Признаки готовящегося землетрясения

Что служит предвестником готовящегося землетрясения? Пред­ложений выдвинуто много[3]), но все еще не ясно, какие из пред­полагаемых предвестников можно считать надежными. Конечно, любая оперативная схема практического прогноза должна ос­новываться на сочетании различных признаков, и прежде, чем объявить тревогу, необходимо прийти к возможно более обосно­ванному выводу.

Некоторые из наиболее перспективных признаков уже здесь рассматривались: это обнаружение деформаций в породах зем­ной коры с помощью геодезических съемок (гл. 4) и выделение подозрительных зон сейсмического молчания в областях, для ко­торых характерна равномерно распределенная во времени и про­странстве сейсмичность (гл. 1). Есть и более точный, но не за­страхованный от досадных ошибок способ — наблюдение форшо­ков, как в случае Оровильской серии землетрясений J 975 г. в Калифорнии (гл. 8).

Чтобы следить за форшоками, а также чтобы прогнозировать разрушительные местные цунами, в Японии к востоку от острова Хонсю поперек шельфа и океанического желоба в настоящее вре­мя устанавливается совершенно новый комплекс сейсмических приборов. Схема этого комплекса, составляющего часть япон­ской программы работ по прогнозу землетрясений, показана на рис. 3. Ряд океанских донных сейсмографов будет соединен более чем 200-километровым кабелем с записывающей станцией, рас­положенной на берегу. Уже доказано, что если приборы устано­вить с достаточной осторожностью, то они будут хорошо рабо­тать на дне океана: дно океанской котловины-сейсмически спокойное место, вполне подходящее для регистрации землетря­сений. Создание такой наблюдательной сети откроет новую эру в сейсмологии, так как сейсмические станции теперь не будут привязаны только к материкам и островам.

В последние годы работы по прогнозу землетрясений в боль­шой степени были направлены на точные измерения особенно­стей физических свойств пород земной коры в сейсмически ак­тивных областях континентов. Были установлены специальные чувствительные приборы, с помощью которых можно изучать

долгопериодные изменения этих свойств. Объем выполненных измерений пока еще не велик, и полученные результаты сильно расходятся: в одних случаях перед местным землетрясением на­блюдались необычные вариации физических свойств, в других не было замечено ничего особенного, либо возникали вариации, не связанные с землетрясениями. В левой графе дополнения 7, поме­щенного в этом разделе, перечислены пять физических параме­тров, представляющихся особенно важными для прогноза: ско­рость продольных (Р) волн, поднятие поверхности грунта, выделение из скважин газа радона, электрическое сопротивле­ние горных пород и число землетрясений в данном районе. Как можно использовать каждый из этих параметров в схеме прогно­за?

Прежде всего особый интерес сейсмологов привлекают пред-вестниковые изменения скорости продольных сейсмических волн, поскольку сейсмологические станции специально сконструиро­ваны так, чтобы точно отмечать время прихода волн. Идея, на которой основано использование этого параметра, очень проста. Если свойства горных пород перед землетрясением изменяются, то может меняться и скорость сейсмических волн. Предположим, например, что в области с поперечным размером 20 км скорость Р-волн изменилась на 10%. Тогда время пробега Р-волн от одной стороны этой области до другой изменится примерно на 0,4 секунды. Такое изменение во времени легко обнаруживается с помощью современных сейсмографов и хронометров. Неко­торые сведения об изменениях времен пробега сейсмических волн перед землетрясениями среднего энергетического уровня были опубликованы по району Таджикистана еще в 1962 г. Про­изведенные там измерения позволили предположить, что скоро­сти продольных волн действительно меняются перед возникнове­нием местных землетрясений примерно на 10-15%. Полевые наблюдения, выполненные затем в СССР и других странах, пока­зали, что скорость Р-волн в очаговой области на какое-то время понижается примерно на 10%, а затем как раз перед главным толчком снова возрастает почти до нормальных значений. Это отмечается если не всегда, то по крайней мере при некоторых особых условиях.

