержать информацию о структуре и состоянии земных недр, в частности, при подготовке сильного землетрясения. Информационный параметр: фазовый сдвиг между определенной волной приливного гравитационного потенциала и соответствующей ей компонентой огибающей ВСШ. Предвестник: стабилизация фазового сдвига на некотором уровне в течение нескольких недель.

 Гидрогеодеформационный (ГГД) мониторинг (Н.Н. Смолина, ОАО "Камчатгеология")[4].
     Кратко-, среднесрочный прогноз сильных землетрясений.
     Многолетние исследования особенностей функционирования подземной гидросферы привели к обнаружению новой разновидности естественного поля гидрогеодеформационного (ГГД) поля Земли, изменение состояния которого диктуют процессы эволюции напряженно-деформированного состояния земной коры, развивающиеся в реальном времени в пределах всех геологических сооружений планеты.
     Результаты комплексных исследований ГГД-поля были признаны научным открытием (диплом № 2273) и зарегистрированы в 1982 г. с формулой: Явление глобально распространенных быстропротекающux пульсационных изменений в гидрогеосфере, обусловленное способностью последней реагировать на изменения напряженно-деформированного состояния литосферы (Гидрогеологический эффект Вартаняна - Куликова).
     В последние годы исследования закономерностей функционирования ГГД-поля Земли, выполнявшиеся во ВСЕГИНГЕО, обеспечили возможность создания комплексной технологии слежения за геодинамическими процессами, предваряющими сильные землетрясения (система МУАР), а затем дали подходы к решению одной из наиболее сложных задач современности - краткосрочного прогноза разрушительных сейсмических событий (система R-SТEPS - RegionalShortТеrmEarthquakePredictionSystem).

 Наблюдения за гидрогеодинамическими предвестниками (Г.Н. Копылова, КФ ГС РАН) [10].
     Вариации уровня воды в скважине Елизовская-1 (H = 665 м).
     Кратко-, среднесрочный прогноз сильных землетрясений.
     Предвестник сильного (M ³ 6.6) землетрясения: понижение уровня воды со скоростью не менее 0.06 см/сут в течение интервала от нескольких недель до нескольких месяцев.
     Мониторинг вариаций уровня воды в скважинах. Перед землетрясениями с магнитудой 6 и более могут наблюдаться аномальные изменения. Известны такие эффекты, как замедление скорости восходящего тренда (скважина Хаибара), понижение уровня воды (SN-3, ЮЗ-5) и увеличение скорости понижения уровня воды (Е1).

 Наблюдения за электромагнитным ОНЧ излучением (Г.И. Дружин, ИКИР ДВО РАН) [8].
     Краткосрочный прогноз сильных землетрясений.
     Рассматриваются вариации шума естественного электромагнитного ОНЧ излучения. Показано, что на Камчатке за несколько суток до сильного землетрясения в шумовой составляющей появляются мощные импульсные ОНЧ излучения, которые обычно прекращаются за несколько часов или единиц суток до основного толчка. Амплитуда суточного хода шумовой составляющей ОНЧ сигнала обычно падает за несколько суток до землетрясения, а после сейсмического события в течение нескольких суток восстанавливается.         
     Опыт прогноза показал, что аномальные явления, возникающие в шумовой составляющей ОНЧ сигнала, можно использовать в целях краткосрочного прогноза сильных землетрясений.

 Мониторинг вариаций геомагнитного и атмосферного электрического поля Земли (С.Э. Смирнов, ИКИР ДВО РАН)[3].
     Краткосрочный прогноз сильных землетрясений.
     Анализируются фазовые соотношения между вертикальной составляющей электрического поля E_zи K-индексом (магнитной активностью). К моменту землетрясения E_zи K
индекс принимают минимальные значения.

 Мониторинг параметров ионосферы (В.В. Богданов, ИКИР ДВО РАН)[2].
     Краткосрочный прогноз сильных землетрясений.
     В зависимости от природы сейсмоактивного региона характер аномального поведения параметров ионосферы может быть различен. По результатам вертикального радиозондирования параметров ионосферы было замечено, что для Камчатки наиболее информативной является критическая частота f₀F₂регулярного слоя F₂.

 Мониторинг вариаций уровня геоакустической эмиссии в глубокой скважине(В.А. Гаврилов, ИВиС ДВО РАН)[5].
Краткосрочный прогноз сильных землетрясений.
Краткосрочный геоакустический предвестник – исчезновение суточного хода и бухтообразные аномалии среднесуточного уровня геоакустической эмиссии (ГАЭ).

