О рациональной методике прогноза землетрясений

 
   О   РАЦИОНАЛЬНОЙ  МЕТОДИКЕ ПРОГНОЗА
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

 С самого    своего первого   появления на Земле   человек  начался подвергаться  воздействию самых разнообразных природных аномальных факторов, многие из которых носили  угрожающий  характер  и делали его  жизнь   поистине опасной и требовали повышенного внимания   к себе.
       Среди   наиболее  грозных      природных  явлений,  представляющих наибольшую опасность   для  человека,  безусловно,   являются   землетрясения.  По своим разрушительным последствиям, количеству жертв, материальному ущербу и деструктивному воздействию на среду обитания человека землетрясения занимают одно из первых мест среди других категорий  [1,2 ] природных катастроф. Это  грозное явление природы опасно не столько  само по себе, а      скорее всего  потому, что   ОНО  происходят именно там, где   живет, трудится, обитает  человек   и члены  его сообщества.
       Причем разрушения зданий и гибель людей вызываются не столько собственно вибрациями грунта, сколько различными вторичными природными явлениями, которые могут активизироваться в процессе землетрясения (крип, оползни, обвалы, снежные лавины, разжижение грунта и др.).   Попутно большую опасность представляют урбанизированные техногенные воздействия и последствия: пожары, взрывы, выбросы вредоносных  токсичных и горючих  материалов. Угрозу здоровью людей создают также  эпидемии, связанные с разрушением инфраструктуры населенных пунктов: отсутствие жилья (один из важнейших факторов в зимнее время), повреждения систем энерго- и водоснабжения, канализации, затруднения со снабжением населения продуктами питания, оказанием медицинской помощи и т.д. Часто   наибольший  ущерб при землетрясениях связан преимущественно со вторичными  или, как  еще говорят, с  эмиссионными   проявлениям среды.
      Многие стихийные явления (в первую очередь - землетрясения), по всей вероятности неизбежны. И если  их нельзя предотвратить, то  необходимо  уменьшить их разрушительное  воздействие  (хотя бы  путем проведения  отвлекающих взрывов  различной мощности и пр. так, например, испытания ядерного оружия на Семипалатинском полигоне приводили к  уменьшению силы толчков  в близлежащих районах, включая  и г. Алма-Ата ), что  вполне возможно и крайне необходимо  путем проведения  различного рода мероприятий подготовительного цикла ( недаром пословица гласит: «кто предупрежден, тот вооружен».  Для этого необходимо знать причины возникновения землетрясений, изучать процессы, связанные с их подготовкой и возникновением, разрабатывать методы прогноза этих явлений.
        По данным ряда  специалистов землетрясения составляют 13% от общего числа природных катастроф, произошедших в мире с 1965 г. по 1999 г., занимая третье место [Осипов, 2001]. По данным Национального Центра Информации о землетрясениях США (NEIC) в течение XX века (с 1900 по 1999 гг.) на Земле произошло 2000 землетрясений с магнитудой Ms ,равной и более 7.0, из которых 65 землетрясений имели магнитуду Ms ,равную и более 8.0. Людские потери от землетрясений XX века составили 1.4 млн. чел. Из них на последние 30 лет, когда людские и экономические потери стали фиксироваться более четко, приходится 987 тыс. чел., т.е. около 32.9 тыс. чел. в год.
    Что же является причиной землетрясений? По современным представлениям землетрясение - следствие возникновения разрыва сплошности  твердых горных пород (гигантской трещины) в глубинах земных недр.
         Прогноз землетрясений – сложная научная проблема, ибо точно предсказать время возникновения очередных сейсмических толчков, а тем более предотвратить их, к сожалению,   не представляется пока возможным. Однако разрушения и число человеческих жертв могут быть уменьшены путем проведения в сейсмоактивных районах разумной и долговременной государственной политики, основанной на повышении уровня осведомленности населения и управленческих органов об угрозе землетрясений и умении противостоять подземной стихии.   
       Так по имеющимся данным первый и весьма обнадеживающий прогноз сильных землетрясений относится к середине 70-х годов прошлого века, когда в июне 1974 г.–январе 1975 г. китайские ученые, проанализировав данные наблюдений за различными геофизическими полями, за несколько дней до Хайченского землетрясения  (4 февраля 1975 г.,M=7.3, I0 = 9) сообщили о прогнозе властям провинции Хэбэй. В результате этого в считанные часы было эвакуировано население г.Хайчен [Adams, 1976]. Предсказанное землетрясение произошло, но экономический и социальный ущерб были минимальными. Казалось, проблема прогноза землетрясений практически решена. Однако чуть больше года спустя в том же Китае в 200-300 км к востоку от Пекина произошло Таншаньское землетрясение (28 июля 1976 г., M = 7.9), которое целиком разрушило г.Таншань с миллионным населением и унесло сотни тысяч жизней. Здесь также наблюдались многочисленные предвестники  возможной беды,, но  отсутствие на тот момент достаточных статистических данных об их достоверности и эффективности не позволило объявить тревогу.
         Согласно принятым в сейсмологии понятиям  -   прогноз землетрясений  (по времени) подразделяется на долгосрочный (на десятилетия вперед), среднесрочный (на годы вперед), краткосрочный (на дни-месяцы вперед) и оперативный (на минуты–часы вперед). 
