Email this article Experience of observing deformations of the earth's surface at small sites in rift zones in 1984–1995 in Kamchatka
- Authors: Mironov I.K.1, Maguskin V.M.1
-
Affiliations:
- Institute of Volcanology and Seismology, Far East Branch, Russian Academy of Sciences
- Issue: No 4 (2019)
- Pages: 52-68
- Section: ARTICLES
- URL: https://journals.eco-vector.com/0203-0306/article/view/15265
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0203-03062019452-68
- ID: 15265
Cite item
Full Text
Abstract
A review is given of high-precision measurements of distances by light-rangefinders and elevations from Class I leveling between long-term geodetic centers at local deformation sites laid on the coast of Avacha Bay, in order to detect deformation precursors of a likely strong earthquake (M > 7.0) and to obtain quantitative characteristics of co-seismic deformations. The report in tabular form contains the results of all measurements performed in the period 1984 –1995. These data are necessary for future researchers, since between the preserved centers you can repeat the measurements with any exact methods, compare them with the results of previous years and draw more objective conclusions. During the observations at all sites, no significant changes (exceeding the double accuracy of their determination) exceeded and the distances between the geodetic centers did not occur. The strong (M = 6.8) earthquake that occurred on March 2, 1992, with its epicenter in Avacha Bay did not cause precursors of deformations, and co-seismic deformations did not occur either. Perhaps they were, however, the sensitivity of the method and the remoteness of the sites from the hypocenter of the earthquake did not allow them to be detected.
Keywords
Full Text
ВВЕДЕНИЕ
Перед началом экспериментальных работ предполагалось, что появление на поверхности земли деформационных предвестников сильных землетрясений можно обнаружить повторными высокоточными геодезическими измерениями. Принципиально такие измерения можно выполнять на любой площади и с разной детальностью, причем, чем больше площадь, тем больше материальные затраты. До появления в геодезии Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) измерения проводились классическими методами, и их можно было выполнять только в благоприятных погодных условиях. Было очевидно – чем выше частота измерений, тем больше вероятность обнаружения деформационного предвестника. Однако на большой площади (сотни кв. км) измерения можно выполнить только один раз в год. По-видимому, ежегодными измерениями можно обнаружить тенденцию в изменениях вертикальных и горизонтальных составляющих деформаций, и связывать их с текущей сейсмичностью некорректно. Частые измерения методами классической геодезии можно выполнять только на малых площадях, так называемых деформационных площадках, и путем анализа этих данных попытаться обнаружить предвестники сильных землетрясений и получить количественные характеристики косейсмических деформаций. Такие измерения в окрестностях активных вулканов могут быть использованы в комплексе с другими данными для прогноза вулканических извержений.
Многочисленные публикации результатов повторных измерений показывают, что движения земной поверхности, иногда до нескольких сотен метров, происходят в моменты землетрясений, и направления подвижек пунктов, расположенных по разные стороны от разломной зоны, противоположны. Амплитуды их максимальны вблизи “бортов” разломной зоны [Кафтан, Докукин, 2007]. На основании этих фактов, выполнение частых высокоточных (1·10-6) геодезических измерений на малых площадях, расположенных на разломных зонах, казалось предпочтительным методом обнаружения деформационных предвестников сильных землетрясений. Так как непрерывные измерения, которые необходимы для краткосрочного прогноза, выполнять невозможно, то предполагалось, что частые измерения будут полезными для среднесрочного прогноза (месяцы) сильных землетрясений. По предложению академика РАН С.А. Федотова [Федотов, Энман, 1973] в середине 1980-х годов в разных районах Камчатки были заложены деформационные площадки в предполагаемых активных разломных зонах. На этих площадках геодезические знаки представляют собой железобетонные столбы (далее пункты) диаметром 300 мм со стальными плитами, вмонтированными в верхнюю грань и служащими для принудительного центрирования геодезических приборов. Основания пунктов имеют бетонные якоря 1ⅹ1ⅹ0.3 м. Глубина заложения якорей зависит от свойств грунта в месте установки знака и составляет 1.1–2.5 м. Высота такого пункта над земной поверхностью составляет 1.4–1.6 м. В основание каждого пункта на высоте 0.10–0.30 м над поверхностью земли заложен нивелирный репер скального типа из латуни. На некоторых деформационных площадках заложены грунтовые реперы и имеются реперы государственной нивелирной сети I класса. На всех площадках измеряемыми величинами являлись расстояния между пунктами, определенные светодальномером СП-2 и превышения между нивелирными знаками, известные из нивелирования по программе I класса с применением нивелира Ni005A. Методика производства измерений была единой во все годы. Камеральная обработка измеренных линий проводилась по методике, предложенной изготовителем СП-2, и отраженной в “Техническом описании и инструкции по эксплуатации СП-2”. Погрешность определения длины линий была не более 2 мм + 2·10-6·D, где D – длина линии в мм. Превышения определялись с погрешностью 0.5 мм∙√n , где n – число установок нивелира на штативе в промежутке между нивелирными знаками.
Так как геодезические знаки на деформационных площадках долговременные, то измерения на них можно повторить через десятилетия и по результатам сравнения их с предыдущими данными сделать более объективные выводы.
МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Деформационная площадка “Центр” имеет вид геодезического четырехугольника и расположена в центре г. Петропавловска-Камчатского (рис. 1а). Табл. 1 содержит все измеренные наклонные расстояния, приведенные к центрам стальной плиты в верхней части пункта. Графики изменения во времени расстояний представлены на рис. 1б. По всем линиям не просматривается тренд в изменениях. Разброс изменений от среднего значения за все годы не превышает двойной точности определения длины линии (±4 мм). Заметно, что длины линий, измеренные при отрицательных температурах, короче, чем длины, измеренные при положительных, и это объясняется, вероятнее всего, несовершенством введения поправок в расстояние за метеоусловия во время измерений в разные времена года.
Рис. 1. Деформационная площадка “Центр”.
а – схема расположения пунктов: 1 – места установки светодальномера и отражателя, 2 – пункт триангуляции (сплошной линией обозначены измеренные линии, волнистой – трасса нивелирования); б – изменения длин линий.
