Перспективы прогноза землетрясений по комплексу геофизических, геохимических и астрономогеодезических методов

Раздел II. Системы пространственной организации

экономики

В. А. Бабешко, А. Ю. Бяков

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ПО КОМПЛЕКСУ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ, ГЕОХИМИЧЕСКИХ И АСТРОНОМОГЕОДЕЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Землетрясения являются наименее предсказуемыми и поэтому наиболее катастрофическими по своим последствиям явлениями природы. Серьезный ущерб при землетрясениях наносится в результате снижения сейсмической опасности региона и вызванное этим применение заниженных требований к строительству, примером чего могут служить последствия разрушительных землетрясений в Иране, Турции, Афганистане, последнее землетрясение в Индийском океане и вызванное им разрушительное цунами на побережье Индонезии.

Даже незначительные сейсмические толчки приводят к тектоническим подвижкам в земной коре и перераспределению грунтовых масс, что в свою очередь может служить «спусковым крючком» к возникновению оползней, разрушению дамб, магистральных трубопроводов и иных технических сооружений, что может привести к серьезным экологическим последствиям.

По результатам экспертной оценки уровня сейсмической опасности, проведенной ИФЗ РАН и МЧС России, Краснодарский край отнесен к чрезвычайно опасным зонам с индексом опасности 91 наряду с Камчатской, Сахалинской областями (индекс - 8) [1]. О повышении уровня сейсмической активности свидетельствует тот факт, что в период 2001-2003 гг. мониторинговыми сейсмическими исследованиями зарегистрировано 366 землетрясений, в том числе с эпицентрами на территории Краснодарского края -224, дальние - 142 [ 2].

Северный Кавказ, в частности российский сектор Черноморского региона, является одним из урбанизированных районов, однако он слабо охвачен сейсмологическими исследованиями по сравнению с другими регионами. Анализ сейсмической обстановки в пределах Черноморского региона и Северного Кавказа свидетельствует о повышенной активности этого региона с локализацией ее в пределах зон с различной сейсмической активностью. Осадочный чехол, перекрывающий очаги землетрясений, складчатая и разрывная тектоника, физические свойства пород и гидрогеологические условия значительно определяют степень усиления или ослабления сейсмических ударов, вызванных разрешением энергий, накопленных в гипоцентрах землетрясений.

Тем не менее, современный уровень развития науки и техники позволяет с высокой долей вероятности прогнозировать и предсказывать готовящееся сейсмическое событие и его мощность по изменению геолого-геофизических и геохимических параметров. Время предсказания зависит от количества собранной и обработанной информации и колеблется от часов до нескольких суток [ 3 ].

На основании многолетних сейсмологических исследований, проводимых на территории Краснодарского края, НПП «НИПИокеангеофизикой», ФГУГП ГНЦ «Южморгеологией» совместно с ГУП «Кубаньгеологией» в научной кооперации с

Индекс сейсмического риска характеризует необходимый объем антисейсмических усилий, учитывает сейсмическую опасность, сейсмический риск и численность населения наиболее крупных населенных пунктов.

Кубанским Университетом запатентована система комплексного геофизического мониторинга (КСГМ) с целью прогноза и оценки сейсмической опасности на территории Краснодарского края [3].

Структура КСГМ представляет собой следующий набор инструментальных средств и технологий:

- сеть станций, на которых производится комплекс геофизических, гидрологических и химических измерений (отношение продольной и поперечной скоростей сейсмического сигнала, уровень воды в скважинах, концентрация в глубинных водах химических компонентов, напряжённость электромагнитного поля);

- сеть геодинамических пунктов измерения деформаций земной коры методами спутниковой геодезии [4];

- геоинформационная система, содержащая трёхмерную модель рельефа и тематические слои, отражающие данные геологического, геоморфологического и тектонического строения исследуемого региона;

- аэрокосмические технологии дистанционного зондирования земной поверхности для определения динамики современных и новейших геологических процессов, а также для измерения вариаций тепловых, магнитных и гравитационных полей.