         К настоящему времени наиболее изученная группа – геофизические предвестники, т.е. предвестники, связанные с закономерным поведением различных геофизических полей на разных этапах подготовки землетрясения. Предвестники этой группы покрывают практически весь диапазон прогноза по времени: от долгосрочного до оперативного. Вторая группа – предвестники, связанные с необычным поведением биологических объектов перед возникновением землетрясения. Эта группа предвестников менее изучена, чем первая, но их можно отнести к краткосрочным и оперативным.
     В свою очередь геофизические предвестники подразделяются  на сейсмические, гидрогеодинамические, деформационные, геохимические, термические, гравитационные, электромагнитные [Зубков, 2002]. В последние годы с развитием спутниковых технологий дистанционного наблюдения за земной поверхностью и атмосферой появились сообщения, например, об аномальном разогреве земной поверхности в эпицентральной области Измитского землетрясения (Западная Турция) 17 августа 1999 г., M = 7.4 [Carre;o et al., 2000], об аномальном изменении погодных условий, о характерных изменениях структуры трещиноватости земной поверхности в районе подготовки землетрясения [Arellano-Baeza et al., 2006].
         Несмотря на огромное количество предвестников, ни один из них не дает точных указаний на время, место и силу грядущего землетрясения. В разных сейсмоактивных районах различные предвестники работают по-разному, давая большой разброс в оценках места, времени и силы будущего землетрясения. Это связано как со сложностью самого объекта исследований – очага землетрясения, условий его зарождения и развития, отсутствием количественной теории подготовки землетрясения, так и с существенным влиянием помеходействующих факторов  урбанизирующего характера,
           Анализ многолетних данных по ряду геофизических (в основном сейсмологических) предвестников показал, что вероятность успешного прогноза по каждому из них не превышает 0.5 [Завьялов, 2002]. Одним из возможных выходов из этой ситуации является совместное использование нескольких прогностических признаков. При этом исходят из того, что каждый отдельный предвестник отражает ту, или иную сторону многогранного и не до конца ясного процесса подготовки землетрясения и не является достаточно информативным с точки зрения статистики. Поэтому их комплексное использование позволяет повысить надежность и эффективность прогнозных оценок. Практика последних лет показала оправданность такого подхода, по крайней мере, для среднесрочного (первые годы) прогноза [Завьялов, 2006].
         Выбор   оптимального  стратегического плана, направленного   на решение ПРОБЛЕМЫ,       можно найти, в качестве примера,   в определенных областях   научного   и   прикладно-хозяйственного   назначения.  Достигнутые там  успехи    были     получены           в  силу   повышенного внимания    общества  на    данную проблему  и соответственно      благодаря большим   ассигнованиям    направленных  в данные сферы   (военная, космос, добыча полезных ископаемых, развитие транспорта,  домостроение   и пр.).
       В связи   с этим   хотелось обратить внимание   на  близкую сейсмологии  область науки и производства   (также геологического характера)  но ориентируемую на  поиски   и разведку  различного рода полезных ископаемых, представляющих   материальную основу  жизни любого государства.
      Так  в современных условиях    поиски   МПИ   ведутся   с  преимущественным  упором на методы,  основанных   на использовании  различных   физических и химических эффектов. Причем   положительный  эффект  достигается   в  геологоразведке   при  соблюдении   оптимальной стратегии действий.
Выбор оптимальной стратегии решения поставленных   задач      выполняется с учетом   факторов геологического  и экономического характера. Из большого   числа   подходов  (аналогия,  максимальная эффективность и др.)  предпочтение  отдается   стратегии  последовательных   приближений. Так каждая последующая стадия работ характеризуется возрастающей детальностью исследования объекта по правилу от общего к частному.  При этом укрупняется масштаб съемки, уменьшается площадь исследований и соответственно совершенствуется ФГМ ( физико-геологическая модель)  и сам комплекс методов.
 Таким образом, начав с построения модели и пройдя этапы выбора комплекса,  и получения новых геолого-геофизических результатов, возвращаются к построению более совершенной модели и выбору нового оптимального комплекса для следующей стадии работ.
  При выборе комплекса геофизических методов  обязательно включение в него таких методов, которые  давали бы разнородную информацию, т.е.  позволяли бы измерять параметры разных геофизических полей.
  Не менее важное условие комплексирования -  подразделение методов на основные и детализационные методы. Основным методом (или несколькими основными методами) изучают всю площадь участка по равномерной сети наблюдений;   Остальные методы играют роль дополнительных, детализационных.  Их проводят   всё с большей     детальностью по отдельным профилям или на ограниченных участках, перспективность которых   уже доказана результатами, полученными основными поисковыми методами.
    При выборе комплекса методов обязательны расчет оптимальной сети наблюдений и необходимой точности измерений, установление комплекса интерпретации.  На этапе интерпретации для выделения геологических объектов по набору характерных признаков в аномальных физических полях широко применяют различные вероятностно-статистические способы классификации.
