Опыт краткосрочного прогноза времени, места и силы камчатских землетрясений 1996-2000 гг.
Камчатка является одним из наиболее простых по своему строению участков субдукции Тихоокеанского сейсмического пояса, что позволяет считать ее удобным и перспективным полигоном для постановки и решения задач геодинамики и прогноза землетрясений. На урбанизированных территориях риск от землетрясений во многом определяется их огромной разрушительной силой и внезапностью возникновения. Внезапность возникновения землетрясений связана с тем, что в мире до настоящего времени не научились эффективно прогнозировать землетрясения с необходимой для населения заблаговременностью. В контексте этой статьи термин "прогноз землетрясения" употребляется как обоснованное заключение о месте, времени возникновения, силе (или макросейсмической балльности в каких-то пунктах) ожидаемого землетрясения с указанием оценки вероятности осуществления такого события (18,31). Везде далее под краткосрочным мы имеем ввиду прогноз, для которого реальное "время тревоги" (интервал времени от начала соответствующего прогнозу опасного периода до его окончания или момента возникновения прогнозируемого события) не превышает одного месяца (34). Достаточно полные обзоры по проблеме прогноза землетрясений и поиску их предвестников приведены в монографиях (15,21,23,24). Как в ретроспективном варианте, так и в реальном времени, различные по своей природе долгосрочные и среднесрочные предвестники выявлены в различных сейсмоактивных регионах мира. При всей важности этих исследований наибольшее практическое значение все-таки приобретают методы выявления краткосрочных предвестников сильных землетрясений в реальном времени.
Исследования по прогнозу землетрясений на Камчатке проводятся уже более 30 лет (3,25,27 и др.). Утвержденная в виде регламента процедура прохождения конкретных прогнозов землетрясений в реальном времени, использующаяся на Камчатке в течение последних нескольких лет, в общих чертах такова. Прогноз представляется его авторами в региональный экспертный совет по прогнозу землетрясений в виде письменного сообщения, в котором указываются название организации, в которой работают авторы прогноза, используемые методика и виды наблюдений, текст самого прогноза, необходимая графика. В соответствии с утвержденным в 1995 г. "Положением о порядке подачи прогноза и прохождения его экспертизы" рекомендуется в прогнозе указывать время тревоги, ожидаемые место и силу землетрясения, вероятность его возникновения. Этот прогноз сразу же регистрируется в специальном журнале и передается руководителю экспертного совета для проведения экспертизы. В соответствии с принятым в 1991 г. в Страсбурге "Европейским кодексом этики прогнозирования землетрясений" сделанный прогноз должен пройти экспертизу специалистов, и только после этого доводится до сведения официальных органов власти. Они и принимают после соответствующих консультаций со специалистами решение о целесообразности принятия превентивных мер по снижению сейсмического риска, в том числе информируют население об ожидаемом сильном землетрясении и его возможных последствиях. Если сильное землетрясение ожидается в течение нескольких суток с высокой вероятностью, может рассматриваться вопрос об эвакуации населения. К сожалению, оправдываемость краткосрочных прогнозов в мировой практике является низкой из-за сложности и неоднозначности процесса подготовки землетрясения, в связи с отсутствием плотных сетей наблюдений и эффективных методов прогноза. Поэтому краткосрочные прогнозы даются очень редко.
На Камчатке описанная выше практика прохождения прогноза и оценки сейсмической опасности используется в течение многих лет. С 1985 года работает общий Совет Института вулканологии (ИВ ДВО РАН) и Камчатской опытно-методической сейсмологической партии (КОМСП ГС РАН) по прогнозу землетрясений и вулканических извержений. Имеются экспертные советы по оценке опасности природных катастроф в Институте вулканической геологии и геохимии (ИВГиГ ДВО РАН) и Институте космофизических исследований и распространения радиоволн (ИКИР ДВО РАН). В начале 90-х годов был создан Камчатский прогностический центр и вопросы сейсмической опасности по мере необходимости обсуждались на Межведомственном научно-техническом экспертном совете при администрации Камчатской области.
