автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Деформационный (геодезический) метод в проблеме прогноза землетрясений

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ

На правах рукописи

¿5

^¡Г

со

I

ПЕВНЕВ Анатолий Кузьмич

ДЕФОРМАЦИОННЫЙ (ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ) МЕТОД В ПРОБЛЕМЕ ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

05.24.01 — Геодезия

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1998 г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Р.А.Мовсесян

доктор геолого-минералогических наук, профессо; В.Г.Трифонов

доктор технических наук, профессор Е.Б.Клюшин ,

Ведущая организация: Государственный специализированный

проектный институт

Защита состоится « » 1998г. в / & часов на заседаш

диссертационного совета Д 063.01.01 в Московском государственном университе геодезии и картографии по адресу: 103064, Москва, К-64, Гороховский пер., (ауд.321). ^

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиоте МИИГАиК.

Диссертация в виде научного доклада разослана «

2-Ъ. О У 1998

Ученый секретарь диссертационного совета

С. А.Сладкопевцев

1. БЕ'ЕЛЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Произошедшие в последнее десятилетие разрушительные и унесшие тожество жизней непредсказанные сильные землетрясения (Спитакское .988 г., - Калифорнийское 1989 г., Японское 1995 г. и др.) со всей очевидностью показали, что существующие системы прогноза своего наз-{ачения пега не справдъшают. Этот отражающий печальную реальность :ыёод ке противоречит оценкам возможностей современны-: систем прог-юза, сделанных директором Международного института теории прогноза землетрясений РАН В.И.Кейлие-Еороком (1989). Согласно его оценкам эти системы способны обеспечить следующие сугубовероятноотные прог-«ззы: 1) точность прогноза места готовящегося землетрясения - сотни шлометров; 2) точность определения возможной энергии ожидаемого землетрясения - шесть порядков; 3) точность прогноза времени - годы.

Совершено очевидно, что практическая ценность такого прогноза невелика; кроме того, он порождает и ложную тревогу и ложную успокоенность. Именно это произошло в 1989 году в Калифорнии, когда сильное землетрясение ожидали в Паркфилде (300 км от Сан-Франциско), а оно произошло под Сан-Франциско.

Тагам образом, и факты в виде непредсказанных землетрясений и теоретические оценки позволяют сделать следующий неутешительный вывод: проблема прогноза землетрясений, поглотившая уже достаточно времени и средств, на сегодняшний день пребывает е состоянии глубокого кризиса. Есть все основания считать, что причины этого кризиса кроются е самой концепции реализации рассматриваемой проблемы. Как известно, существующая стратегия реализации прогноза землетрясений зиждется на идеях обнаружения очага и отслеживания' происходящих в нем процессов не прямыми методами, а с помощью решения обратных задач по косвенным аномалиям, порождаемым готовящимся очагом в различных полях: сейсмических, деформационных, гидрогеологических, геохимических, электромагнитных и др.

Возможно в однородной изотропной среде местоположение готовящегося очага землетрясения действительно можно было бы точно локализовать по рождаемым им аномалиям. Однако реальная среда, в которой готовятся очаги сильных землетрясений, и не однородна и не изотропна, и, к тому же еще имеет мозаичное блоковое строение. Именно эти качества реальной среды и не позволяют решить проблему прогноза землетрясений, так как благодаря им при подготовке очага землетрясения

возникает эффект кажущегося существенного увеличения его размеров, т.е. рождаемые готовящимся очагом аномалии возникают в объеме горны:: пород намного превосходящими размеры действительного очага.

Вещественные и механические неоднородности горных пород порождают бессистемное рассеивание различных аномалий на огромных пространства;-; и с неопределенными контурами ареала рассеивания. Существенную лепту в этот процесс могут вносить линейно-вытянутые тектонические структуры (разломы и другие нарушения в земной коре) с ослабленными механическими свойствами пород. Эти структуры выполняют роль своеобразны;-; каналов распространения на значительные расстояния различных аномалий. Так, примерно за два с половиной года до Сарыка-мышского землетрясения 1970 г. (М=6.8) на одном из разломов в Алма-Ате (160 км от эпицентра) были зафиксированы вертикальные смещения со скоростью до 35 мм/год. Общая суша измеренных смещений на разломе составила величину около 60 мм, которые были полностью сброшены после землетрясения (Остропико и др.,1978).

Как уже отмечалось выше, практика подтверждает правомерность изложенных соображений - долговременные интенсивные исследования показали полную бесперспективность попыток решить проблему прогноза землетрясений методами отслеживания многочисленных косвенных аномалий. Эта методика не позволяет достоверно и точно определять местоположения готовящихся очагов землетрясений, т.е. Еыделять объемы горных пород, накапливающие упругие сейсмогенные деформации, а следовательно, и отслеживать с необходимой для решаемой проблемы детальностью процессы подготовки и разрушения этих очагов. Следует отметить, что в последнее время представления о бесперспективности существующей стратегии прогноза начинают звучать все отчетливее (Кондратьев, 1995).

Итак, "стратегия аномалий" возложенных на нее надежд не оправдала. Стало совершенно очевидно, что теперь исследования нужно было сосредоточить уже не на поисках сопутствующих, косвенных явлениях, сопровождающих процессы подготовки и разрушения очагов землетрясений, а на поиске прямых указателей, прямых признаков подготовки очагов землетрясений.

Так как подготовка и реализация землетрясения являются в первую очередь механическими процессами (накопление и сброс упругих сейсмо-генных деформаций), то именно здесь и следовало искать прямые признаки. С этой целью была разработана деформационная модель подготовки

ало, что искомым признаком подготовки очага землетрясения является акамшЕае'длп во времени упругий изгиб горны:-: пород в этс.м счаге. акче было установлено, что при подготовке сильных коревых землетря-ении регулярное нагибание испытывает и земная поверхность над оча-ом, являющаяся его верхней границей.

Сравнительный анализ показал, что непосредственно и достоверно тсдежнвать процесс накопления сеисмогенных деформаций в очаге дос-упно лишь геодезическое методу, который обладает всеми необходпмы-и для этого разрешениями (Певнев, 1997). Геодезический метод позво-яет определять точное местонахождение и размеры зреющих очагов зем-этрясенип, т^е. позволяет однозначно отвечать на вопросы - где ■ленно и какой максимальной силы готовится землетрясение.

К тому же этот метод позволяет обнаруживать готовящиеся очаги ильных коровых землетрясений заблаговременно: практически с самого ^рождения очага, т.е. за десятки и более лет до сильного землетря-эния. Заблаговременное обнаружение очагов землетрясений крайне важ-э для рационального планирования хозяйственной деятельности, а так-э оно позволит принимать меры искусственного воздействия на зреющий таг с целью безопасного снятия накапливаемых в нем сеисмогенных зпряженпй. Существенно может измениться ситуация и с прогнозом вре-гни землетрясения, так как точное знание местонахождения зреющего }ага позволит создать непосредственно в этом месте специальную сис-?му комплексных наблюдений, которая даст возможность отслеживать с ?обходимой детальностью процесс разрушения очага, что и откроет к прогнозу времени наступления главных сейсмических событий в эзревшем и начавшем разрушаться очаге.

Таким образом, в настоящее время появились реальные возможности !я разработки последовательной, научно-обоснованной стратегии точ-:>го прогноза землетрясений и реализации этой стратегии на базе гео-гзического метода изучения деформаций земной поверхности.

Цель работы - оценить реальные возможности и определить истинное ?сто деформационно-геодезического направления в проблеме прогноза тльных коровых землетрясений; решить проблему использования этого вправления для отслеживания процесса накопления упругих деформаций осуществления на этой основе практически значимого прогноза зем-?трясений.

. Научная новизна - установлен единственно достоверный, прямой

- б -

признак подготовки очага сильного корового землетрясения; разработа ны основы использования геодевического метода для отслеживания про цесса накопления упругих сейсмогенных деформаций в готовящемся очаг землетрясения.

Практическая ценность - реализация предлагаемого метода прогноз позволит осуществлять на континентальных сейсмогенных зонах практп чески значимый прогноз сильных (М>5) коровых землетрясений.

Реализация результатов работы - создается геодевическая прогноз ная система на Спитакском сейсмогенном разломе в Армении: в стади разработки находятся проекты геодезических прогнозных систем дл сейсмогенных зон Египта и Узбекистана.

Защищаемые научные положения.

1.Научно обоснованная, адекватная природному процессу деформаци онная модель подготовки очага сильного корового землетрясения.

2.Выделение достоверного, прямого, поддающегося непосредственно му измерен™, признака подготовки очага корового землетрясения.

3.Установление действительных возможностей геодезического метод в расшифровке истории формирования очага случившегося корового зем летрясения.

4.Определение и обоснование действительного места деформационно го (геодезического) направления исследований в проблеме прогноз землетрясений.

5.Разработка новой стратегии прогноза сильных землетрясений.

Использованные материалы - доклад составлен на основе опубликс ванных работ автора.

Апробация работы.

Основные положения работы были доложены на XI и XIII Междуве домственных совещаниях по изучению современных движений земной кар на геодинамических полигонах (Москва, 1985;, Ташкент, 1991); на VI Международном симпозиуме по современным движениям земной коры (Тал линн, 1985); на XX Всесоюзном тектоническом совещании "Актуальнь проблемы тектоники СССР и размещения полезных ископаемых" (Москве 1987); на Всесоюзном совещании "Современная динамика литосферы кор тинентов" (Москва, 1988); на научно-координационном совещании "Изу чить современными геодезическими методами процессы деформирован:-: земной коры с целью оптимизации наблюдений за предвестниками" (МССС при Президиуме АН СССР, 1988); на отраслевом совещании ученых и спе циалистоЕ ГУГК СССР "Геодезические методы исследований предвестнике

гщетрясенпй" (Москва, 1989); на Международном симпозиум- "Геодезия *

Сейсмология: деформации и прогноз" (Ереван, 1989); на Кемдунзрод-зй конференции "Исследования движений земной коры геодезическими годами" (София, 1990); в Геодезическом институте Венгрии (Секешфе-5рвар, 1991); на 43-ем Конгрессе Международной федерации астронав-1ки (США, Вашингтон, 1992); на I Международном семинаре "Напряжения литосфере (глобальные, региональные, локальные)" (Москва, 1994); 1 XXI-оп Генеральной ассамблее Международного союза геодезии и гео-1зики (США, Боулдер, 1995), а также на научных семинарах и рабочих звецаниях в академических и ведомственных институтах.

2.0 ПОЛЯХ НАПРЯЖЕНИЙПОРОЖДАЮЩИХ СИЛЬНЫЕ КОРОВЬЕ " 3 ЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

2.1. О двух концепциях накопления сейсмогенных напряжений.

Тектонические коровые землетрясения возникают вследствие быстро-| "сейсмического" разрушения некоторого объема горных пород сейсмо-нного слоя земной коры (ее верхние 10-25 км) под действием упругих лряжений, накопленных этими породами. При этом основная часть на-пленной упругой энергии высвобождается при разрыве указанного объ-а пород по некоторой поверхности и взаимном смещении разорванных стей объема. Эти соображения подтверждаются:!) Квадрантным распре-лением знаков первых вступлений продольных волн, порожденных зем-трясением; 2) Смещениями в очаге, рассчитанными по сейсмологичес-м данным; 3) Происходящими при землетрясениях смещениями земной верхности, определяем.«-! геологическими и геодезическими методами.

Таким образом, акту землетрясения, т.е. акту сброса накопленной ругой энергии должен предшествовать период накопления этой энергии следовательно, если знать закон по которому накапливается сейсмо-нная энергия, то это может стать ключом к точному прогнозу места цготовки землетрясения. Однако исторически сложилось так, , что в облеме прогноза землетрясений вопрос о механизме накопления сейс-генных напряжений оказался одним из наиболее спорных. Собственно

взглядах на процессы накопления сейсмогенных напряжений имеются г альтернативные концепции, которые мы и рассмотрим. Для краткости говем их локальной и региональной.

2.2. Локальная концепция.

