On the Manifestation of Precursors of Strong Earthquakes (M_W ≥ 6.6) in Kamchatka

全文:

ВВЕДЕНИЕ

Проблема прогноза землетрясений является одной из широко обсуждаемых в науках о Земле в XX–XXI вв. Перспективы прогноза сильных землетрясений связаны с обнаружением их предвестников в изменениях сейсмичности, деформациях земной коры, изучением параметров геофизических и геохимических полей.

Район п-ова Камчатка – один из наиболее сейсмоопасных регионов России. Здесь в течение нескольких последних десятилетий проводятся исследования по поиску предвестников землетрясений [Гордеев и др., 2013]. В настоящей работе приводится обзор таких исследований в сравнении с главными элементами сейсмического режима территории за период детальных сейсмологических наблюдений в 1962–2022 гг. Основное внимание уделяется ретроспективной оценке эффекта комплексного проявления предвестников, его связи с параметрами последующих землетрясений и перспективам его практического применения при прогнозировании сильных землетрясений на Камчатке.

СЕЙСМИЧНОСТЬ

Вблизи восточного побережья Камчатки возможны землетрясения с величинами магнитуд до 8–9, которые сопровождаются цунами и сотрясениями на побережье до 9–10 баллов по шкале MSK-64 [Медведев и др., 1965], что может привести к катастрофическим последствиям для населения и инфраструктуры урбанизированных территорий Камчатского края. Наиболее уязвимым для землетрясений является район Петропавловск-Елизовской агломерации с населением около 250 тыс. человек. Города Петропавловск-Камчатский, Елизово и Вилючинск расположены вблизи побережья Авачинского залива и находятся в зоне 9-балльных сотрясений согласно карте Общего сейсмического районирования РФ [Уломов и др., 2016]. При возникновении 9-балльного землетрясения здесь возможны безвозвратные потери среди населения и разрушение зданий и сооружений. Поэтому прогнозирование землетрясений с величинами магнитуд порядка 7 и более, которые могут сопровождаться сотрясениями до 7–9 баллов в этом районе, является необходимым для организации превентивных мероприятий – сейсмоукрепления домов и сооружений, реализации комплекса мер по предотвращению и ликвидации последствий.

В соответствии с актуальными каталогами землетрясений для района п-ва Камчатка ([Гусев, 2008; Гусев, Шумилина, 2004], https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map, http://sdis.emsd.ru), за период детальных сейсмологических наблюдений с 1962 по 2022 г. средняя повторяемость землетрясений с М_W ≥ 7.5 составляет 0.17 год⁻¹ (10 событий за 60 лет), т.е. 1 событие в 6 лет (рис. 1а, табл. 1).

 

Рис. 1. Район п-ова Камчатка, расположение эпицентров землетрясений с М_W ≥ 7.5 и их очагов по афтершокам первых суток (показаны белыми крестиками) за период 1962–2022 гг. (а): 1 – эпицентры землетрясений с М_W ≥ 7.5 (нумерацию землетрясений см. в табл. 1), 2 – механизмы очагов по данным каталога CMT [http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html, дата обращения 14.10.2023], 3 – очаги землетрясений по афтершокам первых суток, 4 – границы зоны ответственности КФ ФИЦ ЕГС РАН, 5 – границы литосферных плит Тихоокеанской океанической (ТО) и континентальных плит Охотоморской (ОХ), Беренгийской (БЕ) и Северо-Американской (СА) [Гордеев и др., 2015; Argus, Gordon, 1991; Kozhurin, 2007], 6 – предполагаемые границы литосферных плит, 7 – территория Петропавловск-Камчатского полигона; схема расположения пунктов по различным видам наблюдений на территории Петропавловск-Камчатского полигона (б); кумулятивный график выделения сейсмической энергии в диапазоне глубин 0–700 км в 1962–2021 гг. (верхняя панель) и распределение во времени землетрясений с М_W ≥ 6.8 (нижняя панель: цифрами обозначены землетрясения с M_W ≥ 7.5, номера соответствуют номерам в табл. 1) (в). Жирной горизонтальной линией показан период проведения работ на территории ПКП по поиску предвестников землетрясений с использованием комплекса методов (пояснения см. в тексте).

