Глубинные процессы Земли предскажут землетрясение

Узнав из выпуска новостей об очередном землетрясении, мы не удивляемся последующему комментарию ученых о том, что оно «произошло в соответствии с имеющимся прогнозом». Однако желаемая точность предсказаний остается недостаточной. Исследователи могут сказать, где будет землетрясение и с какой примерно энергией, но не время, когда оно произойдет.

 

 

По мнению главного научного сотрудника Института земной коры СО РАН (г. Иркутск) доктора геолого-минералогических наук Валерия Васильевича Ружича, во многом этот параметр может быть значительно улучшен путем получения ключевых сведений о глубинных процессах в литосфере Земли, где в разломах формируются очаги опасных землетрясений.

 

— Прогнозированием мы занимаемся с 2001 года, с того момента, как разработали свою уникальную компьютерную программу и с ее помощью изучили уже случившиеся события нашего региона, выявили сейсмогеологические критерии их подготовки. Особенность Байкальской рифтовой зоны в том, что в ее пределах происходит много умеренных (6—8 баллов) и очень редки сильные (9—10 баллов) землетрясения. Первые происходят довольно часто и имеют большой резонанс, если случаются в тех местах, где есть важные коммуникации и расположены населенные пункты. Мы специализируемся в двух видах прогнозов — в долгосрочном (ожидание: годы — десятки лет) и в среднесрочном (ожидание: несколько недель, месяцы). Краткосрочный прогноз остается практически недосягаемым и в России, и во всем мире. Из-за практически полного отсутствия финансирования исследований по обеспечению сейсмобезопасности со стороны федеральных властей, в Прибайкалье не удается обустроить надежные полигоны, где можно было бы регулярно изучать различные гидрогеологические и геофизические предвестники, как это осуществляется, например, на Камчатке. 

 

 

— Сегодня многие исследователи ориентированы в первую очередь на создание геоинформационных систем для анализа сейсмологических данных в виде каталогов землетрясений, на их интерпретацию. Акценты делаются на оригинальном программном обеспечении для распознавания сейсмических сигналов из недр земной коры, на применении моделей подготовки очагов землетрясений и на сведениях о предвестниках, выявляемых в режиме сейсмических событий. Зачастую расчеты опираются на заложенный в компьютерной программе алгоритм, который позволит улучшать вероятностный прогноз возникновения сильных землетрясений до приемлемой точности. Возникающие при этом ошибки обычно связывают с неполнотой региональных каталогов землетрясений, что действительно имеет место, но главные причины не только в этом. Предвестников выявлено десятки — даже сотни, но они зачастую ненадежны. Большинство из них связано с поверхностными процессами подготовки геологических событий, которые, в свою очередь, не в полной мере и не всегда однозначно отражают признаки приближения землетрясения, его место, энергию и время. Есть и эндогенные признаки, содержащиеся в сейсмических излучениях, но их еще нужно суметь понять для использования в прогнозе, разработать надежную модель.

 

В 2013 году из московского Центра прогноза поступила информация о возможности возникновения на юге Иркутской области и в Республике Бурятия очень сильных землетрясений с магнитудой 7,0—7,5, что предполагает интенсивность сотрясений 9—10 баллов. Конечно, эти сведения взволновали администрацию и службы МЧС, отвечающие за сейсмобезопасность. Однако по данным Института земной коры СО РАН признаков такого события замечено не было, что и подтвердилось позднее: тревога оказалась ложной. 

 

 

— Именно так. Институт земной коры СО РАН сотрудничает с МЧС с 2001 года, отправляя в его адрес каждые три месяца «Сводки вероятностных изменений сейсмической погоды на территории Байкальской рифтовой зоны», а также одну общую на весь предстоящий год. К примеру, в документе на третий квартал 2015 г. были указаны потенциально опасные районы в акватории центрального Байкала и на северо-восточном фланге Байкальской рифтовой зоны. В частности, недалеко от Иркутска в одном из них пятого сентября произошло ощутимое шестибалльное землетрясение с энергетическим классом 12,3, что и прогнозировалось по времени, месту и энергии в сводке. Ограниченность по точности нашего среднесрочного вероятностного прогноза в том, что мы берем трехмесячный временной интервал и определяем те события, которые с некоторой вероятностью могут произойти в ограниченных пределах указанных районов на всей огромной территории региона. Понятно, что за три месяца в недрах происходит подготовка толчков в нескольких, но не обязательно во всех потенциально опасных местах, которые мы указываем на приведенной карте: некоторые события могут быть более слабыми или произойти позднее. Собственно, поэтому прогноз и называется «вероятностным». Во многом наши неточности связаны с тем, что мы не имеем достаточно детальной сейсмологической и геофизической информации о процессах в земной коре. Стоит заметить: кроме нас прогнозом в Сибири никто целенаправленно не занимается, тем более для умеренных по силе шести-восьмибалльных землетрясений. Считается, что в настоящее время в мире и в России уровень вероятности среднесрочных прогнозов не превышает 60—70%. Конечно, это немного, но как предупреждения их можно использовать, они достаточно полезны. Однако такого рода сводки — побочный продукт наших исследований, потому что в первую очередь мы ориентированы на изучение причин возникновения землетрясений: как они готовятся, почему происходят в определенных зонах разломов и на разных глубинах. 

