Опыт изучения комплекса сейсмологических, гидрогеодинамических, гидрогеохимических, акустических, электромагнитных и др. видов предвестников показывает их приуроченность к заключительным стадиям подготовки сильных камчатских землетрясений. Работа выполняется в рамках мероприятия ФЦП “Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2015 г.” Соисполнителями работы являются Институт физики Земли РАН и Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН. Целью работы является формирование комплекса методов среднесрочного прогноза и оперативного контроля потенциальных очагов сильных землетрясений в Камчатском сейсмоактивном регионе и их внедрение в сейсмоопасных районах России для информационного обеспечения работы Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений, оценке сейсмической опасности и риска (РЭС). Для достижения указанной цели решаются следующие задачи.

Техническое и информационное развитие имеющихся методов среднесрочного прогноза применительно к землетрясениям Камчатки с магнитудами М ≥ 6. Создание новых методов среднесрочного прогноза на основе изучения и комплексирования данных о сейсмических, деформационных, геофизических полях и предвестниках. Усовершенствование методик и алгоритмов для вероятностной оценки параметров ожидаемого сильного землетрясения на основе данных по отдельным методам и комплексу методов. Экспериментальные работы по опробованию эффективных технологий среднесрочного прогноза и контроля потенциальных очагов сильных землетрясений в Камчатском крае. 

Для достижения максимальной надежности функционирования системы среднесрочного прогноза землетрясений она должна иметь иерархическую структуру, в которой отдельные методы могли бы решать задачи мониторинга и прогнозирования землетрясений в непрерывном режиме, но при этом независимо от результатов работы по другим методам.

Приводятся результаты разработки научно-методических основ комплекса технологий среднесрочного прогноза сильных землетрясений.

Представлены результаты мониторинга атмосферного электрического поля на высокогорной станции (3340 м над уровнем моря, 43.02 N, 76.56 E, 20 км от г. Алматы) накануне и во время активизации сейсмических процессов в районе Северного Тянь-Шаня. В значениях квазистатического электрического поля для нескольких событий зарегистрированы продолжительные (от 6 до 12 часов) аномальные изменения электрического поля с амплитудой достигающей 5 кВ/м не только во время землетрясений, но и накануне. Особенности аномальных вариаций поля не идентифицируются ни с одним источником возмущений метеорологического или космофизического происхождения. Совпадение их с активизацией сейсмических процессов позволяет нам сделать вывод о литосферном происхождении источника возмущений.

Рассматривается опыт прогноза землетрясения с магнитудой М=6.9, произошедшего  28 февраля 2013 г. у южной оконечности Камчатки  на эпицентральном расстоянии 251 км на глубине 52 км. Прогноз был подготовлен на основе данных комплексных скважинных геофизический измерений. В Заключении о сейсмической опасности для Камчатского края, поданном в Камчатский филиал РЭС по прогнозу землетрясений 04 февраля 2013 г., было указано, что «на период с 04 февраля 2013 г. по 15 февраля 2013 г. включительно  значительно повышена вероятность землетрясений магнитуды М≥6.5 в зоне радиусом R≤300 км от центра г.Петропавловска-Камчатского и М≥7.0 в зоне R≤550 км от центра г. Петропавловска-Камчатского».

В докладе будут представлены материалы мониторинга естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) в ОНЧ диапазоне на территории сейсмической станции «Карымшина» Камчатского филиала геофизической службы Российской академии наук, в период с октября 2012 года до марта 2013 года. Описан принцип прогноза землетрясений, критерии предвестника и фактический материал по двум событиям на Камчатке.

Впервые предпринята попытка использовать алгоритм среднесрочного прогноза землетрясений КОЗ для построения карт ожидаемых землетрясений в классическом районе с переходным режимом сейсмичности – район водохранилищ Койна-Варна, Индия. В качестве информационной базы для выполнения работы был использован локальный каталог землетрясений этого района, покрывающий временной интервал c 1996 по 2012 гг. (около 17 лет) и включающий 4500 землетрясений с магнитудами M_L=0-6.5, произошедшими в интервале глубин H=0-20 км. Линейные размеры зоны сейсмической активности составляют 40x60 км. Около половины всех землетрясений каталога являются афтершоками землетрясений с M_L≥4. При расчете пространственно-временных распределений величин прогностических параметров и карт ожидаемых землетрясений они из каталога не исключались. В качестве представительной магнитуды была выбрана Mс=2.1, и во всех последующих расчетах параметров сейсмического режима использовались все землетрясения с магнитудами M_L≥2.1, которые регистрировались без пропусков, начиная с 1996 г. на всей территории района Койна-Варна.