Таблица 1. Наклонные расстояния, измеренные на деформационной площадке "Центр", м
Дата | Название линий |
| |||||
1–2 | 1–3 | 1–4 | 2–3 | 2–4 | 3–4 | ||
год/месяц/число |
| ||||||
1988.01.12-14 | 1149.674 | 1162.087 | 1009.817 | 435.196 | 1817.246 | 1576.100 |
|
1988.02.09-10 | 1149.675 | 1162.086 | 1009.812 | 435.195 | 1817.246 | 1576.097 |
|
1988.03.21-22 | 1149.676 | 1162.086 | 1009.811 |
| 1817.246 | 1576.098 |
|
1988.04.18-19 | 1149.677 | 1162.085 | 1009.811 | 435.196 | 1817.248 | 1576.098 |
|
1988.05.17-18 | 1149.678 | 1162.089 | 1009.813 | 435.196 | 1817.248 | 1576.103 |
|
1988.06.14-15 | 1149.678 | 1162.086 | 1009.813 | 435.195 | 1817.249 | 1576.102 |
|
1988.07.14-18 | 1149.677 | 1162.086 | 1009.814 | 435.197 | 1817.247 | 1576.100 |
|
1988.08.26-29 | 1149.678 | 1162.088 | 1009.812 | 435.195 | 1817.246 | 1576.100 |
|
1988.09.27-29 | 1149.677 | 1162.087 | 1009.812 | 435.194 | 1817.246 | 1576.101 |
|
1988.10.17-20 | 1149.678 | 1162.088 | 1009.814 | 435.195 | 1817.247 | 1576.101 |
|
1988.11.16-18 | 1149.677 | 1162.085 | 1009.812 | 435.194 | 1817.247 | 1576.100 |
|
1988.12.26-27 | 1149.676 | 1162.084 | 1009.811 | 435.194 | 1817.247 | 1576.099 |
|
1989.01.11-16 | 1149.676 | 1162.085 | 1009.811 | 435.194 | 1817.247 | 1576.098 |
|
1989.02.09-10 | 1149.676 | 1162.085 | 1009.810 |
| 1817.246 | 1576.099 |
|
1989.03.10-14 | 1149.675 | 1162.084 | 1009.810 |
| 1817.246 | 1576.098 |
|
1989.04.17-20 | 1149.675 | 1162.085 | 1009.812 |
| 1817.246 | 1576.100 |
|
1989.05.04-05 | 1149.678 | 1162.088 | 1009.812 |
| 1817.249 | 1576.102 |
|
1989.06.05-07 | 1149.678 | 1162.086 | 1009.813 | 435.196 | 1817.249 | 1576.100 |
|
1989.07.25-26 | 1149.678 | 1162.087 | 1009.813 | 435.194 | 1817.244 | 1576.099 |
|
1989.10.02 | 1149.676 | 1162.087 | 1009.813 | 435.194 | 1817.247 | 1576.101 |
|
1989.11.17-23 | 1149.677 | 1162.089 |
|
| 1817.243 | 1576.098 |
|
1990.02.01-02 | 1149.674 | 1162.088 | 1009.813 |
| 1817.243 | 1576.099 |
|
1990.04.25-28 | 1149.679 | 1162.089 | 1009.814 |
| 1817.249 | 1576.102 |
|
1990.05.29-31 | 1149.680 | 1162.091 | 1009.813 |
| 1817.252 | 1576.102 |
|
1990.07.03-06 | 1149.678 | 1162.087 | 1009.814 | 435.197 | 1817.247 | 1576.101 |
|
1990.08.27-28 | 1149.678 | 1162.088 | 1009.813 | 435.195 | 1817.250 | 1576.105 |
|
На этой же площадке в мае 1984 г. было выполнено нивелирование I класса между пунктами 1 и 4 и пунктом городской триангуляции “Сигнальный”, который расположен рядом с пунктом 4 (см. рис. 1а). Измеренные превышения оказались равными: -0.4339 м между п. Сигнальный и пунктом 4 (скальный репер в основании бетонной тумбы); +30.4191 м между скальным репером в основании пункта 4 и скальным репером в основании пункта 1.
Деформационная площадка “Створ” выполнена в виде геодезического профиля протяженностью 2.1 км и состоит из 4-х пунктов. Здесь же заложены грунтовые реперы 879 и 1310 (рис. 2а). Пункт 21 совмещен с государственным пунктом триангуляции “Новая”. Из представленных в табл. 2 наклонных расстояний, измеренных в период с 1988 по июль 1992 гг., и графика изменений их во времени (см. рис. 2б) следует: отсутствие тренда и сезонного хода в изменениях длин линий колебательный характер этих изменений за все годы величины отклонений от среднего значения не превышала ±4 мм, что не более двойной точности измерений. Судя по этим отклонениям, точность измерения линий не зависела от их длины. Превышения из нивелирования I класса (известные с погрешностью не более 0.5·√L мм, где L – расстояние между реперами в км) показали, что изменения превышений между грунтовыми реперами, заложенными в болотистой местности и любыми из бетонных столбов, доходят до 21 мм, в то же время изменения превышений между столбами, заложенными в благоприятных грунтовых условиях, лежат в пределах точности их определения (табл. 3, см. рис. 2в). На основании этих фактов следует признать неустойчивость грунтовых реперов, заложенных в болотистой местности, и исключить их в последующих измерениях.
Рис. 2. Деформационная площадка “Створ”.
а – схема расположения пунктов и реперов (1310, 879): 1 – грунтовый репер (остальные обозначения см. рис. 1); б – изменения длин линий; в – изменения превышений.
