Изот Литинецкий - Изобретатель - природа

В последние годы большую популярность в научном мире приобрел метод прогнозирования землетрясений по аномалии изменений скорости объемных сейсмических волн перед сильным толчком. В основе его лежит регистрация резкого разрыва и расширение горных пород вдоль зоны разлома в земных недрах, когда напряжение в них достигает критической точки. В результате разрывов в насыщенных водой породах образуется множество крошечных полостей. Это замедляет скорость прохождения через породы продольных волн (волн давления, Р-волн), которые идут быстрее по трещинам, наполненным водой. Однако на другой тип сейсмических волн - так называемые поперечные волны, или "волны сдвига" (S-волны), - образование новых трещин оказывает мало влияния. Таким образом, резко нарушается обычное соотношение скоростей волн давления и волн сдвига.

Затем, по мере того как подземные воды постепенно заполняют образовавшиеся трещины, это соотношение восстанавливается до нормального. Однако в результате проникновения воды увеличивается давление внутри горных пoрод, и они как бы "смазываются", в результате чего одна сторона разлома скользит вдоль другой. Именно это перемещение и ощущается на поверхности как подземный толчок.

Взаимодействие волны давления с волной сдвига, на котором основана техника прогнозирования землетрясений, впервые было открыто советскими учеными. Обычно отношение скорости Р-волн к скорости S-волн составляет в среднем 1,7. Но вот, работая в Гармском районе Таджикистана, ученые заметили, что за 2-4 недели до подземного толчка отношение скоростей сейсмических волн понижалось на 12-15%. Затем незадолго до первого толчка оно приходило в норму. Об этом открытии советских ученых, как было сообщено на страницах американского еженедельника "Тайм", американские специалисты услышали в 1971 году на международной встрече ученых в Москве. Важность открытого феномена не ускользнула от их внимания, и они решили поискать подобные сдвиги скоростей волн на сейсмографах, установленных на севере штата Нью-Йорк в районе озера Блю-Маунтин. В дополнение к уже существующей сейсмологической станции ученые установили в различных точках еще семь портативных сейсмографов и ежедневно снимали показания приборов. Усилия ученых не пропали даром. Первого августа 1973 года во главе сейсмологической группы Колумбийского университета по телефону было сообщено, что по произведенным расчетам "через пару дней" следует ожидать землетрясения силой 2,5 или более балла.

Два дня спустя земные недра заколыхались - было зарегистрировано землетрясение в 2,5 балла по шкале Рихтера!

Позднее взаимодействие волн давления с волнами сдвига удалось наблюдать перед землетрясением в Японии и под Лос-Анджелесом (США). И многие исследователи заключили, что этот феномен широко распространен и что в сочетании с другими геологическими явлениями он поможет сейсмологам в конце концов точно назвать заранее время, место и силу многих землетрясений во всех районах мира. Однако оказалось, что этот предвестник не надежен. В частности, это констатировала конференция Геологической службы США, состоявшаяся 22-24 сентября 1976 года и посвященная главным образом проблеме прогноза землетрясений.

Некоторые ученые возлагают надежды на гидрогеоди намический прогноз землетрясений. В основе его - наблю дение за изменением режима подземных вод. Эти измене ния связаны с научно обоснованным предположением об активной деформации земной коры накануне толчка. Уровень подземных вод, насыщающих породы, чутко реагирует на эту деформацию.

Проведенными на Курильском полигоне советскими учеными исследованиями было выявлено, что за 3-7 дней до землетрясения определенного энергетического класса начинается падение уровня подземных вод в скважинах, достигающее 5-10 сантиметров. После непродолжительной стабилизации он опять поднимается. Толчкам предшествует, как правило, начало подъема подземных вод (рис. 12).

Рис. 12. Типовой график изменения уровня воды в скважинах перед сильным землетрясением (по данным Ф. И. Монахова). Колебания уровня воды перед землетрясением 21 июня 1978 года на кунаширской скважине 1 и в итурипских скважинах 2 и 3

Какие же процессы в очаге готовящегося землетрясения приводят к изменению гидрологического режима?

"Лабораторные опыты показали, - рассказывал руко водитель группы ученых Сахалинского комплексного научно-исследовательского института ДВНЦ АН СССР доктор технических наук Ф. И. Монахов, - что при подготовке разлома твердых земных пород происходит разуплотнение вещества. Вследствие этого объем образца увеличивается за счет образования микротрещин. Причем процесс этот обратим; непосредственно перед разломом микротрещины снова закрываются, и вещество уплотняется. Такое вление неупругого расширения вещества под влиянием растущих напряжений в науке называется дилатансией. Сейчас многие ученые считают, что в очаге назревающего землетрясения происходит именно такой процесс".

Изменение режима подземных вод с позиции дилатансионнои теории объясняется так. Образовавшиеся микротрешины и поры заполняются водой из окружающей среды, что приводит к понижению уровня. Непосредственно перед толчком породы уплотняются, и вода выжимается. Уровень ее начинает повышаться.

Однако такое предельно простое и ясное объяснение процесса изменения режима подземных вод перед толчком, по мнению некоторых ученых, справедливо лишь для скважин, расположенных в непосредственной близости к очагу. Результаты наблюдений на Курильском полигоне опровергают это мнение. "Мы наблюдали, - рассказывал Ф. И. Монахов, - изменение уровня воды перед землетрясениями, которые были удалены от скважин на 600-700 километров, а очаги их располагались на глубине до 200 километров. По нашему мнению, дилатансия - расширение объема пород - вызывает упругие напряжения за пределами центра сейсмической активности. Впрочем, такой вывод, к которому мы пришли экспериментальным путем, еще требует теоретического обоснования. Во всяком случае, мы установили, что величина, на которую падает в скважине столб воды, зависит от двух причин - интенсивности явления и удаленности его центра от пункта наблюдений".

Какова же реально прогностическая надежность гид-рогеодинамического метода?

Недавние наблюдения показали, что гидрогеодинамиче-ский метод позволяет предсказать все три самых важных для прогноза параметра - время, силу и место толчка. Обратимся к фактам.

19 марта 1978 года наблюдатели на Курильском полигоне Ю. Шлюев и В. Ашихин объявили прогноз на ближайшие 2-3 дня. И действительно, 22-23 марта произошло 4 толчка с магнитудой 6,7-7,6. Эпицентры находились в океане в 150 км юго-восточнее острова Итуруп. 24 марта наблюдатели сообщили о новом землетрясении на ближайшие сутки. Оно и произошло 25 марта и было самым сильным (М=8). В тот же день Ю. Шлюев и В. Ашихин предсказали следующее - в течение суток. Прогноз подтвердился серией толчков (М= 5-6) в ночь с 25 на 26 марта. После этого наблюдатели информировали о сейсмическом затишье, сбылось и это предсказание.