В районе Койна-Варна был использован стандартный набор прогностических параметров сейсмического режима (динамические признаки), который используется для построения КОЗ сейсмоактивных регионов с явно выраженной тектонической активностью: наклон графика повторяемости b, число землетрясений в виде относительных сейсмических затиший Nq и в виде активизации сейсмичности Na, выделившаяся сейсмическая энергия в виде энергетических затиший Eq и в виде энергетических активизаций Ea, плотность сейсмогенных разрывов Kср. Расчет пространственно-временных распределений параметров сейсмического режима производился в перекрывающихся наполовину прямоугольных ячейках сетки ΔХxΔY. В качестве базового варианта, мы выбрали размер пространственной ячейки равным 10x10 км. При расчетах распределений параметра Kср размер ячейки был установлен 5x5 км. Величина скользящего временного окна ΔTт для расчета текущих значений прогнозных признаков была выбрана ΔT_т=3 года с шагом Δt=3 мес.

В качестве объекта прогноза были выбраны землетрясения с ML≥4.0, прогноз которых представляет интерес не только в научном, но и социально-экономическом плане. За период 1996-2012 гг. в исследуемом районе произошло 26 таких землетрясений и их групп. Этого количества оказалось достаточно для получения ретроспективных статистических оценок по каждому использованному предвестнику. Среди этих землетрясений 4 группы событий были наиболее сильными. Они включают в себя землетрясения с 5.0≤M_L≤5.5. В 7 групп входят землетрясения с 4.5≤M_L≤5.0. Оценка безусловной вероятности возникновения сильного землетрясения в ячейке сетки получилась равной P(D1)=0.1698.

Эффективность большинства прогнозных признаков J для выбранных уровней тревоги оказалась более 3, т.е. эти признаки можно рассматривать как «весьма полезные». Эффективность только одного признака Ea оказалась примерно в 2 раза ниже и равной J=1.58, что соответствует классификации «полезный».

Для района Койна-Варна была рассчитана серия из 42 карт ожидаемых землетрясений, начиная с 2002.07.01 по 2012.10.01 с шагом 3 месяца с прогнозным периодом 2 года для каждой карты. Полученные впервые результаты применения алгоритма КОЗ в классическом районе с переходным режимом сейсмичности оказались обнадеживающими. Они показали его достаточно высокую прогнозную эффективность, оказавшуюся равной J=2.76. В зонах с уровнем условной вероятности P(D1|K)≥90% произошло 56.3% всех землетрясений с M_L≥4.0. При этом площадь тревог составила 20.4±8.4% от общей площади наблюдений. Особенно эффективно алгоритм КОЗ проявил себя в прогнозе наиболее сильных землетрясений региона Койна-Варна, произошедших за период ретроспективного прогноза. Возможно, что в дальнейшем более тщательная настройка параметров алгоритма позволит увеличить интегральный показатель эффективности прогноза.

Полученная последняя в серии карта ожидаемых землетрясений на период с 2012.10.01 по 2014.09.30 является объектом для проверки прогноза в реальном масштабе времени.

Работа поддержана проектом «Переходные геофизические процессы в областях природных и техногенных воздействий: полевые наблюдения и физическое моделирование» в рамках Комплексной долгосрочной программы (КДП) сотрудничества в области науки, техники и инноваций между Правительством Российской Федерации и Правительством Республики Индия.

В докладе обсуждаются проблемы в обеспечении вероятностных среднесрочных прогнозов сильных землетрясений Камчатки по комплексу сейсмопрогностических методов и возможные направления их решения. Предлагается оригинальный подход к построению вероятностного прогноза времени сильных землетрясений, основанного на использовании материалов многолетней работы Камчатского филиала Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений. Показана необходимость параметрического описания каждого из используемых при прогнозировании видов предвестников на основе ретроспективного анализа их связи с произошедшими землетрясениями. Сообщение иллюстрируется примером успешного вероятностного прогноза землетрясения 28 февраля 2013 г., М=6.9, по данным уровнемерных наблюдений на скважине Е-1.