Таблица 2. Наклонные расстояния, измеренные на деформационной площадке "Створ", м
Дата год/месяц/число | Название линий | ||||
21–20 | 21–19 | 21–18 | 19–18 | 20–19 | |
1988.01.07-11 | 1178.919 | 1493.328 | 2120.574 | 627.920 | 315.097 |
1988.02.04-05 | 1178.918 | 1493.329 | 2120.572 | 627.916 | 315.098 |
1988.03.23-24 | 1178.918 | 1493.329 | 2120.572 | 627.920 | 315.098 |
1988.04.20 | 1178.918 | 1493.332 | 2120.576 | 627.920 | 315.098 |
1988.05.19 | 1178.921 | 1493.332 | 2120.576 | 627.920 | 315.096 |
1988.06.21 | 1178.918 | 1493.330 | 2120.572 | 627.918 | 315.096 |
1988.07.13 | 1178.918 | 1493.330 | 2120.569 | 627.918 | 315.093 |
1988.08.24-25 | 1178.916 | 1493.329 | 2120.572 | 627.919 | 315.095 |
1988.09.19 | 1178.918 | 1493.329 | 2120.572 | 627.918 | 315.095 |
1988.10.21 28 | 1178.924 | 1493.331 | 2120.570 | 627.918 | 315.088 |
1988.11.14 21 | 1178.922 | 1493.327 | 2120.571 | 627.920 | 315.088 |
1988.12.09 14 | 1178.924 | 1493.329 | 2120.567 | 627.918 | 315.089 |
1989.01.05-06 | 1178.926 | 1493.328 | 2120.570 | 627.918 | 315.092 |
1989.02.16 20 | 1178.926 | 1493.330 | 2120.569 | 627.918 | 315.092 |
1989.03.15-16 | 1178.925 | 1493.327 | 2120.568 | 627.918 | 315.092 |
1989.04.21 24 | 1178.926 | 1493.329 | 2120.569 | 627.916 | 315.091 |
1989.05.10 12 | 1178.926 | 1493.330 | 2120.571 | 627.917 | 315.091 |
1989.06.07-09 | 1178.928 | 1493.332 | 2120.573 | 627.918 | 315.090 |
1989.09.11-12 22 | 1178.928 | 1493.327 | 2120.571 | 627.917 | 315.091 |
1989.10.23 26 11.01 | 1178.924 | 1493.327 | 2120.573 | 627.917 | 315.093 |
1989.11.28-29 | 1178.925 | 1493.328 | 2120.571 | 627.917 | 315.091 |
1990.01.17-18 | 1178.924 | 1493.328 | 2120.571 | 627.918 | 315.091 |
1990.02.23 |
| 1493.328 |
|
|
|
1990.03.11-12 |
| 1493.327 | 2120.575 | 627.918 |
|
1990.05.15-18 | 1178.928 | 1493.332 | 2120.576 | 627.918 |
|
1990.06.18 | 1178.929 | 1493.333 | 2120.578 | 627.918 |
|
1990.08.01-02 | 1178.926 | 1493.328 | 2120.574 | 627.918 |
|
1990.09.11-14 | 1178.927 | 1493.329 | 2120.577 | 627.919 |
|
1992.07.14 | 1178.929 | 1493.332 | 2120.577 | 627.916 |
|
Примечание. Изменения длин линий 21–20 и 20–19 с 21 октября 1988 г. связаны с механическим воздействием на бетонный столб.
Таблица 3. Превышения, измеренные на деформационной площадке "Створ" нивелированием I класса, м
Дата год/месяц/число | Название секций нивелирного хода | |||
19–879 | 879–1310 | 20–19 | 20–879 | |
1987.06.09-18 | –11.7192 | 1.2440 | –13.7198 | –25.4390 |
1987.10.09-10 | –11.7197 | 1.2442 | –13.7198 | –25.4395 |
1988.01.14-15 | –11.7160 | 1.2388 | –13.7204 | –25.4364 |
1988.02.20-21 | –11.7164 | 1.2380 |
|
|
1988.03.30 | –11.7191 | 1.2394 |
|
|
1988.04.27 | –11.7206 | 1.2480 |
|
|
1988.05.31 | –11.7217 | 1.2479 | –13.7192 | –25.4409 |
1988.06.16 | –11.7219 | 1.2480 | –13.7196 | –25.4415 |
1988.08.23 | –11.7218 | 1.2470 | –13.7204 | –25.4422 |
1988.09.29 | –11.7222 | 1.2471 | –13.7204 | –25.4426 |
1988.10.26-27 | –11.7234 | 1.2470 | –13.7192 | –25.4430 |
1988.11.22-23 | –11.7257 | 1.2482 | –13.7190 | –25.4447 |
1988.12.20-21 | –11.7280 | 1.2488 | –13.7204 | –25.4484 |
1989.01.08-09 | –11.7300 | 1.2504 | –13.7189 | –25.4489 |
1989.02.21 | –11.7278 | 1.2485 |
|
|
1989.03.23 | –11.7231 | 1.2460 |
|
|
1989.04.25 | –11.7245 | 1.2470 |
|
|
1989.05.17 | –11.7236 | 1.2476 | –13.7180 | –25.4416 |
1989.06.12 | –11.7245 | 1.2482 | –13.7188 |
|
1989.09.25 | –11.7256 | 1.2474 | –13.7192 |
|
1989.10.20 | –11.7250 | 1.2476 | –13.7191 |
|
1989.12.08 | –11.7285 | 1.2487 |
|
|
1990.01.20 | –11.7309 | 1.2495 |
|
|
1990.05.10-11 | –11.7252 | 1.2486 | –13.7185 |
|
1990.06.13-14 | –11.7249 | 1.2478 | –13.7190 |
|
1990.07.12 | –11.7253 | 1.2492 | –13.7192 |
|
1990.09.05-06 | –11.7264 | 1.2488 | –13.7192 |
|
1990.11.29-30 | –11.7280 | 1.2500 | –13.7194 |
|
1991.11.26-27 | –11.7122 | 1.2347 | –13.7182 |
|
1991.12.10 | –11.7136 |
|
| |
1992.06.03 | –11.7034 | 1.2293 | –13.7177 |
|
1992.08.13 | –11.7034 | 1.2292 | –13.7183 |
|
1992.10.21 | –11.7054 | 1.2299 | –13.7184 |
|
1993.05.17 | –11.7051 | 1.2291 | –13.7182 |
|
1994.11.03 | –11.7144 | 1.2381 | –13.7184 |
|
1995.05.25 | –11.7140 | 1.2377 |
|
|
1991.10.17 | –11.7136 | 1.2384 | –13.7194 |
|
1997.11.11 | –11.7144 | 1.2390 | –13.7186 |
|
Деформационная площадка “Океанская” расположена южнее г. Петропавловска-Камчатского. Пункты заложены на преобладающих высотах, окружающих озеро Банное, и образуют геодезический четырехугольник (рис. 3а). Результаты измеренных наклонных расстояний и графики их изменений во времени приведены, соответственно, в табл. 4 и на рис. 3б. Графики показывают, что по всем линиям отсутствует тренд в изменениях расстояний. Их колебания носят случайный характер (максимум до 7 мм) и, по-видимому, это связано с несовершенством учета метеорологических поправок к расстояниям.
