 |
Российская Академия наук Геофизическая служба, Камчатский филиал Отделение наук о Земле Дальневосточное отделение РАН Российский фонд фундаментальных исследований Шестая научно-техническая конференция Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России 1-7 октября 2017 г., г. Петропавловск-Камчатский |
 |
В работах [Широков и др., 2014, 2015] предложена методика краткосрочного прогноза времени возникновения сильных региональных землетрясений на основе комплексного использования 24-часового ритма и его долей для региональных и мировых сейсмических событий. В этой работе сделана попытка использовать сходный подход для прогноза времени возникновения извержения вулкана Камбального 24 марта 2017 г. Проводился анализ каталогов Камчатских землетрясений для разных сейсмоактивных объёмов, магнитуд и глубин их очагов по данным сети наблюдений Камчатского филиала ФИЦ ЕГС РАН для выявления 24-часого ритма и его долей. Удобным способом, отражающим ход сейсмичности во времени, является кумулятивная кривая, приближающаяся к минимуму, после которого объявляется время тревоги.
Координаты центров вершин пяти активных вулканов юга Камчатки, включая влк. Камбальный, компактно расположились в полосе широт от 51.3 до 51.6 град. с.ш. Была сделана выборка землетрясений в период 20.08.2016 г. – 13.03.2017 г. в более широкой полосе широт 50.9 – 51.8 град. с.ш. для глубин очагов 110 – 170 км и магнитуд Ml от 3.0 до 4.0. Выявлены 3 значимых ритма от 24-х часов до 30 с. С 25.12.2016 г. до 13.03.2017 г. наблюдался выраженный спад кумулятивной кривой.
Отдельно анализировались землетрясения в радиусе 45 км от вершины влк. Камбального в период с 13.03 до конца суток UTC 23.03. 2017 г. Из 16 событий 14 связаны с роем вулкано-тектонических землетрясений перед извержением. Рой происходил 23 марта на глубинах 4-6 км под вулканом. Минимум кумулятивной кривой отмечен в конце суток. Это указывало на то, что извержение могло начаться в ближайшие дни-часы. Проводился также анализ других каталогов, в том числе с использованием слабых событий с Ml < 3.0.
В недавних наших работах мы обнаружили и описали новые, неизвестные ранее закономерности в динамике потока афтершоков [Гульельми, Зотов, 2013; Гульельми и др., 2014; Гульельми и др., 2017]. Одна из них заключается в том, что сильнейший афтершок сильного землетрясения может быть индуцирован поверхностной сейсмической волной, сделавшей оборот вокруг Земли и вернувшейся в эпицентральную зону главного толчка примерно через три часа. Это явление мы назвали «эффект сейсмического эха». Предлагаемая работа посвящена анализу эффекта кругосветного сейсмического эха по данным мировых и региональных каталогов за длительный период инструментальных сейсмологических наблюдений.
Для статистического анализа динамики потока сейсмических событий после сильных землетрясений (главных толчков) были использованы выборки из длинных рядов землетрясений, содержащихся в глобальном каталоге USGS/NEIC за период 1973 – 2014 гг. и региональном каталоге Северной Калифорнии (NC) за период 1968 – 2007 гг. В глобальном каталоге анализировались последовательности повторных толчков землетрясений с М ≥ 7, а в каталоге Северной Калифорнии – с М ≥ 5.5. Мы сосредоточили внимание на афтершоках, которые возникали в первые десять часов после главного толчка.
В работе продемонстрировано реальное существование эффекта сейсмического эхо, обнаруженного нами ранее путем исследования более ограниченных совокупностей землетрясений. Установлены новые, не известные ранее свойства описанного процесса, из которых следует отметить пространственные особенности проявления эффекта – отсутствие сейсмоактивных зон, в которых бы он проявлялся наиболее часто и ярко, и независимость вероятности его возникновения от магнитуды главного толчка. Обнаруженное явление может быть использовано для повышения вероятности прогноза повторного сильного толчка при определении сценария развития сейсмического процесса в эпицентральной зоне произошедшего сильного землетрясения. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект № 15-05-00491.
Список литературы:
Главной темой исследований лаборатории гидросейсмологии является изучение воздействия сейсмотектонических процессов и явлений на режим подземных вод и его геохимическую составляющую. Конечная цель – создание надежного метода прогноза землетрясений по данным гидрогеохимических наблюдений.