 Вариации химического состава воды в скважинах и источниках (Г.В. Рябинин, КФ ГС РАН) [24].
     Краткосрочный прогноз сильных землетрясений.
     Началом активной разработки гидрогеохимического метода прогноза землетрясений можно считать 1966 г. Именно Ташкентское землетрясение 1966 г. ознаменовалось тем, что перед ним, хотя и ретроспективно, удалось выявить яркие гидрогеохимические аномалии в режиме подземных вод. Подобное явление – изменение концентраций радона, гелия, аргона, фторидов, урана, а также изотопного состава элементов в связи с сильными сейсмическими событиями было зарегистрировано как открытие. Успех обнаружения гидрогеохимического предвестника в водах Ташкентского артезианского бассейна перед землетрясением обусловил бурное развитие исследований, направленных на поиск предвестников землетрясений, во всех сейсмоопасных регионах бывшего Советского Союза.
     В настоящее время на Петропавловском прогностическом полигоне проводится мониторинг девяти объектов: семи самоизливающихся скважин и двух термальных источников, объединенных в четыре станции.
     Измеряемые параметры: расход воды, температура воды и воздуха, атмосферное давление, химический состав воды и газа (всего 27 параметров).
     Предвестник: уменьшение концентрации Cl^-перед сильными землетрясениями (после удаления тренда и низкочастотной фильтрации).

 Мониторинг подпочвенного радона (²²²Rn) и водорода (П.П. Фирстов, КФ ГС РАН) [23].
Краткосрочный и оперативный прогноз сильных землетрясений, основанный на выделении геохимических аномалий, обусловленных процессами "квазивязкого" течения литосферы во время перестройки поля тектонических напряжений зоны субдукции.

 GPS-наблюдения (В.А. Полетаев, КФ ГС РАН) [13].
     Средне-, краткосрочный прогноз сильных землетрясений.
     Деформационные предвестники первичны по отношению к изменениям других параметров среды, наблюдающимся перед сейсмическим событием, и изучение деформаций на разных стадиях подготовки землетрясений может внести весомый вклад при решении задачи прогноза в долгосрочном, среднесрочном и краткосрочном плане.
     Аппаратурной основой решения задачи об изучении деформационных предвестников может быть технология GPS, позволяющая осуществлять в приемлемые сроки покрытие больших площадей, с необходимой густотой пунктов и обеспечивающая точность определения деформационных характеристик на уровне фоновых значений. Особо следует отметить всепогодность GPS, что имеет исключительное значение для решения задачи краткосрочного прогноза.
Начиная с 1997 г., на Камчатке проводятся непрерывные измерения деформаций земной поверхности сетью GPSстанций.

Кроме приведенных выше методик, рассматриваются заключения о сейсмической опасности по следующим методикам:

• мониторинг пространственного распределения наклона графика повторяемости землетрясений g[21];
• мониторинг сдвиговых напряжений по азимутальным вариациям отношения скоростей сейсмических волн [6];
• прогноз магнитуды и времени землетрясения методом "Критическое ускорение сейсмичности (КУС)" [21];
• вариации электромагнитного излучения в полосе частот 9-17 кГц [12];
• вариации электротеллурического поля [14];

 При оценке вулканической обстановки используются заключения KVERT – (KamchatkanVolcanicEruptionResponseTeam), а также материалы о сейсмической активности вулканов, полученные в КФ ГС РАН [7, 18].

