Menu

"Закономерности" проявления аномальных полей при сейсмической активности

В последние два десятилетия проводились обобщения данных об аномальных полях, предшествующих землетрясениям. Ставилась цель выявить зависимости длительности аномалии (Т) и ее амплитуды (А) от магнитуды (М) и эпицентрального расстояния (R). Фактически это постановка задачи о прогнозе землетрясения: место, энергия, время (период опасности).

Анализ данных приводит к следующей корреляционной зависимости [Рикитаке, 1979; Зубков, 1987; Niazi, 1984-1985]:

lgT = aM + b,

где а, b - эмпирические коэффициенты уравнения регрессии. Насколько достоверны эти соотношения? По мнению ряда специалистов [Зубков, 1987; Добровольский и др., 1980; Tsubokawa, 1969], достоверность соотношений определяется правильностью отождествления аномалии с предвестником данного землетрясения. На самом деле отсутствует априорная информация о том, что данная аномалия является предвестником конкретного землетрясения, известно лишь положение аномалии в пространстве и во времени [Трапезников, 1993].

В обобщениях данных по различным долгосрочным и среднесрочным предвестникам получен следующий диапазон значений a u b [Рикитаке, 1979; Scholz et al., 1973; Whitcomb et al., 1976; Сидорин, 1979]: а = 0,68 * 1,92; b = -(1,57 * 1,92).

Т. Рикитаке, однако, не удалось получить зависимость Т(М) для краткосрочных предвестников.

В России С.И. Зубковым [Зубков, 1987] был сделан широкий анализ эмпирических связей Т и М для различных предвестников (более 1000 наблюдений). Получены следующие зависимости:

^Т = 0,77М - 4,4 (деформация);

^Т = 0,54M - 3,37 (сейсмические волны);

^Т = 0,ЗМ - 1,84 (электросопротивление);

^Т = 0,18М - 2.5 (земные токи);

^Т = 0,24M - 2,47 (дебит флюидов).

При этом коэффициент корреляции был достаточно высок: (0,74-0,93). Отметим, что Т. Рикитаке и С.И. Зубков разделяли аномалии по времени появления. Этим объясняется высокий коэффициент корреляции для среднесрочных предвестников.

С.И. Зубкову также удалось установить некоторые связи между Т и М для краткосрочных предвестников, но эта связь не была устойчивой: коэффициент корреляции изменялся в пределах 0,14-0,62 для различных предвестников.

Показательны также обобщения М. Ниази [Niazi, 1984-1985], который не разделял предвестники по времени их проявления. Полученные в [Niazi, 1984-1985] коэффициенты существенно отличались от данных, приведенных в [Зубков, 1987], а коэффициенты корреляции лежали в пределах 0,14-0,23. Причем лишь по параметрам сейсмического режима и времени пробега сейсмических волн данные [Зубков, 1987] и [Niazi, 1984-1985] были близки.

В работе [Niazi, 1984-1985] также анализировалось соотношение времени проявления различных предвестников и эпицентрального расстояния %Т=с^К+ё,где c и d коэффициенты). Значимые коэффициенты корреляции (0,48-0,59) получены для времен пробега сейсмических волн и геохимических параметров. В целом связь между Т и R была слабее, чем связь между Т и М. Поэтому, учитывая возможную миграцию предвестника, целесообразно было искать тройственную связь между Т, M и R [Niazi, 1984-1985]:

lgT = aM + blgR + c.

Было показано, что учет эпицентрального расстояния несколько улучшил корреляцию, однако значимый коэффициент корреляции (0,83) имел место лишь для времени пробега сейсмических волн.

Учитывая, что фактор деформации является определяющим в анализе ситуаций, рассмотрена тройственная связь [Сидорин, 1979]: lgT ■ R = aM + b.

При этом коэффициент корреляции составил 0,88. Отсюда следовали также качественные зависимости: с ростом эпицентрального расстояния уменьшалось время проявления (опережения) деформационных предвестников землетрясения, т.е. фронт предвестника двигался от очага землетрясения. В то же время для других предвестников получалась другая тенденция [Niazi, 1984-1985]. По китайским данным, долгосрочным предвестникам свойственна миграция от очага, а краткосрочным - к очагу [Shirong Mei, 1984; Соболев, 1983-1984].