Одна из основных задач для достижения поставленной цели – расширение сети наблюдений за счет создания новых пунктов. Наибольших результатов при этом можно достичь только с учетом детального анализа геологической среды. Особенно интересен такой анализ в свете известной концепции «чувствительных зон» земной коры, наиболее восприимчивых к процессам изменения напряженно-деформированного состояния [Киссин, 1985]. С позиции этой концепции пункт наблюдения, расположенный в «чувствительной зоне» может оказаться информативнее, чем все другие, даже более близкие к очагу землетрясения, но расположенные в иных геолого-структурных условиях. Так, сотрудниками лаборатории еще в 2007 г. при выборе скважин с целью контроля деформаций на Верхне-Паратунской гидротермальной системе для ведения высокочувствительных наблюдений за изменениями термодинамических параметров опытным путем было установлено, что из 45 скважин на этом участке могут быть использованы только две.
Анализ результатов многолетних гидрогеохимических наблюдений, структурно-геологической обстановки и данных гидрогеологических съемок ПГО «Камчатгеология» позволил представить первый опыт составления «Схематической карты чувствительных зон Паратунского района».
Моногенные вулканические поля часто расположены в областях разломов и кластеров, которые связаны с особенностями геометрии магматического очага в верхней мантии и структурами магмоподводящих каналов в земной коре. Методы кластерного анализа пространственного распространения и морфометрических характеристик шлаковых конусов были использованы для исследования условий формирования и развития Толбачинской зоны моногенного вулканизма. В этом районе представлено большое количество голоценовых шлаковых конусов, для которых можно провести пространственный анализ распределения и количественно оценить структурный контроль магмоподводящих каналов. На основе цифровой модели рельефа (DEM SRTM, пространственное разрешение 30 м) были выделены 115 морфометрически выраженных шлаковых конуса. Для них были в полуавтоматическом режиме определены морфометрические характеристики: высота, диаметр основания, отношение высоты к основанию, угол склона конуса, объём постройки. Так как с течением времени шлаковые конусы меняют форму под действием эрозионных процессов, то конечным результатом является уменьшение высоты постройки и увеличение диаметра основания. Определение морфометрических параметров позволило составить относительную возрастную датировку шлаковых конусов Толбачинского дола.
Пространственное расположение конусов представлено серией кластеров, сопряженных с системами линеаментов. Статистически значимые закономерности распределения конусов впоследствии были сопоставлены с простиранием линеаментов для оценки вероятного положения магмоподводящих каналов.
Лаборатория Газогеохимии изучает распределение природных газов в литосфере, гидросфере и атмосфере. Определяются метан, тяжелые углеводороды (С2-С4), кислород, азот, водород, гелий. Природные газы пронизывают нашу Землю от ядра до поверхности, проникают в водную толщу и выходят в атмосферу. Основными путями миграции газа являются зоны разломов. Газы являются индикаторами сейсмических активизаций. В период роста напряжения в недрах Земли происходит расширение трещин, разломов и газ под большим давлением устремляется в них. В результате между стенками разломов появляется воздушная подушка, благодаря чему блоки коры легко скользят друг относительно друга и происходит землетрясение. Землетрясения происходят и без участия газа, но мы наблюдаем, что любое землетрясение в Охотском и Японском морях сопровождается повышением количества выделяемого по ним газа, причем, в районе присутствия в осадочной толще нефтегазсодержащих слоев в газе увеличивается концентрация метана и тяжелых углеводородов, в районе распространения интрузивных комплексов в газе появляются аномалии СО2 и Н2, обычно, если разлом имеет глубинное заложение, то из мантии, низов коры с газом мигрирует к поверхности водород и гелий.
Таким образом, увеличение поступления количества газа из недр Земли является, как предвестник сейсмической активизации, так и способствует формированию землетрясений.
Рассматриваются результаты экспериментальных исследований, направленных на изучение характера временных изменений естественных геофизических полей (ЕГП) над залежью газа, расположенной в зоне влияния активного регионального разлома, а также выявления связи этих изменений с сейсмичностью. В результате определён ряд характерных признаков изменения полей, проявляющихся только над залежью газа. Установлено, что проявляющиеся периоды нестабильности ЕГП над залежью газа предшествуют конечной фазе подготовки сейсмических событий.
