Возможные долгосрочные сейсмические предвестники сильных землетрясений Кавказа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.12 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. УСЛОВИЯ СЕЙСМИЧНОСТИ КАВКАЗА

1.1. Состояние геодинамических процессов Кавказа на основе теории тектоники литосферных плит

1.2. Строении, напря?-сенное состояние и сейсмичность Кавказа

1.3. Проблема прогноза землетрясений и поиска предвестников

Актуальность работы. На современном этапе научных исследовании при решении задач, связанных с проблемой прогноза, возникают три основных вопроса: прогноз географического места возможных землетрясений, прогноз силы или энергии землетрясений и прогноз времени возникновения землетрясении.

В настоящее время выявленные прогностические признаки сильных землетрясении в основном сводятся к эмпирическим закономерностям, поскольку существующая теория не позволяет предсказать такие признаки с достаточной степенью однозначности. Это усиливает необходимость комплексного изучения наблюдений над геолого-геофизическими, геохимическими, геодезическими и др. полями,среди которых можно искать предвестник сильных землетрясений.За последние годы опубликованы сообщения о самых разнообразных предвестниках, замеченных перед сильными землетрясениями. Чтобы использовать предвестник для прогноза необходимо еще оценить его значимость, т.е. вероятность того, что он наблюдался перед сильными землетрясениями не случайно. Кроме того, необходимо дать алгоритм объявления тревоги и оценить вероятность ложных тревог и пропусков цели.

В настоящей работе объектом исследования по выявлению долгосрочных сейсмологических предвестников является Кавказ - один из сейсмоактивных районов СССР, где ведутся гражданские и промышленные строительства больших масштабов, возводятся уникальные гидротехнические сооружения, атомные электрические станции (АЭС), что предопределяет исключительную народнохозяйственную значимость и актуальность проблемы прогноза сильных землетрясений.

Целью работы является поиск информативных долгосрочных сейсмических предвестников сильных землетрясений Кавказа путем ретроспективного прогноза: выдача вероятного долгосрочного прогноза вперед; применение некоторых долгосрочных сейсмических предвестников для наиболее активных сейсмогенных узлов.

Научная новизна. Путем анализа ретроспективного материала наблюдений впервые выявлены информативные сейсмологические предвестники сильных землетрясений Кавказа. Показана неприменимость предвестника "взрыв афтерюков". В отличии от многочисленных ранее проведенных исследований хода сейсмичности и возможности возникновения сильного землетрясения в настоящей работе объектом исследования стали отдельные сейсмогенные узлы. Разработан новый алгоритм для выявления предвестника сильных землетрясений "активизация - затишье-АЗ". Впервые апробован долгосрочный предвестник сильных землетрясений "региональная повторяемость -РП" для территории Кавказа, северной части Анатолии и западной Туркмении. Показано, что в некоторых случаях этот предвестник можно использовать для прогнозирования сильного землетрясения.

Практическая ценность. На основе полученных в настоящей работе результатов можно составить практические рекомендации для наблюдения за изменением сейсмического поля с целью прогноза места и времени возникновения будущих сильных землетрясений Каказа. Результаты долгосрочного прогноза могут применяться, прежде всего, для планирования системы геофизических наблюдений в зоне прогнозируемого землетрясения с целью поиска и выявления промежуточных и краткосрочных предвестников, а также принятия долгосрочных мер безопасности.

Апробация работы. Основные результаты исследования опубликованы в пяти статьях. Основные положения диссертации докладовались на П республиканском семинаре по некоторым вопросам физики Земли (Тбилиси, 1977 г.)» на республиканской научно-технической конференции молодежи (Тбилиси, 1978 г.)» республиканской научно-технической конференции геофизиков (Баку, 1982 г.)» научных семинарах Института геофизики АН ГССР.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения; изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 56 иллюстраций и список литературы, включающий 63 наименований.