Родоначальником этой концепции является американский сепсмолс Г.Ф.Рейд. Еще в начале века, сразу после землетрясения в Сан-Фра! циско в 1906 г. им были гениально угаданы истинные причины еоэнпкнс вения сильных землетрясений. Открытие Рейда известно в науке пс названием "Теория упругой отдачи". Основными экспериментальными да? ными, явившимися базовыми для указанного открытия, были геодезичес кие данные: результаты повторных триангуляционных измерений в геоде зической сети, расположенной в эпицентра®ной зоне указанного зе! летрясения. Анализируя эти данные, Рейд обнаружил следующие их осс бенности. Ео-перЕых, выяснилось, что порожденные землетрясением см« щения геодезических пунктов были сконцентрированы в довольно уэк< зоне, вытянутой вдоль разлома Сан-Андреас. Во-вторых, оказалось, чт распределение этих смещений в зоне тлело яр'ко выраженный закономе] ный характер: они были максимальны в центре зоны (разлом Сан-Андр| ас) и быстро затухали в обе стороны от разлома в перпендикулярном нему направлении. Полная ширина полосы распространения таких закон мерных смещений не превышала 20 км.

Проанализировав различные варианты полей напряжений, способн. породить указанные смещения земной поверхности, Рейд обоснован заключил, что эти смещения являются ничем иным, как сброшенными время землетрясения упругими деформациями, которые были предвар тельно накоплены в локальном объеме горных пород верхней части зе ной коры. При землетрясении этот локальный объем обозначился на зе ной поверхности вышеуказанной узкой полосой, протянувшейся вдо разлома Сан-Андреас. Причину накопления рассматриваемых сейсмогенн деформаций Рейд видел в медленных, относительных смещениях соседи участков земной коры.

Наиболее адекватные реальности соображения о сущности локалы; концепции принадлежат Г.А.Гамбурцеву.

"В процессе своего развития земная кора расчленялась на относ тельно прочные блоки, разделенные ослабленными зонами - сейсмичесь ми швами. Медленные относительные смещения этих блоков приводят накоплению сдвиговых напряжений и их концентрации в определен! местах шва. Там, где напряжения превосходят предел прочности, воз! кают очаги землетрясений. Энергия самых сильных землетрясений в 1С и более раз превосходит энергию слабых сейсмических толчков. Так 1

напряжения разрыва не могут меняться в очень широких пределах, то отсюда следует, что энергия землетрясения в основном определяется не напряжением, а размерами очага, т.е. размерами той области, внутри которой в результате землетрясения исчезают сдвиговые напряжения. Таким образом, крупные землетрясения имеют очаги большого объема, а слабые землетрясения - очаги малого объема... Частые слабые и редкие сильные землетрясения вместе с медленными движениями земной коры образуют единый глубинный процесс, изучение которого должно лечь в остову развития методов прогноза землетрясений" (1960, стр.437). 'Наряду с процессом разрушения - уменьшения прочности отдельных участков сейсмических шеов, - может идти обратный процесс "аалечива-шя" разрушенных мест, образования новых "спаек" между соседними ¡локами. Таким образом, происходит закономерная смена взаимосвязан-!ых процессов медленных и быстрых движений, накопления и разрушения :апряжений, увеличения и уменьшения прочности" (1982, стр.306).

Называя эту концепцию локальной, мы в первую очередь подчеркива-м лишь то, что в ней место накопления сейсмогенных деформаций явля-тся совершенно определенным и имеющим сравнительно небольшую ширину Съемом горных пород сейсмгенного слоя (очагом землетрясения). Ела-эдаря указанной локализации очага готовящегося землетрясения в этой энцепции заложена принципиальная возможность обнаружения этого оча-а на стадии его подготовки. Для обнаружения готовящихся очагов зем-гтрясений Рейд предлагал использовать геодезический метод. Амери-эискими геодезистами были сделаны попытки реализовать эту возмож-эсть на разломе Сан-Андреас, но, судя по публикациям (Рихтер, 563), сделано это было крайне неудачно: не были созданы специальные юдезические построения и, к тому же, делалась ставка на очень 1строе получение положительного ответа. Можно полагать, что это не-;ачное начало дискредитировало идею и тем самым стимулировало рож-ние новой концепции, названной нами региональной.

2.3. Региональная концепция.

ТЕорцом этой концепции можно считать известного американского йсмолога Ч.Ф.Рихтера, который предложил иную, отличную от рейдовс-трактовку геодезических данных по Калифорнийскому землетрясе-з, предположив, что упругие деформации, способные порождать силь-? землетрясения, накапливаются вовсе не в локальных объемах земной

коры, а в целых региона:''; (1953). Он произвольно допустил, что ка кие-то, прикладываемые к границам регионов гипотетические сдбнгоеы усилил, способны однородно эти регионы деформировать, создавая в ни поля однородного сдвига.

Эта концепция Рихтера получила признание у многих сейсмоло гов-теоретиков (КпороГГ,1958; Костров,1975; Касахара,1984; Теркот Шуберт.1935; Моги,1988). Причем следует отметить', что если Рихте рассматривал предложенную им концепцию лишь как попытку "объяснит основные факты иным образом" (1963, стр.181), т.е. не отрицая кон цепщш Рейда, то его последователями она была вообще отброшена. Тг Костров вывод Рейда о концентрации упругих сейсмогенных деформаций узкой зоне около разлома назвал "ложным" (1975, стр.31).

Факт признания специалистами региональной концепции иначе к странным назвзть трудно, так как никаких региональных предельно нап ряженных полей однородных сдвигов нет - в мозаично устроенной, разд робленной земной коре их и быть не может (Певнев,1990). Это стран« еще и потому, что■возможность возникновения калифорнийского земле! рлсения 1906 г. в результате действия региональных полей напряжен!: была рассмотрена Рейдом ещё в начале века, который на основании ан£ лиза имевшихся на исследуемый регион данных повторных геодезически измерений вполне обоснованно показал несостоятельность такой моде! (Ре1с],1910). Весьма любопытно и то, что от региональной концепщ: позже отказался и сам ее творец (см. ниже: стр.26).

В свете изложенного невольно возникает мысль, что отмеченное вь ше дружное принятие региональной концепции сейсмологамн-теоретикаь может иметь весьма прозаическое объяснение: математически горазд проще оперировать с однородными, а не переменными полями напряженш Соответствующий комментарий к этой ситуации в проблеме прогноза мол но прочесть у В.Н.Николаевского.

"Итак, упругая энергия при землетрясении выделяется из некоторс го предварительно напряжённого объема. Веньоф предложил модель изл} чающего объёма, причём брал в качестве последнего область афтершс ков, т.е. область распределения источников ударов, следующих ; главным ударом - собственно землетрясением. Близкой также была-мс дель распределения разрывов по Ю.В.Ривниченко. Таким образом, бы; намечена объемная модель очага землетрясения, подготовка которого разрушению могла быть зафиксирована при помощи сейсмических волн и. же другими методами. Поскольку, однако, твердые тела при обычных л;

бораторных испытаниях разрушаются вдоль магистральных трещин и после гемлетрясения. на поверхности Земли фиксируются новые индивидуальные разломы, идея об объемном характере очага была дезавуирована, а если она и использовалась, то для сведения параметров излучающего объёма к некоторой эквивалентной трещине разрушения.

Очаг землетрясения как возникающая отдельная трещина обсуждался во многих публикациях. Постановка общей задачи довольно подробно рассмотрена Б.В.Костровым в предположении, что всюду вне трещины среда остаётся в упругом состоянии..." (1982, стр.147).

Весьма интересное замечание по рассматриваемому вопросу высказано новозеландским сейсмологом Дж.А.Зйби. Так рассмотрение основных возражений против "Теории упругой отдачи" он закончил следующими словами:"В течение нескольких десятилетий сейсмологи Европы и Америки занимались проблемами, к которым механизм землетрясений не имел никакого отношения или фигурировал как побочный вопрос; видимо, рассмотрение серьёзных физических возражений против этой теории было упущено из виду" (1982, стр.101).

Итак, мы имеем все основания заключить, что общепризнанная, являющаяся исходной во многих теоретических расчетах, посвященных проблемам сейсмичности и прогноза землетрясений и, более того, определившая стратегию прогноза, региональная концепция не может быть галожена в основу прогноза землетрясений.

3.К ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ТЕКТОНИЧЕСКОГО КОРОВОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

3.1. Деформационная модель тектонического землетрясения.

На основании вышеизложенного мы отдаем предпочтение локальной онцепции и принимаем ее в качестве рабочей, гипотезы при рассмотре-ии теоретических и практических аспектов точного прогноза мест под-этовки сильных коровых землетрясений. Рассмотрение этой проблемы ледует начать с выбора научно обоснованной, отвечающей современному эовню знаний модели процессов и закономерностей накопления упругих гйсмогенных деформаций в локальных объемах земной коры. Остановимся 1 такой модели.

Тектоническое строение литосферы и происходящие в ней тектони-

ческие движения порождаются в основном эндогенными подлитосферным: процессами, которые по природе своей являются процессами долгожпву-щими и устойчивыми в геологических масштабах времени. Эти процесс! создают в литосфере крупномасштабные поля напряжений, которые и порождают направленные, стабильные и долговременные смещения в литосфере. Можно полагать, что основной, исходной тектонической структурой литосферы является литосферный блок, который представляет с-обст тот или иной объем литосферы.

D линейных размерах литосферных блоков можно высказать следующп соображения: так как мощность литосферы около 100 км, то естестЕенн) предположить, что и латеральные размеры литосферного блока должн: быть того же порядка. И это имеет место в действительности. Так, п данным глубинного сейсмического зондирования расстояния между глу бинными разломами, рассекающими насквозь земную кору, исчисляются о десятков до сотен километров (Павленкова, 1&S0) и в среднем состав ляют 100 км (Садовский,1979; Николаевский,1982).

Взаимные тектонические смещения литосферных блоков осуществляют ся по разделяющим их глубинным разломным зонам, которые в сравнени с блоками являются менее прочными структурами литосферы. Зоны глу бинных разломов представляют собой значительные по размерам тектони ческие структуры и их протяжение может измеряться многими сотнями тысячами километров.

Суммируя высказанные соображения мы имеем право полагать, чт 'направленные, равномерные и устойчивые в масштабах геологических от резкоЕ времени тектонические движения значительных объемов литосфер проявляются в виде взаимосогласованных движений групп литосфернь: блоков вдоль глубинных разломов (Садовский, Болховитинов, Писаренкс 1987). Однако не все части литосферного блока под действием постоян ной нагрузки могут смещаться равномерно. Причина этого явления крс ется в реологической неоднородности литосферы по вертикали: рос температуры и давления с возрастанием глубины залегания горных поре делает эти породы более пластичными.

В свете решаемой нами проблемы литосферу в первом приближен! можно разделить на два слоя - упругий и пластичный (Вотт,1974; Жаг ков, 1975; Шерман, 1977; Николаевский, 1982; Теркот, Шуберт, 1985) Упругим, способным накапливать значительные упругие деформации хрупко разрушаться при достижении накопленными упругими напряжения*, предела прочности пород, т.е. сейсмогенным, является верхний слс

земной коры мощностью 10-25 км. Горные породы, слагающие Более низкие горизонты литосферы, менее прочны (квазипластичны и пластичны) и поэтому в них не могут формироваться очаги сильных землетрясений.

• 7 5 \ " /7 -1' • , •• * -с г

• ^Ч. Ж . "" ' ''•^'ЩгЩк I * ЩШ: У "1 ' Ос Л- ■чгЧ] Щх г К /о 1 «

- /| ■ О] Г с 2 --- /\ ' 1 •• у Р • \в ЧП / 4 1

Рис. 1.Корта эпицентров Рочинского 8емлетрясения(а) и вертикальный разрез по линии 5-5'(б).

Но секущуп плоскость спроецированы все сейсмические событии за а$тершо-ковый период (по С.С.Арефьеву и др.). Глубина основного толчка 10 кн.

Разделение литосферы по реологическим параметрам на ДЕа слоя, ютоверность местонахождения упругого слоя"в самой верхней ее части реальность указанной выше мощности этого слоя подтверждаются и яр-| иллюстрируются данными о распределении глубин афтершоков сильных ровых землетрясений. В качестве типичного примера таких ' данных иведено Рачинское землетрясение 1991 г.(рис.1).