Рис. 3. Деформационная площадка “Океанская”.
а – схема расположения пунктов (условные обозначения см. рис. 1); б – изменения длин линий.
Таблица 4. Наклонные расстояния, измеренные на деформационной площадке "Океанская", м
Дата год/месяц/число | Название линий | |||||
4–3 | 4–1 | 4–2 | 2–1 | 2–3 | 1–3 | |
1989.02.24-25 | 1057.885 | 1613.872 | 1761.711 | 553.655 | 1046.262 | 1257.660 |
1989.03.21-22 | 1057.885 | 1613.872 | 1761.710 | 553.654 | 1046.261 | 1257.659 |
1989.04.13-14 | 1057.884 | 1613.871 | 1761.708 | 553.655 | 1046.262 | 1257.661 |
1989.05.24-29 | 1057.883 | 1613.870 | 1761.708 | 553.653 | 1046.259 | 1257.659 |
1989.06.13-15 | 1057.883 | 1613.870 | 1761.709 | 553.654 | 1046.260 | 1257.660 |
1989.07.31-08.01 | 1057.885 | 1613.869 | 1761.709 | 553.657 | 1046.260 | 1257.661 |
1989.11.13-16 | 1057.885 | 1613.869 | 1761.708 | 553.656 | 1046.260 | 1257.659 |
1990.01.03-05 | 1057.885 | 1613.867 | 1761.709 | 553.655 | 1046.263 | 1257.660 |
1990.02.07-08 | 1057.886 | 1613.872 | 1761.712 | 553.655 | 1046.263 | 1257.661 |
1990.04.18-19 | 1057.887 | 1613.871 | 1761.712 | 553.654 | 1046.264 | 1257.661 |
1990.06.26-28 | 1057.887 | 1613.872 | 1761.715 | 553.655 | 1046.263 | 1257.662 |
1990.08.20-22 | 1057.885 | 1613.870 | 1761.710 | 553.655 | 1046.262 | 1257.660 |
1990.12.14 | 1057.886 | 1613.870 | 1761.709 |
| 1046.261 | 1257.661 |
1991.08.24 | 1057.884 | 1613.872 | 1761.712 | 553.655 | 1046.261 | 1257.660 |
1992.06.18 23-24 | 1057.887 | 1613.870 | 1761.710 | 553.657 | 1046.261 | 1257.661 |
1992.10.30 | 1057.885 | 1613.870 | 1761.712 | 553.656 | 1046.263 | 1257.661 |
1993.07.19-20 | 1057.884 | 1613.874 | 1761.712 | 553.656 | 1046.264 | 1257.661 |
1994.11.01 | 1057.884 | 1613.871 | 1761.710 | 553.658 | 1046.263 | 1257.662 |
Деформационная площадка “Островная” состоит из шести линий, образующих профиль длиной 11 км, который вытянут непосредственно вдоль берега Авачинского залива и пересекает устья рек Островная и Вахиль (рис. 4а). В створе профиля находятся два репера государственной нивелирной сети I класса № 1430 и № 167. В табл. 5 приведены значения наклонных расстояний, измеренных в период с 1987 по 1992 гг., а на рис. 4б – графики изменений их во времени. Измерения выполнялись всегда в осенне-зимний период. Результаты измерений 18–21 августа 1989 г. показали слабое укорачивание длин почти всех линий, т.е. сжатие по всему профилю, которое в целом может быть связано с подготовкой землетрясения 13 класса, произошедшего 15 сентября 1989 г. вблизи полуострова Шипунский. Предположение основано на следующих обстоятельствах: эпицентр землетрясения находился в створе профиля на расстоянии 54 км, другие землетрясения с энергетическим классом 13 и выше произошли в несколько раз дальше от профиля или были меньшего класса.
Рис. 4. Деформационная площадка “Островная”.
а – схема расположения пунктов (условные обозначения см. рис. 1 и рис. 2); б – изменения длин линий.
Таблица 5. Наклонные расстояния, измеренные на деформационной площадке "Островная", м
Дата год/месяц/число | Название линий | |||||
7–6 | 6–5 | 5–4 | 4–3 | 3–2 | 2–1 | |
1987.12.17-23 | 1598.636 | 1028.064 | 1792.793 | 2403.144 |
|
|
1988.02.27-03.03 | 1598.633 | 1028.064 | 1792.793 | 2403.148 | 1897.822 | 2339.947 |
1989.01.31-02.06 | 1598.636 | 1028.062 | 1792.790 | 2403.148 | 1897.820 | 2339.946 |
1989.08.18-21 | 1598.632 | 1028.062 |
| 2403.144 | 1897.819 | 2339.943 |
1989.12.24-26 | 1598.636 | 1028.062 | 1792.787 | 2403.147 | 1897.817 |
|
1990.03.28-29 |
| 1028.061 | 1792.788 | 2403.149 | 1897.818 | 2339.946 |
1990.10.21-26 | 1598.637 | 1028.062 | 1792.788 | 2403.149 | 1897.818 | 2339.950 |
1990.12.22-23 |
| 1028.062 | 1792.789 | 2403.150 | 1897.819 | 2339.948 |
1991.03.20-23 |
| 1028.061 | 1792.788 | 2403.147 | 1897.818 | 2339.946 |
1991.04.26-27 |
| 1028.062 | 1792.791 | 2403.146 | 1897.820 | 2339.950 |
1991.09.02-07 |
| 1028.062 | 1792.790 | 2403.147 | 1897.820 | 2339.946 |
1991.12.20-25 |
| 1028.066 | 1792.789 | 2403.150 | 1897.820 | 2339.948 |
1992.12.09-12 |
| 1028.062 | 1792.786 | 2403.146 | 1897.819 | 2339.948 |
Наряду с измерением расстояний между пунктами проводилось нивелирование I класса на участке длиной 5.2 км. Результаты приведены в табл. 6. Значимых вертикальных движений не наблюдалось, или они пропущены вследствие редких измерений.
