Комплексная оперативная оценка сейсмической и вулканической опасности для Камчатского региона (плакат)

Камчатский филиал Геофизической службы Российской Академии наук

Проект имеет прикладной характер: прогноз разрушительных землетрясений и сильных извержений вулканов для снижения риска, уменьшения экономического ущерба и числа жертв.

Разработка относится к приоритетным направлениям в сфере обеспечения безопасности жизнедеятельности человека.

Разработка является уникальной, аналогов в России и в мире нет.

Экспертная оценка сейсмической и вулканической опасности дается Камчатским отделением Федерального центра прогнозирования землетрясений (КамО ФЦПЗ), которое было учреждено в 1998 г. как подразделение Геофизической Службы РАН в рамках целевой программы “Развитие Федеральной системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений”.

В работе КамО ФЦПЗ принимают активное участие шесть научно-исследовательских организаций, занимающихся исследованиями сейсмичности и/или предвестников землетрясений:

• Камчатский филиал Геофизической службы РАН (КФ ГС РАН);
• Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН;
• Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН;
• Институт Физики Земли РАН;
• Камчатский государственный педагогический университет;
• "Камчатнедра" ГГП "Камчатгеология",

Заключения КамО ФЦПЗ передаются:

• в административные органы и органы исполнительной власти Камчатской области для оптимизации деятельности подразделений Российской системы предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (РСЧС),
• в Агентство по мониторингу и прогнозированию чрезвычайных ситуаций МЧС России,
• в Геофизическую службу РАН,
• в Федеральный центр прогнозирования землетрясений (ФЦПЗ),
• в Российский экспертный совет (РЭС) и учитываются при составлении этими организациями прогнозов чрезвычайных ситуаций на территории России.

Оценка сейсмической и вулканической опасности проводится экспертным советом, созданным в КамО ФЦПЗ из числа ведущих специалистов научных организаций Камчатки. Заседания экспертного совета проводятся еженедельно, при необходимости чаще. В результате использования метода экспертных оценок и комплексного подхода:

• проводится оперативная еженедельная оценка сейсмической и вулканической опасности;
• прогнозируются землетрясения и извержения вулканов в реальном времени;
• оцениваются возможные последствия их воздействия на население и инфраструктуры территории Камчатской области;
• разрабатываются рекомендации для органов исполнительной власти области по реагированию на сложившуюся сейсмическую и геодинамическую обстановку в интересах планирования действий органов РСЧС, обеспечивающих снижение уровня возможных потерь среди населения и материального ущерба;
• проводится экспертная оценка эффективности используемых и предлагаемых для реализации на территории области методик прогноза землетрясений, геодинамических воздействий, вулканических извержений, последствий чрезвычайных ситуаций и разрабатываются рекомендации по их развитию применительно к реальным условиям практического использования.

При оценке сейсмической опасности рассматриваются данные сейсмологических, геофизических, гидрогеохимических наблюдений и результаты их обработки, выделяются по оригинальным методикам предвестники сильных землетрясений (используется около 20 независимых методов прогноза), проводится экспертиза частных заключений по видам наблюдений и выделенным предвестникам, формируются комплексные среднесрочные (1-6 месяцев) и краткосрочные (7 суток) оценки.

• Вариации крутизны спада огибающей коды слабых местных землетрясений (А.А. Гусев, И.Р. Абубакиров, КФ ГС РАН, ИВиC ДВО РАН)

Информационный параметр: a . Характеризует скорость спада огибающей коды.

Предвестник: синхронное (на двух станциях) отрицательное бухтообразное поведение a .

Параметры прогноза: магнитуды M>7.5, упреждение - 0.8-3 года, эпицентральное расстояние D =50-150 км.

• Алгоритм “M6” (комплексный анализ сейсмологических данных) (В.А. Широков, ИВиC ДВО РАН).

Методика среднесрочного прогноза в реальном времени камчатских землетрясений с М³ 6. 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 – 29.63 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).