В этой связи рассматривались эмпирические зависимости амплитуды предвестника от эпицентрального расстояния. Разброс данных был очень велик, что объяснялось неоднородным строением земной коры. Однако наибольший интерес представляли данные об амплитудах деформационных предвестников. В [Сидорин, 1979] на небольшом статистическом материале была получена следующая зависимость: lg(R ■ е0 7) = 0,48М - 5,47, где е - деформация.

Деформация слабо уменьшалась с увеличением расстояния от очага. Следовательно, возможен большой ареал распространения аномалий, связанных с деформационным процессом. Действительно, ареал распространения аномалий геофизических полей, сопутствующих подготовке землетрясений, всегда был очень большим. Например, при магнитуде М=7-8 предвестники наблюдались на расстоянии до 1000км [Соболев, 1993]. Весьма любопытно, что краткосрочные предвестники в среднем регистрировались на большем расстоянии, чем среднесрочные.

Какие выводы можно сделать из анализа данных взаимосвязи параметров Т, М и R. По-видимому, прав был Т.Рикитаке, в свое время предложивший разделить наблюдаемые аномалии на "предвестники" трех классов [Рикитаке, 1979].

Для предвестников 1-го класса (долгосрочные и среднесрочные предвестники) — характерна прямо пропорциональная зависимость между логарифмом времени проявления аномалии и магнитудой, а также между магнитудой землетрясения и максимальным расстоянием, на котором наблюдаются аномалии относительно очага. Для этого класса фронт распространения предвестников направлен oт очага.

Для предвестников 2-го класса (краткосрочных), отсутствует значимая связь между временем появления предвестника и эпицентральным расстоянием. Связь между магнитудой землетрясения и временем появления аномалии нечеткая. Эти аномалии возникают на расстоянии, существенно превышающем размер очага, их фронт распространяется в направлении к очагу.

Для предвестников 1-го и 2-го классов характерна общая зависимость появления предвестника (имеются в виду признаки, зависящие от изменения параметров земной коры) от места контроля (напомним пропуски многих сильнейших землетрясений).

Из особенностей полученных зависимостей делаются выводы, что предвестники 1-го класса зарождаются в области очага, а 2-го класса - вне очага, причем с формированием очага предвестники 2-го класса связаны лишь косвенно. Природу предвестников 1-го класса связывают с процессом накопления деформации и разрушением среды в локальных областях зон повышенных тектонических напряжений [Федотов, 1974]. Это общие взгляды (см. [Соболев, 1993]), развиваемые в рамках механических моделей подготовки землетрясений, но в эти представления не укладываются особенности проявления краткосрочных предвестников.

Для предвестников 3-го класса отмечен большой разброс времени проявления предвестника вне зависимости от магнитуды. Эти предвестники появляются за короткое время (часы) и носят планетарный характер (не связаны ни с местом, ни с магнитудой землетрясения). Если опять иметь в виду многочисленные пропуски землетрясений, то возникает вопрос, предвестники ли это вообще?

Как откоситься к полученным эмпирическим зависимостям? С одной стороны, они объективны, но в коэффициентах корреляции не учтены пропуски большинства землетрясений. С другой стороны, хотя число наблюдений достаточно велико, эти зависимости не могут быть использованы в текущих прогнозах. Для долгосрочного прогноза места и энергии сильных землетрясений используются сейсмологические оценки крупномасштабной тектонической ситуации: сейсмические бреши и затишья, кольцевая активность, миграции очагов землетрясений, концентрационный критерий, отдаленные афтершоки и различные комплексные сейсмологические параметры. Но, реально это только оценки долгосрочной или среднесрочной потенциальной опасности [Соболев, 1993; Федотов, 1974; Mogi, 1979; Никонов, 1975; Завьялов, 1986; Системный .., 1995].

Остальные геофизические, гидрологические, геохимические, деформационные и электромагнитные методы отражают локальные особенности среды, но их пытаются использовать для оценки крупномасштабных ситуаций. Отражают ли они крупномасштабные процессы и подтверждают ли их? Оказалось, что может быть осуществлена проверка достоверности эмпирических соотношений (Т, М, R) путем создания, например, искусственного каталога событий (случайные значения координат и времени). При этом режим сейсмичности должен удовлетворять закону повторяемости для выбранного региона. Затем, также случайно задаются координаты аномалии, ее начало и длительность [Трапезников, 1993].