Из рисунка однозначно следует, что после землетрясения упругие пряжения снимались, а следовательно до землетрясения и накаплива-

лпсь, лишь в самой верхней части земной коры и что наиболее однородное псле афтершоков занимает интервал глубин от нуля до десяти киле-метроЕ. С полным основанием можно считать, что подобные исследовани афтершоков являются наиболее надежным методом определения мощност: сейсмогенного слоя.

Рассматривая возможные причины накопления указанных деформаци можно прийти к выводу, что в свете современных представлений -наибо лее вероятной причиной накопления сейсмогенных деформаций е локаль ных объемах горных пород является изменение скорости тектонически движений в том или ином конкретном участке сейсмогенного разлома Предполагается, что указанные изменения скоростей смещений в разло мах могут происходить из-за различных физико-химических и механичес ких процессов (Гамбурцев,1960; Ризниченко,1968).

Полное или частичное прекращение смещений в какой-либо част сейсмогенного разлома равнозначно рождению концентратора напряжени и поэтому приведет к возникновению в этом месте локального поля уп ругих напряжений. Для определения вида и размеров этого поля можн воспользоваться широко применяемым в решении задач теории упругост принципом локальности эффекта самоуравновешенных внешних нагрузок принципом Сен-Венана. Для нашего случая наиболее подходящей являете следующая формулировка этого принципа: "Если в какой-либо малой час ти тела приложена уравновешенная система сил, то она вызывает в те! напряжения, очень быстро убывающие по мере удаления от этой част (экспоненциальный характер затухания напряжений" (Безухов, Лужт 1974, стр.6).

Итак, если размеры возникающего концентратора напряжений малы сравнении с размерами сейсмогенной зоны, то, согласно принциг Сен-Венана,. порожденное этим концентратором местное поле упруп напряжений будет полем упругого изгиба. Максимальное упругое смеще ние будут иметь горные породы, примыкающие к остановившемуся участ* разлома, а по мере удаления в обе стороны от этого участка упруп смещения горных пород будут быстро и закономерно убываг (Рис.2,3;; кривые аЬ).

Что касается линейных размеров зоны проникновения в деформиру< мое тело указанных напряжений упругого изгиба, то согласно принци] Сен-Венана они бывают сопоставимы с наименьшими размерами такого т< ла. В нашем случае это будет мощность сейсмогенного слоя литосфер! которая, как уже отмечалось выше, составляет 10-25 км. Забегая не!

Направления снесений блоков показами стрелками. Деформации и смещения в контакхной зоне двух литосфернык блоков рассмотрены в три момента: ^ -упругие деформации отсутствуют; Ц - накоплены предельные упругие деформации: линия аЬ, прямая в момент превращена в экспоненциальную кривую; линия шп расположена вне зоны действия готовящегося очого; -накопленные к моменту упругие деформации сброшены. СС - сейсмогенный слой; СР - сейсногеиний разлом; I. - длина остановившегося участка разлома (длина очага); X - ширина очого; (1 - сумма накопленный в очаге максимальным упругих смещений численно ровная величине взаимного смещения литосфернык блоков.

а-е-

а-

е ■

о* 1

I

Рис.3.Схема упругой отдаии. условные обозначения рис.1.

с(,м

Соч-Айреск; 2 1

4о го

1---1-Г

Гомура ¡О ю

20 АО

1-КМ

» ©2?г. М»?.5

20 40

И1о<ро»-Ь»м 40 00

^ 1940г.М*71

4врвыо-Пи< 2

40 90

20 "О

1954г. М=7.1®

-1- км

20 40

Тонна ч ^ 1930г. м=го Рис.4. Графики горизонтальный

40 40 . ■+— ■ 1 смещений геодезических пунктов

1 1 1 50 40 для нескольких сильных землет-

1 . г. рясений.

колько вперед отметим, что высказанные здесь соображения о размера;-локальных полей сейсмогенных напряжений (деформаций) полностью согласуются с экспериментальными данными (рис.4).

Таким образом, обсуждаемые сейсмогенные деформации накапливают« лишь в незначительных частях литосферных блоков. От остановившегос! участка сейсмогенного разлома они проникают в контактирующие с эти участком тела блоков не далее чем на 10-25 км в каждый блок и, следовательно, полная ширина зоны накопления сейсмогенных деформацш (ширина очаговой зоны) составляет 20-50 км. Под шириной очаговой зоны понимается ее линейный размер в ортогональном к плоскости разлом, направлении.

Что касается длины очага землетрясения, то она определяется дли ной участка сейсмогенного разлома,, в котором произошло либо полно прекращение взаимных смещений блоков, либо существенное долговременное уменьшение скорости этих смещений, т.е. при создании условий дл накопления деформаций упругого изгиба на том или ином отрезке сейс могенного разлома. Создатель первой в СССР, всеобъемлющей, детальн продуманной и научно обоснованной программы исследований по проблем прогноза землетрясений Г.А.Гамбурцев такие источники зарождения оча гов землетрясений очень метко назвал "спайками" (1982,стр.306).

Итак, есть все основания считать, что когда накапливаемые в оча ге сейсмогенные напряжения достигают предела прочности пород в этс очаге, то последние разрушаются с распрямлением упруго изогнутых бс ковых частей литосферных блоков, т.е. имеет место устранение отсте вания в тектонических смещениях этих частей относительно основнь масс блоков. Именно это быстрое возвращение упруго деформированнь частей блоков к ненапряженному устойчивому состоянию порождает теь тоническое коровое землетрясение (Рис,2,3; прямые аО-а и Оз.Ь).

Конечно, представленная здесь картина-смещений и деформаций Л1 тосферных блоков достаточна схематична, упрощена. Однако эти упрошу ния не искажают сути рассматриваемого явления - закономерностей ш копления значительных количеств деформаций упругого изгиба в локаш ных объемах горных пород сейсмогенного слоя литосферы.

Описываемый процесс накопления упругого изгиба в том или иш объеме сейсмогенного слоя может осуществляться лишь в том случа< если приостановка или полное прекращение движений (возникновен! спайки) в том или ином участке сейсмогенного разлома не нарушит а щего ритма движений тектонических структур, разделенных этим разл^

мом, т.е. эти структуры будут продолжать смещаться друг относительно друга с прежней скоростью. Именно благодаря этим непрекращающимся тектоническим смещениям и будет осуществляться "закачка" упругой энергии в некоторый объем горных пород вокруг остановившегося участка. Теоретическое объяснение»этому явлению может быть лишь одно: импульс силы, возникающий из-за нарушения ритма равномерного движения в той или иной части системы, является ничтожно малым в сравнении с количеством движения всей системы и поэтому он не может повлиять на режим современных тектонических движений. Сам факт существования коровой сейсмичности - имеются в виду сильные землетрясения - является бесспорным подтверждением тому, что указанный процесс "закачки" упругой энергии имеет место в действительности.

Итак, можно заключить, что рассматриваемая деформационная модель . достаточно обоснованно объясняет причины и механизм накопления сейс-могенных изгибных деформаций в том или ином объеме горных пород сейсмогенного слоя литосферы и поэтому имеются веские основания принять эту модель в качестве исходной для дальнейших исследований.

3.2. Возможности геодезии в расшифровке истории подготовки очага землетрясения.

Согласно рассмотренной деформационной модели подготовка очага землетрясения заключается в накоплении закономерного упругого изгиба горными породами этого очага. При сбросе же накопленных упругих деформаций (землетрясение) происходит полное восстановление исходной формы, но с разрывом пород и смещением их по разлому (Рис.2,3;12).

Однако если о смещениях, порождаемых землетрясением, судить не го истинным деформациям и смещениям горных пород, а по данным повторных геодезических измерений, то вышеуказанной картины смещений южет и не быть. Так, если исходные геодезические измерения провести 1а еще ненапряженных горных породах (момент рис.2), то после

знятия упругих деформаций (момент смещения геодезических пунктов >удут адекватны смещениям горных пород. Если же исходные измерения ¡ыполнить в интервале между моментами 1:о и Ьг, т.е. уже после начала [акопления сейсмогенных деформаций, но до их снятия, то повторные еодезические измерения, проведенные после землетрясения, выявят артину смещений геодезических пунктов, отличающуюся от вьппеописан-ой. Схема таких смещений показана линиями ек на рис.2. Превращение

прямолинейного геодезического профиля в дез искривленных отрезка обусловлено тем, что он был построен на уже напряженных горных порода:-: и после снятия напряжений (землетрясения) испытал естественное искривление, обусловленное распрямлением горных пород. Эти теоретические соображения тлеют практическое подтверждение (рис.4).

В этих, порождаемых землетрясением, искривлениях геодезически) профилей зашифрована интереснейшая информация об очаге, что можнс увидеть обратившись к рис.5, на котором изображены три участк; (1,2,3) тектонически активного сейсмогенного разлома. .Линии a-iao i bibs - геодезические профили, представляющие собой прямые линии npi выполнении на них исходных измерений соответственно в моменты to 1 ti; X - ширина зоны накопления сейсмогенных деформаций (ширина очаговой зоны). Постулируется, что скорость взаимных смещений литосфер-ных блоков за пределами очаговой зоны постоянна и одинакова на все> трех участках.

/ 2 «Г

t, at az

1 • Ог

т ut

"г

О.г

1 "г

f

i f

И

_L

т

а, "г

Уаг I 1

С, О, тг1" т

1

f

J. if

—X-

Рис.5. Модели смещений и деформаций земной коры в сейсмогенной зоне.

На участке 1 происходит взаимное смещение блоков по разлому бег накопления упругих деформаций (крип). На участке 2 движения по разлому прекратились сразу после момента 1о и началось накопление сейсмогенных деформаций. На участке 3 показано положение геодезически) профилей при полном сбросе в моменты и Ь'2 упругих деформаций, накопленных с момента 1:о.

Как можно видеть из позиций 112 и картина смещений и деформаций в очаге после снятия упругих напряжений представляется довольно парадоксальной: прямая Ь1Ьг и кривая а^г позиции 1^2, претерпе

разрыв, обменялись формами; кривая превратилась в два прямолинейных отрезка, а прямая - в две кривые. Но это парадоксально лишь на первый взгляд. Кажущаяся необычность деформаций рассматриваемых• линий обусловлена тем, что геодезические профили аааг и Ь^Ьг представляли собой прямые линии не только в разные моменты времени (Ъо и 11), но и, что самое главное, при разных исходных состояниях горных пород. Профиль а1Э2 ,был создан на еще ненапряженных горнах породах (Ьо), в го время как профиль Ь^Ьа, был создан в момент ^ на уже напряженных "орных породах. На рис.5 (позиция 112) это показано искривлением ЦЭОфИЛЯ Э1Э2.

В результате землетрясения ( разрыв горных пород с их смещением го разлому и снятием накопленных упругих деформаций) кривая ^12) разорвется, обе ее половинки распрямятся в два прямых отрезка 113). Что касается прямой Ь1Ьг (112), то испытав разрыв при землет-ясении обе ее половинки окажутся изогнутыми из-за того, что прямая п.Ьг (геодезический профиль) была создана на предварительно напря-енном. основании.

По рис.5 легко догадаться, что кривые Ь>1 и Ьа (позиция 113) яв-яются зеркальным отображением кривой а1аг (позиция 112) и, следова-ельно, содержат ту же информацию, что и кривая а132 в момент 11. А эк как эта кривая в момент 11 является ничем иным, как полной сум-эй сейсмогенных деформаций, накопленных горными породами к этому менту, то отсюда однозначно следует, что в кривых 1>1 и Ьа, полу-;нных по геодезическим данным, зафиксировано напряженное состояние >рных пород на момент 11, т.е. они "помнят" действительную картину зля накопленных упругих деформаций с момента 1о до момента 11.

Сравнение позиций 113 и 1-23 показывает, что форма кривых 1>1 и Ьг 1 зависит от длительности промежутка (1а - 11), т.е. она остается ютоянной во времени. Из этого следует одно очень важное обстоя-льство - такие "геодезические кривые" могут быть определены из вторных измерений, выполняемых как сразу после землетрясения, так несколько позже.

Детальный анализ геодезических кривых, их взаимного расположения расположения относительно породившего их разлома (рис.4,6,7) убеж-эт в том, что по результатам геодезических измерений, выполненных очаговой гоне в промежутке между 1о и 1г, а также после 1г (зем-грясения),. можно получить следующую информацию.

зоне землетрясения Танго 1927 г. (разлом Гоиура).