• Поиск RTL-аномалий (В.А. Салтыков, В.В.Иванов, Н.М.Кравченко, КФ ГС РАН)

Методика предложена группой авторов (Г.А.Соболев, Ю.С.Тюпкин, Смирнов В.Б., Завьялов А.Д.), ими же получены и опубликованы результаты для различных регионов мира, в том числе и для Камчатки.

• Z-тест (обнаружение зон сейсмического затишья) (Н.М. Кравченко, В.А. Салтыков, КФ ГС РАН)

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.

• Вариации скоростей сейсмических волн (мониторинг кинематического параметра t ) (Л.Б. Славина, ИФЗ РАН)

Предвестником сильного землетрясения является резкое увеличение t , т.е. отношения скоростей P- и S-волн.

• Мониторинг сдвиговых напряжений по азимутальным вариациям отношения скоростей сейсмических волн (И.А. Гарагаш, ИФЗ РАН)

Среднесрочный предвестник: 1. Гантелеобразная зона положительных главных сдвиговых напряжений с двумя локальными максимумами; 2. Временная стабилизация азимута главных осей напряжений (после резкого роста главного сдвига).

• Скважинные гидрогеодинамические предвестники (вариации уровня воды в скважине Елизовская-1 (H=665 м)) (Г.Н. Копылова, КФ ГС РАН)

Предвестник сильного (M³ 6.6) землетрясения: понижение уровня воды со скоростью не менее 13 мм за 3 недели в течение интервала от нескольких недель до нескольких месяцев.

• Гидрогеодеформационный (ГГД) мониторинг (Н.Н. Смолина, “Камчатнедра” ГГП “Камчатгеология”)

Предвестниковый процесс: гидрогеологический эффект Вартаняна-Куликова (крупномасштабные быстрые вариации в гидросфере в результате вариаций напряженного состояния литосферы).

Режимные наблюдения за гидрологическими параметрами четырех скважин на Камчатке.

• Вариации высокочастотного сейсмического шума (ВСШ) (В.А. Салтыков, В.Н. Чебров, В.И. Синицын, Ю.А. Кугаенко, КФ ГС РАН)

Объект: ВСШ (амплитуда - 10^-9-10^-12 м, частота – первые десятки Гц)

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.

Ожидаемое землетрясение: c магнитудой M³ 6.0 на расстоянии до 250 км от пункта регистрации в течение 1-2 месяцев.

• Вариации импульсного электромагнитного излучения (А.Н. Кролевец, В.К. Павлюков, КГПУ)

Регистрация импульсного электромагнитного излучения (ЭМИ): частота несущей импульсов - 9-17 кГц, частота следования - 4-30 1/мин.

Проводится анализ компонент ЭМИ, модулированных приливными волнами O₁, M₂ и их гармониками.

• Вариации геоэлектрического потенциала (Ю.Ф. Мороз, ИВиС ДВО РАН)

Анализ данных мониторинга электротеллурических токов в четырех пунктах наблюдений на Петропавловском геодинамическом полигоне.

Предвестник: бухтообразные вариации.

• Анализ атмосферно-ионосферных процессов (В.В. Богданов, А.В. Бузевич, Г.И. Дружин, ИКИР ДВО РАН)

Используемые поля: вертикальное зондирование ионосферы, ОНЧ-излучение, вариации геомагнитного поля (ГМП), АЭП (атмосферная электропроводность) приземного слоя, уровень космического радиошума на частоте 32 МГц, атмосферное давление.

• Вариации химического состава воды (Ю.М. Хаткевич, Г.В. Рябинин, КФ ГС РАН)

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.

Предвестник: уменьшение концентрации Cl перед сильными землетрясениями (после удаления тренда и низкочастотной фильтрации).

• Измерение объемной активности радона ²²²Rn и водорода в подпочвенном газе (П.П.Фирстов, ИВиС ДВО РАН)

За период работы КамО ФЦПЗ (1998-2004 гг.) для 10 землетрясений из 13 с магнитудой более 6,0, произошедших в указанные годы, выделены предвестниковые аномалии в параметрах нескольких полей в режиме реального времени.

