Как определить место землетрясения

Определение координат очага землетрясения-специфическая работа, которой занимаются сейсмологи. Когда-то эта задача ре­шалась только путем оценки силы сотрясений грунта по сообще­ниям о реакции людей и по возникшим разрушениям; подобные данные действительно позволяют приближенно определить по­ложение и размеры источника волнового излучения. Таким спо­собом было выяснено, что очаги сильных землетрясений зани­мают значительную площадь, вытягиваясь в длину иной раз на многие десятки километров. Этот метод полевого (так называе­мого макросейсмического-Перев.) определения эпицентров раз­рушительных землетрясений остается важным до сих пор, по­скольку исторические сведения о землетрясениях, происходивших до того, как были изобретены сейсмографы, необходимы во мно­гих районах мира для оценки сейсмического риска на участках строительства крупных сооружений, таких как крупные плотины и атомные электростанции. Хотя полевые методы в США мало используются для определения глубины очага землетрясения, они иногда весьма хорошо указывают места, где геологам следует искать подвижку по выходящим на поверхность разломам*).

В наши дни для подавляющего большинства землетрясений положение их очага определяется по времени, затраченному про­дольными и иногда поперечными сейсмическими волнами на путь до сейсмографа. В некоторых сейсмичных районах созданы специальные местные сети сейсмических станций для определе­ния очагов даже очень слабых землетрясений. Например, вокруг новых крупных плотин теперь, как правило, ставят чувстви­тельные сейсмографы, предназначенные для обнаружения земле­трясений, которые могут угрожать безопасности плотины (см. приложение Е). Иногда сейсмометры всех станций, входящих в данную сеть, соединяют телефонной связью с центральной об­серваторией, где все сигналы записываются на одну кинопленку или магнитную ленту. Это сильно облегчает процедуру точного установления места землетрясения: не только потому, что рас­пределение разностей прихода Р- и S-волн сразу же указывает примерное положение очага, но и потому, что в этом случае тре­буются только одни прецизионные кварцевые часы (на централь­ной обсерватории).

Хотя современные методы определения эпицентра и очага зе­млетрясения в деталях различаются между собой, по существу они основываются на одном и том же принципе: время пробега сейсмической волны (например, продольной) от источника до данной точки на поверхности Земли непосредственно определяет расстояние между этими двумя точками. В результате долгого опыта работы сейсмологи научились-методом проб и ошибок — определять среднее время пробега сейсмических волн (про­дольных и поперечных) для любого известного расстояния. Зна­чения этих времен сведены в таблицы и графики (годографы) и выражены как функции от расстояния. Такие ожидаемые вре­мена пробега можно сравнивать с фактически измеренным време­нем, за которое волна проделала путь от данного очага земле­трясения до той или иной сейсмологической обсерватории, а соответствующее расстояние можно установить из таблиц.

Если известны моменты прихода волн, зафиксированные только на одной обсерватории, то достаточно хорошо опреде­ляется только расстояние между очагом землетрясения и обсер­ваторией, но не географические координаты очага. Если известны соответствующие моменты для трех обсерваторий, то методом треугольников можно определить широту и долготу фокуса зе­млетрясения и время его возникновения. В действительности, как правило, используются данные, полученные на многих обсерва­ториях. Например, Международный сейсмологический центр, на­ходящийся в Англии, может установить место среднего по раз­меру землетрясения, возникшего на Срединно-Атлантическом хребте под водами Атлантического океана, используя в общем случае показания 60 или большего числа сейсмостанций всего мира. Вычисления осуществляются с помощью быстродействую­щих ЭВМ.

Один из наглядных способов определения эпицентра земле­трясения описан в помещенном ниже дополнении 4. Задача состоит в определении места одного из афтершоков, последовавших за главным толчком землетрясения в Оровилле, Калифорния, в 1975 г. Предположим, что мы располагаем сейсмограммами только трех калифорнийских станций, находящихся в пунктах Беркли (BKS), Джемстаун (JAS) и Минерал (MIN). Мы уже про­анализировали сейсмограмму из Беркли, показанную на рис. 4, и видели, что интервал времени между вступлениями продоль­ной и поперечной волн составил в Беркли 21,0 с. Точно так же определяется время между волнами Р и S на станциях Джем­стаун и Минерал. Действительные значения моментов прихода Р- и iS-волн на указанные три станции приведены в начале допол­нения 4.

Из прошлого опыта мы знаем, чему равно расстояние между эпицентром и сейсмографом, соответствующее любому интерва­лу времени «S минус Р» (расчет этого расстояния приводится в дополнении 5 в гл. 7). Таким образом, в нашем примере мы можем записать в колонке «Расстояние» найденные значения расстояний от эпицентра до станций BKS, JAS и MIN.

Эти расстояния составляют 190, 188 и 105 км соответственно. Затем на карте Калифорнии можно провести, взяв соответствую­щий масштабу карты раствор циркуля, три дуги окружностей, центры которых располагаются в местах указанных обсервато­рий (рис. 5). Эти дуги должны пересечься, по крайней мере при­близительно, в какой-то одной точке. Точка пересечения дуг и представляет собой вычисленное положение эпицентра земле­трясения. (При этом глубина фокуса остается неизвестной; для ее определения необходимы дополнительные данные.)

Конечно, иногда даже при использовании таких простейших методов, как в приведенном примере, в результате погрешностей при отсчете времени по часам, неверного определения типа во­лны, ошибок в расчетах или вследствие недостатка данных поло­

жение эпицентра определяется неправильно. Тогда допустивший ошибку сейсмолог подвергается суровой критике со стороны своих коллег. Профессор Перри Байерли рассказывает, как 17 июля 1944 г. его вызвали в 9 ч 30 мин вечера на сейсмологиче­скую станцию Беркли в связи с телефонным звонком одного га­зетного репортера, который сказал, что люди ощущали «земле­трясение» где-то в районе залива Сан-Франциско. Байерли тщательно определил-по Р- и S-волнам, которые он смог уви­деть на сейсмограмме,- эпицентральное расстояние и позвонил в отдел новостей, чтобы сообщить результат своей грубой оцен­ки («где-то на северо-западе залива»). Дежурный служащий отве­тил: «Но все наши репортеры уехали в Порт-Шикаго (на северо-востоке залива) в связи с большим взрывом на тамошнем доке». «Ну, тогда,-сказал профессор Байерли,-пожалуйста, передайте им, что эпицентр возмущения находится в Порт-Шикаго».

Кирпичный дымоход, отделившийся от дома в Сиэтле при землетрясении с эпи­центром в заливе Пьюджет-Саунд 29 апре­ля 1965 г. (С разрешения К. В. Стайн-бругге.)