Рис.7. График горизонтальных смещений геодезических пунктов в очаговой зоне землетрясения Танго 1927 г. Пункты спроецированы на вертикальнуп плоскость, перпендикулярную к разлому Гомура.

1.Максимальную сумму накопленных к моменту ^ (момент выполнения исходных геодевических измерений) упругих сейсмогенных смещений (с!] + (За). Где с^- максимальное упругое смещение, накопленное между г 11 левым блоком (на рисунке), а ёг - то же самое для правого блока.

2.Максимальную сумму накопленных в очаге сейсмогенных смещение (с^+сЗг+сЗз), где сЗз - максимальное упругое смещение горных пород, накопленное между моментами 11 и Ьг (землетрясение).

3.Ширину очаговой зоны X (С1О1+О2С2) - горизонтальный разме{

очага в перпендикулярном разлому направлении. С^ и С-2. - асимптотические точки геодезических деформационных кривых.

4.Среднюю скорость накопления упругих сейсмогенных деформаций, •вычисляемую по следующей формуле:

г = б3/лЬ (1).

где А 1=^241.

5.Время подготовки землетрясения:

с^+ёа+йз

Тп = -;---(2).

г

6.Предельную накопленную сдвиговую деформацию, которую выдерживают горные породы - угол г.

7.Закон накопления упругих деформаций.

Согласно В.А.Магницкому (1965) рассматриваемый упругий изгиб удовлетворительно описывается кривыми

с! = Ае"-* с3) •

где с! - величина упругого смещения рассматриваемой точки земной поверхности; х - удаление этой точки от разлома; А,и- числовые параметры.

Совершенно очевидно, что деформированное состояние всех частей эеальной среды не будет однозначно определяться формулой (3) из-за раздробленности среды и наличия в ней реологических неоднородностей. 1оэтому для надежного определения закона упругого деформирования :реды следует пользоваться статистико-вероятностными методами, т.е. отределять эту закономерность по большому количеству точек наблюде-шй. ' При проведении высокоточных геодезических измерений величина зтклонения (разброс) точек наблюдений от вычисленной экспоненциаль-гай кривой и будет мерой отступления реальной среды от модели (упру-'ое тело).

Ранее было отмечено, что экспериментальные данные согласуются с юнсвными выводами деформационной модели. Этими данными являются результаты повторных измерений в геодезических сетях, покрываюпщх эпи-;ентральные зоны случившихся сильных землетрясений. В настоящее вре-я известно более десятка таких примеров; некоторые из них показаны а рис.4. Мы остановимся на самом представительном по количеству таек наблюдений - землетрясении в Танго (Япония). Данные по этому емлетрясению представлены на рис.8 и 7.

На рис.6 показаны векторы смещений геодезических пунктов в эпи-

центральной зоне землетрясения, произошедшего 7 мая 1927 г. Указанные векторы получены по данным триангуляционных измерении 1886 год: (исходная триангуляция) и 1930 года (повторная триангуляция). Боле' наглядно распределение смещений этих пунктов в зависимости от ш удаления от разлома Гомура представлено на рис.7. Сравнение этогс рисунка с рис.5 (позиция ^З) убеждает в поразительном подобии картин смещений и деформаций для принятой нами модели и полученных и; экспериментальных данных. С учетом изложенной выше истории создали; модели и ее обоснования можно считать обоснованным вывод о том, чтс это подобие рисунков не является случайным и что рассматриваемая модель подготовки очага землетрясения соответствует реальному тектоно-сейсмическому процессу.

Из анализа данных повторных геодезических измерений в зоне землетрясения Танго можно получить следующие сведения об его очаге з процессе подготовки этого землетрясения. Ширина зоны подготовки ) составляет около 44 км (С1О1+О2С2). Всю длину очага определить нельзя из-за того, что он располагается как на суше, так и в море. Расположенная на суше чзсть очага имела длину около 20 км. Общая сумм; накопленных в очага упругих сейсмогенных смещений составила 3.4 I (с11+с12+с1з). Если процесс подготовки очага был равномерным, то га времени выполнения исходной триангуляции (11,1885 г.) горные пород-в очаге уже были изогнуты на величину в 2.6 м (с!1+бг). С 1886 г п 1930 г. в очаге накопилось еще 0.8 м смещений (с!з). Из-за того, чт! землетрясение случилось в 1927 году, а повторная триангуляция был выполнена в 1930 году, действительное значение накопленных упруги: смещений будет несколько меньше. Но это различие не превысит одно-го-двух процентов от общей суммы и поэтому в наших расчетах его можно не учитывать. Средняя скорость накопления упругих деформаций составила около 2 см/год. При условии ее постоянства подготовка землетрясения Танго длилась около 170 лет,т.е. очаг этого землетрясени зародился примерно в 1750 году (Ьо)- Предельная сдвиговая деформаци лежит между Ю-3 - 10~4. Упругие смещения в очаге накапливались п следующему закону:

с1 = 1.5е-°-14* (4).

Влияние неоднородностей среды, локальные смещения геодезически пунктов из-за динамических воздействий при землетрясении и прочи влияния, оцененные по разбросу наблюдавшихся точек, составили окол 8 см при максимальном отклонении от кривой до 25 см.

Итак, теоретические соображения и имеющееся зксггерш^нтальные данные убеждают нас в том, что с помощью геодезического метода можно определить следующее: а) размеры очагов произошедших землетрясений; 5} параметры и характеристики механических процессов е очагах; в) временные интервалы подготовки землетрясений. Однако, как нетрудно догадаться, этим не исчерпываются возможности геодезического метода в проблемах сейсмичности. Все вышеизложенное позволяет сделать обоснованный вывод о тем, что геодезический метод можно с успехом использовать для обнаружения объемов горных пород, в которых идет процесс накопления упругих сейсмогенных деформаций, благодаря чему открываются реальные перспективы для научно обоснованного использования геодезического' метода в проблеме прогноза землетрясений и в первую очередь для точного и достоверного прогнозирования мест подготовки сильных землетрясений.

4. МЕСТО ГЕОДЕЗИИ В ПРОБЛЕМЕ ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.

4.1. К истории вопроса.

Время появления обоснованных представлений о тектоническом происхождении сильных землетрясений относится, по крайней мере, ко второй половике прошлого века и тогда же была угадана значимость геодезического метода в решении проблемы прогноза землетрясений. Есть веские основания считать, что первым в России, а может быть и вообще первым, предложил и стал использовать метод повторных геодезический измерений для изучения тектонических движений в связи с сейсмичностью выдающийся русской ученый И.В.Мушкетов. Еще в 1887 году, сра-?у после Еерненскай сейсмической катастрофы, им для указанных целей Зыл проложен нивелирный ход от г.Верного (Алма-Ата) до берегов озера 1ссык-Куль. По настоянию И.В.Мушкетова в 1900 году были выполнены товторные триангуляционные измерения в эпицентральной зоне Ахалка-закского землетрясения 1899 года. Вот что по этому поводу написали ?го ученики В.Н.Вебер и П.Е.Воларовпч.

"Проф. Мушкетов поднял вопрос об изменении координат тригонометрических пунктов после землетрясений и поэтому ходатайствовал перед }ачальником Кавказского Военно-Топографического Отдела о производстве поверочной триангуляции в Ахалкалакском уезде, что и было испол-

нено летсм 1900 г. Свое пожелание с производстве повторных определений географических пунктов Иван Васильевич высказал еще в своей монографии о Верненском землетрясении 28-го мая 1887 г., но производство поверочной триангуляции после землетрясений впервые в России было сделано только для Ахалкалакского землетрясения 19-го декабря 1899 г. Хотя поверочная ахалкалакская триангуляция и не обнаружила особенно резких изменений координат, однако всё-таки возможность таких измерений отрицать нельзя; поэтому, надо надеяться, что идея проф. И.В.Мушкетова найдёт себе применение при изучении русских землетрясений" (Мушкетов, 1903, стр.VIII). К сожалению блестящий научный путь И.В.Мушкетова был прерван ранней смертью в 1902 году, но его идея использования повторных геодезических измерений для изучения землетрясений Ескоре была блестяще реализована в США.

В 1906 г. в Калифорнии случилась сейсмическая катастрофа (М=8.3), при которой общая длина сдвинувшегося при землетрясении участка разлома Сан-Андреас исчислялась сотнями километров (более 400 км), а взаимные смещения смежных бортов разлома измерялись метрами (до 6 м). После землетрясения были выполнены повторные триангуляционные измерения на обширной территории, полностью и с большим запасом перекрывшей его эпицентральную зону. Результаты этой работы превзошли все ожидания: благодаря внушительным размера деформированного землетрясением участка земной поверхности и её значительным смещениям (чего кстати не было при Ахалкалакском землетрясении) даже при редком расположении пунктов триангуляции удалось достоверно определить действительные величины их смещений на различнах удалениях от разлома. Именно эти геодезические данные и были основой предложенной Рейдом "Теории упругой отдачи".

Следует отметить, что в. этой теории Рейдом была допущена лишь одна принципиальная ошибка: некорректно имитируя процессы накопления упругих сейсмогенных . деформаций в сейсмогенной зоне с помощью небольших пластинок желе, он пришел к ложному выводу о том, что сейс-могенные деформации должны быть деформациями однородного сдвига, тогда как в действительности такие деформации являются деформациями упругого изгиба. Представляет интерес аргументация отрицания Рейдом изгиба земной поверхности, установленного по .геодезическим данным.

"Все явления находятся в тесном согласии с описанными Еыше лабораторными экспериментами. Главное различие состоит в том, что прямая линия, секущзя разлом на земной поверхности не была разорвана в две

прямые линии, как в лабораторном эксперименте, но е дне «скривленные линии. !.!ы приписываем это искривление1 тому факту, что силы, которые породили смещение поверхности Земли были приложены под земной корой, тогда как в лабораторном эксперименте они были приложены к Енеш-;ней границе желе" (Ке1с1, 1911, р. 424).

Если учесть уровень знаний того времени о строении земной коры, о закономерностях изменений с глубиной реологических характеристик ее вещества, то в этом заблуждении ничего особенного нет. Однако несомненно и то, что это заблуждение одного из первых ученых, догадавшегося об истинных причинах возникновения сильных землетрясений, не могло не оказать влияние на формирование последующих представлений о действительном характере поля напряжений, порождающего землетрясение. Можно полагать, что не будь этого "рейдовского локального поля однородного сдвига", не нашло бы столь дружного признания и "рихте-роЕское региональное поле однородного сдвига".

Что касается метода обнаружения готовящихся очагов землетрясений, то рекомендации Рейда были однозначны и конкретны - использовать для этой цели метод повторных геодезических измерений.

Выше уже отмечалось, что в Калифорнии предпринимались попытки реализовать идеи Рейда на практике (Рихтер, 1963) , но делалось это столь неумело, что конечно же привело к их дискредитации. Может быть именно с этих недостаточно продуманных попыток использования геодезического метода и начался кризис в проблеме прогноза землетрясений - американцы разочаровались в опороченном методе. Очевидно синдром неуспеха был настолько силён, что и теперь геодезические построения на сейсмогенных разломах США рассчитаны на что угодно, но только не на обнаружение мест готовящихся очагов землетрясений. Можно почти не сомневаться в том, что на сегодняшний день это является единственной причиной отсутствия точного прогноза мест подготовки сейсмических катастроф в Калифорнии.

Ярким примером сказанному является случившееся неожиданным разрушительное землетрясение в Сан-Франциско в 1989 г. и такое положение будет сохраняться до тех пор, пока американские учёные не изменят свое отношение к геодезическому методу и не заставят служить прогнозу землетрясений сильные стороны этого метода.

Как уже отмечалось выше, в нашей стране использованию геодезического метода для прогноза землетрясений придавалось большое значение. Это нашло отражение уже в первой программе по прогнозу землет-

рясеннй, разработанной выдающимся русским сейсмологом Б.Б.Голицыны; (1960). Однако в силу разных причин планомерные, целенаправленные., научно обоснованные исследования по проблеме прогноза в налей страна были начаты лишь в 1949 г. - после Ашхабадской сейсмической катастрофы 1948 г. Крайне существенно то, что программа этих исследованш была разработана выдающимся советским сейсмологом, директором Института физики Земли АН СССР академиком Г.А.Гаыбурцевым. Предложенные им "Перспективный плач исследований по проблеме "Изыскание и развитие методов прогноза землетрясений" (Развитие идей ...,1982) и программа исследований столь продуманы и обоснованы, что все последующие аналогичные программы являются па-существу их развитием, но, к сожалей™, не совсем удачным.