ВЫВОДЫ

Проводимые обширные исследования в области строения Земли и происходящих в ней внутридинамических процессов, показывают, что Кавказ и прилегающая территория из-за воздействия Аравийской плиты на Евразийскую находится в условиях сжатия. По причине этого здесь в основном доминируют системы субширотных сейсмогенных разломов; имеются также, но в меньшем количестве разломы субме-редионального и других направлений. В результате вааимодействия упомянутых литосферных плит Кавказ раздроблен на сравнительно мелкие литосферные подплиты. Таким образом, можно предположить, что в подготовке сильного землетрясения на Кавказе должно участвовать несколько литосферных блоков. Исходя из этого, нет необходимости искать предвестники только в области возникновения сильного землетрясения. Следовательно, при поиске предвестников следует подобрать такие районы, которые объединят несколько при-чинносвязанных литосферных блоков, участвующих в подготовке сильного землетрясения. Из-за того, что на Кавказе литосферная плита более раздроблена и не имеет непосредственного контакта с Аравийской, возникающие здесь землетрясения менее сильные. Анализ статистических материалов показывает, что на Кавказе возникающие сильные землетрясения имели магнитуду М 4 6,4.

В диссертации приводятся результаты выявления долгосрочных сейсмических предвестников сильных землетрясений Кавказа методом ретроспективного анализа. Наиболее важными результатами работы автор считает следующие:

1. Доказано, что при ретроспективном прогнозе на Кавказе долгосрочные сейсмические предвестники перед сильными землетрясениями наблюдаются не случайно.

2. Поскольку сильные землетрясения в основном происходят на разломах ж сейсмогенных узлах, границы районов возникновения возможных сильных землетрясений проводились так, чтобы они попадали внутрь указанных районов. Вариация границ этих районов, а также примененных параметров ( Mo, V , & f , ^Л* и др.) показала, что результаты /число прогнозируемых землетрясений, число "пропусков цели", число ложны:?: тревог и время тревоги в % / изменяются незначительно.

3. Для выявления долгосрочного сейсмического предвестника "активизация - затишье -A3" разработан новый алгоритм. Этот предвестник был реализован на примере сильных землетрясений Кавказа и оказался информативным.

4. Долгосрочный сейсмический предвестник "взрыв афтершоков- В" перед сильными землетрясениями на Кавказе не наблюдается.

5. Разработан алгоритм для выявления предвестника "региональная повторяемость - РП" и использован для прогнозирования сильных землетрясений на территории Кавказа, северной части Анатолии и Западной Туркмении.Долгосрочный предвестник "региональная повторяемость - РП" оказался информативным.

6. Совместное применение предвестников "рой- 5 "> "сигма - L " и "активизация - затишье - A3" показало, что в районе I в случае обнаружений предвестников "сигма- £ " и "рой- 5 " после 1982 г. имеем право дать долгосрочный возможный прогноз вперед. При долгосрочном возможном прогнозе нами рекомендуется усиленное научное исследование для выявления среднесрочных и краткосрочных сейсмических, а также и других геофизических предвестников. В случае обнаружения различных предвестников дается прогноз вперед.

7. В районе 2 наблюдаются долгосрочные сейсмические предвестники "рои- 5 ", "сигма- Г " и "активизация - затишье -A3", ложные тревоги отсутствуют. С 1981 г. в районе 2 имеем возможный долгосрочный прогноз вперед.

8. Изучен вопрос изменения функции E(t) во времени в некоторых сейсмогенных узлах Кавказа. Оказалось, что изменения функции Eft) во времени характеризуются периодичностью. Изучение периодичности функции E(t) в сейсмогенных узлах поможет уточнить место и время ожидаемых сильных землетрясений.

9. Для возможного предсказания сильных землетрясений в некоторых сейсмогенных узлах Кавказа применялись долгосрочные сейсмические предвестники "рой- S " и "сигма - £ ", которые оказались информативными.

10. Анализ полученных результатов в некоторых сейсмогенных узлах Кавказа показал, что долгосрочные сейсмические предвестники сильных землетрясении можно успешно искать в этих узлах.Поло

Закмсгавпсл. жительная сторона изысканий предвестников в сейсмогенных узлахГ'в том, что площадь узла в несколько раз меньше площади рассматриваемого района и это обстоятельство помогает приблизительно указать координаты эпицентра ожидаемых сильных землетрясений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Статистическое изучение распределения эпицентров землетрясений Кавказа показало, что в основном эпицентры землетрясений-расположены в сейсмогенных узлах, поэтому в этих узлах изыскание долгосрочных сейсмических предвестников землетрясений имеет важное значение. С этой целью в известных сейсмогенных узлах Джавахетского нагорья, Казбекокого и Шемахинского районов проверено пригодность предвестников "рой - 5 " и "сигма - Т. ", а также, изучен закон повторяемости землетрясений и периодичность сейсмической активности с помощью функции Hit) . Как показывают проведенные нами исследования, эти предвестники в указанных выше узлах оказались информативными. Поэтому целесообразно искать долгосрочные предвестники сильных землетрясений и в других сейсмогенных узлах Кавказа.

1. Аллен К.Р., Кейлис-Борок В.И., Кнопов Л. Долгосрочные пред-вестники сильных землетрясении в Тибете -Гималаях. "Вычислит, сейсмол.", М., 1980, № 13,с.12-19.

2. Балакина Л.М., Введенская А.В. и др. Поле упругих напряжений

3. Земли и механизм очагов землетрясений, М., "Наука", 1972, с.192.

4. Барсуков О.М. Изменение ^-eq времени возможный критерийпрогноза землетрясений. Физика Земли, 1$ 7, 1968, с. 17-21.

5. Бончковский В.Ф. Некоторые обобщения результатов наблюденийнаклонов земной поверхности, М., АН СССР, 1959, с.62.

6. Боровик Н.С., Мишарина Л.А., Тресков А.А. 0 возможности будущих сильных землетрясений в Прибайкалье. Изв. АН СССР. Физика Земли, JS I, 1971, с.21-26.

7. Буланже Ю.Д., Магницкий В.А. Современные движения земной коры,состояние проблемы. Изв. АН СССР. Физика Земли, 1974, 1Ь 10, с.19-24.

8. Бунэ В.И. и др. О сейсмическом риске на территории Кавказа.

9. Вычислит, сейсмол.", М., 1975, с.3-37.

10. Бюс Е.И. Изученность сейсмичности Кавказа. Тр. Ин-та геофиз.

11. АН ГССР, Ш1, 1958, с.95-120.

12. Еюс Е.И., Цхакая А.Д., Рубинштейн М.М. Грузия. В кн.: Сейсмическое районирование СССР, М., "Наука", 1968, с.242-253.

13. Виноградов С.Д. Акустические наблюдения процессов разрушения горных пород. М., "Наука", 1964, с.84.

14. Виноградов С.Д. Акустические наблюдения в шахтах Кизеловского бассейна. Изв. АН СССР, сер. геофиз. 1В 6,1957, с.3-19.

15. Виноградов С.Д., Мирзоев К.М., Саломов Н.Г. Исследованиясейсмического режима при разрушении образцов. Душанбе, "Донши", 1975, с.117.

16. Виноградов С.Д., Мирзоев К.М., Саломов Н.Г. Временные последовательности импульсов в процессе разрушения образцов под воздействием постоянной нагрузки. Изв. АН СССР, Физика Земли, J6 7, 1974, с.25-31.

17. Гамбурцев Г.А. Избранные труды. Изв. АН СССР, М., I960,с.357- 443.

18. Гвшииани А.Д., Зелевинский А.В., Кейлис-Борок В.И., Кособоков В.Г. Распознавание мест возникновения сильнейших землетрясений Тихоокеанского пояса / М > 8,2 /. "Вычислит, сейсмол.", М.,1980, Я> 13, с.30-43.

19. Гельфанд И.М., Губерман Ш.А., Извекова М.А., Кейлис-Борок

20. В.И., Ранцман Е.Я. О критериях высокой сейсмичности. ДАН СССР, 1972, 202, )£ 6, с.1317-1320.

21. Геофизика океана. Геодинамика 2. М., "Наука", 1979, с.413.

22. Гзовский М.В. Физическая теория образования тектоническихразрывов. В кн.: Проблемы тектонофизики. М., Гос-геолтехиздат, I960, с.78-90.

23. Горшков А.И., Капуто М., Кейлис-Борок В.И., Офицерова Е.Н.,

24. Ранцман Е.Я. Ротвайн И.М. Распознавание мест возможного возникновения сильных землетрясений. IX. Италия. М > 6,0. "Вычислит, сей-смол.", М., 1979, й 12, с.3-17.

25. Губин И.Е. Многоэлементные карты сейсмического районирования. Изв. АН СССР. Физика Зешш, № 7, 1966, с.11-19.

26. Джибладзе Э.А. Энергия землетрясений, сейсмический режим исейсмотектонические движения Кавказа. Тбилиси, "Мецниереба", 1980, с.256.

27. Джибладзе Э.А., Болквадзе И.Н., Джиджейпшили П.О. Уточнениекарт максимальных возможных землетрясений и сотрясаемости Кавказа. Изв. АН СССР, Физика Земли, № 8, 1976, с.31-40.

28. Джибладзе Э.А. Оценка некоторых характеристик очагов сопряжения Крыма и Кавказа. Тр. Ин-та геофиз. АН ГССР, № 37, 1976, с.63-75.

29. Иоселиани М.С. Строение осадочного комплекса и кристалического фундамента территории Грузии по геологическим данным. Изд-во АН ГССР, Тбилиси, 1969, с.235.

30. Карапетян Н.К. Напряженное состояние в очагах землетрясений

31. Армении и механизмы их возникновения. Изв. Ар.ССР "Наука о Земле", & 3, Ереван, 1977, с.42-49.

32. Кейлис-Борок В.И., Кнопов Л., Ротвайн И.М. Долгосрочные сейсмологические предвестники сильных землетрясений в Калифорнии Сьерра-Неваде, Новой Зеландии, Японии и Аляске. "Вычислит, сейсмол.",М., 1980, £ 13, с.З-П.

33. Кейлис-Борок В.И., Ротвайн И.М. Два долгосрочных предвестника сильных землетрясений. "Вычислит.сейсмол.", М., 1979, 12, с. 18-27.

34. Кириллова JT.B., Люстик Е.Н., Растворова В.А., Сорский А.А.,

35. Хайн В.Е. Анализ геотектонического развития и сейсмичности Кавказа. М., Изд-во АН СССР, I960, с.340.

36. Малиновский Е.Е., Хайн В.Е. Геологическое строение Кавказа.

37. М., Изд-во МГУ, 1963, 357 с.

38. Мирзоев К.М. и др. Поиск пространственно-временных закономерностей изменения параметров, предваряющих сильные землетрясения. Сб. "Поиски предвестников землетрясений". Ташкент, "Фан", 1976,261 с.

39. Михайлова Р.С. Динамика развития областей сейсмических затиший и прогноз сильных землетрясений. Изд-во АН СССР. Физика Земли, 1980, JS 10, с.12-22.

40. Мусурпдзе Г.Я. Строение земной коры и верхней мантии в Грузии и сопредельных районах по сейсмологическим и сейсморазведочным данным. Тбилиси, "Мецниере-ба", 1976, 170 с.

41. Мячкин В.И. и др. Лабораторные и теоретические исследованияпроцессов подготовки землетрясений. Изв. АН СССР, Физики Земли, 1974, № 10, с.107-112.

42. Мячкин В.И. и др. Основы физики очага и предвестники землетрясений. В кн.: Физика очага землетрясения. М., "Наука", 1975, с.6-29.

43. Нерсесов И.Л. и др. Возможности прогнозирования землетрясений на примере Гармского района Таджикской ССР. В кн.: Предвестники землетрясений. М., ВИНИТИ, 1973, с.72-99.

44. Нерсесов И.Л. и др. Пространственно-временное распределениевремен пробега поперечных и продольных волн в Гармском районе. В кн.: Экспериментальная сейсмология. М., "Наука", 1971, с.334-345.

45. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР, М.,1. Наука", 1977, 535 с.

46. Программа работ по поискам предвестников землетрясений. М.,1. ИФЗ АН СССР, 1971, 158 с.

47. Ризниченко Ю.В., Джибладзе Э.А. Скорости вертикальных движений при сейсмическом течении горных масс.Изв. АН СССР. Физика Земли, J& I, 1976, с.23-31.

48. Рубинштейн М.М., Цхакая АД. Сейсмотектонические особенности Джавахетского нагорья. Тр. Ин-та геофиз. АН ГССР, ХУП, 1958, с.161-176.

49. Садовский М.А. Научно-организационные задачи прогнозирования времени землетрясений. В кн.: Проблемы геофизики Средней Азии и Казахстана. М., "Наука", 1967, с.23-29.

50. Сихарулидзе Д.И. Строение земли по поверхностным волнам.

51. Тбилиси, "Мецьшереба", 1978, 247 с.

52. Сихарулидзе Д.И., Тутберидзе Н.П., Баграмян H.Z. и др.

53. Строение, напряженно-деформированное состояние и условия сейсмичности литосферы Малого Кавказа. Тбилиси, "Мецниереба", 1983, 10 с.

54. Твалтвадзе Г.К. Строение земной коры в Грузии по сейсмическим данным и построение систем теоретических годографов. Изд-во АН ГССР, Тбилиси, I960, 142 с.

55. Тектоносфера земли. М., "Наука", 1978, 531 с.

56. Федотов С.А. О сейсмическом цикле, возможности количественного сейсмического районирования и долгосрочном сейсмическом прогнозе. В кн.: Сейсмическое районирование СССР. М., "Наука", 1968, с.121-150.

57. Федотов С.А. О сейсмичности области Итурупского землетрясения. Изв. АН СССР. Физика земли, J6 I, 1969,с.3-12.

58. Чантуришвили Л.С. и др. Горные породы в физических полях.Тбилиси^ "Мецниереба", 1971, 229 с.

59. Шебалин Н.В. Методы использования инженерно-сейсмологическихданных при сейсмическом районировании. В кн.: Сейсмическое районирование СССР. М., "Наука", 1968, с.95-120.

60. Aggarwal J.P. ,Sykes L. R. , Armbruster J. , Sbar M. I». Premonitory

61. Changes in Seismic Velocities and Prediction of Earthquake. "Nature", 1973, v. 241, Ho 5385,p. 319

62. Arora Б. R., Singh В. P. Geomagnetic Field Precursors Associatedwith Earthquakes. "Mausam",1979, v. 30, No 2, p. 317-322

63. Brattacharya S.N. Change in Rayleigh Wave Phase Velocity

64. Due to Decrease of P -wave Velocity before an Earthquake. №iusam", 1979, v. 30,No 2,p. 335~336.

65. Delsemme I. , Smith A. T. Spectral Analysis of Earthquake Migration in South America. "Pare and Appl.Geophys.", 1979. v, 117,No 6, p. 1271-1285.

66. Mj achkin V. J. , Sobolev G. A., Dolbilkina N. A., Morozov N. N., Preobrazensky V. B. The Study of Variations in Geophysical Fields near Focal Zones of Kamchatka. "Tec-tonophysics",1972, v. 14, 287 p.

67. Nishimura E. On Some Destructive Earthquakes Observed withthe Tiltmeter at a Great Distance. Disast. Prevent. Res. Inst. KyotoIJniv. Bull. ,1953,No 6, p. 13-21.

68. Rhoades D. A. ,Evison F. F. Long-range Earthquake Forecasting

69. Based on a Single Predictor. "Geophys.J. Roy Ast-ron. Яос. ,1979 v. 59, No 1, p. 43-56. 57* Rikitake T.,Jamazaki J. Electrical Conductivity of Strained

70. Rocks. 1969, v. 5, No 1, 99p.

71. Singh S. K. , Havskov J. ,McNally K. ,Ronce L. , Hearn T., Vassilious

72. M. The Oaxacs, Mexiko, Earthquake of 29, November 1978: Apremiliminary Report on Aftershocks. "Geo-fiz. Int.", 1977- 1978, v. 17, No 3, p. 335-340.

73. Tomashek R.R. Earth Tilt in the British Isles Connected with

74. Far Distant Earthquakes. "Nature", 1955,v.176, No 4470, p. 17-22.

75. Whitcomb J. , Garmany J. D. , Anderson D. L. Earthquake Prediction: Variation of Seismic Velocities before the San Fernando Earthquake. "Science",1973,v.180 p. 52-67.

76. Yamazaki Y. Electrical Conductivity of Strained Rocks. Bull.

77. Barthq. Inst. Univ.Tokyo, 1965, v. 43,ITo 4, p. 782783.

78. Yamazaki Y. "Rlectrical Conductivity of Straned Rocks.Bull.

79. Eartha. Res. Inst. Univ. Tokyo, 1966, v. 44,No 4, p. 1550-1553.

80. Yamazaki Y. Precursory and Coseismic Resistivity Changes. Pure Appl. Geophys. ,1975,v. 113, No 1, p. 202-219. '