 

Таблица 1. Землетрясения 1969–2022 гг. с M_W ≥ 7.5, произошедшие в Камчатском регионе в зоне ответственности КФ ФИЦ ЕГС РАН (ϕ = 49–62 с.ш., λ = 152–172 в.д.)

№ п/п	Дата	Время ч:мин:с	Широта, φ, град. с.ш.	Долгота, λ, град. в.д.	Глубина, км	МW*	МW по [ГШ, 2004; Г, 2008]	de** (dh), км	M / lgdh	Балл***, MSK-64	Примечание
1	22.11.1969	23:09:31	57.93	164.00	40	7.4	7.7	640 (641)	2.74	6–7 Усть-Камчатск; 4–5 Оссора; 4 Никольское; 3–4 Палана; 3 Эссо	Озерновское ЗТ
2	24.11.1971	19:35:29	52.71	159.47	110	7.3	7.5	66 (128)	3.56	7 ПТР; 6 Елизово; 5–6 Никольское; 5 Усть-Камчатск; 4–5 Мильково; 4 Усть-Большерецк; 3–4 Соболево	Петропавловское ЗТ
3	15.12.1971	08:29:55	55.97	163.35	20	7.6	7.8	447 (448)	2.94	6–7 Усть-Камчатск, Никольское; 3–4 Мильково, ПТР; 3 Тигиль	Усть-Камчатское ЗТ
4	08.06.1993	13:03:37	51.20	157.80	40	7.5	7.5	206 (209)	3.23	5 Вилючинск; ПТР; Елизово; 4 Усть-Большерецк, Мильково; 3 Усть-Камчатск; 2 Никольское	ЗТ на юге Камчатки
5	05.12.1997	11:26:51	54.64	162.55	10	7.8	7.8	315 (315)	3.12	5–6 ПТР; 5 Усть-Камчатск, Елизово; 4 Никольское, Мильково; 3 Эссо,Тигиль, Соболево; 2 Усть-Большерецк	Кроноцкое ЗТ
6	20.04.2006	23:25:02	60.98	167.37	1	7.6	7.6	1025 (1025)	2.52	9 Корф [Олюторское …, 2007], 8–9 Тиличики; 6 Каменское; 5–6 Оссора; 4–5 Палана; 2 Усть-Камчатск	Олюторское ЗТ
7	05.07.2008	02:12:04	53.99	152.84	576	7.7		394 (698)	2.71	4 Усть-Камчатск; 3–5 ПТР; 3–4 Усть-Большерецк; 3 Елизово; 3 Вилючинск	Мантийное ЗТ с эпицентром в Охотском море
8	24.05.2013	05:44:49	54.75	153.79	630	8.3		368 (730)	2.90	5 ПТР; 4–5 Елизово, Вилючинск, Усть-Камчатск; 4 Мильково, Тигиль, Никольское; 3–4 Усть-Большерецк, Эссо, Палана; 3 Соболево; 2 Оссора	Мантийное Охотоморское ЗТ в эпицентром в Охотском море
9	17.07.2017	23:34:14	54.35	168.90	7	7.7		690 (691)	2.71	5–6 Никольское; 3 Усть-Камчатск; 2–3 ПТР	Ближне-Алеутское ЗТ
10	25.03.2020	02:49:21	49.11	158.08	48	7.5		430 (433)	2.84	6–7 Северо-Курильск; 4–5 ПТР; 2–3 Никольское	Парамуширское ЗТ

Примечание. * – магнитуда по данным каталога NEIC [https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map, дата обращения 05.05.2024 г.]; ** – эпицентральное расстояние до г. Петропавловск-Камчатский (53.0° с.ш., 158.6° в.д.), в скобках указано гипоцентральное расстояние; *** – балл землетрясения по данным КФ ФИЦ ЕГС РАН [http://sdis.emsd.ru, дата обращения 05.05.2024 г.]; ПТР – г. Петропавловск-Камчатский; ГШ, 2004 – [Гусев, Шумилина, 2004]; Г, 2008 – [Гусев, 2008]; жирным шрифтом выделены землетрясения, предвестники которых рассматриваются в настоящей статье.