Из приведённых ранее соображений Г.А.Гамбурцева (2.2. Локальная концепция) с полной определенностью следует, что причину сейсмических явлений он видел в тектонических движениях блоков земной коры, т.е. в механических перемещениях ее материала и поэтому для целей прогноза землетрясений считал необходимым заниматься всесторонними исследованиями смещений и деформаций земной' коры как геофизическими (деформометрия, наклонометрия), так и геодезическими методами. Однако развернуть такие исследования Гамбурцеву не пришлось - этому помешала внезапная смерть.

Существенный и противоречивый след в проблеме прогноза оставил Ч.Ф.Рихтер, который в своей, получившей широкое признание "Элементарной сейсмологии" сначала (1963, стр.181-182) сделал попытку опровергнуть основную идею Рейда: о концентрации сейсмогенных напряжений в узкой зоне вокруг разлома (в локальном объёме горных пород - очаге землетрясения), а затем полностью-к ней присоединился, так как написал следующее: "Есть отдаленная надежда, что, быть может, без точного предсказания даты окажется возможным обнаруживать накопление деформаций в направлении возникновения сильного землетрясения в данном районе пли, возможно, на данном разломе... Непосредственным способом изучения накопления деформации является повторная триангуляция и точная нивелировка...", (1963,стр.359). Этот пример делает честь Ч.Ф.Рихтеру как ученому, не побояшемуся отказаться от собственных заблуждений.

Убежденными и последовательными сторонниками использование геодезического метода были выдающиеся советские ученые Ю.А.Мещеряков г. Ю.В. Ризниченко,. а в настоящее время возможности этого метода весьма

однозначно оценивает директор Института механики МГУ академик С.С.Григорян: "Тагам образом, характерные смещения точек земной поверхности над очаговой зоной достигают величин, вполне доступных регистрации и измерению наземными и аэрокосмическими средствами, так что соответствующая геометрическая аномалия может чётко регистрироваться современными средствами и использоваться для целей прогноза" (1989, стр.1085).

Итак, мы в праве заключить, что необходимость и перспективность использования геодезического метода в проблеме прогноза землетрясений понималась давно и многими. Логика подсказывала, что именно этот метод пригоден для отслеживания процесса накопления упругих сейсмо-генных деформаций в готовящемся очаге землетрясения, т.е. для детерминированного и точного определения местонахождения этого очага. Но, как это ни странно, и действительный вид сейсмогенной деформации (деформационного предвестника) и размеры площади ее распространения оставались совершенно неясными и спорными.

Существовавшее еще совсем недавно состояние полной неопределенности в представлениях о прогнозном признаке сейсмогенных деформаций понял и прекрасно выразил Ю.А.Мещеряков. "Включение исследований движений земной коры в комплекс работ по прогнозу землетрясений теоретически оправдано. Так называемые медленные (вековые) движения земной коры, выявляемые геодезическими методами, и быстрые (сейсмические) имеют общий источник происхождения. Между этими двумя видами движений несомненно существует закономерная связь в пространстве и во времени. Сущность и формы такой связи еще далеко не познаны, но можно высказать твердую уверенность в том, что выявление существующих в этом отношении закономерностей позволит по особенностям медленных движений земной коры судить о сейсмическом режиме той или иной территории" (1973, стр.94).

Эти соображения Ю.А.Мещерякова, одного из энтузиастов и активнейшего пропагандиста использования геодезического метода для изучения современных тектонических движений земной коры и прогноза землетрясении, прозвучали в то время, когда в СССР развернулись достаточно широкомасштабные геодезические исследования на геодинамических полигонах. Толчком для начала этих исследований послужило Ташкентское землетрясение '1966 г. Академическими институтами и Предприятиями ГУГК были созданы десятки таких полигонов, но проведенные на этих полигонах интенсивные геодезические исследования, нацеленные на по-

иски деформационных предвестников, сказались малоэффективными.

В свете вышеизложенного это, конечно же, не является неожиданным. Незнание действительного вида и размеров прямого деформационного предвестника не позволило создать на прогнозных полигонах геодезические построения по размерам, форме и взаимному расположению I них пунктов, отвечающие своему основному назначению: обнаружен™ готовящихся очагов землетрясений. Стандартная же плотность пунктов геодезических сетей недостаточна для -обнаружения и уверенного выделения сравнительно узких (5-10 км), сильно деформированных подготовког землетрясений участков земной поверхности очаговых зон.

Можно не сомневаться, что уже не один раз повторными геодезическими измерениями были зафиксированы упругие смещения, обусловленные подготовками сильных землетрясений, но так как при редкой сети пунктов это могло фиксироваться всего лишь отдельными пунктами, то такие результаты считали браком в работе и отбрасывали. Кроме того, отмеченное выше незнание действительного вида деформационного предвестника не позволяло правильно интерпретировать любые полученные результаты и поэтому трактовали их иначе (Пискулин, 1986).

По существу геодезические исследования того времени соответствовали пресловутым "поисками пятака под фонарем", так как в подражание другим методам мы геодезисты считали своей главной задачей лишь поиски различных разрозненных аномалий в смещениях и деформациях земной поверхности, которые тем или иным образом пытались связывать с прогнозом. Десятилетия исследований показали ошибочность этого пути.

Итак, началом кризиса в проблеме прогноза землетрясений можно считать предпринятые в начале века американскими учёными неудачные попытки реализовать на практике идей Рейда. Это неудачное начало привело к печальным последствиям: упустив, возможность обнаруживать непосредственный деформационный предвестник методом решения прямой задачи, исследователи направили все усилия на реализацию проблемы прогноза методом решения обратных задач. Результат общеизвестен -проблема заведена в естественный тупик.

В свете изложенных выше представлений Г.А.Гамбурцева о происхождении сейсмичности можно было ожидать, что он мог бы вернуть проблему на правильный путь, но внезапная смерть прервала начатые им исследования по прогнозу в самом их начале и его идеи о "глубоком изучении всех деталей механизма быстрых и медленных движений блоков земной коры сейсмоактивных районов" не получили должного развития.

- -к*»?

Таким образом, с полным основанием можно говорить о том, что юпчины кризиса в проблеме прогноза землетрясений обусловлены в пер-¡ую очередь незнанием действительных возможностей геодезического метода б этой проблеме.

Подтверждение этому, на первый взгляд парадоксальному заключенно, можно найти в книге двух наших известных сейсмологов.

"Теперь нам известно, что искать будущие землетрясения нужно •ам, где в недрах литосферы копится энергия деформации сдвига и где ють подходящие разломы для её выделения... Но как узнать, где нап->яжения могут копиться, а где они тихо и незаметно рассасываются в результате спокойных, тихих процессов ползучести?... Итак, первая ¡еудача: нет простого способа узнать, где в литосфере копится упру-•ая энергия перекоса. Нет общих явных признаков таких мест" (Друмя, 1ебалин, 1985, стр.132-133).

Это высказывание яснее ясного говорит о том, насколько в те годы гченые, причастные к проблеме прогноза землетрясений, были далеки от юнимания действительных возможностей геодезии в этой проблеме. Но йвершенно очевидно и то, что в прогнозе местоположения готовящегося >чага землетрясения А.В.Друмя и Н.В.Шебалин вслед за Мушкетовым, 'ейдом, Гамбурцевым, Рихтером и Мещеряковым вполне обоснованно паль-V первенства отдали изучению закономерностей протекания механичес-31Х., деформационных процессов.

Что касается современного состояния рассматриваемой проблемы, то >но очень точно охарактеризовано директором ОИФЗ РАН академиком ¡.Н.Страховым: "Нельзя не упомянуть о трёх немаловажных проблемах исто психологического плана. Первая из них - психологический климат ;реди учёных, занимающихся вопросами оценки сейсмической опасности и [рогноза землетрясений. Естественно ожидать, что сам гуманный харак-•ер стоящих перед ними задач должен был бы сплачивать их. На самом ;еле ничего подобного нет - специалисты разбились на ряд соперничаю-дх группировок, занятых бесконечной неконструктивной критикой и заимными обвинениями, и если в публичных выступлениях политес ещё ак-то соблюдается, то в кулуарах страсти переходят все мыслимые раницы... Так что оздоровление психологического климата в среде ■чёных-сейсмологов - одна из первейших задач, решать которую, как :не кажется,' можно, только используя общественное воздействие" 1989, стр.9).

4.2. Деформационные параметры очагов сильных землетрясений.

Исследованиями последних лет, выполненными с целью_ выяснени; действительных возможностей деформационного (геодезического) методе в решении проблемы прогноза землетрясений, удалось установить, что I этом методе заложены потенциальные возможности, надлежащее использование которых способно вывести рассматриваемую проблему из тупика. Эти недавно открытые возможности геодезического метода базируются I основном на результатах тщательного анализа данных о смещениях геодезических пунктов, порождаемых сильными коровыми землетрясениями.

Анализ этих данных выполнен с учетом современных представлений с внутреннем строении и реологии земной коры и литосферы. Основными ие этих представлений являются следующие:, наличие активных глубинных разломов, представляющих собой структуры,, обеспечивающие долговременные и направленные тектонические смещения; приуроченность очагоЕ сильных короеых землетрясений к глубинным разломам; реологическая расслоенность коры и литосферы в вертикальном разрезе, ограничивающая формирование очагов сильных коровых землетрясений лишь пределами сейсмогенного слоя земной коры. Результаты такого анализа можне представить в виде следующих выводов:

1. Очаги сильных коровых землетрясений генетически связаны с активными тектоническими разломами. Причины зарождения, созревания и разрушения таких очагов в тех или иных участках разломов связаны с полным прекращением или существенным уменьшением тектонических смещений на этих участках. Как уже отмечалось, Г.А.Гамбурцев (1960) такие участки назвал "спайками":. Чем длиннее такая "спайка", тем больше сейсмической энергии она способна накопить.

2. При подготовке очага сильного корового землетрясения сейсмо-генные деформации накапливаются по всей толще сейсмогенного "упругого" слоя земной коры: от земной поверхности и до его подошвы (10-25 га). Это находит подтверждение в пространственном распределении аф-тершоков сильных коровых землетрясений (Арефьев и др., 1993). Рис.1.

3. Вопреки укоренившимся представлениям о том, что сейсмогенной деформацией является упругий однородный сдвиг, установлено, что в действительности такая деформация представляет собой неоднородный, но закономерно изменяющийся в пространстве упругий сдвиг, т.е. закономерный упругий изгиб горных пород в готовящемся очаге землетрясе-

тая•(Магницкий, 1965; Певнев, 198?).

4. Накапливаемый горными породами готовящегося очага землетрясения упругий сейсмогенныи изгиб распределяется в этом очаге экспоненциально: он максимален в центральной части сейсмогенной зоны и быстро убывает в обе стороны от этой зоны к периферийным, боковым частям зчага. Е общем случае упругая деформационная кривая имеет в очаге зпд двух отрезков, симметричных относительно центральной точки. Мак-:имальное изменение кривизны кривой совпадает с ортогональны!/! к поверхности разлома направлением.

5. Е очагах сильных землетрясений (М>7) указанный упругий изгиб Фоннкает в тела контактирующих по сепсмогенному разлому блоков на .0-25 км, т.е. полная ширина зоны накопления упругого изгиба (ширина гчага) составляет 20-50 км. Максимальные упругие смещения горных по-юд в очагах сильных землетрясений измеряются метрами.

6. Земная поверхность, являющаяся верхней границей готовящегося >чага сильного корового землетрясения, также подвергается нарастаю-;ему во времени закономерному изгибу. Факт упругого изгибания земной юверхности над очагами землетрясений достоверно подтверждается экс-[ериментальными данными - закономерными смещениями геодезических [унктов в эпицентрзльных областях сильных коровых землетрясений (Ке-сЗ, 1910; ТзиЬш, 1932; Магницкий, 1965; Рикитаке, 1979; Касахара, 985; Певнев,1987). Рис.4.