Эффузивно-эксплозивное трещинное Толбачинское извержение 2012-2013 гг., начавшееся 27.11.2012 г., предварялось сейсмической активизацией низкого энергетического уровня (преимущественно Ks = 4÷6). Длительность активизации составляет 3-4 месяца. Последние три недели перед трещинным прорывом сейсмичность анализируемого сейсмоактивного объема находилась на экстремально высоком уровне по шкале СОУС-09 [Салтыков, 2011], что соответствует многократному увеличению числа землетрясений и выделившейся сейсмической энергии. Сейсмической подготовкой была охвачена вся постройка вулкана Плоский Толбачик. Анализ сейсмической ситуации проведен ретроспективно. Выявленная сейсмическая аномалия, проявившаяся в динамике параметров локальной мелкофокусной сейсмичности вулкана Плоский Толбачик, является предвестником Толбачинскго извержения 2012-2013 гг. Данные о предвестниковой сейсмической активизации и ее пространственном расположении необходимо учитывать при разработке феноменологических моделей рассматриваемого извержения.

Рассматривается возможность использования для прогноза извержений авторского метода математического моделирования текущей вулканической активности с выявлением основных тенденций ее развития и прогнозной экстраполяцией этих тенденций в будущее. В качестве математической модели используется нелинейное дифференциальное уравнение второго порядка. Оптимизация осуществляется поиском минимума суммы бикоординатных отклонений, что обеспечивает устойчивость экстраполяции решений уравнения в будущее.

В настоящий момент существует множество методов оценки сейсмической опасности, основанных, так или иначе, на различных прогнозных признаках подготовки сильных тектонических землетрясений. С другой стороны, имеет место полное отсутствие каких-либо стандартов в методах верификаций используемых прогностических методик и схем. Введение таких стандартов в практику работы экспертных советов по прогнозу сейсмической опасности представляется актуальной и давно требующей своего решения задачей.

В докладе, без претензий на решение обозначенной выше задачи, рассматривается метод верификации, основанный на построении и анализе ROC-диаграмм, являющийся стандартом, рекомендованным к использованию Всемирной метеорологической организацией (WMO) для оценки качества гидрометеорологических прогнозов. На примере данных гидрогеохимических наблюдений, проводимых на Камчатке, рассматривается алгоритм конструирования таблиц сопряженности для бинарных прогнозов сильных сейсмических событий и построения на их основе ROC-диаграмм.

Рассматриваются методические особенности расчета и обнаружения кинематического предвестника TAU (аналога Vp/Vs) в краткосрочном и долгосрочном аспекте для выявления тревожного интервала времени и областей повышенной вероятности возникновения сильных землетрясений и извержений вулканов.

Методика обнаружения предвестника построена на изучении флуктуаций дисперсии параметра TAU в пространстве и времени, выявлении направленных, экстремальных отклонений параметра относительно средней величины дисперсии, характерной для данной сейсмоактивной зоны в спокойные интервалы времени.

Приводятся результаты анализа зависимости достоверности и эффективности предвестника от методики определения параметров гипоцентров, применяемых в двух рассматриваемых зонах, влияния ошибок в  определении параметров гипоцентров, в особенности, ошибок  во времени в очаге - То.

Проводится сравнительный анализ результатов, полученных в периоды долговременных наблюдений  для двух сейсмоопасных зон:

Камчатской фокальной зоны землетрясений;

Кавказа, районы Азербайджана и Прикаспия.

Начавшееся в ноябре 2012 года извержение им. 50-летия ИВИС ДВО РАН сопровождается деформациями земной поверхности, регистрируемыми станциями сети постоянных GPS наблюдений КФ ГС РАН в районе Ключевской группы вулканов. Это первая на территории России непрерывная запись подготовки и процесса извержения по GPS наблюдениям. Часть измерений выполнена на пунктах запущенных в 2012 г. в рамках ФЦП “Снижение рисков природного и техногенного  характера в Российской Федерации до 2015 года”. По непрерывным GPS наблюдениям выявлены деформационные предвестники извержения, проявившиеся за полгода до события. Величины предваряющих деформаций определяемые по пунктам с оперативным режимом получения данных невелики. К моменту извержения аномальная дилатация площадки составляла порядок -10-7. В то же время ближайшая к событию (~20 км) станция BZ07 “Кирешево” после повторного запуска уже имела отклонения координат от многолетних очищенных от сезонности значений. Характер деформаций показывает обычный для подготовки и извержения механизм. Поднятие и сжатие окружающих районов до извержения и опускание с растяжением после. Порядок дилатации площадки составил к марту 2013 г. 1.5x10-6 .