 

Главные особенности сейсмического режима в зоне ответственности Камчатского филиала ФИЦ ЕГС РАН (φ = 49–62° с.ш., λ = 152–172° в.д.) [Левина и др., 2012] отражаются в поведении кумулятивного графика выделения сейсмической энергии (см. рис. 1в, верхний график) в сравнении с произошедшими землетрясениями с М_W ≥ 6.8, средняя повторяемость которых составляет 0.47 событий в год (28 событий за 60 лет), т.е. примерно одно событие в два года.

Из сопоставления графиков (см. рис. 1в) следует связь всплесков выделения сейсмической энергии с возникновением землетрясений с величинами М_W ≥ 7.5. В 2008 и 2013 гг. рост выделения сейсмической энергии был обусловлен возникновением сильных землетрясений в верхней мантии на глубинах 610–630 км (см. табл. 1, № 7 (M_W = 7.7) и № 8 (M_W = 8.3)). Такие землетрясения, из-за глубокого расположения их очагов, сопровождались незначительными поверхностными проявлениями. Интенсивность сотрясений на территории п-ова Камчатка при таких землетрясениях составляла I_MSK-64 ≤ 5 баллов (см. табл. 1). То есть такие землетрясения, несмотря на их значительный энергетический эффект, не сопровождались катастрофическими последствиями для инфраструктуры, населения и природной среды Камчатского края, в то время как землетрясения с М_W ≥ 7.5 в коре на глубинах Н = 7–48 км сопровождались сотрясениями в плейстосейстовых областях интенсивностью I_MSK-64 ≥ 5–6 баллов. Во время Усть-Камчатского, Петропавловского, Кроноцкого и Олюторского землетрясений интенсивность сотрясений на территории Камчатского края достигала 7–9 баллов [Константинова, 2020; Сильные …, 1975]. При этих землетрясениях в отдельных населенных пунктах отмечались конструктивные повреждения зданий и сооружений, негативные инженерно-геологические процессы – разжижение и просадка грунта, обвалы и осыпи. Именно такие мелко- и среднефокусные сейсмические события являются первостепенным объектом сейсмического прогнозирования с целью заблаговременной оценки времени и места их возникновения и организации превентивных мероприятий для уменьшения негативных последствий.

ПРЕДВЕСТНИКИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

С 1961 г. на Камчатке ведутся детальные сейсмические наблюдения и разрабатываются методы использования получаемых данных для прогноза сильных землетрясений. С 1977–1979 гг. на постоянной основе проводятся гидрогеохимические, гидрогеодинамические и другие виды наблюдений. Именно с этого времени, т.е. с конца 1970-х гг. начался этап поиска предвестников землетрясений по комплексу методов. В 1990–2000 гг. увеличивалось разнообразие способов наблюдения за предвестниками, но основное число пунктов наблюдений было по-прежнему сосредоточено на территории Петропавловск-Камчатского полигона (ПКП), включающего район Петропавловск-Елизовской агломерации (см. рис. 1а, 1б).

В работах [Чебров и др., 2011, 2013в; Копылова, Серафимова, 2009; Серафимова, Копылова, 2010] приведено описание сетей наблюдения за предвестниками, методик их выявления, используемых для прогнозирования землетрясений, а также ретроспективные оценки сейсмопрогностической эффективности отдельных методов по состоянию на первое десятилетие XXI в. Из этих работ следовал вывод о недостаточной эффективности отдельных методов для прогнозирования камчатских землетрясений с М ≥ 6.0 и обеспечения вероятностной оценки среднесрочных и краткосрочных прогнозов сильных землетрясений.

В работах [Копылова, Серафимова, 2009; Серафимова, Копылова, 2010] было показано, что в условиях существующей сети прогностических наблюдений в районе ПКП предвестники проявлялись по комплексу методов перед землетрясениями с М = 6.6–7.8, произошедшими южнее полуострова Кроноцкий (55° с.ш.). Для таких землетрясений отношение величины магнитуды M_W к логарифму гипоцентрального расстояния до центра ПКП d_h (км) составляло M_W / lgd_h ≥ 3.0.