7. Нарастающий во времени закономерный изгиб земной поверхности :вляется единственным достоверным признаком, однозначно указывающим а то, что в исследуемой части сейсмогенной зоны идет процесс накол-:ения сейсмогенных деформаций.

Без сомнения главным результатом выполненных исследований являйся установление факта существования единственного, прямого, поддающегося непосредственному измерению и единственного достоверного рлзнака подготовки очага землетрясения. Таким признаком - предвест-иком готовящегося землетрясения - является закономерная деформация емной поверхности над зреющим очагом. Исследования позволила опре-елить и те параметры деформационного поля очага, знание которых не-бходимо и достаточно для осуществления двух прогнозов: точного рогноза места очага и его максимально возможной силы.

С полной определенностью можно говорить о том,, что единственным дючом к достоверному прогнозу места готовящегося очага является за-ономерныи изгиб земной поверхности, максимальный в ортогональном к

разлому направлении.

Реальный путь к прогнозу максимально возможной силы будущег землетрясения лежит через определение размеров участка земной по верхности закономерно деформируемого подготовкой землетрясения, т.е путем непосредственного измерения на земной поверхности длины и ши рины очага, а при соблюдении определенных условий также и величин) накопленных сейсмогенных деформаций.

Одним из главных параметров для определения максимально воз'мож-ной силы является величина накопленных в очаге деформаций упругой изгиба (см. табл.1), но измерение ее полной величины не всегда возможно. В том случае, когда на том или ином участке сейсмогенной зош подготовка очага начинается уже после начала функционирования описанной ниже прогнозной системы, имеется реальная возможность определять полную величину накопленных в очаге сейсмогенных деформаций. Если же прогнозная система начинает функционировать над уже готовящимся очагом, то в этом случае остается неизвестной величина упругого изгиба, накопленная к моменту создания такой системы. Оценочные прикидки этой величины возможны (Певнев,1988), но не более того.

4.3. Выбор метода, способного обеспечить непосредственное измерение упругого сейсмогенного изгиба горных пород.

Итак, нам удалось выделить достоверный прогнозный признак подготовки очага землетрясения и теперь необходимо определить метод (методы) с помощью которого (которых) возможна реализация указанных прогнозов. Приступая к такому рассмотрению, следует иметь в виду, что речь идет о необходимости измерения величин смещений (абсолютных деформаций) в единой системе координат на площадях с линейными размерами в десятки километров. Это требование диктуется в первую очередь размерами ширины очагов землетрясений: 20-50 км. Выполнение этого требования обязательно, так как гарантировать определение действительного интегрального вида искомой кривой можно лишь при условии измерения относительно единого начала всех необходимых для. ее построения элементов. Решить данную задачу можно посредством метода, обладающего следующими тремя разрешениями:

1. Масштабным (пространственным) - векторы смещений точек наблюдений должны определяться в единой системе координат на значительны;-: базах - до десятков километров.

-, до -

2. Разрешением вида деформирования - система наблюдаемых точек олжна обеспечивать уверенное определение формы пространственной де-орыационной кривой на всем ее протяжении.

3. Точностным - достаточной точностью измерения взаимных смеще-ий точек можно считать величину 10~б. Такая точность достаточна для остоверной регистрации накапливаемых над готовящимися очагами упру-пх смещении, абсолютные величины которых для сильных землетрясений емеряются дециметрами и метрами. Предельная сдвиговая деформация орных пород в очагах сильных землетрясений заключена между величи-зми 10~3 - 10~4.

Как известно, среди методов, используемых в проблеме прогноза эмлетрясенпн имеются три, которые позволяют определять смещения и эформацин гарных пород: сейсмологический, деформационный геофизи-эский'(тензодатчики, деформометры, наклономеры) и геодезический.

О сейсмологическом методе можно с полной определенностью гово-лть, что он непригоден для таких определений по своей физической /ти. Из всей совокупности движений материала Земли этот метод фик-ярует лишь один и очень узкий спектр движений - разрозненные сейс-таеские подвижки, возникающие лишь при быстром сбросе той или иной эрции предварительна накопленных в горных пародах упругих сейсмо-гнных деформаций (напряжений). Совершенно'очевидно, что эти только эазрядные" подвижки фиксировать процесс накопления сейсмогенных де-зрмаций никоим образом не могут.

Тагам образом, сейсмологический метод, не обладающий возможнос-1ми фиксировать процесс накопления сейсмогенных напряжений (дефор-щий) в том или ином объеме горных пород и определять действительна вид их деформирования, не может быть использован для осуществлен ш точного и достоверного прогноза места подготовки очага землетрн->ния. Да это собственно и подтверждают долговременные и достаточно ленсивные сейсмологические исследования. Если бы сейсмологическому иоду было доступно определение точного местоположения готовящегося [зга, то эта задача была бы уже давно успешна решена.

Имеющий очень большие точностные возможности деформационный ме->д не обладает в настоящее время ни масштабным разрешением, ни раз-шением по виду деформирования и поэтому для указанной цели также пригоден. Ситуация может измениться к лучшему лишь в том случае, ли будут созданы системы наблюдений, которые позволят фиксировать бо закономерно изменяющийся сдвиг на базах в километры и десятки

километров, либо нарастающий во времени упругий сейсмогенный изгиС горных пород на тех же базах.

Из трех вышеназваннах методов лишь геодезический обладает воем1 разрешениями, позволяющими реализовать точный прогноз места и силь готовящегося сильного землетрясения. Что касается разрешений по точности и масштабу, то современные высокоточные геодезические методь позволяют определять вертикальные и горизонтальные компоненты смещений на базах в километры и более с точностью до нескольких единш. седьмого знача. Разрешение вида деформирования можно обеспечить с помощью специальных геодезических построений, имеющих достаточное количество пунктов наблюдений (датчиков смещений), взаимное расположение которых в пространстве соответствует решаемой задаче.

«

4.4. Прогноз места и силы готовящегося очага землетрясения.

Итак, для осуществления точного прогноза места очага и его силь необходимо обнаружить участок сейсмогенной зоны, испытывающий закономерное упругое изгибание и определить его размеры. Именно решению этой задачи должны быть подчинены вид и размеры специальных геодезических построений, количество пунктов и их взаимное расположение в этих построениях.

Так как ширина очаговой зоны составляет 20-ВО км, то совершенно очевидно, что для определения полной длины искомой кривой необходимо, чтобы геодезическое построение полностью перекрывало эту зону. Таким образом, в ортогональном к сейсмогенному разлому направлении размеры геодезического построения должны быть порядка 30-6D км. Если сейсмогенная зона совпадает с зоной раздела между сушей и водой (например на Камчатке или на черноморском побережье Кавказа), то можно ограничиться созданием прогнозных геодезических построений только на суше, т.е. для поиска деформационного предвестника использовать лишь половину ширины сейсмогенной зоны.

Что касается размеров построения вдоль разломной зоны, то, конечно же, было ■ бы идеальным иметь специальные геодезические сети, полностью перекрывающие сейсмогенные зоны. Однако, если это даже и будет возможно в будущем, то на начальном этапе исследований можно ограничиться' рассекающими сейсмогенную зону сравнительно узкими построениями - от прямолинейной (створ) или слабо изогнутой линии и до того или иного вида геодезической сети шириной около километра.

.Следует отметить, что в арсенале геодезии имеется достаточное ;оличество различных форм геодезических построении, которые могут :-ыть взяты на вооружение при создании подобных сетей. Эти формы следует Еыбирать как с учетом необходимой точности определения величин •мещений пунктов, так и с учетом других условий: рельеф, используе-[ая аппаратура, методики измерений. Для мониторинга профилен пригод-:ы как наземные, так и космические методы геодезии. Однако несомнен-:о и то, что если предлагаемая методика использования деформацион-:о-геодезического направления получит в проблеме права гражданства, 'о это откроет для широкую дорогу для творчества - методология, ме-■оды, аппаратура, принципы дискретного и непрерывного мониторинга и р. Дальновидные ученые уже приступают к реализации этих идей (Ваг-арян, 1997). Для удобства указанные построения назовем геодеэичес-ими прогнозными профилями и на рисунках изобразим прямыми линиями рис.8).

г-' Л —

и; >Г 1

ч 7/ 4,1 7г 1

Рис.3.Деформационная модель очага землетрясения.

I - зона сжатия; II - зона растяжения; Ь - участок прекращения движений по разлому ("спайка"); X - ширина очага; линии с точками - геодезические профили.

Для уверенного определения вида деформирования исследуемого частка земной поверхности профиль должен иметь большую густоту унктов. Причем частота расположения пунктов вдоль профиля может ыть переменной:в наиболее деформируемой центральной части сейсмо-енной зоны пункты нужно располагать чаще, а к краям зоны их можно азмещать реже. С учетом экспоненциального вида искомой упругий кри-эй йожно считать оптимальным следующее распределение пунктов вдоль рофиля, В центральной части зоны, примерно на пяти километрах ее лины, расстояния между смежными пунктами целесообразно ограничить ЭО-ми метрами. Дальше эти расстояния могут постепенно возрастать, з не быть более одного километра. Совершенно очевидно, что это ус-эдненные характеристики, которые должны корректироваться для каждо-

го конкретного профиля.

Такое расположение пунктов можно считать оптимальным для фиксации как нарастающего во времени упругого изгиба (максимального в зоне сейсмического шва и вблизи него), так и сбрасываемых напряженш (деформаций), возникающих в очаге при его разрушении, что, как буде-. показано ниже, необходимо для осуществления прогноза времени.

Повторные измерения на таком прогнозном профиле позволят определять действительный вид деформирования исследуемого участка сейсмо-генной зоны и тем самым отвечать на вопрос - готовится или нет i этом месте очаг землетрясения.

Это и есть прямой, реальный путь к точному и достоверному прогнозу местоположения готовящегося очага землетрясения.

Так как сила землетрясения функционально связана с размерами егс очага, то, как уже отмечалось выше, к прогнозу силы готовящегося землетрясения можно подойти через измерение размеров его очага.. Длина и ширина очага готовящегося землетрясения могут быть определень геодезическим методом. Для этого после осуществления прогноза местг на том или ином участке сейсмогенной зоны, который можно рассматривать в качестве готовящегося очага землетрясения, необходимо создай дополнительную систему геодезических прогнозных профилей. Для полно!' уверенности в полном перекрытии геодезическими построениями всей длины готовящегося очага необходимо, чтобы длина участка сейсмогенной зоны, покрываемого дополнительными профилями, превышала длин\ очага максимального для этой сейсмогенной зоны землетрясения. Периодические повторные измерения на такой модернизированной системе прогнозных профилей позволят определять размеры зреющего очага землетрясения и следить за их изменениями.

Так можно решить проблему прогноза максимально возможной оиль готовящегося землетрясения.

4.5. К вопросу о минимальном, разрешаемом геодезическим методом, размере готовящегося очага землетрясения (минимальной прогнозируемой магнитуде).

Для решения вопроса о минимальной силе землетрясения, прогног которой возможен геодезическим методом, и о рациональном размещении геодезических прогнозных профилей вдоль исследуемой сейсмогенной зоны следует воспользоваться среднестатистическими зависимостями межд^/

плои землетрясения - магнптудой М, длиной очага - ь и происходящей ри_землетрясении подеижкой е очаге - 0 (Рпзниченко, 1995). Такие энные приведены в таблице 1.

Таблица 1.

м Ь,км 0, см 1 | М 1 Ь,км Б, см

3 1.1 0.11 ! 1 1 7 62 120

4 3.0 0.62 | [ 8 170 660

5 8.3 3.5 | 1 9 470 2300

6 23 20 1

Величину Б можно считать численно равной максимального/ сейсмо-енному упругому смещению, накопленному в очаге к моменту землетря-ения, т.е. с рассматриваемых нами позиций приемлема формула:

0=с11+с12+с1з (5)

Решение вопроса о минимальной прогнозируемой магнитуде по-су-еству сводится к определению условий, при которых земную поверх-ость над очагом можно считать его верхней границей. Логика подска-ывает, что в этом случае в качестве основного целесообразно исполь-овать масштабный критерий: отношение горизонтального размера очага длины Ь) к его вертикальному размеру V/, которым для сильных землет-ясений является толщина сейсмогенного слоя. Можно полагать, что ес-И'отношение этих размеров удовлетворяет условию Ь/ЭД = 1, т.е. длина чага сопоставима с толщиной сейсмогенного слоя или ее превосходит, о подготовкой очага захватывается по вертикали весь сейсмогенный лой и, следовательно, есть основания земную поверхность считать его ерхнен границей. Так как мощность сейсмогенного слоя составляет 3-25 км, то из приведенной таблицы следует, что этому условию удов-етворяют очаги землетрясений с М-5.5. Если же это отношение меньше цгошцы, то, очевидно, возможны различные варианты расположения по дубине, сравнительно небольших "спаек", формирующих внутри сейсмо-енного слоя очаги землетрясений с М<5. Можно предполагать, что при эрхнем, неглубоком расположении спаек подготовка очага может проявиться на земной поверхности, а при их глубоком расположении упругие акономерные деформации могут ее и не достигать.