Деформационная площадка “Объездная” создана в 1984 г. в предполагаемой разломной зоне и состоит из 8 грунтовых реперов и уже имеющихся здесь реперов 1196 и 372 государственной нивелирной сети. Реперы расположены вдоль объездной автомобильной дороги между городами Петропавловск-Камчатский и Елизово на участке от 14 км до 19 км (рис. 5а). Для выявления вертикальных деформаций круглогодично выполнялось нивелирование I класса вдоль этого профиля длиной 4.3 км. Анализ этих измерений приведен подробно в работе [Лакотко и др., 1989] и сделан обоснованный вывод: “ввиду отсутствия значимых сейсмических событий нельзя выявить взаимосвязь смещений с подготовкой землетрясений”. Под “значимыми событиями” имелись в виду землетрясения с М ≥ 7. С целью выявления ожидаемого сезонного хода вертикальных движений в табл. 7 приведены среднемесячные превышения и по этим значениям составлены графики их изменений. (см. рис. 5б). Из этих данных видно, что заметный сезонный ход наблюдается только по секциям (3–4, 4–5 и 5–7), тренд в изменениях превышений – отсутствует, отклонение каждого среднемесячного превышения от среднего за все годы не превышает двойной точности определения. К сожалению, в публикации [Лакотко и др., 1989] не приведены значения измеренных превышений и это исключает возможность сравнения с ними последующих измерений. Показанные в табл. 7 среднемесячные значения исключают этот недостаток, т.е. предыдущие фактические данные не “исчезают”.
Рис. 5. Деформационная площадка “Объездная”.
а – схема расположения пунктов (условные обозначения см. рис. 1 и рис. 2); б – изменения превышений.
Таблица 6. Превышения, измеренные на деформационной площадке "Островная" нивелированием I класса, м
Дата год/месяц/число | Название секций нивелирного хода | |||
2–167 | 1430–5 | 5–4 | 4–167 | |
1987.09.09-11 |
| 0.2064 | –0.0513 | 3.4436 |
1987.10.17-21 |
| 0.2050 | –0.0511 | 3.4423 |
1989.08.08-16 | 2.0792 | 0.2063 | –0.0512 | 3.4415 |
1991.09.01-06 | 2.0788 | 0.2066 | –0.0508 | 3.4422 |
Таблица 7. Превышения, измеренные на деформационной площадке "Объездная" нивелированием I класса, м
Дата год/месяц/число | Название секций нивелирного хода | ||||||
1–2 | 2–3 | 3–4 | 4–5 | 5–7 | 7–8 | 8–9 | |
1984.08.10-11 | 2.9650 | 1.7485 |
|
|
|
|
|
1984.11.16-30 | 2.9627 | 1.7480 |
| –19.8962 | –17.9724 | 4.1380 | –1.7976 |
1984.12.03 11 | 2.9632 | 1.7476 |
| –19.8960 | –17.9723 | 4.1350 | –1.7939 |
1985.03.06 13 |
| 1.7470 |
| –19.8944 |
| 4.1351 | –1.7942 |
1985.06.10-30 | 2.9615 | 1.7484 |
| –19.8945 | –17.9715 | 4.1352 | –1.7930 |
1985.07.01-30 | 2.9638 | 1.7480 |
| –19.8948 | –17.9715 | 4.1343 | –1.7929 |
1985.08.01-30 | 2.9631 | 1.7480 |
| –19.8944 | –17.9724 | 4.1351 | –1.7931 |
1985.09.02-30 | 2.9637 | 1.7476 | –12.3479 | –19.8954 | –17.9721 | 4.1347 | –1.7935 |
1985.10.02-31 | 2.9636 | 1.7476 | –12.3482 | –19.8957 |
| 4.1343 | –1.7936 |
1985.11.04-29 |
| 1.7483 | –12.3494 | –19.8962 | –17.9726 | 4.1344 | –1.7937 |
1985.12.05-26 | 2.9627 | 1.7474 | –12.3499 | –19.8955 | –17.9728 | 4.1345 | –1.7932 |
1986.01.09-28 |
| 1.7484 | –12.3495 | –19.8955 | –17.9730 | 4.1346 | –1.7927 |
1986.02.05-26 |
| 1.7473 | –12.3492 | –19.8954 | –17.9721 | 4.1340 | –1.7941 |
1986.03.04-21 |
| 1.7480 |
| –19.8949 | –17.9722 | 4.1341 | –1.7934 |
1986.04.09-23 |
| 1.7475 | –12.3482 | –19.8943 | –17.9715 | 4.1503 | –1.8084 |
1986.05.16 22 |
| 1.7474 | –12.3482 | –19.8950 | –17.9712 | 4.1505 | –1.8091 |
1986.06.04-25 | 2.9632 | 1.7477 | –12.3482 | –19.8934 | –17.9720 | 4.1498 | –1.8092 |
1986.07.03-29 | 2.9642 | 1.7475 | –12.3488 | –19.8951 | –17.9723 | 4.1494 | –1.8090 |
1986.08.02-22 | 2.9633 | 1.7482 | –12.3490 | –19.8948 | –17.9727 | 4.1501 |
|
1986.09.02 13 | 2.9626 | 1.7473 | –12.3499 | –19.8952 | –17.9740 | 4.1500 |