В докладе представлены результаты применения методики прогнозирования локальных землетрясений, основанной на вариациях отклика высокочастотного сейсмического шума (ВСШ) на приливное воздействие. В соответствии с полученной ранее зависимостью чувствительности предвестника от эпицентрального расстояния, методика позволяет с определенной вероятностью прогнозировать землетрясения с магнитудой М ≥ 5.0 на расстояниях до 100 км, а М ≥ 6.0 на расстояниях до 250 км. Показано, что эффективность применения прогностической методики в 2015–2017 гг. соответствует полученным ранее ретроспективным оценкам.
Существующая в настоящее время в рамках деятельности Камчатского филиала Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений система регистрации и анализа прогнозов землетрясений, формулируемых по отдельным методикам, позволяет перевести проблему комплексного анализа предвестников из разряда теоретических в практическую плоскость. Осложняющим моментом при комплексном анализе является неоднородность прогнозов, под которой понимается различие выделяемых пространственных объемов и временных интервалов, диапазонов магнитуд, вероятностей реализации прогноза (или эффективностей предвестника). Предлагаемый подход и разрабатываемая в настоящее время вычислительная система позволяют получить набор карт, отражающих развитие сейсмической обстановки в соответствии с полученными КФ РЭС прогнозами.
В работе представлены результаты расчетов поля параметра Vp/Vs в области Ключевской группы вулканов по данным вулканических землетрясений, зарегистрированных сетью телеметрических станций, расположенных в районе исследуемых вулканов. Расчеты поля скорости проводились на основании результатов обработки параметров слабых вулканических землетрясений [Сенюков, 2006], зарегистрированных в КФ ГС РАН. В расчетах участвовали все зарегистрированные в районе КГВ землетрясения с энергетического класса 3 ≤ Кs ≤ 7.5. Рассчитаны значения параметра Vp/Vs, построены вертикальные разрезы в плоскости XZ.
Поле параметра отражает изменения поля напряжений в различные периоды развития вулканической активности. Формирование градиентных зон (границ аномалий повышенных и пониженных значений), по аналогии с результатами, полученными в период подготовки сильных землетрясений, могут предварять и свидетельствовать о подготовке вулканических извержений. Аномалии параметра также свидетельствуют о состоянии вещества в этих областях. Низкие значения параметра, наблюдающиеся в области промежуточных магматических очагов под Ключевским вулканом на глубинах 8–10 км, вероятно, свидетельствуют о состоянии вещества в этих областях и связаны с магматическими расплавами и флюидно-газовой составляющей.
Отметим, что скорости и их отношение не остаются постоянными ни во времени, ни в пространстве в периоды развития процесса вулканической активности. Для различных фаз процесса характерно свое поведение поля скоростей.
Проанализированы данные измерений параметров вертикального зондирования ионосферы, измерений вертикальной компоненты приземного квазистатического атмосферного электрического поля и соответствующих ему величин электропроводности приземного слоя воздуха на комплексной геофизической обсерватории "Паратунка" за период с 28.01.2016 г. по 30.01.2016 г. с целью обнаружения возможных аномалий, предшествующих землетрясению с магнитудой Mw = 7.2, произошедшему 30.01.2016 г. Большая часть выделенных аномалий, по мнению авторов, может быть связана с процессами подготовки этого землетрясения.
Выполнен анализ аномальных вариаций температуры приземной атмосферы на Камчатке перед сильными Курильскими землетрясениями: 15 ноября 2006 г. и 13 января 2007 г. Показано, что за 7–8 суток перед землетрясениями включается источник тепла, дополнительный к естественному источнику от земной поверхности. Интенсивность его такова, что он последовательно увеличивает температуру и влажность атмосферы, существенно изменяя их регулярный суточный ход. Одновременно на больших высотах с помощью метеорологических спутников были зарегистрированы аномальные потоки уходящего от земли инфракрасного излучения. Полученные результаты в совокупности с результатами ранее исследованных аномальных вариаций других геофизических полей позволяют сделать вывод о том, что дополнительный источник тепловых аномалий в приземной атмосфере находится в коре земли.
Представлены результаты работы Камчатского филиала Российского экспертного совета по оценке сейсмической опасности и риска (КФ РЭС) в 2014–2017 гг. Показаны методики, по которым были выявлены предвестники и/или давались прогнозы перед наиболее значительными сейсмическими событиями. Приводятся данные о реализованных прогнозах и предвестниках сильных (М ≥ 6.0) землетрясений Камчатки за период 2014–2017 гг.