Помимо станций GPS наблюдений КФ ГС РАН, на расстояниях 15-20 км от извержения расположен геодинамический полигон в районе вулкана Безымянный созданный в рамках международного проекта «PIRE» совместно с Аляскинским университетом (г. Фэрбенкс, США), ИвиС ДВО РАН и КФ ГС РАН. В настоящий момент на полигоне работают 4 автономных пунктов постоянных GPS наблюдений. Труднодоступность района не позволили пока получить  данные с этих станций. В случае отсутствия пропусков в данных за 2012 г. появится возможность точно определить момент начала подготовки извержения. Более представительный объем данных поможет построить модель для определения положения источников деформаций (магматических очагов) данного извержения и сделать оценки отдельных физических величин вулканического процесса.

Рассматриваются сейсмические процессы в районе Северной группы вулканов Камчатки, сопровождавшие извержения БТТИ 1975-1976 гг. и ТТИ 2012-2013 гг., а также сейсмическая активность в период  между этими двумя извержениями. Анализ проводился на основе базы данных землетрясений района Северной группы вулканов Камчатки  1971 – 1996 гг. (http://www.kscnet.ru/ivs/Seismo/NewFormSelect.php,  отв. исп. Чубарова О.С..) и базы данных 1999-2013 гг. (http://www.emsd.ru/~ssl/monitoring/main.htm, отв. исп. Сенюков С.Л.). Выявлены особенности развития сейсмического процесса, сходство и отличия в поведении сейсмичности всей Северной группы вулканов и в радиусе 10, 30, 50 км от вулканов Плоский Толбачик, Ключевской, Безымянный и Шивелуч. Рассматриваются особенности распределения землетрясений по глубине, их миграция в пространстве и периодичность во времени в районе Ключевской группы вулканов.  Рассматривается связь сейсмической и вулканической активности внутри Ключевской группы вулканов, а также связь вулканической активности с сильными глубокими землетрясениями в сейсмофокальной зоне.

Представлены продолжение работ по методу долгосрочного сейсмического прогноза, основанного на закономерностях сейсмических брешей и сейсмического цикла больших землетрясений, практические результаты его применения, их государственная и социальная значимость. Приведены главные выводы, полученные на основе данного метода для Курило-Камчатской сейсмогенной зоны на следующее пятилетие, IV 2013 - III 2018 г. Рассмотрены данные предыдущего пятилетия о сейсмичности сейсмогенной зоны Курило-Камчатской дуги, в том числе значимое событие последнего года - рой землетрясений с максимальной магнитудой M = 6.9, 28.II - III 2013 г., возле мыса Лопатка, а также реакция сейсмичности Курило-Камчатской дуги на сильнейшие сейсмические события региона последнего пятилетия: глубокие землетрясения под Охотским морем 5.VII 2008 г., H = 630 км, Mw = 7.7, и 14.VIII 2012 г., H = 625 км, Mw = 7.7, а также на гигантское землетрясение Тохоку 11.III 2011 г., Mw = 9.0. Эти данные подтверждают высокую концентрацию напряжений в районе южной Камчатки и Авачинского залива. Показано, что опасность сильнейшего (M ≥ 7.7) землетрясения в районе г. Петропавловск-Камчатский остается на  прогнозируемое пятилетие на высоком уровне, 41.6%, и является максимальной во всем Курило-Камчатском регионе.

Представлены результаты работы Камчатского филиала Российского экспертного совета по оценке сейсмической опасности и риска (КФ РЭС) в 2011-2013 гг. Показаны методики, по которым были выявлены предвестники и/или давались прогнозы перед наиболее значительными сейсмическими событиями, в т.ч. перед землетрясениями 28.02.2013 г., М_w=6.9 и 24.03.2013 г., М_w=5.9.

Приводятся данные о реализованных прогнозах и предвестниках сильных (М ≥ 6.0) землетрясений Камчатки по среднесрочным методикам прогнозирования за период 1998-2013 гг.

Получены формулы, указывающие на целочисленную резонансную связь средних значений 11- и 22-летних солнечных циклов, периодов соединений и обращения планет вокруг Солнца, земных астрономических ритмов (лунный 18.613 г., годовой, чандлеровский и другие) и рассчитанных новых ритмов с целью изучения отклика на них сильных мировых и камчатских землетрясений и вулканических извержений. Сделаны прогнозы сильных мировых и камчатских землетрясений и вулканических извержений на ближайшие 20-40 лет с оценкой их эффективности. Полученные результаты приводят к выводу о резонансной природе возникновения наиболее сильных землетрясений и вулканических извержений, что согласуется с планетарно-региональной резонансной моделью подготовки сильных землетрясений [Широков, 2001].