|
1986.10.30 | 2.9636 |
| –12.3495 | -19.8966 | –17.9741 | 4.1506 | –1.8097 |
1986.11.04 | 2.9631 |
| –12.3499 | -19.8972 |
| 4.1503 | –1.8103 |
1987.03.24 |
|
|
| –19.8955 |
|
|
|
1987.04.06 16 | 2.9627 | 1.7463 | –12.3498 | –19.8963 | –17.9731 | 4.1497 | –1.8103 |
1987.05.28-29 |
| 1.7483 | –12.3495 | –19.8954 |
| 4.1501 | –1.8101 |
1987.07.03-31 |
| 1.7483 | –12.3491 | –19.8959 | –17.9731 | 4.1501 | –1.8094 |
1987.10.08-28 |
| 1.7477 | –12.3497 | –19.8972 | –17.9723 | 4.1492 | –1.8107 |
1988.01.21 |
|
| –12.3497 | –19.8955 | –17.9732 | 4.1496 | –1.8110 |
1988.05.25 30 | 2.9628 | 1.7482 | –12.3496 |
| –17.9738 | 4.1492 | –1.8096 |
1988.06.01-29 | 2.9634 | 1.7480 | –12.3496 | –19.8951 | –17.9728 | 4.1498 | –1.8098 |
1988.07.01-20 |
| 1.7484 | –12.3496 | –19.8955 | –17.9733 | 4.1496 | –1.8100 |
1988.08.01 05 |
| 1.7481 | –12.3499 | –19.8960 | –17.9739 | 4.1493 | –1.8097 |
1988.10.11-20 |
| 1.7479 | –12.3498 | –19.8954 | –17.9738 | 4.1502 | –1.8100 |
1989.05.18-31 |
| 1.7471 | –12.3494 | –19.8961 | –17.9735 | 4.1499 | –1.8094 |
1989.06.02-20 |
| 1.7471 | –12.3495 | –19.8954 | –17.9738 | 4.1498 | –1.8093 |
1989.07.21 |
| 1.7471 | –12.3494 |
|
|
|
|
1990.06.15 |
|
| –12.3486 | –19.8946 | –17.9722 | 4.1502 | –1.8092 |
Примечание. 09 апреля 1986 г. было обнаружено, что латунный штырь репера 8 согнут, вследствие чего изменились превышения 8–9 и 7–8, соответственно, на 15 мм и на 16.2 мм. Эти изменения на графиках не показаны.
За горизонтальными подвижками следили повторными измерениями длин 4-х линий высокоточным светодальномером СП-2, установленном на пункте 10 (см. рис. 5а). Результаты приведены в табл. 8, из которой следует, что в изменениях длин линий не наблюдается тренд; их отклонения от среднего за все годы не превышают двойной точности измерений.
Таблица 8. Наклонные расстояния, измеренные на деформационной площадке "Объездная", м
Дата год/месяц/число | название линий | |||
10–13 | 10–9 | 10–12 | 10–11 | |
1984.09.13 |
| 678.244 | 1342.088 | 1205.709 |
1985.06.27 | 2327.584 | 678.244 | 1342.090 | 1205.709 |
1985.07.09 | 2327.583 | 678.243 | 1342.088 | 1205.707 |
1985.07.13 | 2327.580 | 678.244 | 1342.091 | 1205.711 |
1985.07.19 | 2327.580 | 678.242 | 1342.086 | 1205.707 |
1985.07.27 | 2327.579 | 678.242 | 1342.086 | 1205.706 |
1987.07.02-09 | 2327.580 | 678.245 | 1342.090 | 1205.712 |
1987.07.12-18 | 2327.585 | 678.244 | 1342.082 | 1205.706 |
1987.07.20-31 | 2327.586 | 678.245 | 1342.082 | 1205.706 |
1987.08.02-10 | 2327.586 | 678.244 | 1342.083 | 1205.704 |
1987.08.11-24 |
| 678.243 |
| 1205.706 |
1987.08.25-31 |
| 678.249 |
| 1205.706 |
1987.09.01-05 |
|
|
| 1205.704 |
1987.10.07-10 | 2327.584 |
|
| 1205.709 |
1987.10.14-29 | 2327.581 |
|
| 1205.707 |
Деформационная площадка “Налычево” расположена на побережье Авачинского залива, в районе так называемого “Халактырского” пляжа. Нивелирный профиль, совмещенный с линейным, вытянут вдоль берега Авачинского залива, имеет общую длину 7 км (рис. 6). Измерения линий (светодальномером СГ-3 с пункта 6, погрешностью 2 мм + 1·10-6·D) выполнялись с целью обнаружения ожидаемых деформаций сжатия перед сильными землетрясениями. Результаты измеренных наклонных расстояний и превышений приведены в табл. 9 и 10. Из этих данных следует, что в наклонных расстояниях в период 1982–1984 гг. не наблюдается ни сжатие, ни растяжение. Отклонения их от среднего в целом не превосходят двойной точности их определения. Из сравнения превышений, измеренных в период 1983–1986 гг., можно заключить, что в этот период значимых вертикальных подвижек земной поверхности в этом районе не происходило.
Рис. 6. Схема расположения пунктов на деформационной площадке “Налычево”.
Условные обозначения см. рис. 1 и рис. 2.