С целью объединения усилий и урегулирования взаимоотношений властей, науки и общества при решении проблем региональной сейсмической безопасности в октябре 1994 года был создан Камчатский центр мониторинга сейсмической и вулканической активности (КЦМСиВА). Одной из задач КЦМСиВА являлась выдача не реже одного раза в неделю для администрации Камчатской области и служб гражданской обороны заключений о сейсмической и вулканической опасности в регионе на основании экспертизы поступавших прогнозов землетрясений и комплексного анализа всей информации, предоставляемой в экспертный совет различными организациями и научно-исследовательскими группами.
В декабре 1997 г. КЦМСиВА был упразднен и его функции с 1998 г. были возложены на созданное в рамках Геофизической службы РАН Камчатское отделение Федерального центра прогнозирования землетрясений (КамО ФЦПЗ), в которое вошли 12 специалистов-экспертов из КОМСП, ИВ, ИВГиГ, ИКИР и других организаций. В обычном рабочем режиме заседания КамО ФЦПЗ проходят еженедельно, а в случаях повышенной сейсмической и вулканической опасности - по мере необходимости. Комплексный анализ данных проводится с использованием более 50 прогностических параметров по многим видам наблюдений. Еженедельные заключения о сейсмической опасности рассылаются по факсу 10 и более заинтересованным в них адресатам. Краткие сводки о сейсмической и вулканической опасности еженедельно передаются по областному радио и публикуются в местной печати.
Инструментальные сейсмологические наблюдения на Камчатке были начаты по инициативе академика РАН Б.Б.Голицына в 1915 году, когда в г. Петропавловский порт (ныне г.Петропавловск-Камчатский) была открыта первая сейсмическая станция, проработавшая до 1927 года (2,19). После 20-летнего перерыва в пос. Ключи, вблизи действующих вулканов Шивелуч и Ключевской, в 1946 году началась регистрация землетрясений на сейсмостанции "Ключи". В 1951, 1958, 1959 гг. на Камчатке были открыты еще 3 сейсмостанции. К началу 1962 года их было уже 8, что позволяло без пропусков определять координаты гипоцентров и энергию камчатских землетрясений энергетического класса КS>10 по шкале С.А. Федотова для поперечных сейсмических волн S (26). Кs=lgE, где энергия E выражена в Джоулях. Везде далее вместо KS используется обозначение К. Связь между классом К и магнитудой М определяется соотношением К=4,6 + 1,5М (26). Сеть камчатских станций непрерывно совершенствовалась, и к настоящему времени включает 8 стационарных обслуживаемых сейсмостанций и 3 куста радиотелеметрических сейсмических станций (6) с цифровой регистрацией (26 пунктов). Главным итогом непрерывных детальных сейсмологических наблюдений являются записи сейсмических событий и каталог землетрясений Камчатки и Командорских островов 1962-2000 гг., включающий в себя более 70 тысяч землетрясений, для которых рассчитаны координаты гипоцентров и другие основные параметры (6). Это один из наиболее представительных и точных региональных каталогов среди всех сейсмоактивных регионов мира.
Сеть цифровых радиотелеметрических станций позволяет КОМСП ГС РАН осуществлять оперативное слежение за сейсмическим режимом Камчатки. Для землетрясений с магнитудой М>4 для Авачинского залива и с М>5 для всей Камчатки в течение 20 минут производится оценка положения гипоцентров и магнитуды. Не позднее, чем через сутки для заинтересованных пользователей выдается оперативный каталог всех обработанных тектонических и вулканических землетрясений с К>4,5 (М>0 ) (6). Без пропусков регистрируются землетрясения с К> 9 для всего Камчатского региона. Окончательный и оперативный каталоги камчатских землетрясений являются основой всех работ, связанных с поиском предвестников сильных землетрясений и их прогнозом. Возможность оперативного получения информации о камчатских землетрясениях явилась той основой, которая позволила нам перейти к решению задачи прогноза сильных камчатских землетрясений по сейсмологическим данным не в ретроспективном варианте, а в реальном времени.