Вторым параметром для выбора минимальной пргнозируемой геодев! ческим методом магнитуды является величина максимального упруги смещения в очаге. С учетом современной точности геодезических изм! рений и влияния экзогенных процессов на смещения геодевических пут тов можно полагать, что достоверное выделение упругой кривой возмоа но для М> 5.5.

Учитывая все изложенное можно полагать, что в общем случае гес девический метод может Быть использован' для выделения деформационнс го прогнозного признака для землетрясений с М>5.

4.6. О принципах построения геодезических прогнозных сисуем периодичности их опроса.

Данные таблицы 1 помогут нам также в решении вопроса о целесооС разном размещении геодезических прогнозных профилей вдоль исследуе мой сейсмогенной зоны. Для этого воспользуемся приведенной в таблиг зависимостью М от L. На основании этой зависимости можно заключить что для того чтобы на выбранном по тем или иным соображениям участи сейсмогенной зоны не пропустить подготовку очага землетрясения магнитудой около пяти, длина очага которого около 10 км, прогнозны профили следует располагать вдоль зоны на расстояниях не более 5км. По тем же соображениям для М=6 профили следует располагать при мерно через 15 км, а для М=7 - примерно через 30 км.

Ту или иную совокупность прогнозных профилей, созданную на расс матриваемых принципиальных основах, будем называть геодезическс прогнозной системой. На рис.9 показана схема геодезической прогноз ной системы для территории Восточного Узбекистана.

Размещение прогнозных профилей в предлагаемой для Восточного Уз бекистана геодезической прогнозной системы выполнено с соблюдение следующих условий:

• 1. Не пропустить подготовку очагов землетрясений . с магнитудо семь и более на всей исследуемой территории.

2. Не пропустить подготовку очага с магнитудой шесть и более дл густонаселенных территорий Ферганской долины.

3. Не пропустить подготовку землетрясения с магнитудой пять более в городах и отдельных населенных пункта^.

При определении необходимой частоты опроса прогнозных профиле нужно учитывать два параметра: величину предельных накопленных упру

прогнозных профилей. 1-3 - сейсмогенные зоны с максимально возможными землетрясениями: 1-е могнитудами до 7,5; 2 - до 6,5; 3 - до 5,25; 4 - геодезический прогнозный профиль.

их смещений (di+dg+ds), порождающих землетрясение той или иной силы скорость накопления упругих деформаций т. Зная эти параметры, по ормуле (2) tTn=(di+d2+d3)/v] можно рассчитать время необходимое для одготовки землетрясения, что и позволит установить рациональную астоту опроса профиля. Выше уже отмечалось, что в качестве величины di+ds+ds) можно использовать величину D из табл.1.

Имеющиеся данные свидетельствуют, что величины средних скоростей ектснических смещений блоков земной коры по различным сейсмогенным азлемам могут отличаться примерно на порядок - от первых миллшет-ов до первых сантиметров (Трифонов, 1987). Поэтому мы не очень оши-емся, если для оценочных расчетов времени, необходимого на подго-овку землетрясения той или иной силы, примем среднюю скорость на-зпления упругих деформаций равной 1см/год. При такой величине ско-эсти накопления сейсмогенных деформаций и с учетом значений D из абл.1 на подготовку землетрясения с М=7 уйдет около 120 лет; с М=6 около 4 лет. Поэтому правомерно следующее заключение: чтобы не ропустпть подготовку землетрясений разной силы при скорости накоп-гния сейсмогенных деформаций около 1см/год достаточна следующая зстота опроса прогнозных профилей - для М=7 - через 20-40 лет; для =6 - черев 5-10 лет и для М=5 - через 1-2 года.

4.7. Прогноз времени землетрясения.

Обычно говорят о трех видах такого прогноза: долгосрочном, сред несрочном и краткосрочном. Под долгосрочным можно понимать прогноз означающий, что в очаге идет процесс аккумуляции сейсмогенной знер гии, т.е. очаг находится на первом этапе подготовки - в фазе созидз ния. Средне- и краткосрочный можно считать прогнозами, указывающим на то, что накапливаемые в очаге упругие напряжения уже близки пределу прочности пород и в очаге начинается фаза разрушения. Приче: под среднесрочным прогнозом можно понимать лишь установление сймоп факта начала и развития процесса разрушения в очаге, а под краткосрочным - бесспорный факт подготовки магистрального разрыва и времен; его реализации.

Что касается достоверного долгосрочного прогноза, то можне утверждать, что в настоящее время в таком прогнозе бесспорен приоритет геодезического метода. Это следует из того, что лишь геодезическом] методу доступно выделение единственно достоверного признака формирования очага землетрясения. Теоретически нет никаких препятствий дл5 самого раннего обнаружения очага - на начальной стадии его зарождения. Следовательно этому методу доступно выявление очагов сильны) землетрясений за десятки и более лет до их реализации.

Рассмотрение вопросов достоверного долгосрочного прогноза буде1 неполным без следующих соображений. Для слежения за процессом накопления -упругих напряжений в очаге крайне перспективны также методь точных непосредственных определений величин напряжений или их вариаций в горных породах сейсмогенного слоя. К сожалению точность такзю методов пока явно недостаточна, но она постепенно повышается (Моги, 1988). Также перспективной является возможность использования сейсмических методов для слежения за напряженным состоянием горных пород в очаге с помощью искусственных источников её просвечивания (Гамбурцев А.Г., Певнев,1996). Можно надеяться, что в будущем достоверный долгосрочный прогноз будет осуществляться целесообразным сочетанием геодезического метода с методами непосредственного слежения за процессами накопления упругих напряжений и методами, основанными на использовании искусственных источников просвечивания горных пород.

Что же касается остальных используемых в прогнозе методов, то

ЯИ.К2К правило начинают работать лишь тогда, когда готовяцпйсч гчзг зч::кзет переходить е неустойчивое состояние, т.е. на стадии разру-екпя очага, имеющей продолжительность примерно на порядок меньшую гадпи его формирования (Садовский и др.,1987; Григорян, 1989}. Сле-звателько "дальнобойность" этих методов для рассматриваемого нами олгосрсчного прогноза на порядок меньше возможностей методов, поз-гзляющнх отслеживать процессы накопления упругих сейсмогенных дефор-зции (напряжений). Поэтому, конечно же, научно обоснованная страте-ля прогноза с целью раннего выявления готовящегося очага землетря-;нпя долдн быть ориентирована в первую очередь на обнаружение и асшифровку деформационных процессов, создающих этот очаг.

Если с методами достоверного долгосрочного прогноза имеется досрочно обоснованное решение, то о метода-; среднесрочного и краткос-эчнсго прогнозов этого к сожалению пока сказать нельзя. Совершенно itEimHO, что на современном уровне знаний о механических и других арактеристиках среды, в которой происходят сильные землетрясения, 1зний перечня сил и закономерностей их индивидуального и комбиниро-iHHoro воздействия на созревший очаг и многого другого, относящего-ï к проблеме разрушения горных пород в естественных условиях, к гуществленгю указанных прогнозов можно подходить лишь через иэуче-ю закономерностей развития и протекания процессов разрушения оча-)в землетрясений. А так как в настоящее время среди методов прогно-i нет ни одного, способного достоверно определить эти закономернос-I, тс единственно правильным решением поиска таких закономерностей ;Ляется широкое комплексирование методов, т.е. создание специальных змплексных прогнозных систем.

Из смола решаемой задачи следует, что такие комплексные системы злжны иметь разрешения достаточные для отслеживания в различных noix тонкой структуры процесса разрушения горных пород в сейсмогенном ;ое земной коры. Совершенно очевидно, что создавать такие системы 1 значительны;': площадях практически невозможно, но здесь на помощь '¡иходпт геодезический метод, который позволяет осуществлять^габла-щременное обнаружение зреющего очага землетрясения. Благодаря это' открывается реальная возможность создавать кондиционные системы мплексных наблюдений и проводить на них соответствующие решаемой ¡даче комплексные исследования не в случайна или недостаточно обос-¡вано выбранных места«:, а непосредственно над готовящимся очагом млетрясения. Только такой подход может открыть путь к точному

прогнозу времени главных сейсмических событий в созревшем и начавши разрушаться очаге землетрясения.

Аналоги рассматриваемых систем детальных комплексных (в перЕ\ очередь сейсмических) наблюдений тлеются (Введенская, 1982; Грайзе! 1987). Такие системы в случае их оперативного создания апробнруютс на разрушающихся очагах случившихся сильных землетрясений. Удач! построенная система позволяет осуществлять прогноз времени афтершс ков,- т.е. наши соображения о возможности использования таких сиси для прогноза времени землетрясений вполне оправданы.

Имеются все основания считать, что в системах комплексных "очаговых" наблюдений непременно должно функционировать слежение за ра: номасштабными полями смещений и деформаций земной коры (Гаыбурцез 1960; 1982). Здесь крайне уместны следующие соображения Г.А.Гамбу! цева: "Изыскание методов прогноза времени землетрясений следует на равить е первую очередь в сторону поиска механических предвестник! землетрясений. Такие поиски могут быть успешными только в том ел; чае, если они будут основываться на глубоком изучении всех дета® механизма быстрых и медленных движений блоков земной коры сейсмоа тивных районов" (1960, стр.306).

Заканчивая рассмотрение вопроса о прогнозе времени землетрясен: следует остановиться на следующих двух аспектах. Во-первых, на с щественной практической значимости заблаговременного - за многие г ды и десятки лет - прогноза места и силы зреющего очага землетряс ния. Ведь в этом случае появится реальная возможность своевремен осуществить в потенциально опасной зоне все необходимые мероприят для сведения к минимуму любого ущерба от будущего землетрясения. Э уже во власти людей и поэтому будет определяться мерой их рационал ности и гуманных принципов. . • ;

Во-вторых, точное знание местонахождения и размеров зреюще очага землетрясения позволит приступить к опробыванию методов и кусственного воздействия на этот очаг с целью безопасного снятия н капливаемых в нем сейсмогенных напряжений. На современном научной техническом уровнях это вполне реально и если предлагаемая концепг прогноза получит практическое осуществление б недалеком будущем, мы тлеем все шансы быть свидетелями безопасной разрядки очагов зе летрясений.

5. О НЕОБХОДИМОЙ ТОЧНОСТИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.

5.'1. В прогнозе места и максимально возможной силы землетрясения

Вопрос о необходимой точности геодезических измерений целесооб-азно рассматривать с учетом сейсмического риска. Предельными можно читать два случая: а) необходимо быстрейшее установление факта воз-икноЕения очага землетрясения; б) важен лишь сам факт его подготов-t-i. Tat: как единственным достоверным признаком подготовки очага яв-яется упругий изгиб горных пород в этом очаге, то в первом случае эред геодезией ставится вполне конкретная задача: в минимально ко-откий срок по данным повторных измерений установить - имеет или нет юта упругий изгиб горных пород в исследуемом участке сейсмогенной зны. Совершенно очевидно, что такая постановка вопроса требует осу-эствления геодезических измерений с максимально высокой точностью.

В настоящее время имеется аппаратура и методы, позволяющие вы-элнять геодезические измерения с точностью около Ю-7. Очевидно вы-жоточные прогнозные геодезические системы следует создавать на тех гастках сейсмогенных зон, землетрясения в которых представляют по-гнциальную опасность для населения, экологии, а также могут причи-1ть большой материальный ущерб, которого можно избежать или сущест-;нно уменьшить превентивными мерами.