 Наиболее эффективным считается метод, позволяющий получить аномальные поля максимальной контрастности. Кроме того, учитывают влияние помех, связанных с природными условиями  и обусловленных наличием других геологических объектов.
В процессе выполнения геофизических работ  выработались традиционные комплексы геофизических методов, применяемые для решения геологических задач на разных этапах (стадиях) развития  геологоразведочного процесса. Следует заметить, что  по мере совершенствования техники и методики геофизических исследований и способов обработки получаемой геофизической информации (принципиально новая аппаратура, более совершенное оборудование, использование вычислительной техники на многих этапах геофизических работ, в т.ч. на этапе (обработки результатов) изменяются и сами комплексы.
Аналогичный   подход   следует   рекомендовать   для  работ,  связанных и с прогнозом  землетрясений. Необходимо  вначале определить   площадь возможных сильных землетрясений  ( на что указывают   определенные методы    районирования сейсмоактивных   территорий).
Затем    в областях   сосредоточения  населения  (города, поселки, строительные объекты)  расположить по оптимальной  сети   сеть   пунктов  измерений, основанных  на регистрации   полей геофизического  и геохимического характера (мониторинг наблюдений). Попутно  включать в  анализ          результаты  методов   дистанционных   наблюдений (геодезических, гидроморфологических,  радиотепловых и инфракрасных  съемок  и тепло-оптических свойств среды)   и пр.).
Характер  изменения  таких  геофизико-геохимических и   геодезических   показателей  может   оказаться  весьма полезным при определении  областей  возможного нарастания  механического  напряжения    в  массиве    и   возможного  искажения    частотного  диапазона  целого ряда   полей                ( электромагнитного, сейсмоакустического,  тепло-оптического   и др.).
Дополнительные функции   могут нести  в  себе  к моменту  возможных  разрывов  и толчков  геологического массива   и    биологические  предвестники   надвигающегося   разрыва сплошности геологической среды.
На  этапе  перехода  от  среднесрочных  прогнозов  к краткосрочным прогнозам  ведущие позиции   могут занять методы   вариационного характера  изменения  геофизических и геохимических полей, доказавшие в ряде случаев  свою  достаточную эффективность  при определении  места  и возможности возникновения здесь   землетрясений определенной силы (балльности). Так   измерение   вариаций в течении длительного срока  геомагнитного,  гравитацинного, электромагнитного, сейсмоакустического полей  указывало   на изменение физико-механических свойств геологической среды  в пределах  областей  возможных   разрывов сплошности,   а газовые  составляющие   ( радон, гелий, инертные газы  и др.)  прямо указывали на постепенное    появление зон   трещиноватости   в   местах     бывших  некогда устойчивыми и  прочными.
     На  стадии краткосрочного прогноза  небесполезными могут быть результаты                (измерения)  в  методах  акустической и электромагнитной эмиссии [3],   доказавшие свою эффективность   при  установлении момента  массовых ударов   в динамически подвижной  среде, основанной на эмиссионной способности  геологической среды, готовящейся  к  резкому  сейсмическому  удару.
Созданная   система сейсмических наблюдений, позволяет регистрировать упругие волны (до 700 Гц) от динамических явлений и выделяемую ими энергию упругих волн. В результате исследований параметров полезных сигналов ЭМИ и АЭ в связи с процессами подготовки  динамических явлений, устанавливается, что подготовка сейсмического удара сопровождается увеличением числа электромагнитных и акустических сигналов. При этом увеличение числа электромагнитных сигналов происходит с опережением. В это время наблюдается аномальное увеличение (в 1,5 раза и более) амплитуды высокочастотных сигналов ЭМИ (частота свыше 50 кГц) и уменьшение (в 2-3 раза  относительно фона) значений частоты спектрального максимума. Вместе с тем  происходят аномальные увеличения энергетических параметров электромагнитной и акустической эмиссий (рис.1).  Также по мере приближения момента сейсмического взрыва происходят закономерные увеличения числа низкочастотных сигналов (частота до 50 кГц) и уменьшение числа высокочастотных сигналов ЭМИ.

 
Рис.1.  Аномальные  увеличения энергетических параметров сигналов
ЭМИ и АЭ в связи с динамическими событиями.
     При цепной лавинонарастающей эмиссии электромагнитная составляющая  сейсмических  волн может значительно  опережать её сейсмо-акустическую составляющую и служить  сигналом для принятия  оперативных решений  (  в  частности, мгновенного  отключения от потребителей  генераторов вырабатывающих электрический ток, снабжающих  электроэнергий те или иные  государственные и хозяйственные  объекты)
      
       Наука методологии комплексирования  методов оптимального  прогноза природных катаклизмов,   только зарождается, и та максимальная польза, которую она принесет     обществу,  -   еще впереди. Нужно только  к этому постоянно  стремится,  развивая  инфраструктуру научных и прикладных  исследований,   и широко  внедряя их результаты  в практику  реальной жизни.

Литература
       1. Завьялов   А.Д. Среднесрочный прогноз землетрясений. - М.: Наука, 2006. – 256 с.