Таблица 9. Наклонные расстояния, измеренные на деформационной площадке "Налычево", м
Дата | Название линий | |||||||
6–62 | 6–63 | 6–64 | 6–65 | 6–66 | 6–67 | 6–68 | 62–63 | |
1982 | 7658.922 | 7322.130 | 6974.354 | 6702.777 | 5777.032 | 5596.335 | 6019.167 |
|
1983 |
| 7322.137 | 6974.368 | 6702.793 | 5777.050 | 5596.333 | 6019.160 | 509.607 |
1984 | 7658.906 | 7322.123 |
| 6702.789 | 5777.045 | 5596.331 | 6019.180 | 509.608 |
Дата | Название линий | |||||||
63–64 | 64–65 | 65–66 | 66–67 | 67–68 |
|
|
| |
1982 |
| 472.375 | 1855.929 | 1903.425 | 1785.565 |
|
|
|
1983 | 526.502 |
| 1855.923 | 1903.418 | 1785.557 |
|
|
|
1984 |
|
| 1855.921 | 1903.420 | 1785.561 |
|
|
|
Таблица 10. Превышения, измеренные на деформационной площадке "Налычево" нивелированием I класса, м
Дата г/мес. | Название секций нивелирного хода | |||||||||
62–63 | 63–64 | 64–65 | 65–66 | 66–554 | 554–67 | 67–993 | 993–68 | 1423–65 | 65–1492 | |
1983.07 | 0.4434 | 0.0112 | 0.3009 | 0.8538 | –1.2324 | 0.4433 | –0.2915 | –0.0942 |
|
|
1984.06 | 0.4452 | 0.0112 | 0.2996 | 0.8538 | –1.2327 | 0.4431 | –0.2916 | –0.0934 | –15.6904 | –1.3008 |
1984.09 | 0.4454 | 0.0113 | 0.3208 | 0.8559 | –1.2328 | 0.4449 | –0.2900 | –0.0910 |
|
|
1985.07 | 0.4448 | 0.0103 | 0.3208 | 0.8559 | –0.7902 (66–67) | –0.3835 (67–68) | –15.6896 | –1.3035 | ||
1986.09 |
|
|
| 0.8568 | –0.7913 | –0.3823 | –15.6915 | –1.3010 | ||
Деформационная площадка “Чапаевка” состоит из двух участков – геодезического четырехугольника и обособленного нивелирного профиля (рис. 7а). За горизонтальными подвижками планировалось следить повторными измерениями расстояний между пунктами светодальномером СП-2 (погрешность 2 мм + 2·10-6·D). Результаты измеренных в 1989 г. линий приведены в табл. 11. В другие годы измерения не выполнялись. С целью определения вертикальных движений земной поверхности, перед сильными (М > 7) землетрясениями в Авачинском заливе, выполнялись нивелирования I класса по трассе от репера 800 до репера 275, проходящей вдоль автомобильной дороги (см. рис. 7а). С июня 1993 г. по май 1994 г. превышения между реперами определялись ежемесячно и изменения их оказались случайными (± 3 мм от среднего значения за год) (табл. 12). Не наблюдается связь изменений превышений от температуры и влажности воздуха. Колебания значений превышений (от рп. 139 до рп. 275) связаны с неустойчивостью грунтовых реперов в условиях разной увлажненности почвы, уровня грунтовых вод (см. рис. 7б).
Рис. 7. Деформационная площадка “Чапаевка”.
а – схема расположения пунктов (условные обозначения см. рис. 1 и рис. 2); б – изменения превышений.
Таблица 11. Наклонные расстояния, измеренные на деформационной площадке"Чапаевка", м
Дата число/месяц/год | Название линий | |||||
17-16 | 15-17 | 17-14 | 15-14 | 16-14 | 15-16 | |
28.09.1989 | 1692.5781 | 5831.1839 |
|
|
|
|
31.10.1989 | 1692.5734 | 5831.1629 | 3979.2773 | 3647.6946 | 5181.0002 | 6047.0419 |
27.11.1989 | 1692.5720 |
|
|
|
|
|
Таблица 12. Превышения, измеренные на деформационной площадке "Чапаевка" нивелированием I класса, м
Дата год/месяц/число | Названия секций нивелирного хода | ||
800–183 | 183–139 | 139–275 | |
1993.06.01-02 | –7.4932 | –12.3566 | 35.8554 |
1993.07.08-10 | –7.4954 | –12.3591 | 35.8586 |
1993.08.16 21 | –7.4924 | –12.3598 | 35.8614 |
1993.09.13 23 | –7.4943 | –12.3583 | 35.8597 |
1993.10.07 | –7.4961 | –12.3565 | 35.8642 |
1993.11.10 | –7.4947 | –12.3606 | 35.8642 |
1993.12.26 27 | –7.4953 | –12.3562 | 35.8552 |
1994.01.14 | –7.4960 | –12.3602 | 35.8548 |
1994.02.13 | –7.4930 | –12.3579 | 35.8574 |
1994.03.09-10 | –7.4986 | –12.3582 | 35.8610 |
1994.04.13 | –7.4980 | –12.3576 | 35.8582 |
1994.05.17 | –7.4981 | –12.3570 | 35.8576 |
Среднее: | –7.4954 | –12.3582 | 35.8590 |
Подобные геодезические наблюдения на ограниченных площадях в сейсмоактивных разломных зонах на территории бывшего СССР проводились многими исследователями. Часть результатов этих исследований, выполненных в 1980-х годах, приведены в публикациях [Жаринов, Магуськин, 1989; Лотоцкий, 1989; Чудновский, Гусева, 1989]. Результаты повторных измерений длин линий с одного пункта, ориентированных по разным направлениям, подробно анализированы в работах [Бахтиаров, Левин, 1991; Корчагин, 1989; Трапезников и др., 1989]. Все авторы отмечают связь изменений длин линий с сейсмичностью района но нет зафиксированных деформационных предвестников происшедших землетрясений. Возможно, из-за дискретности наблюдений, а, скорее всего, из-за малых величин предшествующих землетрясению кратковременных деформаций, которые выходят за пределы чувствительности имеющейся геодезической аппаратуры. Например, в отрогах Заилийского Алатау на севере Тянь-Шаня, непрерывная запись кварцевого деформографа с базой 25 м за 15 дней до землетрясения с М = 6.0 на эпицентральном расстоянии 250 км показала деформацию сжатия величиной 9·10-8[Калабаев, 1989]. Такие деформации не могут быть обнаружены геодезическими измерениями. Даже сильное (М = 6.8) землетрясение 2 марта 1992 г., очаговая зона которого расположена в подводном продолжении полуострова Шипунский (Камчатка), не вызвало косейсмические деформации на площадках “Океанская” и “Островная”, находящихся на расстоянии 100–120 км от эпицентра. По модельным представлениям о вертикальных и горизонтальных смещениях земной поверхности [Кузьмин, Чуриков, 1998] на таких расстояниях ожидаемые смещения не будут превосходить величину, равную двойной точности их определения.