Более детальная проверка описанного предвестника, выпол­ненная к настоящему времени в целом ряде стран, дала сме­шанные результаты. В США исследования по этой проблеме бы­ли проведены в 1971 г. сотрудниками Ламонтской геологической обсерватории и основывались на материалах по очень слабым землетрясениям в горах Адирондак (штат Нью-Йорк). Перед тре­мя слабыми землетрясениями было обнаружено увеличение вре­мен пробега Р-волн, а вечером 1 августа 1973 г. по этому методу был дан прогноз, согласно которому в ближайшие несколько дней должно было произойти землетрясение с магнитудой 2,5-3,0. Прогноз частично оправдался, но в нем не был учтен че­твертый критерий надежности-не было оценки вероятности слу­чайного совпадения.

Исследования другого типа были выполнены сейсмологами Калифорнийского технологического института. Анализируя сейс­мограммы своих станций, они пришли к выводу, что перед зе­млетрясением Сан-Фернандо (южная Калифорния, 1971 г.) имело место уменьшение скорости Р-волн, длившееся около 30 месяцев. Было установлено, что затем скорость вернулась к нормальным значениям, вскоре после чего и произошло землетрясение. Ученые подсчитали, что область, в которой отмечалось измене­ние времен пробега Р-волн, имела радиус около 30 км, и центр ее был близок к фокусу землетрясения. Конечно, такое исследова­ние нельзя использовать для прогноза, так как оно было выпол­нено уже после землетрясения.

Однако при других испытаниях этого метода, проводившихся в центральной Калифорнии независимо сотрудниками Калифор­нийского университета (в Беркли), Геологической службы США и Станфордского университета, оказалось, что перед целым ря­дом слабых и умеренных землетрясений с очагами вдоль разлома Сан-Андреас флюктуации времен пробега имели незначительную величину. Одно из затруднений, возникающих при таких иссле­дованиях, связано с тем, что если источником Р-волн служит зе­млетрясение, то положение его очага можно точно определить именно по временам пробега этих волн. Таким образом, для объяснения некоторых вариаций измеряемых времен пробега до­статочно предположить небольшое изменение вычисленных глу­бин очага при последующих землетрясениях, связанное с мигра­цией очагов вдоль зоны разлома (см. рис. 4 в гл. 8). Более перспек­тивным представляется метод изучения времен пробега от источников с известным положением и моментом возникновения сейсмического импульса, например при обычных взрывах в карь­ерах. До сих пор при карьерных взрывах с фиксированным мо­ментом, проводившихся в сейсмичных районах перед землетрясе­нием, получено мало надежных данных об изменении времен пробега. Этот отрицательный результат показывает, что любые изменения сейсмических скоростей в горных породах, которые могут служить предвестниками слабых и умеренных землетрясе­ний, вероятно, локализуются в очень узких зонах вокруг очаго­вой области.

Второй из параметров, которые могут быть использованы для прогноза,-это изменение уровня земной поверхности, напри­мер наклон поверхности грунта в сейсмичных районах. Одно из наиболее успешных исследований такого рода, выполненное в Японии после землетрясения Ниигата 1964 г., уже было описа­но в первом разделе этой главы. Как же мы должны интерпрети­ровать быстрое поднятие значительной площади вокруг Палм-дейла в южной Калифорнии, которое обнаружилось примерно в 1960 г.? Это поднятие, максимальная амплитуда которого со­ставила 35 см, распространилось вдоль разлома Сан-Андреас по меньшей мере на 150 км (рис. 4) и достигло на юге района Попе­речных хребтов. До последнего времени оно не сопровождалось никакими землетрясениями. Пока еще изучено слишком мало случаев поднятия такого масштаба, так что никакого обоснован­ного предположения о корреляции подобных явлений с готовя­щимися землетрясениями сделать нельзя. Конечно, указанный район принадлежит к той зоне, где крупные землетрясения воз­никали в прошлом и, вероятно, повторятся в будущем. Лучшее,

что можно сделать в настоящее время в этом районе,-сильно расширить всевозможные виды наблюдений.

Третий параметр-выделение инертного газа радона в атмо­сферу вдоль зон активных разломов, особенно из глубоких сква­жин. Сообщалось, например, что в некоторых районах СССР не­посредственно перед землетрясениями обнаруживаются значи­тельно возросшие концентрации радона. Однако поскольку в настоящее время еще собрано очень мало данных о содержа­нии радона в различных геологических условиях, сейчас еще нельзя утверждать, что наблюдавшееся возрастание было исклю­чением из нормального хода изменения концентрации этого газа

Четвертый параметр, привлекающий большое внимание-электропроводность пород в зоне подготовки землетрясения. Из лабораторных экспериментов, проведенных на образцах горных пород, известно, что электрическое сопротивление водонасыщен-ной породы, например гранита, резко меняется перед тем, как порода начинает разрушаться под действием высокого давле­ния.