Автор в течение последних 20 лет занимался исследованиями по краткосрочному прогнозу землетрясений на основе изучения пространственно-временных характеристик сейсмичности с использованием сейсмостатистических данных как о слабых, так и о сильных землетрясениях. В результате разработана методика многопараметрического краткосрочного (с реальным временем тревоги менее 2-5 недель) прогноза камчатских землетрясений (алгоритм М6), позволяющая в благоприятных случаях осуществлять в реальном времени прогноз времени, места и силы камчатских землетрясений с магнитудой М
6 и более, что ориентировочно соответствует классам К>13,5. Основное внимание уделяется изучению сейсмичности и сейсмической опасности в районе южной Камчатки, в том числе в районе Авачинского залива, где расположены города Петропавловск-Камчатский и Елизово с населением около 300 тысяч человек. Для краткосрочного прогноза в реальном времени использовался оперативный каталог КОМСП ГС РАН за 1995-2000 гг., оперативные данные о сильных землетрясениях мира по результатам определений Опытно-методической экспедиции (ОМЭ) ОИФЗ РАН и мировой каталог NEIC Геологической службы США
В данной статье кратко описаны используемые методические подходы для решения задач краткосрочного прогноза землетрясений (раздел 1), изложены и обобщены результаты сделанных прогнозов времени, места и силы камчатских землетрясений в реальном времени в период 1995-2000 гг. с использованием алгоритма М6 (раздел 2). С 1995 г. автор как сотрудник ИВГиГ ДВО РАН практически еженедельно, реже один раз в 2 недели, если находился в г.Петропавловск-Камчатский, представлял в региональные экспертные советы по прогнозу землетрясений заключения о сейсмической опасности в Камчатской области по комплексу сейсмологических данных (алгоритм М6). В этих заключениях, ориентированных, главным образом, на оценку сейсмической опасности в г.Петропавловск-Камчатский, указывалось, что в ближайшие 1-2 недели "опасные" землетрясения с М>6,5 приблизительно на расстоянии 150 км от областного центра не ожидаются. Таких официально зарегистрированных заключений, основанных на алгоритме М6, в 1995-2000 гг. было выдано более двухсот. В эти годы землетрясения с силой сотрясений 7 и более баллов в г.Петропавловск-Камчатский по 12-балльной шкале MSK не ожидались. Последнее землетрясение с макросейсмическим эффектом в областном центре 7 баллов произошло в 1971 г. (2,3). Что касается конкретных прогнозов землетрясений с М> 6, то их за указанный период было сделано 8. После выдачи этих прогнозов на Камчатке произошло 8 землетрясений с магнитудой М=5,6-7,8. Для 7 землетрясений с М=5,6-7,0 от начала времени тревоги (даты подачи прогноза) до времени возникновения каждого из событий прошло не более 15 суток при среднем значении реального времени тревоги 6 суток. Для района южной Камчатки был только один "пропуск цели" по магнитудному уровню М>6,5 (землетрясение 8 марта 1999 г. с М=6,9). Детальный анализ этих прогнозов представлен в разделе 2.
1.О методическом подходе к решению задачи краткосрочного прогноза времени, места и силы камчатских землетрясений в реальном времени.
Изложим в кратком виде используемый нами подход при решении задачи краткосрочного прогноза сильных камчатских землетрясений, основой которого являются, во-первых, представления о существовании в сейсмическом процессе не только случайной, но и более важной детерминированной составляющей и, во-вторых, имеющиеся данные о статистически значимой связи между космическими факторами и процессами подготовки сильных камчатских землетрясений (31-33 и др.). Методика краткосрочного прогноза основана на выявлении в сейсмическом процессе признаков перехода от случайного, хаотического распределения сейсмических событий к их пространственной и временной самоорганизации, упорядоченности (17). Признаки самоорганизации, упорядоченности могут проявляться в различной форме, но чаще всего связаны с появлением ярко выраженных детерминированных (повторяющихся для разных сильных землетрясений) характерных аномалий сейсмического режима, с эффектами цикличности и периодичности, с синхронизацией сейсмичности в непересекающихся сейсмоактивных объемах, с возникновением областей сейсмического затишья или активизации в виде роев землетрясений и т. д. С некоторого момента времени в благоприятных случаях на фоне выявленной упорядоченности и самоорганизации можно выявить признаки перехода сейсмического процесса к хаосу и разупорядоченности, что позволяет предположить, что в ближайшее время с более высокой, чем ранее, вероятностью ожидается сильное землетрясение. Можно считать, что такой подход в общих чертах напоминает специфическое решение задачи распознавания образов на основе метода принятия решения по комплексу разнородных по своей природе данных (20).