Если же не тлеть в виду максимально быстрое обнаружение готовя-?гося очага землетрясения, а лишь сам факт его подготовки, то воз-эжно использование и менее точных геодезических методов. В этом 1учае определяющим фактором является максимальная энергия прогнози-гемого очага, так как тленно этим определяется величина упругих ^гомогенных смещений горнах пород в очаге. Указанное обстоятельство ззволя'ет для обнаружения разнокалиберных очагов использовать геоде-гоеские методы разной точности. Например, если целью является обнажение очагов, способных породить землетрясение с магнитудой около 1ти, максимальное упругое смещение для которого составляет 3-5 см, ) в этом случае можно считать достаточным определение смещений 'нктов на базах около одного километра с точностью до 3-5 мм. Для 1гнитуды шесть достаточная точность составит 2-3 см, а для магниту-i семь - примерно 10-20 см.

Такой дифференцированный подход к точности геодезических методов

можно использовать при создании геодезических прогнозных систем районах незначительного сейсмического риска.

5.2. В прогнозе времени землетрясения.

Как уже отмечалось Еыше осуществление прогноза времени землетрясения возможно через изучение закономерностей процесса разрушени: горны;-: пород в созревшем очаге. Этот процесс следует отслеживать : различных полях и в тем числе в деформационном. Изучение быстротекущих процессов, при которых происходят как большие, так и малые,'кал закономерные, так и незакономерные смещения и деформации, требу е-, организации непрерывных или достаточно частых высокоточных пзмерени] этих смещений на больших (километры-десятки км) и малых базах (десятки-сотни метров). На больших базах для этих целен можно использовать специальные высокоточные геодезические методы, а на малых - высокочувствительные деформографы и наклономеры в том числе и гидростатические .

Назвать сейчас действительно необходимую точность измерения смещений земной поверхности для рассматриваемой цели достаточно сложно, но определенные соображения высказать можно. Так в качестве отправного явления для таких расчетов можно взять приливные деформацга Земли - приливы в твердой Земле, порождаемые притяжением космически* объектов - в первую очередь Луной и Солнцем. Приливные деформацш измеряются величинами около 10_3. Регулярно повторяющиеся приливы г твердой Земле являются одним из устойчивых факторов, оказывающих влияние на разрушающийся очаг и поэтому их влияние нужно изучать.

Учитывая эти соображения, смещения и деформации над разрушающимся очагом нужно измерять с точностью не ху.же чем 10~э- Однако названную величину нельзя считать пределом, так как при'проведении исследований может оказаться, что и точность в Ю-10 - 10-1л не окажется лишней.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Открыты реальные возможности деформационно-геодевического направления е решении проблема прогноза землетрясений, найден единственно достоверный прямой признак подготовки очага сильного карового землетрясения и обоснована ведущая роль деформационно-геодезического направления в проблеме прогноза землетрясений.

» '2. Раскрыть: возможности геодезического метода в рзгзз£гс:;к* ".'.-толп формирования очага случившегося коревого землетрясения и решена :рсблема использования деформацпонно-геодезхпеского направления для ■тслеянвания процесса накопления упругим сейсмогенных деформации в отовящемся очаге землетрясения.

3.Предложена наиболее адекватная действительности деформационная :одель подготовки очага сильного корового землетрясения, основанная а современны;; знаниях о строении земной коры и ее реологической асслоенности.

.4.Предложены научно обоснованные методика и система обнаружения помощью геодезического метода готовящихся очагов землетрясений, .е. найден путь к решению проблемы точного прогноза места очага и го максимально возможной силы.

5.Предложена ноеэя стратегия прогноза землетрясений, базиругащая-я на возможностях деформационно-геодезического направления в реше-ии этой проблемы.

Итак, из вышеизложенного следует, что в деформационном методе крыты значительные и бесспорные преимущества перед другими метода-и, что делает его незаменимым в проблеме прогноза землетрясений, то дает нам полное право утверждать, что реализацию практически начпмого прогноза следует осуществлять на базе целенаправленного зученпя этим методом закономерностей смещений и деформаций земной оверхности в сейсмогенных зонах.

Сейсмическая активность Земли достаточно высока. Землю ежегодно отрясают 8-10 сейсмических гигантов (М>7), а таких, не очень силь-ых (М-5) землетрясений, как разрушившее центральную часть Ташкента

1966 году, ежегодно случается много сотен. К счастью большая часть емлетрясении происходит в безопасных для человека местах. Но и то равнительно небольшое количество сильных (и не очень) землетрясе-ии, случающихся в города: и густонаселенных местностях и вызывающих еловеческне жертвы и материальные потери настоятельно требу;?т сроч-ого осуществления практически значимого прогноза. В первую очередь еодезические прогнозные системы необходимо создать на тех участках енсмогенных зон, землетрясения в которых несут прямые угрозы чело-еку, его материальны),I богатствам и экологии. Если мы действительно отим положить начало избавлению жителей сейсмогенных регионов от траха ожидания внезапных землетрясений и от .их ужасных последствий,

то переходить к предлагаемой стратегии прогноза следует яегамсллл-

По теме диссертации тлеется более 60 публикации, из которых основными являются следующие:

1. Некоторые задачи и перспективы изучения современны:-: дыжни: земнсй коры. Изв. АН СССР, Физика Земли, 1970, N4, -с.103-111.

2.Slow deformations of the Earth's and thear relation to earthquakes in the USSR. Phys. Earth Planet. Interiors, 6, 1972, p.22*-24C (with M.V.Gzovsky, L.A.Latynina, A.E.Ostrovsky).

3.Geodetic studies and forerunners of earthquakes. TectGnophysics. Vol.14, N3-4, 1972, p.183-183 (with YU.D.Boulang-ег, V.B.Enrnan, P.A.Atrushkevich, E.M.Antonenko).

4.0 характере вертикальных смещений земной поверхности на Гармско! полигоне. Предвестники землетрясений. М. ВИНИТИ. 1973, с.111-120 (с Ю.Д.Буланже).

5.0 Возможности выявления деформаций земной поверхности, связанны: с сейсмичностью, методом повторного нивелирования. Сб. Современны« движения земной коры на геодинамических полигонах. Алма-Ата, 1973. с.4-9 (с Т.Е.Гусевой, В.Е.Энманом, С.В.Знман).

6.Forerunners of strong1 earthquakes as detected by geodetic methods. C5. Проблемы современных движений земной коры. "Валгус", Таллин,1975,с.3-7. (with Y.Boulanger, V.B.Enrnan, P.A.Atrushkevich).

7.0 состоянии и перспективах исследований современных движенш земной коры на геодннамических полигонах СССР. Сб. Современные движения земной коры. Новосибирск, Наука, 1978, с.4-7 (с Ю.Д.Буланже).

8.Displacements of the earth's surface in seismic regions. Studi; g'eoph. et g-eod. N22, 1978, p.298-316 (with YU.D.Bula-ig-er).

9.0 характере современных тектонических движений в зоне Вахпскогс надвига. ДАН СССР. 1978. Том 240, N3, с.637-676 (с Е.К.Кучаем, Т.В.Гусевой).

10.Короткопериодные деформации приповерхностных частей земной корь по данным геодезических измерений. Изв. АН СССР, Физика Земли, N7, '1979, с.18-22 (с Т.В.Гусевой, В.К.Кучаем, В.С.Чудновскпм).

11.Современные движения западной^части хребта Петра Первого по геодезическим и сейсмологическим дачным. Изв. АН СССР, Физика Земли, »5. 1980, с.32-41 (с А.А.Лукком, И.Л.Нерсесовым, С.Л.Юнгой). ,

12.Геодезия и прогноз землетрясений. Современные движения и дефор1

кц;;п земной коры на геодияамических полигонах. '.'.Наука. 1933, •,7-iO (о Ю.Д.Еуланже).

13..Основы прогноза землетрясений (современное состояние проблемати-:п и перспективы прогноза землетрясений). Прогноз землетрясений, з-во "Донна", Душанбе-Москва, МЗ, 1933, с.220 (с М.А.Садовским, '.Н.Авсюком, О.М.Барсуковым и др.).

14.Низкочастотные колебания системы блоков земной коры после зем-етрясения. ДАН СССР. 1983. Том 268, «5, с.1037-1089 (с В.А.Белоко-ытэекм, И.П.Добровольским, Н.И.Медведевым, В.С.Чудноеским).

15.Современные движения, тектоника и сейсмичность западной части ребта Петра Первого в Таджикистане. Комплексные геодинамическпе по-игоны. М. Наука, 1984, с.94-97 (с Т.В.Гусевой, В.И.Шевченко).

16.Некоторые аспекты прогноза мест подготовки сильных коровых зем-етрясений. VII Международный симпозиум по современным движениям емной коры. Таллин, 1986, Тез. докл., с.104.

17.0 прогнозе сильных короЕых землетрясений. Геодезия и картогра-ня, N4, 1987, с.18-23.

18.Деформационная модель очага сильного корового землетрясения. XX сесоюзное тектошгаеское совещание "Актуальные проблемы тектоники JCP и размещения полезных ископаемых".Тез.док. М.1987,с.13. 19.0 механизме накопления упругих деформаций в сейсмогенных зонах. зЕременная динамика литосферы континентов. Тез.докл. М. 1988, с.33. Ю.Прогноз землетрясений - геодезические аспекты проблемы. Изв. АН :'СР, 1988, N12, с.88-98.

■Л.Возможность прогноза сильных землетрясений по геодезическим дан-Изв. еысшнх учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка.N4, М. GÍTAiiK, 1938, с.32-35 (совместно с В.И.Кафтаном). '2.Детерминированный прогноз места и максимально возможной силы ко-звого землетрясения. Международный симпозиум "Геодезия - сейсмолога: деформации и прогноз. Тез. докл. М. 1989, с.139-140. Í3.Детерминированный геодезический прогноз мест подготовки сильных )ровых землетрясений. Сб. Прогноз землетрясений, N11. Геодезшеские гтоды исследований. Душанбе-Москва. "Дониш", "1989, с. 11-24. 'Л. Деформационная модель очага сильного корового землетрясения, ¡временная геодинамика и глубинное строение территории СССР. М. На-1В, 1990, с.85-94.

:5.Прогноз землетрясений - миф или реальность? Геодезия и картогра-га. 1990, N8, с.14-20.

25.Пути прогноза землетрясений. Геодезия и картография. 1990, N11 с.11-16.

27.Модель накопления упругих деформаций в сейсмогенной зоне. Всесоюзное совещание "Тектонсфизические аспекты разломообразования в литосфере". Тез. докл., Иркутск, 1990, с.7.

28.Еще раз о новой стратегии прогноза землетрясений. Геодезия i картография. 1992, N 8, с.22-25.

29.The prediction of strong earthquakes. Tectonophysics, Vol.202, i 2-4, 1992, p.97-100.

30.0 новой стратегии прогноза землетрясений. Разработка концепция мониторинга природно-технических систем. Т.2. Методика и результат! геодинамического мониторинга природно-технических объектов. М. ИФЕ РАН, 1993, с.185-189.

31.On a new strategy of the earthquake forecast. Journal of earthquake prediction research. Vol.4, N 1, 1995, p.122-125.

32.On the proposed GPS network for the earthquake predictions ir the North Caucasus. XXI General Assembly, Abstracts GA31C-07, 1995, p.A-35 (with S.K.Tatevian).

33.A design of the control GPS network for the recent geodynamic studies in Russia. XXI General Assembly, Abstracts GA41A-13, 1995, p.A-39 (with S.K.Tatevian).

34.The geodetic prediction of strong earthquakes. XXI General Assembly, Abstracts SA41F-9, 1995, p.A-403.

35.0 перспективах геодезического и сейсмического мониторинга npi: прогнозе землетрясений. Геофизика. Научно-технический журнал Евро -Азиатского геофизического общества. 1996, N4, с.35-41 (с. А.Г.Гам-бурцевым).

36.Прогноз, землетрясений - некоторые аспекты истории. Геодезия г картография. 1996, N 11, с.24-29.

37.Почему геодезия? Геодезия и картография. 1997, N3, с.27-32.

Подп. к печати 12.04.98 Формат 60X90 Бумага офсетная Печ. л. 3,0 Уч.-изд. л. 3,0 ■ Тираж 100 экз. Заказ № 94 Цена договорная

МосГУГиК 103064, Москва К-64, Гороховский пер., 4