Принцип действия системы и алгоритм обнаружения и определения событий представляет собой поэтапное выделение и систематизацию признаков-предвестников готовящегося события, основанных на данных инструментальных наблюдений геофизических и геохимических полей.

Совокупность данных многопараметрового мониторинга геофизических, геохимических полей исследуемого региона, разработанная технология и используемый аппаратурно-программный комплекс методов позволяет с достаточной достоверностью прогнозировать готовящиеся сейсмические события от нескольких часов до 10 суток.

На первом этапе производится поиск очагов готовящихся землетрясений и потенциально опасных участков путем астрономо-геодезических наблюдений за современными движениями земной коры (СДЗК) в сейсмо - и техногенноопасных областях, включая дистанционное зондирование, дешифровку и математическую обработку космических снимков региона, а также вариации магнитных, гравиметрических и тепловых полей. Следует отметить, что технологии спутниковой геодезии позволяют также отслеживать изменения геометрических размеров технических сооружений (дамб, газопроводов и т.п.) с точностью до сантиметров в год, что дает возможность прогнозирования их разрушения и возможных экологических последствий в случае стихийных бедствий (рис. 1).

На основании многолетних мониторинговых наблюдений местной сейсмичности и анализа каталогов землетрясений выявляются тектонические нарушения и сейсмогенерирующие структуры региона и сопоставляются с данными дистанционного зондирования.

На втором этапе анализируются геофизические параметры грунтовых вод в скважинах, расположенных на охраняемой территории, производится геохимический анализ их состава, производится непрерывный мониторинг геофизических полей и региональной микросейсмичности (автошоков), производится дешифровка и математическая обработка космических снимков региона.

Изменение уровня и электропроводности воды, как показала практика производимых нами работ, является достаточно чувствительным индикатором деформационных процессов при площадных исследованиях, позволяющих производить прогноз деформационных изменений за 3-5 суток.

Рис1. Схема выявления потенциально опасных зон в зоне столкновения Африки, Аравии и Евразии по данным ОРБ-измерений

Характеристика вариаций уровня подземных вод считается производной тектонических напряжений, а температура и электропроводность - как интегральный показатель химического состава вод, показателем степени зрелости очага.Анализ ГГД поля по всей площади исследований позволяет произвести прогнозирование возможных сейсмических событий с локализацией возможного их местоположения во временном промежутке от 1 до 30 суток (2).

Теку щап дота Щ/31/2002 Мнршзя сейсмичность ГТД поле и сейсмичность Краснодар с кота- края

Потенциально опаснные зоны выявленные комплекс ом геопого-ге о физических методов

Рис.2. Данные мониторинга ГГД поля по Краснодарскому краю

По результатам кластерного анализа содержания химических компонентов в грунтовых водах опробованных скважин и источников отмечается близкая связь между магнитудой сейсмических толчков и следующих геохимических параметров: кремнекислотой, магнием, углекислым газом, ртутью и

углеводородными газами (рис. 3). Необходимо отметить, что углеводородные газы (гомологи метана) по корреляционной матрице очень тесно связаны с тяжелыми металлами Си (К=72), Ге (К=67), Мп (К=45), РЬ (К=43), а по результатам кластерного анализа - с глубиной и магнитудой подземных толчков. Отмечаются периоды «ураганного» содержания химических компонентов, самый интенсивный протекал за месяц до свершившегося землетрясения (9.11.02г.) и в период катастрофических явлений в Краснодарском крае в августе 2002 года (смерчи, наводнения).

Мониторинг и математическая обработка результатов наблюдений региональной (местной) микросейсмичности с выделением и локализацией в пространстве очагов слабых землетрясений (автошоков) в сопоставлении с расположением тектонических нарушений и сейсмогенерирующих структур позволяет создать картину формирующихся тектонических нагрузок с выделением потенциально опасных участков.

Эти данные тесно взаимосвязаны с состоянием ГГДполя и позволяют с высокой точностью определять местоположения готовящегося землетрясения (рис. 4).

Совокупность материалов дешифровки космических снимков, уровня электропроводности и температуры грунтовых вод в скважинах (ГГДполя) и позволяют прогнозировать и определять места возможных наводнений и селевых потоков.