Список литературы

1. Абубакиров И.Р., Гусев А.А., Гусева Е.М.Отражение процесса подготовки Кроноцкого землетрясения 05.12.97 во временных вариациях скорости спада огибающих кода-волн слабых землетрясений // Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 года: предвестники, особенности, последствия. 1998. Петропавловск-Камчатский. КГАРФ. С. 112-120.
2. Богданов В.В., Бузевич А.В., Винницкий и др.О влиянии солнечной активности на атмосферные и сейсмические процессы Камчатки // Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки. Петропавловск-Камчатский. 2004. «Камчатский печатный двор». С. 259-278.
3. Бузевич А.В., Смирнов С.Э.Метод прогноза камчатских землетрясений по вариациям геомагнитного и атмосферного электрического полей Земли на фоне гелиомагнитосферных процессов // Проблемы геодинамики и прогноза землетрясений. IРоссийско-Японский семинар, Хабаровск, 26-29 сентября 2000 г. / Под ред. Ф.Г. Корчагина. Хабаровск. ИТиГ ДВО РАН. 2001. 285 с
4. Вартанян Г.С., Куликов Г.В. Гидрогеодеформационное поле Земли // ДАН. 1982. Вып. 2. С. 310-314.
5. Гаврилов В.А., Власов Ю.А., Денисенко и др.Опыт комплексных скважинных геофизических наблюдений в целях мониторинга состояния геосреды // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле, 2006. № 2. Вып.8. С. 43-53.
6. Гарагаш И.А.Анализ изменений напряженного состояния земной коры при подготовке Кроноцкого землетрясения // Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 года: предвестники, особенности, последствия, 1998. Петропавловск-Камчатский. С. 106-111.
7. Гирина О.А.15 лет деятельности Камчатской группы реагирования на на вулканические извержения // Материалы конференции, посвященной Дню вулканолога, 27-29 марта 2008 г. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2008. С. 52-59.
8. Дружин Г.И.Опыт прогноза Камчатских землетрясений на основе наблюдений за электромагнитным ОНЧ излучением // Вулканология и сейсмология. 2002. № 6. С. 51-62.
9. Журков С.Н.Кинетическая концепция прочности твердых тел / Вестник АН СССР. 1968. № 3. С. 46-52.
10. Копылова Г.Н.Сейсмичность как фактор формирования режима подземных вод // Вестник КРАУНЦ. Серия науки о Земле, 2006. № 1. Вып. № 7. С. 50-66.
11. Кравченко Н.М. Оценка достоверности сейсмического затишья, выделенного с помощью Z-теста, как предвестника сильного землетрясения // Вулканология и сейсмология. 2005. № 1. С. 59-66.
12. Кролевец А.Н., Павлюков В.К. Приливной отклик импульсного электромагнитного излучения и краткосрочный прогноз сильных землетрясений // сб. Проблемы сейсмичности Дальнего Востока. Петропавловск-Камчатский: КОМСП ГС РАН, 2000. С. 175-185.
13. Левин В.Е., Магуськин М.А., Бахтиаров В.Ф. и др.Мультисистемный геодезический мониторинг современных движений земной коры на Камчатке и Командорских островах // Вулканология и сейсмология, 2006. № 3. С. 54-67.
14. Мороз Ю.Ф., Мороз Т.А., Назарец В.П. и др.Электромагнитное поле земли в изучении геодинамических процессов // Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки. Петропавловск-Камчатский. 2004. «Камчатский печатный двор». С. 152-170.
15. Рыкунов Л.Н., Салтыков В.А., Синицын В.И., Чебров В.Н.Характерные параметры высокочастотного сейсмического шума перед сильными камчатскими землетрясениями 1996 г. // Доклады РАН, 1998. Т. 361. № 3. С. 402-404.
16. Салтыков В.А., Кугаенко Ю.А.Сейсмические затишья перед двумя сильными землетрясениями 1996 г. на Камчатке // Вулканология и сейсмология, 2000. № 1. С. 57-65.
17. Салтыков В.А., Синицын В.И., Кугаенко Ю.А. Мониторинг сейсмических шумов и его использование для прогноза сильных землетрясений на камчатке // Девятые геофизические чтения им. В.В. Федынского. Тезисы докладов. Москва, 1-3 марта 2007 г. М.: ЦГЭ, 2007. С. 84.
18. Сенюков С.Л.Мониторинг активности вулканов Камчатки дистанционными средствами наблюдений в 2000-2004 гг. // Вулканология и сейсмология, 2006. № 3. С. 68-78.
19. Славина Л.Б., Мячкин В.В., Левина В.И. Опыт применения кинематических предвестников сейсмического поля для прогноза землетрясений на Камчатке // Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки. Петропавловск-Камчатский. 2004. «Камчатский печатный двор». С. 216-227.
20. Соболев Г.А., Тюпкин Ю.С. Аномалии в режиме слабой сейсмичности перед сильными землетрясениями Камчатки // Вулканология и сейсмология, 1996. № 4. С.64-74.
21. Соболев Г.А., Пономарев А.В.Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. 270 с.
22. Томилин Н.Г., Дамаскинская Е.Е., Павлов П.И. Статистическая кинетика разрушения и прогноз сейсмических явлений // Физика твердого тела, 2005. Т. 47. Вып.5. С. 955-959.
23. Фирстов П.П., Широков В.А., Руленко О.П., Яковлева В.С., Исаев А.В., Малышева О.П. О связи динамики подпочвенного радона (²²²Rn) и водорода с сейсмической активностью Камчатки в июле-августе 2004 г. // Вулканология и сейсмология. 2006. № 5. С. 49-59.
24. Хаткевич Ю.М., Рябинин Г.В.Гидрогеохимические исследования на Камчатке в связи с поиском предвестников землетрясений // Вулканология и сейсмология, 2006. № 4. С. 34-42.
25. Широков В.А.Опыт краткосрочного прогноза времени, места и силы камчатских землетрясений 1996-2000 гг. с магнитудой М=6-7.8 по комплексу сейсмологических данных // Геодинамика и вулканизм Курило-Камчатской островодужной системы. Петропавловск-Камчатский. 2001. С. 95-116.
26. Gusev A.Temporal variations of the coda decay rate on Kamchatka: are they real and precursory? // JGR, 1997. Vol.102. No. B4. P. 8381-8396.
27. Wyss M., Habermann R.E.Precursory seismic quiescence // Pageoph. 1988. V.126. P. 319-332.