Полевые эксперименты для проверки этого предвестника в зо­нах разлома были проведены в Советском Союзе, КНР, Японии, США и других странах. Изучив материалы этих работ, неко­торые исследователи сообщили об уменьшении электрического сопротивления перед землетрясением. Для окончательного суж­дения об эффективности этого метода опять-таки нужны даль­нейшие исследования, но в настоящий момент он представляется обнадеживающим.

Пятый параметр — вариации уровня сейсмической активности. По этому параметру имеется больше сведений, чем по четырем другим, но полученные до сих пор результаты не позволяют сде­лать определенных выводов. Регистрируются сильные изменения нормального фона сейсмической активности-обычно это увели­чение частоты слабых землетрясений. Такие изменения наблюда­лись в 1975 г. перед землетрясениями в Оровилле (см. гл. и в китайской провинции Ляонин (см. дальше в этой главе). Италь­янскими сейсмологами описан еще один случай прогноза, ко­торый, по-видимому, был успешным. После трагического по своим последствиям главного толчка землетрясения 6 мая 1976 г. в области Фриули (см. гл. 1) производилось наблюдение за аф-тершоками. В начале сентября 1976 г. было замечено, что средне­суточное число толчков, регистрируемых в этой области, суще­ственно возросло. На основании этого власти выпустили общее предупреждение, в котором людям, живущим в домах сомни­тельной прочности, рекомендовалось спать в других местах, хотя бы в палатках. Крупный афтершок (Ms = 6,0), разрушивший многие ослабленные строения, произошел в 5 ч 15 мин вечера 15 сентября 1976 г. Однако жертв этого землетрясения было не­много.

Метод измерения повторяемости землетрясений, состоящий в определении величины Ь, мы уже рассматривали в гл. 8 при об­суждении роя Оровильских землетрясений. Имеется предположе­ние, что если по мере возникновения землетрясений постоянно пересчитывать параметр Ъ для определенной площади, то можно установить, что он не остается постоянным. Такие временные из­менения величины Ъ могут означать приближение крупного толчка.

Можно предположить, что вариации этих пяти параметровпроисходят в пять стадий, которые проявляются в деформиро­ванных породах коры перед крупным землетрясением, во время землетрясения и сразу же после него[4]).

Рассмотрим эти пять стадий в том виде, как они представ­лены в дополнении 7. I стадия состоит в медленном накоп­лении упругой деформации благодаря действию главных текто­нических сил. В течение этого периода все сейсмические пара­метры характеризуются нормальными значениями. На II стадии в коровых породах зон разлома развиваются трещины, что приводит к общему возрастанию объема-к дилатансии. Когда открываются трещины, скорость продольных волн (волн сжатия), проходящих через такую раздувающуюся область, падает, днев­ная поверхность при этом воздымается, выделяется газ радон, уменьшается электрическое сопротивление, может измениться частота микроземлетрясений, отмечаемых на данной площади. На III стадии происходит диффузия воды из окружающих по­род в поры и микротрещины, что создает условия неустойчи­вости. По мере заполнения трещин водой скорость проходящих через данный район Р-волн начинает снова возрастать, под­нятие поверхности грунта прекращается, выделение радона из све­жих трещин затухает, а электрическое сопротивление продолжает уменьшаться. IV стадия соответствует моменту самого землетря­сения, после чего сразу же наступает V стадия, когда на площади возникают многочисленные афтершоки.

Следует подчеркнуть, что отдельные особенности и даже сам ход вариаций, изображенных в дополнении 7, иногда устанавли­ваются в некоторой степени умозрительно, так как объем по­левых наблюдений очень ограничен. Однако имеющиеся данные позволяют предположить, что период подготовки, приводящий к возникновению IV стадии, зависит от объема пород, затраги­ваемых подвижкой по разрыву при главном толчке. Грубые оценки показывают, что некоторые явления, сопровождающие подготовку землетрясения с магнитудой 6 по шкале Рихтера, мо­гут продолжаться несколько месяцев, с магнитудой 7 — от одного до трех лет, с магнитудой 8-от трех до десяти лет. Но другие виды предвестников могут быть краткосрочными, даже для крупных землетрясений.