Авторам известен единственный случай на Камчатке, когда была зарегистрирована вертикальная составляющая деформационного краткосрочного предвестника сильного (М = 6.9) землетрясения, происшедшего 17 августа 1983 г. в центре излучины побережья Камчатского залива, вблизи устья р. Сторож. На нивелирной трассе, удаленной от эпицентра на 7–20 км, вертикальные деформации начались примерно за 12 суток и происходили с нарастанием вплоть до момента землетрясения [Fedotov et al., 1992].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На побережье Авачинского залива, в г. Петропавловск-Камчатский и его окрестностях, в предполагаемых разломных зонах на сравнительно небольших участках (деформационных площадках) заложены долговременные геодезические центры. В период 1984–1995 гг. между этими центрами определены расстояния и превышения с многократным повторением.
Повторными геодезическими измерениями на деформационных площадках не зафиксированы горизонтальные и вертикальные деформации земной поверхности, в 2–3 раза превышающие погрешности их определения, которые в геодезической практике считаются значимыми. В наблюдаемый период в Авачинском заливе и поблизости от деформационных площадок не происходили землетрясения с М > 7, а происшедшее 2 марта 1992 г. землетрясение с М = 6.8 на эпицентральном расстоянии 100–120 км от мест расположения деформационных площадок могло бы вызвать, по модельным представлениям [Кузьмин, Чуриков, 1998], вертикальные движения реперов только в пределах первых мм и горизонтальные деформации до 4·10-6.
Опубликованные фактические данные (расстояния и превышения), доступные исследователям через много лет, необходимы для выявления косейсмических деформаций, которые с большой вероятностью возможны после сильного (M ≥ 7) землетрясения с эпицентром в Авачинском заливе или вблизи г. Петропавловск-Камчатский.
Для выявления краткосрочных деформационных предвестников сильных землетрясений геодезические наблюдения должны выполняться непрерывно в автоматическом режиме, данные передаваться по каналам связи в центр обработки и анализа со многих пунктов наблюдений, которые размещены вблизи примерно известных очаговых зон землетрясений.
About the authors
I. K. Mironov
Institute of Volcanology and Seismology, Far East Branch, Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: taliks123@mail.ru
Russian Federation, bul’var Piipa 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006
V. M. Maguskin
Institute of Volcanology and Seismology, Far East Branch, Russian Academy of Sciences
Email: magma@kscnet.ru
Russian Federation, bul’var Piipa 9, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006
References
- Бахтиаров В.Ф., Левин В.Е. Светодальномерные измерения из обсерватории Мишенная. Анализ результатов наблюдений // Вулканология и сейсмология. 1991. № 3. С. 85 –89.
- Буланже Ю.Д., Певнев А.К. Геодезия и прогнозы землетрясений // Современные движения и деформации земной коры на геодинамических полигонах. М.: Наука, 1983. С. 7 –10.
- Жаринов Н.А., Магуськин М.А. Вертикальные движения земной поверхности на малых нивелирных площадках (Камчатка) // Прогноз землетрясений, № 11. Геодезические методы исследований. Душанбе, М.: “Дониш”, 1989. С. 234 –243.
- Калабаев Н.Б. Связь горизонтальных смещений земной поверхности на деформационной площадке Алма-Атинского геодинамического полигона с некоторыми показателями сейсмичности // Прогноз землетрясений, № 11. Геодезические методы исследований. Душанбе, М.: “Дониш”, 1989. С. 156 –162.
- Кафтан В.И., Докукин Н.А. Определение смещений и деформаций по данным спутниковых геодезических измерений // Геодезия и картография. 2007. № 9. С. 18 –22.
- Корчагин Ф.Г. Исследование короткопериодных горизонтальных блоковых движений в районе Зейского водохранилища // Прогноз землетрясений, № 11. Геодезические методы исследований. Душанбе, М.: “Дониш”, 1989. С. 201–210.
- Кузьмин Ю.О., Чуриков В.А. Механизм формирования аномальных деформационных процессов в период подготовки Камчатского землетрясения 2 марта 1992 г. // Вулканология и сейсмология. 1998. № 6. С. 37–50.
- Лакотко М.И., Сапрыкин А.В., Чуриков В.А. Результаты и особенности круглогодичного нивелирования в связи с поиском предвестников землетрясений на восточном побережье Камчатки // Прогноз землетрясений, № 11. Геодезические методы исследований. Душанбе, М.: “Дониш”, 1989. С. 220–233.
- Лотоцкий В.Д. Локальные изменения превышений над активным тектоническим разломом и их связь с сейсмичностью // Прогноз землетрясений, № 11. Геодезические методы исследований. Душанбе, М.: “Дониш”, 1989. С. 138–145.
- Трапезников Ю.А., Медведев В.В., Белокопытов В.А. Результаты геодезических исследований в предгорьях Киргизского хребта // Прогноз землетрясений, № 11. Геодезические методы исследований. Душанбе, М.: “Дониш”, 1989. С. 127–137.
- Федотов С.А., Энман В.Б. Программа геодезических работ по изучению современных движений земной коры на Камчатке // Современные движения земной коры. 1973. Вып. 5. С. 267–273.
- Чудновский В.С., Гусева Т.В. Прецизионные светодальномерные измерения в зоне Вахшского надвига // Прогноз землетрясений, № 11. Геодезические методы исследований. Душанбе, М.: “Дониш”, 1989. С. 258–263.
- Fedotov S.A., Maguskin M.A., Kirienko A.P., Zharinov N.A. Vertical ground movements on the coast of the Kamchatka Gulf: their specific features in the epicentral zone of the august 17, 1983, earthquake M = 6.9, before and after // Tectonophysics 202. Amsterdam: Elsevier Science Publishers B.V., 1992. P. 157–162.
Supplementary files