 

 

 

— В ведении Байкальского филиала геофизической службы в Иркутске насчитываются 23 сейсмические станции. Недавно многие из них были переоборудованы в цифровые, что весьма важно для повышения точности определения параметров событий и оперативности передачи информации для обработки. Получая сведения о местных землетрясениях, мы их изучаем с использованием разработанного программного обеспечения, а на конечной стадии при подготовке сводок и составлении карт прогноза подключается эксперт. Именно он, а не компьютер анализирует обработанные данные, делает выводы и принимает решения. К сожалению, мы не имеем возможности получать оперативно сведения о глубинах гипоцентров и проявлениях самых слабых землетрясений из-за недостаточного технического обеспечения нашей сети сейсмостанций. 

 

 

— Есть такое понятие — модель очага землетрясения. В современном обиходе их несколько, все они были созданы 40—60 лет назад и основаны на упрощенных лабораторных экспериментах, на физических испытаниях с использованием небольших образцов горных пород или других эквивалентных данных. Я считаю, что такие модели весьма далеки от тех геологических условий, при которых происходит подготовка очагов землетрясений, и необходимо сосредоточиться именно на изучении глубинных геологических процессов, приводящих к геологическим событиям. К такому выводу меня подтолкнули результаты уникального научного проекта СО РАН по изучению динамики деформирования и разрушения ледяного покрова Байкала. Байкальский лед время от времени лопается с ударами такой силы, что в механическом смысле очень напоминает землетрясение. Задачей нашей группы было исследовать подготовку этих ледовых ударов, их предвестники, причины и научиться прогнозировать возникновение. Положительные результаты были достигнуты к девятому году исследований, потому что нам были известны, в отличие от ситуации с землетрясениями, причины возникновения ледовых ударов: температурные колебания, ветры, течения, вариации атмосферного давления. Действуя комплексно, они провоцируют динамическое разрушение ледовых полей, и мы учились прогнозировать место, силу и время ударов, соответственно приезжали на лед, снимали динамику разрушения ледовых пластин на видео. В сейсмогеологии мы знаем гораздо меньше о главных факторах подготовки очагов землетрясений, потому что не изучаем предметно процессы, происходящие на глубинах от 10 до 25 км, где температура 300—500 градусов Цельсия, давление в 2—4 килобара, косвенно фиксируется присутствие различных флюидов. Некоторую информацию можно получить с помощью натурных экспериментов на разломах. Например, на нашем полигоне в поселке Листвянка мы соорудили испытательный стенд. Изготовили специальную плиту весом 600 кг и передвигали ее по шероховатой поверхности реального разлома, чтобы фиксировать и изучать сейсмические сигналы. По этим исследованиям удалось «нарисовать» картину возникновения землетрясения для случаев, когда две неровности на плоскости разлома взаимодействуют, плита затормаживается и даже может приостановиться, а потом при срыве начинает вибрировать и производить сейсмические колебания. Примерно так формируется очаг землетрясения. Другой разлом мы изучали с помощью слабых взрывных воздействий на него: поставили приборы, пробурили скважины, «растрясли», и он начал излучать сейсмические вибрации и сбрасывать накопленные напряжения, снижая тем самым свой энергетический потенциал. Понятно, что такая процедура должна быть рассчитанной, чтобы не вызвать сильного толчка. Технологию подобного упреждающего воздействия мы отработали, но требуется это проверить на крупномасштабных натурных испытаниях, что требует серьезных затрат. 

 

 

 

— Даже точный прогноз землетрясений не поможет избавить человечество от жертв и разрушений. Для обеспечения сейсмобезопасности в дополнение к прогнозу есть путь разработки технологии управления режимом подготовки опасных землетрясений. При таком подходе следует научиться воздействовать на деформации в разломах, применяя дозированное давление на очаги готовящихся событий вблизи мегаполисов. Например, с помощью бурения в разломах наклонных скважин и проведения гидроразрывов в массивах горных пород, закачек в разломы растворов, использования технологии плазменно-импульсных ударных воздействий в глубинных сегментах. Конечно, это дело будущего, и пока на этот счет нет единого мнения у специалистов. Однако немалая часть сторонников такого подхода уже есть в нашей стране и за рубежом. 

 

 

— Есть разные способы. Мы, например,  в Прибайкалье делаем это по образцам горных пород, взятых  из очагов палеоземлетрясений, которые сотни миллионов лет назад располагались на глубинах порядка 10—25 км. Например, специалистами в ИЗК СО РАН уже выявлены такие объекты, и есть немало геологов, которые, используя эти данные, могут рассказать, какие новобразованные минеральные системы возникают в разломах, где на значительных глубинах ранее существовали большие температуры и давления. Следовательно, можно научиться выяснять, каким образом возникают источники  сейсмического излучения при подготовке и слабых, и самых сильных землетрясений. Конечно, не обойтись без создания оснащенных полигонов для инструментальных наблюдений, расширения и совершенствования сетей сейсмостанций, создания новых технических средств воздействий, а вместе с этим и проведения масштабных натурных испытаний. Сейчас становится очевидным, что надежный прогноз, к которому мы стремимся, стоит дорого, еще дороже — создание технологии управления землетрясениями. Такие расходы могут нести только международные научно-производственные сообщества. Но в итоге ожидаемые результаты экономически будут многократно оправданы, а города и миллионы их жителей — спасены. 

 

Автор: Юлия ПОЗДНЯКВА

Фото - Юлии Поздняковой (1,3) и Валерия Ружича (2)

- - - - - - - - - - - - - -

 

Источник: Издание СО РАН "Наука в Сибири", выпуск от 7 сентября 2015 г.

http://www.sbras.info/articles/sciencestruct/glubinnye-protsessy-zemli-predskazhut-zemletryasenie