Таким образом, способ решения задачи прогноза основывается на выявлении последовательно во времени большой совокупности прогностических признаков в сейсмическом процессе: от признаков преимущественно случайного возникновения слабых землетрясений, когда возникновение сильного события маловероятно, до порядка, частично переходящего в хаос на заключительной краткосрочной стадии подготовки землетрясения. Другой существенной особенностью методики является использование для решения задач прогноза различного рода зависимостей сейсмического процесса от космических факторов. Хотелось бы обратить внимание на то, что мы не отказываемся от использования прогностических параметров, ранее применявшихся другими исследователями (например, выявление зон сейсмического затишья и т.д.). Новизна метода состоит только в самом подходе и комплексной интерпретации большой совокупности разнородных предвестниковых параметров, как правило, ранее не использовавшихся другими исследователями, в использовании методики прогноза времени, места и силы землетрясений не по ретроспективным данным, а в реальном времени.
Обсуждаемая далее методика краткосрочного прогноза ориентирована на события с магнитудой М6 и более. В связи с тем, что разработки по алгоритму М6 предполагалось использовать в реальном времени, то до проверки эффективности методики, до получения в течение нескольких лет конкретных результатов прогноза и их публикации представлялось преждевременным давать описание и обоснование основных элементов методики, учитывая также ее комплексный характер, большой набор прогностических параметров и отсутствие строгой формализации. Поэтому в кратких формулировках дававшихся в 1995-2000 гг. прогнозов, как правило, отсутствовало описание методических приемов, служивших основой прогнозов и оценок сейсмической опасности в регионе. Кроме того, методика со временем совершенствовалась, дополнялась новыми элементами, которых не было по состоянию на 1995 г., когда она начала использоваться в реальном времени. Некоторые методические решения были проработаны к концу 1999 г., и только с этого времени появилась возможность ставить вопрос о строгой формализации используемого нами подхода. Некоторые методические приемы, требующие подробного описания, в этой статье не обсуждаются в связи с ограниченным объемом публикации.
Чаще всего сейсмический процесс в исследуемом сейсмоактивном объеме на длительных временных интервалах является преимущественно случайным, хаотичным, что проявляется в широком диапазоне энергии сейсмических событий. Это соответствует, как правило, такой геодинамической ситуации, при которой поступающая и расходуемая энергия, в том числе в виде относительно слабых землетрясений, сбалансирована (если не принимать во внимание накопленную потенциальную энергию в областях очагов будущих сильных землетрясений). В эти периоды по многим параметрам сейсмический процесс приближается к пуассоновскому. Многие исследователи вообще полагают, что сейсмический процесс является типично пуассоновским, случайным во времени и в пространстве. Для того, чтобы накопленная в областях очагов землетрясений потенциальная энергия реализовалась в виде сильных событий, необходимы определенные условия. Упорядоченность и самоорганизация сейсмотектонического процесса и являются, на наш взгляд, необходимыми, хотя и не всегда достаточными условиями для возникновения сильных землетрясений. В данной статье под сильными применительно к Камчатскому региону имеются ввиду землетрясения с магнитудой около 6 и более. Если в течение некоторого времени поступающая в среду энергия заметно превосходит ту, которая сбрасывается при землетрясениях, для перехода системы в равновесное состояние необходимо, чтобы часть энергии высвобождалась в виде более сильных землетрясений или криповых процессов. Нам представляется, что системе проще всего осуществить переход к равновесному состоянию при минимальных затратах энергии, что возможно, как правило, при самоорганизации и упорядоченности сейсмического процесса. Появление признаков самоорганизации указывает на то, что в системе происходит подготовка сильного землетрясения, вероятность возникновения которого заметно повышается по сравнению с предыдущим состоянием системы. В определенном смысле хорошей аналогией тому, что сказано выше, является ситуация, описанная в известной басне И.А. Крылова, когда повозка может начать движение лишь в том случае, когда лебедь, рак и щука начнут тянуть ее не в разных случайно ориентированных направлениях, а в одном и том же, т.е. лишь в случае закономерной упорядоченности, определенным образом направленной самоорганизации процесса. Понятно, что в этом случае повозка может начать движение при относительно небольших затратах энергии лебедя, рака и щуки.