Новизна долгосрочно-краткоcрочного прогноза (ДКП) связана с учетом влияния на Землю движения Луны с периодом 18.613 г. и годового ритма 1.0 г. при обращении их центра масс вокруг Солнца. Исходный каталог Ф. Омори с 684 по 1923 гг. для района желоба Нанкай включает 9 землетрясений с М ≥ 8.2. Прогноз основан на расчете целочисленных резонансных ритмов (ЦРР), использовавшихся ранее в астрономии. Ритмы предложено рассчитывать по формулам:
TX = (k / l) •(18.613 г.) (1),
TX = (m / n) •(1.0 г.) (2),
где k, l, m, n – целые числа, которые делятся в каждой паре только на себя и единицу.
Подбираются такие ритмы TX , чтобы все 9 землетрясений были приурочены только к активной фазе ФАКТ и соответствовали значимости (ФАКТ) 9 < 0.001. Этим условиям отвечают два ритма
TX = (21 / 10) • (18.613 г.) = 195.4365 г. и TX = (10 / 1) • (18.613 г.) = 186.13 г. Для них полный цикл резонанса равен их произведению, поделенному на модуль разницы. Тогда TПОЛН = 3908.73 г. Поделив 3908.73 г. на 20 и 800, получим ритмы 195.4365 г. и 4.8859125 г. Два других ритма: 3908.73 г. / 57 = 1302.91 г. / 19 и 3908.73 г. / 1140 = 1302.91 г. / 380. В итоге процедура поиска значимых ритмов, связанных с лунным, становится чисто арифметической задачей.
Внутригодовые ритмы позволили рассчитать опасные интервалы внутри года: 3.08, 18.08–3.09, 17.09–3.10, 18.10–3.11, 17.11–3.12, 17.12–31.12 (84 опасных суток). В каталоге точное время событий неизвестно, поэтому принято, что они произошли в середине суток (кроме события 1.09.1923 г.).
Времена начала t(нач) и конца t(кон) опасных интервалов времени для каждого ритма (кроме внутригодовых), получаем по программе Exel с использованием рекуррентных формул: t(нач) = ФНАЧ • TX + 600.0 г. + n • TX, где n = 0, 1, 2, 3,…и.т. д. Для 600.0 г. фазы ритмов, связанных с лунным, равны нулю. Расчет t(кон) аналогичен. Формула ДКП проста. Землетрясения ожидаются только в периоды совпадения опасных интервалов всех 6 ритмов. Землетрясения ожидаются в 2050, 2060, 2118 и 2128 гг. Всего опасны 178 суток (0.487347 г.). Время прогноза 2245.85 г. – 2018.0 г. = 227.85 г. Доля опасных суток от общего времени прогноза равна 0.00214. В итоге эффективность I прогноза по А.А.Гусеву по ретроспективным данным составит 467.
В докладе рассматривается метод оценки магнитуды будущего землетрясения по величине депрессии (ослабления) вариаций УНЧ магнитного поля в диапазоне 0.01–0.1 Гц, зарегистрированного на КГО «Карымшина», Камчатка. В качестве величины депрессии принята усредненная за час минимальная спектральная плотность УНЧ фона, зарегистрированная в течение суток.
Возможность оценки величины магнитуды будущего землетрясения следует из статистической зависимости амплитуды депрессии магнитного поля от коэффициента локальной сейсмичности, величина которого пропорциональна энергии землетрясения и обратно пропорциональна расстоянию до эпицентра. Расстояние и оценка положения эпицентра землетрясения определяется с помощью КНЧ излучения в диапазоне 1–30 Гц.
В докладе обсуждаются границы применимости метода и пути повышения точности оценки магнитуды.
В докладе рассмотрен метод краткосрочного прогноза параметров Камчатских землетрясений (времени, места и магнитуды) по характеристикам УНЧ/КНЧ магнитных полей.
Используются эффекты:
Первый эффект позволяет оценить положение эпицентра ожидаемого землетрясения. Второй – оценить магнитуду, благодаря её статистической связи с величиной депрессии и расстоянием до эпицентра. Оба эффекта дают приближённую оценку задержки землетрясений относительно времени появления предвестников. Наблюдается тенденция увеличения этой задержки с ростом ожидаемой магнитуды.
Магнитное поле регистрируется 2-х компонентным индукционным магнитометром с рабочим диапазоном 0.003–30 Гц, установленным на обс. Карымшина (52.83 N, 158.13 E) на Камчатке.
Приведены примеры прогноза землетрясений. Анализируются границы применимости метода и пути улучшения точности получаемых оценок.
Список литературы: