Ученые всего мира пытаются научиться предсказывать землетрясения и делать краткосрочные прогнозы, чтобы успеть эвакуировать людей. В России над этим работают несколько институтов. В их числе — научно-исследовательская лаборатория изучения экстремальных явлений Камчатки Камчатского государственного университета имени Витуса Беринга.
Ее руководитель, заведующий лабораторией комплексного мониторинга сейсмоактивных сред Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, докт. физ.-мат. наук Валерий Александрович Гаврилов, и его команда в августе 2024 года, за десять суток до шестибалльного Шипунского землетрясения, смогли дать успешный краткосрочный прогноз. Камчатская команда сейсмологов впервые использовала российскую методику прогнозирования с помощью полученных с глубины 1–2 км данных системы скважинного мониторинга, а также разработала метод, опирающийся на измерения подземных электрических антенн.
Новая лаборатория
Камчатка — один из самых сейсмоактивных регионов мира. Средняя повторяемость сильнейших (с магнитудой M ≥ 7,7) неглубоких камчатских землетрясений составляет 50–55 лет. Последнее землетрясение такого класса — Большое Камчатское землетрясение, вызвавшее катастрофическое цунами на юге Камчатки, произошло уже более 70 лет назад. Одним из наиболее вероятных мест следующего сильнейшего землетрясения станет Авачинский залив восточного побережья Камчатки. Неглубокое землетрясение с магнитудой M ≥ 7,7 в этой зоне способно вызвать в Петропавловске-Камчатском сотрясения до 9 баллов. Учитывая, что около 25% жилого фонда в этом городе не имеет необходимой степени сейсмостойкости, такое землетрясение способно привести к серьезным жертвам среди населения. Однако даже хорошее качество строительства еще не гарантирует полную безопасность в случае восьми–девятибалльных подземных толчков. Тем не менее сильные землетрясения на Камчатке были и будут, поэтому создание эффективной непрерывно функционирующей системы краткосрочного прогнозирования является сейчас важнейшей для региона задачей. Работы в этом направлении достаточно давно проводят три академических НИИ, расположенных на Камчатке: Институт вулканологии и сейсмологии (ИВиС) ДВО РАН, Камчатский филиал Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба Российской академии наук» (ФИЦ ЕГС РАН), а также Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН. Год назад к ним присоединился КамГУ им. Витуса Беринга, где была создана научно-исследовательская лаборатория изучения экстремальных явлений Камчатки. Ее руководителем стал Валерий Гаврилов.
Костяк коллектива университетской лаборатории составили работающие в ней по совместительству сотрудники указанных выше учреждений РАН, имеющие опыт исследований по прогнозированию камчатских землетрясений, также в лаборатории работают студенты КамГУ. Основные задачи лаборатории связаны с развитием системы комплексного геофизического мониторинга и методов краткосрочного прогнозирования камчатских землетрясений, опасных для района Петропавловска-Камчатского. Создание лаборатории, несмотря на короткий срок ее работы, успело сыграть положительную роль в решении указанных задач. Так, за счет финансовой поддержки со стороны КамГУ удалось своевременно — за месяц до сильного близкого Шипунского землетрясения, вызвавшего в Петропавловске-Камчатском сотрясения до шести баллов, — организовать непрерывные наблюдения на новом пункте спутниковой навигации на мысе Шипунском (восточное побережье Камчатки). Шипунское землетрясение произошло всего в 23 км от указанного пункта, что позволило получить уникальные результаты, позволяющие повысить точность краткосрочных прогнозов камчатских землетрясений. Отметим, что за девять суток до Шипунского землетрясения сотрудниками лаборатории ИВиС ДВО РАН был сделан успешный краткосрочный прогноз этого землетрясения. По мнению Валерия Гаврилова, прогноз Шипунского землетрясения — важный результат, указывающий на реальность решения проблемы достаточно надежного краткосрочного прогнозирования сильных камчатских землетрясений.
Прогноз за девять суток
С конца 1990-х годов с подачи американских сейсмологов стало принято считать, что краткосрочное прогнозирование сильных землетрясений невозможно. Но это не совсем так.
— Прогноз с высокими требованиями к надежности и точности прогнозируемых параметров землетрясения действительно нереален, — отмечает Валерий Гаврилов, — однако в большинстве случаев для жителей и органов власти сейсмоопасного района важна не точность прогноза, а оценка вероятности сильных (выше пяти баллов) сотрясений на ближайшие дни и недели. Такой прогноз с «мягкими» требованиями к точности и с качественной оценкой вероятности прогнозируемого события реален и, безусловно, необходим.
Валерий Александрович поясняет, что с 2013 года лаборатория регулярно подает заключения о текущей сейсмоопасности для района Петропавловска-Камчатского в Камчатский филиал Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений, а также в Совет по прогнозу землетрясений и извержений вулканов ИВиС ДВО РАН. Как правило, такие заключения подготавливаются каждые две недели. Для оценки вероятности прогнозируемого землетрясения при этом используются три градации сейсмической опасности: «незначительная», «повышенная» и «значительно повышенная».
Первое прогнозное заключение, связанное с подготовкой Шипунского землетрясения, было подано 19 декабря 2023 года. В заключении сообщалось, что на период с 19.12.2023 по 29.12.2023 «повышена вероятность землетрясений с величиной отношения длины очага землетрясения к гипоцентральному расстоянию (параметр S) не менее 18%». Указанная оценка сейсмической опасности для района Петропавловска-Камчатского подтверждалась каждые две недели вплоть до 7 августа 2024 года.
За девять суток до Шипунского землетрясения было сделано прогнозное заключение, в котором сообщалось уже о значительно повышенной вероятности землетрясений с величиной параметра S не менее 18% на период с 8 августа по 22 августа. До этого заключение с формулировкой о «значительно повышенной вероятности землетрясения» подавалось всего один раз, в 2013 году, накануне сильного Южно-Камчатского землетрясения, которое также было успешно предсказано лабораторией.
По модели Добровольского
Одним из оснований для перехода на «красный» уровень сейсмической опасности являлось практически синхронное появление значительных предвестниковых аномалий, регистрируемых сразу по нескольким видам скважинных измерений. Вместе с тем Валерий Гаврилов подчеркивает, что, опираясь только на «предвестники», тем более не всегда правильно понимая их физический смысл, нельзя рассчитывать на надежное краткосрочное прогнозирование. Анализ результатов комплексных геофизических наблюдений должен проводиться в рамках выбранной для соответствующего сейсмоопасного района базовой физической модели подготовки землетрясения.
Ранее в качестве такой модели сотрудники лаборатории пытались использовать дилатантно-диффузионную модель, разработанную учеными США и считающуюся общепризнанной. Однако попытки достаточно надежно выделять заключительную стадию подготовки сильных камчатских землетрясений, хотя бы при ретроспективном анализе данных, не дали ожидаемых результатов. С начала 2023 года в качестве базовой модели авторы стали использовать модель консолидации Игоря Добровольского. Как показала практика, использование модели консолидации позволяет выделять заключительную стадию подготовки землетрясения даже в реальном времени. Подтверждением стал успешный краткосрочный прогноз Шипунского и ряда других сильных камчатских землетрясений.
Модель консолидации Добровольского известна уже более сорока лет и всегда вызывала большой интерес, но до последнего времени считалась чисто теоретической, поскольку ее основные положения ранее не находили экспериментального подтверждения. Но результаты, полученные коллективом лаборатории ИВиС ДВО РАН на заключительных стадиях подготовки сильных камчатских землетрясений, показали соответствие основным позициям модели консолидации.
По мнению Валерия Гаврилова, это связано с тем, что при проведении геофизических наблюдений на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне используется ряд новых, более чувствительных методов мониторинга изменений напряженно-деформированного состояния геосреды, не имеющих аналогов на других отечественных и зарубежных сейсмопрогностических полигонах. Ученый подчеркивает, что обоснованное краткосрочное прогнозирование землетрясений невозможно без наличия в контролируемом районе непрерывно функционирующей сети комплексных геофизических наблюдений, способной обеспечивать непрерывный мониторинг процессов подготовки сильных (величина S от 30% и выше) землетрясений с позиций выбранной базовой физической модели. Это возможно лишь при использовании высокоэффективных методов мониторинга изменений напряженно-деформированного состояния геосреды.
Двадцать лет мониторинга
В настоящее время для краткосрочного прогнозирования землетрясений, опасных для района Петропавловска-Камчатского, используются в первую очередь данные сети комплексных скважинных измерений, функционирующей на территории Петропавловского геодинамического полигона в непрерывном режиме более двадцати лет. Главные особенности данной сети — проведение измерений в достаточно глубоких скважинах, а также их комплексность. Измерения в скважинах, проводимые in situ, с установкой датчиков на глубинах до 1000 м, позволяют получать научные результаты, недостижимые при измерениях на дневной поверхности. В свою очередь, комплексность измерений дает возможность сравнивать результаты, полученные по разным видам измерений, уменьшая тем самым вероятность ошибок при их интерпретации.
Сейчас в состав сети входит пять непрерывно функционирующих измерительных пунктов с каналами передачи данных в Центр сбора информации, расположенный в Петропавловске-Камчатском в здании ИВиС ДВО РАН. Для мониторинга состояния геосреды используются данные девяти видов измерений (более 60 измерительных каналов). Большинство технических средств, входящих в состав аппаратуры измерительных пунктов и Центра сбора информации, разработаны сотрудниками лаборатории комплексного мониторинга сейсмоактивных сред ИВиС ДВО РАН. Базовыми видами измерений на всех пунктах сети являются геоакустические измерения в скважинах и электромагнитные измерения с подземными электрическими антеннами различных конструкций. Кроме этого, в последние два года к анализу данных скважинных измерений успешно привлекаются данные ГНСС-наблюдений, в том числе данные мониторинга состояния ионосферы.
Однако, как подчеркивает Валерий Гаврилов, пока удалось создать лишь основу системы мониторинга землетрясений, опасных для района Петропавловска-Камчатского. Начиная с нынешнего года, научно-исследовательская лаборатория изучения экстремальных явлений Камчатки КамГУ имени Витуса Беринга совместно с лабораторией комплексного мониторинга сейсмоактивных сред ИВиС ДВО РАН планируют достаточно масштабные работы по дальнейшему развитию сети геофизических наблюдений. Предполагается создание новых пунктов электромагнитных измерений с использованием подземных электрических антенн, пунктов сети ГНСС, пунктов мониторинга газонасыщенности воды скважин, мониторинга объемной активности радона и др. Работы в этом направлении, благодаря финансовой поддержке со стороны КамГУ, начались в прошлом году и будут продолжены.
«Для прогнозирования землетрясений требуются…»
— Самое сложное — кадровый вопрос, — говорит Валерий Гаврилов. — Здесь мы неоригинальны: такая проблема сейчас есть практически у всех. Однако ввиду удаленности от центральной части России этот вопрос для Камчатки стоит значительно более остро, чем на «материке». Нужных специалистов можно найти и в Москве, Владивостоке и других городах. Однако при этом возникает вопрос не только о зарплате, но и о жилье. Когда я в 1970-е годы приехал на Камчатку, Институт вулканологии каждые три года строил дом для своих сотрудников. Успели ввести в эксплуатацию шесть таких домов, в которых сотрудники получали служебные квартиры.
По мнению Гаврилова, стоит вернуться к строительству служебного жилья для ученых.
— Это создаст дополнительные возможности для привлечения молодых специалистов к работе на Камчатке. Важно, чтобы ребята были уверены в том, что после окончания университета им будут платить достойную зарплату и что они смогут довольно быстро получить квартиру, хотя и служебную, — добавляет он.
Получается, что прогнозирование землетрясений и подготовка к ним — проблема комплексная. Она включает в себя решение не только научных, но и организационных, кадровых и даже градостроительных вопросов.
Время не ждет: сильные землетрясения на Камчатке возможны уже в ближайшие годы.
Светлана Михайлова
Фото пресс-службы КамГУ
(1 оценок, среднее: 4,00 из 5)
Загрузка...