Известно, что в геодинамической системе могут возникнуть либо автоколебательные процессы (свободные колебания), либо ритмические колебательные явления, синхронизированные с внешними по отношению к изучаемой среде воздействиями (вынужденные колебания). Автоколебательные системы в принципе нелинейны. Если нелинейность является слабой, в автоколебательной системе происходит преобразование энергии постоянного неколеблющегося источника в энергию автоколебаний с характерным для данной системы собственным периодом. Не менее важное значение при изучении геодинамических систем представляют вынужденные колебания, возникающие в случаях, когда система подвержена действию переменной силы. Наибольший интерес представляют случаи, когда переменные силы представлены набором периодических и квазипериодических составляющих. На существование циклических вариаций в сейсмическом и вулканическом процессе, которые связаны с космическими воздействиями, и на возможность использования явлений цикличности для прогноза землетрясений и вулканических извержений указывалось нами в работах еще в 70-ые годы (12,29,31-33). На использовании явлений цикличности были основаны первый успешный среднесрочный прогноз камчатского землетрясения с М=7,5 в феврале 1973 г., побочного извержения Ключевского вулкана в 1974 г. (29) и последующие прогнозы. Существенным моментом было доказательство того, что при использовании совокупности эффективных прогностических параметров вероятность успешного комплексного прогноза по сравнению с отдельными независимыми способами может быть увеличена на 1-2 порядка (34). Таким образом, можно считать, что выявление статистически значимых циклических составляющих сейсмического процесса позволяет при определенных условиях решать задачи прогноза землетрясений.
По современным представлениям литосфера и ее отдельные части могут рассматриваться как пример открытых систем, обменивающихся с окружающей средой веществом и энергией (4,10,17,22 и др.). Эти системы являются неравновесными, неустойчивыми и нелинейными. Характерной особенностью таких систем является то, что малый сигнал на их входе может вызвать сильный отклик на выходе. Как уже отмечалось, для таких систем свойственны как черты упорядоченности, так и хаоса. Смена порядка и хаоса обуславливает нестационарность пространственно-временных структур (4,17). Ритмические колебания в геодинамических системах происходят с периодами от минут до сотен миллионов лет. Если учесть, что кроме главных тонов в спектре могут быть хорошо выражены их гармоники, то набор ритмов может быть слишком большим и занимать широкий спектр изучаемых частот.
|
| Рис. 1 |
Для решения задач прогноза землетрясений наиболее значимы ритмы до десятков лет (4,13,32 и др.). Ритмичность многих процессов на Земле связывается как с иерархической структурированностью геологической среды (22), так и с процессами, происходящими в космосе. Обзор работ, касающихся роли космических факторов в геотектонике, приведен в статье П.Н. Кропоткина (11), который пришел к выводу, что современные сейсмотектонические процессы являются результатом действия двух главных факторов - космических внешних воздействий и внутренней эволюции Земли как одной из планет солнечной системы. В 70-80-ые годы нами была сделана попытка оценить роль космических факторов с точки зрения изучения их влияния на сейсмотектонический и вулканический процессы и возможности использования этих связей для решения задач прогноза землетрясений и вулканических извержений (12,29-35). Проведенный анализ показал, что при изучении влияния внешних воздействий на сейсмотектонические процессы в интервале периодов до десятков лет к числу главных факторов космического происхождения относятся электромагнитное излучение Солнца и гравитационные поля Солнца и Луны. Была составлена геодинамическая схема такого рода взаимосвязей, которая приведена в работе (32) и представлена на рис.1. Рассматриваются связи между гравитационными полями Земли, Солнца и Луны, электрическим и магнитным полем геосфер, неравномерностью вращения Земли, изменением ее фигуры, возникающими в Земле напряжениями и т.д. Эта схема в определенной степени синтезирует представления многочисленных исследователей о механизме связи между указанными выше космическими факторами и медленными движениями земной коры и мантии, землетрясениями и извержениями вулканов. Наиболее характерные связи на схеме обозначены стрелками. В действительности число стрелок на схеме должно быть увеличено по меньшей мере втрое, но обращается внимание на главные, наиболее существенные, на наш взгляд, связи. Как видно из рис.1, поле упругих напряжений Земли является функцией многих переменных, каждая из которых сложным образом изменяется во времени. В общем виде задача изучения влияния космических факторов на сейсмотектонические процессы едва ли может быть решена, однако, на практике зачастую достаточно ограничиться изучением отклика среды на частоты, которые являются главными составляющими космических воздействий. Спектры космических факторов чаще всего представлены набором периодических и квазипериодических составляющих и их гармоник, что существенно упрощает задачу изучения отклика геологической среды на внешние воздействия (4,12,13,30-34). На существование периодических и циклических вариаций в сейсмическом процессе обращалось внимание во многих работах. Наиболее часто обсуждаются лунные и солнечные ритмы с периодами 18,6 года, 8,85 года, около 22 и 11 лет, 5-7 лет, 1-2 года, а также более короткие. Выделяются вариации, связанные с солнечносуточными, лунносолнечными полусуточными и месячными земными приливами. Сразу заметим, что для прогноза камчатских землетрясений нами анализируются функции отклика камчатских землетрясений на некоторые из указанных выше космических ритмов.