Совокупность данных химического анализа грунтовых вод, данных ГГД поля, мониторинга геофизических параметров среды и сейсмичности региона,

Г-180

0 50 100 150 200 250 300 350

ГЛУБИНА МАГНИТУД ЯО3 М3 СО2 СУММАТУ НО РВ

си

ж

SO4 МЕТАН ГЕЛИЙ ГБ СА МЧ

0 50 100 150 200 250 300 350

Рстояние свяи

Рис3. Кластерный анализ содержания химических компонентов в грунтовых водах с магнитудой готовящегося землетрясения

(промышленные выбросы и т. п.) и определение областей городской и пригородной зоны, подвергшихся наименьшему воздействию неблагоприятных факторов.

Результатом многопараметрового мониторинга будет являться прогноз -бюллетень сроком до 10 дней с указанием рисков катастроф и их возможных последствий.

3,

Математическая модель точности (км) определения местоположения землетрясения очаге глубиной Н=10 км. Сетью станций РСС «Дельта-Геон»

А - Специализированные обсерватории

Рис. 4. Математическая модель определения местоположения гипоцентра землетрясения

метеорологических данных и карт осадков, дистанционного зондирования с применением цифровой обработки снимков из космоса (рис. 5) позволяют на этом этапе моделирование последствия стихийных бедствий и экологических катастроф

Рис5. Мониторинг состояния рекреационных территорий г. Геленджик

На третьем этапе производится непосредственный - краткосрочный прогноз и оповещение населения, администрации муниципальных образований, служб ГО и ЧС.

Короткопериодным индикатором сейсмической активности могут служить электрометрические измерения, отмечено резкое изменение электромагнитного поля, выделение энергии в виде электромагнитного импульса (ЭМИ) приблизительно за 1 час до сильного местного землетрясения, что может служить предвестником в краткосрочном периоде времени.

На четвертом этапе производится:

- Определение маршрутов для доступа к районам стихийных бедствий.

- Ликвидация его последствий.

- Выплата страховых компенсаций пострадавшим.

- Оценка последствий стихийных бедствий на базе анализа изображений местности, полученных после катастрофы, определение причин, подготовка карт для обеспечения оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации.

- Систематизация накопленного материала, его обработка с целью уточнения факторов-предвестников и передача его в мировую базу данных с усовершенствованием математического аппарата и последующего использования.

Результатом работы КСГМ является долгосрочный (десятки, сотни лет), среднесрочный (год, несколько месяцев) и краткосрочный (дни, часы) прогноз готовящегося разрушительного землетрясения, а также оценка георисков на техногенноопасных участках территории края (крупные населённые пункты, трассы магистральных трубопроводов, хранилища нефти и газа, морские

терминалы и т.п.).

Своевременный прогноз разного рода чрезвычайных ситуаций, связанных с катастрофическими природными явлениями, с проведением своевременных и адекватных защитных мероприятий, позволят снизить последствия масштабных разрушений и человеческих жертв среди населения. Статистические данные анализа катастрофических явлений позволяют говорить о 80% снижении ущерба при своевременном их прогнозировании.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

1. Федеральная целевая программа «Сейсмобезопасность территории России 2002-2010 г.» от 25.09.2001. № 690.

2. Разработка научно-методической основы комплексного мониторинга сейсмической активности Азово-Черноморской зоны, Отчет о НИР /ФГУДП «НИПИокеангеофизика» ГНЦ ФГУГП «Южморгеология»; Геленджик, 2003г. Фонды ФГУДП «НИПИокеангеофизика», ответственный исполнитель Бяков А. Ю.

3. Бяков Ю.А., Бяков А.Ю., Котяшкин С.И., Круглякова Р.П., Шестопалов В.Л. Система для прогнозирования землетрясений. Патент 35445 от 29.10.2003.

4. Шестопалов В.Л., Бяков Ю.А., Кордзадзе Г.А., Баханов О.Н., Глумов В.П., Котяшкин С.И. Геодинамический полигон многоцелевого назначения. Свидетельство на полезную модель №18314 от 10.06.2001.