Три землетрясения, аномалии перед которыми не выявлены, произошли в северо-восточной части сейсмоактивной области Камчатки, которая в настоящее время не контролируется никакими методами, кроме сейсмологических.

Новизна подхода при оценке сейсмической опасности заключается в использовании оригинального комплекса долгосрочных, среднесрочных и краткосрочных методов прогноза сильных землетрясений, опирающихся главным образом на оперативные данные собственных наблюдательных сетей КФ ГС РАН.

При оценке вулканической опасности рассматриваются заключения Камчатской группы реагирования на вулканические извержения (KVERT), оперативные данные о сейсмической активности вулканов, данные непрерывных видео наблюдений и визуальных наблюдений, данные спутниковых наблюдений, ежедневные оценки состояния вулканов и динамика их развития.

По сейсмологическим и спутниковым данным были выявлены предвестники и спрогнозированы извержения вулкана Шивелуч в 2001 г., вулкана Безымянный в июне 2004 г. и в январе 2005 г., вулкана Ключевской в январе 2005 г.

Новизна подхода при оценке вулканической опасности заключается в комплексном использовании данных непрерывных видео наблюдений, данных сейсмических наблюдений и спутниковых данных по температурным аномалиям на вулканах.

Применение комплексного подхода к оценке сейсмической и вулканической опасности значительно повышает ее надежность и эффективность.

Уникальность разработки заключается в регулярной работе экспертного совета в режиме реального времени с выдачей оперативных прогнозов, обеспечивающих возможность принятия превентивных мер для уменьшения количества жертв и экономического ущерба.

Высокий научный и интеллектуальный потенциал разработки обеспечивается коллективом ведущих специалистов научно-исследовательских организаций Камчатки, занимающихся исследованиями сейсмичности и/или предвестников землетрясений.

Разработка внедрена в научно-производственную деятельность организации и используется в реальном времени для прогнозирования чрезвычайных ситуаций в Камчатской области.

Основные публикации:

Статьи в научных сборниках:

Гордеев Е.И., Салтыков В.А., Серафимова Ю.К. Камчатское отделение Федерального центра прогнозирования землетрясений: опыт работы и результаты // Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки. К 25-летию Камчатской опытно-методической сейсмологической партии ГС РАН. 2004. Петропавловск-Камчатский. С. 202-215;

Материалы международных научных конференций и совещаний:

Gordeev Ye., Saltykov V., Zhalyaeva (Serafimova ) Yu. Precursors of Kamchatka earthquakes. // The International Workshop "Local tsunami Warning and Mitigation". Book of Abstracts. Russia. Petropavlovsk-Kamchatsky, 2002, P.55.

Gordeev Ye., Saltykov V., Zhalyaeva (Serafimova) Yu. Precursors of Kamchatkan earthquakes. // Symposium on seismology, earthquake hazard assessment and risk management. IV General Assembly of the Asian Seismological Commission. 24-26 November 2002. Kathmandu. Nepal. P.73.

Гордеев Е.И., Салтыков В.А., Серафимова Ю.К. Предвестники камчатских землетрясений. // Проблемы сейсмологии III-го тысячелетия: Материалы международной геофизической конференции, г. Новосибирск, 15-19 сентября 2003 г. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 2003., с.35-37.

Гордеев Е.И., Салтыков В.А., Серафимова Ю.К. О работе Камчатского отделения Федерального центра прогнозирования землетрясений. // Материалы IV международного совещания по процессам в зонах субдукции Японской, Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг "Взаимосвязь между тектоникой, сейсмичностью, магмообразованием и извержениями вулканов в вулканических дугах", Петропавловск-Камчатский, 21-27 августа 2004 г. Петропавловск-Камчатский. 2004. С.266-267.

Научно-технические отчеты "Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки и Командорских островов" за 2002, 2003 и 2004 гг.