При использовании алгоритма М6 осуществляется слежение за различными параметрами сейсмического режима в интересующих нас сейсмоактивных объемах земной коры и верхней мантии. Для компьютерного анализа оперативных сейсмологических данных использовались, в основном, специализированные прикладные пакеты программ, разработанные Дрозниным Д.В. ( КОМСП ГС РАН), Белкиной Л.А. (ИВГиГ ДВО РАН), Филипповым Ю.А. (ИВ ДВО РАН). Не реже одного-двух раз в неделю осуществляется анализ получаемых сейсмологических данных и на его основе реализуются, в частности, следующие процедуры:
выявление зон сейсмического затишья в широком диапазоне энергетических классов и глубин очагов землетрясений. В большинстве случаев в области очага будущего землетрясения за несколько недель, месяцев или даже лет существенно снижается уровень сейсмичности. Один из возможных способов выявления зон затиший приведен в (15,37). Непосредственно перед землетрясением на краях этой области или внутри ее достаточно часто начинается процесс форшоковой активизации. Этот подход, использующийся многими исследователями, дает возможность определить с некоторой вероятностью ожидаемое место, время возникновения землетрясения и в благоприятных случаях позволяет оценить его силу;
выявление аномалий в распределении землетрясений по глубине и по энергетическим классам;
выявление различных по продолжительности аномалий внутрисуточного распределения землетрясений в исследуемом сейсмоактивном объеме. Чаще всего в процессе подготовки сильного землетрясения неравномерность внутрисуточного распределения более слабых землетрясений проявляется в том, что более 80% событий происходит в "опасном" интервале суток от 7 до 19 час Гринвичского времени, т. е. землетрясения почти на порядок чаще происходят в вечерние и ночные часы по камчатскому времени (иногда этот интервал несколько шире или смещается на 1-2 часа в ту или другую сторону (30,35)). Это характерно как для тектонических, так и вулканических землетрясений. Показано, что явление суточной цикличности является характерной особенностью распределения сильных землетрясений в различных регионах мира (30);
выявление аномалий в сезонном распределении землетрясений (как для слабых, так и для сильных событий), что позволяет оценивать максимальную магнитуду ожидаемых землетрясений и время их возникновения;
анализ роевых последовательностей землетрясений, выявление аномалий в пространственно-временном распределении роевых событий. Рои землетрясений, в том числе форшоковые, часто возникают в области очагов и вблизи мест возникновения будущих землетрясений, что позволяет определять место и время ожидаемых событий;
выявление периодических, циклических составляющих в сейсмическом процессе с периодами до десятков лет, в том числе изучение влияния на сейсмичность лунно-солнечного месячного (29,53 суток) и долгопериодических лунных с периодами 8,85 и 18,613 года. Наиболее сильные землетрясения в подавляющем большинстве случаев приурочены к жестко фиксированным фазам долгопериодических приливов. Как указывалось выше, таким способом нами были выделены "опасные" фазы для землетрясений разной силы, оценивались максимальная магнитуда ожидаемых событий, место их возникновения (29-33). Короткопериодическая цикличность наиболее ярко проявляется на заключительной стадии подготовки сильных землетрясений;
использование для краткосрочного прогноза камчатских землетрясений их статистически значимой связи с сильными землетрясениями мира с М> 7,5. Приведем конкретные примеры этой связи. Для рассматриваемого нами периода 1995-2000 гг. из 8 камчатских землетрясений с М=5,7-7,8, которые произошли после сделанных прогнозов (см. табл. 1), 6 событий зарегистрированы с разницей во времени менее недели от дат возникновения 8 сильных землетрясений мира с М=7,5-7,9 (каталог NEIC), причем для 4-х камчатских землетрясений эта разница составила менее двух суток. Вероятность случайного совпадения событий составляет менее 0,001. 6 из указанных 8 камчатских землетрясений предварялись менее, чем за месяц сильными землетрясениями мира с М=7,5-7,9 (8 событий, из которых 6 с М=7,7-7.9). Таким образом, сильные землетрясения мира с М>7,5 рассматриваются в качестве реперов, после которых необходимо более полно и с большей детальностью вести поиск краткосрочных аномалий сейсмичности в Камчатском регионе;
проведение анализа сейсмичности верхнемантийных землетрясений в соответствии с алгоритмом Мантия. Ниже приводится краткое описание этого алгоритма, позволяющего осуществлять прогноз землетрясений с М>6 для района г. Петропавловска-Камчатского.