Такой анализ был проведен для Средней Азии на площади 800 х 800км за 50-летний период. В его основу закладывались правила, использованные при анализе реальных ситуаций [Рикитаке, 1979; Мячкин и Зубков,1973]: из множества землетрясений, совпадающих с периодом условной аномалии, выбирали те, которые имели максимальную маг- нитуду и их эпицентральные расстояния были наименьшими к месту условной аномалии. Оказалось, что для зависимости

lgT = aM + b

коэффициенты регрессии составляли a=0,82-0,96 и b=2,64-2,98 при коэффициенте корреляции 0,81. Для зависимости lgR=cM+d коэффициенты регрессии были с=0,46 и d=0,35, коэффициент корреляции 0,68. В итоге случайным образом полученные уравнения регрессии оказались близкими к наблюдаемым в реальных условиях [Трапезников, 1993]. Было также отмечено, что коэффициенты уравнений регрессии несколько менялись, если менялся наклон графика повторяемости.

Представлялось интересным сделать анализ данных для реального каталога землетрясений Средней Азии (1983-1988 гг., М>4) и случайных координат аномалий и времени их проявления [Трапезников, 1993]. Было показано, что коэффициенты регрессии сопоставимы с эмпирическими, если каждой аномалии подбирать землетрясения с наибольшей магнитудой в пределах заданного радиуса относительно координаты аномалии.

У автора [Трапезников, 1993] естественно возник вопрос, как относиться к таким эмпиричеким соотношениям [Рикитаке, 1979; Мячкин, Зубков, 1973; Зубков, 1987] пространственно-временных закономерностей распределения "предвестников"? Учитывая методологию выбора предвестника ([Рикитаке, 1979; Мячкин, Зубков, 1973; Зубков, 1987]), автор приходит к выводу, что при наличии региональной составляющей сейсмического процесса ошибочно можно принять аномалию тех или иных параметров среды за предвестник конкретного землетрясения. Подчеркивается, что для доказательства предвестникового характера аномалий не было других доводов, кроме того, что они примерно совпадали по времени с конкретным сильным землетрясением, а землетрясение находилось на "разумном" расстоянии от пункта наблюдений. Заключительный вывод в работе [Трапезников, 1993]: требуемое доказательство закладывалось в исходные предпосылки. Это весьма важный вывод, на который в то время не обратили внимания.

Но самое интересное заключается в том, что весь этот анализ не противоречит реальным тектоническим ситуациям. Все наблюдаемые аномалии отражают реакцию неоднородной среды на действие внешних и внутренних сил. Региональный тектонический процесс должен сопровождаться появлением сходных аномалий в различных пунктах. Это вовсе не означает, что они являются предвестниками землетрясений. На это указывает то, что релаксационные процессы при землетрясениях не изменяют хода ряда аномалий (деформация, сопротивление, отношение скоростей волн). Кроме того, область проявления аномалий превосходит область афтершоков. Последнее существенно, так как считается, что в области афтершоков происходит накопление и разрядка упругой энергии. Поэтому развитие аномалий вне афтершо- ковой области не отражает однозначно их детерминированную связь с соответствующим процессом подготовки очага наиболее сильного землетрясения.

Более чем полувековой опыт мониторинга процесса подготовки землетрясений показал, что эмпирические подходы к проблеме прогноза уже выполнили свою историческую миссию. Многие уже понимают, что нельзя "искать то, не зная что" [Соболев, 1993].

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4817 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:7998 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4854 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Сжимаемость и прочность грунтов при дина…

За последние три десятилетия получили интенсивное развитие исследования свойств грунтов и возникающих в них процессов при действии динамических нагрузок [14]. Вибрации, сейсми- ка, удары и взрывы вызывают различный характер воздействий...

25-08-2013 Просмотров:11675 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Другие аналитические методы.

Существуют и другие инструментальные аналитические методы, которые с успехом используются в некоторых минералогических лабораториях. Среди них следует отметить ионный микрозон-довый анализ масс и вторичную ионную масс-спектрометрию. Подробно об этих и...

13-08-2010 Просмотров:4299 Генетическая минералогия

Первая собственная частота колебаний мон…

Результаты, приведенные в разделах 4.5 и 4.6, свидетельствуют о том, что первая собственная частота р колебаний моноопоры зависит от условий нагружения ее верхнего конца, т.е. от сил тяжести буровых механизмов...

28-01-2011 Просмотров:4640 Морские буровые моноопорные основания