Краткое описание алгоритма Мантия и опробование его с целью прогноза землетрясений с М >6 в районе г.Петропавловск-Камчатский
Сделана попытка создать способ прогноза землетрясений с М> 6 для ограниченного участка зоны субдукции Камчатки протяженностью около 200 км в той части сейсмофокальной зоны, в середине которой расположен г. Петропавловск-Камчатский. Поиск сейсмологических предвестников основывался на априорном предположении о том, что при подготовке сильного, в том числе мелкофокусного землетрясения с нормальной глубиной очага, область взаимосвязанной сейсмичности на исследуемом участке сейсмофокальной зоны Заварицкого-Беньофа является достаточно протяженной как по простиранию вдоль сейсмофокальной зоны, так и по глубине, охватывая, по крайней мере, интервал глубин до 200 км. Если это предположение верно, то можно попытаться выявить перед сильными землетрясениями выбранного участка геоструктурной дуги аномалии сейсмичности на тех глубинах, где такие мешающие факторы как роевая и афтершоковая активность практически не проявляются, т.е. на глубине Н>70 км. С этой целью поиск предвестников землетрясений с М> 6 в ретроспективном варианте для периода 1962 -1995 гг. основывался на анализе каталогов землетрясений представительного энергетического класса К=8,0 и более, происходящих на глубине 70-150 км (каталог 1). Каталог 1 является выборкой эпицентров землетрясений, отмеченных в круге радиуса R (опробование проводилось для R = 50, 60, 70, 80 км) с центром, имеющим координаты 
= 53,1o N, 
= 159,3o E. За рассматриваемый период наблюдений в исследуемой зоне 52,9o + 1,0o N, Н=0-100 км произошло 10 землетрясений с К> 13,8 (М6 и более, каталог 2): 18.11.1965, 24.11.1971, 23.01.1980 (2 землетрясения), 04.11.1980, 17.06.1986, 06.10.1987, 02.03 и 06.03.1992. За исключением землетрясения 24.11.1971 с М=7.3 остальные имеют магнитуду М=6-6,8. Землетрясения происходили на расстояниях до 180 км от г.Петропавловск-Камчатский и ощущались в областном центре на средних грунтах силой 7 баллов (1971 г.) и 2-5 баллов (остальные 9 землетрясений). Землетрясение 24.11.1971 отмечено на глубине 100 км, остальные зарегистрированы на глубинах менее 40 км. По данным каталога 1 за 1962-1995 гг. рассчитывались следующие параметры: а) длительность Z(m) временного интервала для последних m событий (рассматривались варианты для m=const или выбранного набора из нескольких значений m ; б) амплитуда А бухтообразной вариации параметра Z; в) максимальный энергетический класс Kмакс последних m событий. Для перечисленных выше прогнозных параметров по ретроспективным данным за 1962-1995 гг. оценивались их пороговые критические величины. Если все 3 параметра оказываются за границей порогового уровня, с относительно высокой вероятностью ожидается событие с М> 6 в течение ближайших дней или недель. В рамках этого подхода по ретроспективным данным не был выявлен комплекс аномалий только перед группой из двух землетрясений в марте 1992 г.
Эффективность прогноза, рассчитанная по методике А.А.Гусева (7), равна 14, т.е. вероятность удачного прогноза в 14 раз больше, чем соответствующая оценка для пуассоновского потока событий.
Об использовании циклических изменений сейсмичности с периодами 18,613 и 8,85 года для прогноза времени, места и силы камчатских землетрясений
|
| Рис. 2 |
Рассмотрим влияние на сейсмичность лунных приливов с периодами 18,613 и 8,85 года (16), которые играют важную роль в возникновении сильных камчатских землетрясений и вулканических извержений (27,29,31-34). Эти закономерности успешно использовались нами как для долгосрочного, так и для краткосрочного прогноза землетрясений в рамках алгоритма М6.
Существование лунного прилива с периодом 18,6 года, выявленного в реальном океане еще в прошлом веке Джорджем Дарвином (9), приводит к мысли о возможности влияния его на процессы в твердой земле, в том числе на землетрясения и извержения вулканов. В.В. Ламакин (14) одним из первых выявил 19-летнюю периодичность землетрясений на примере Байкальской зоны, а Гамильтон (36) обнаружил аналогичное явление для вулканических извержений. Нами показано, что это явление имеет глобальное распространение (31,32).
Для сильных камчатских землетрясений с М> 7 отчетливо выражена цикличность с периодами 18,613 года, третья гармоника от этого периода, равная 6,204 года, и цикличность с периодом Т=8,85 года (31-33). Приведем в качестве примера циклические изменения сейсмичности Камчатки с Т=6,204 года для землетрясений с М>7, Н<200 км, что отчетливо видно на рис.2. На этом рисунке по методу наложения эпох представлены в виде кружков землетрясения с М>7 за период 1901-1995 гг. и как более надежные с М>7,7 (зачерненные кружки) для периода 1737-1900 гг.
Из рисунка видно, что наиболее сильные землетрясения с М>7,6 (кружки большого размера) происходят только в одной половине цикла длительностью 6,204 года. Отметим также, что землетрясения с М>7,6 в одной из трех активных фаз 19-летнего цикла не происходят, что подтверждается данными за последние 300 лет. В половине цикла, помеченной штриховкой, происходит около 90% землетрясений с М>7. События с М=7 и более в прошлом веке происходили в 13 "активных" фазах из 16. Временные интервалы, соответствующие активной фазе, могут быть рассчитаны по формуле
, (1)
где t- количество лет, которые прошли после 1 января 1900 года. В соответствии с этой формулой предыдущая активная фаза соответствовала интервалу ХI 1995- XII 1998 гг. Две очередные активные фазы соответствуют временным интервалам II 2002 -III 2004 гг. и IV 2008-V 2011 гг. Последняя фаза более опасна, так как в ней с вероятностью около 0,6 могут произойти землетрясения с М> 7,6. В промежутках между активными фазами землетрясения с М>7 происходят на порядок реже. Вероятность возникновения камчатских землетрясений с М=7-7,4 вне активных фаз составляет менее 5%, а событий с М> 7,6 практически равна нулю, так как за 300 предыдущих лет их не было. Своеобразно проявляется на Камчатке лунный прилив с периодом Т=8,85 года. В пределах этого периода так называемая "активная фаза" длится всего 2 месяца, в течение которых с вероятностью 0,75 землетрясения с М=6,0 ожидаются в широтной полосе 49,5о-52,5о N. Детально этот вопрос был рассмотрен нами с Ю.Д.Матвиенко в Бюллетене Института вулканологии N1 за 1982 г. Камчатского полигона по прогнозу землетрясений и извержений вулканов. Последняя в предыдущем веке активная фаза оказалась приуроченной к двухмесячному интервалу 11.09.-11.11.1999 года. Ожидавшееся автором с вероятностью 0,75 землетрясение с М=6-7 в указанной широтной полосе произошло в соответствии с этим прогнозом 18 сентября 1999 г. и имело магнитуду 6,0, т. е. прогноз оправдался по всем трем параметрам (см. ниже табл.1). Укажем также, что в соответствии с цикличностью 18,6 года и сделанным долгосрочным прогнозом в период VII 1996-VII 1998 гг. в широтной полосе 53,0o -6,0o N на Камчатке с вероятностью 0,6 ожидалось землетрясение с М>7,5 (31,33). Этот прогноз, оправдавшийся по времени, месту и силе, реализовался событием 5.12.1997 г., когда произошло самое сильное на Камчатке за последние 40 лет Кроноцкое землетрясение с моментной магнитудой МW=7,8 (NEIC).
Таким образом, более 90% сильных камчатских землетрясений с М>7 происходят по четкому лунному "расписанию", что позволяет осуществлять долгосрочный прогноз этих событий на большой срок в будущем (жесткая привязка