Во втором десятилетии XXI в. сейсмопрогностические исследования в районе п-ова Камчатка продолжали развиваться. Оценку сейсмической опасности, представленную в виде долгосрочных, среднесрочных и краткосрочных прогнозов землетрясений, осуществляли специализированные советы по прогнозу землетрясений путем экспертного анализа всех видов сейсмопрогностических данных [Чебров и др., 2011; Фирстов и др., 2016]. Большая часть видов наблюдений и сейсмопрогностических методов, на основе которых проводилось определение предвестников, реализовывались в Камчатском филиале Геофизической службы РАН. Исследования по прогнозированию землетрясений с предоставлением регулярных сейсмопрогностических заключений для Камчатского филиала Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений, оценке сейсмической опасности и риска (КФ РЭС) также осуществлялись Институтом космофизических исследований и распространения радиоволн (ИКИР) ДВО РАН, Институтом физики Земли (ИФЗ) РАН, Институтом вулканологии и сейсмологии (ИВиС) ДВО РАН, подразделениями Министерства природных ресурсов, проводящими мониторинг опасных эндогенных геологических процессов на территории Камчатского края [Чебров и др., 2021].

По некоторым видам наблюдений, в частности по измерениям объемной активности радона в подпочвенном газе, наблюдениям за высокочастотным сейсмическим шумом (ВСШ), гидрогеологическим наблюдениям в скважинах на территории ПКП, были обобщены результаты многолетних работ, направленных на обнаружение предвестников землетрясений, и уточнены оценки сейсмопрогностической эффективности соответствующих видов предвестников для прогнозирования землетрясений в районе п-ова Камчатка [Салтыков, 2017; Фирстов, Макаров, 2018; Копылова, Болдина, 2023; Kopylova, Boldina, 2020].

Разрабатывались и внедрялись в практику сейсмопрогностических исследований новые методы обработки данных каталога землетрясений Камчатки [Салтыков, 2011] и ведения непрерывных сейсмических записей на сети широкополосных станций территории п-ова Камчатка [Касимова и др., 2018; Копылова и др., 2021; Любушин и др., 2015; Kopylova et al., 2022], нацеленные на увеличение области прогнозирования землетрясений и сейсмопрогностическую оценку всей территории Камчатского края по сейсмологическим данным. В работе [Салтыков, Воропаев, 2017] рассматривалась возможность комплексирования сейсмопрогностических данных по различным методам прогноза. В работе [Копылова, 2013] было предложено дополнить практику экспертных оценок сейсмопрогностических данных количественным параметром, характеризующим относительное число методов, по которым фиксировались сигналы, свидетельствующие о возможности возникновения сильного землетрясения. Полагалось, что изучение поведения такого параметра при сопоставлении с произошедшими землетрясениями может быть полезным при разработке формализованного подхода к анализу комплексного проявления предвестников.

В настоящей работе, в продолжение сейсмопрогностических исследований, освещенных в публикациях 2009–2016 гг., рассматриваются по литературным и авторским данным предвестники мелко- и среднефокусных землетрясений 2005–2022 гг. с магнитудами M_W ≥ 6.6, произошедших в Камчатской части Курило-Камчатской островной дуги и в области ее сочленения с Алеутской островной дугой (см. рис. 1а, рис. 2).

 

Рис. 2. Карта эпицентров землетрясений с M_W ≥ 6.6 за период 2005–2022 гг. (нумерация согласно табл. 2).

Белыми кружками показаны мелкофокусные землетрясения, серыми – среднефокусные, черными – глубокофокусные (H = 300–700 км). Красной обводкой отмечены мелко- и среднефокусные землетрясения, для которых рассматриваются предвестники, выявленные по различным видам наблюдений. Пунктирной линией выделена территория Петропавловск-Камчатского полигона (ПКП).

 

Изучение эффекта комплексного проявления предвестников проводилось по данным о проявлении пяти видов предвестников сильных, M_W ≥ 6.6, землетрясений 1987–2004 гг. [Серафимова, Копылова, 2010] совместно с результатами анализа 14-ти видов предвестников землетрясений 2005–2022 гг., представленными в настоящей работе. Под “эффектом комплексного проявления предвестников” (ЭКПП) понимается проявление перед отдельным землетрясением не менее 80% видов предвестников из всех рассматриваемых, т.е. не менее четырех видов предвестников из пяти для периода 1987–2004 гг. и не менее 11 видов из 14-ти для периода 2005–2022 гг.

В качестве параметров, характеризующих интенсивность подготовки отдельных землетрясений в районе ПКП, используются отношения M_W / lgd_h и d_h / L, где d_h – гипоцентральное расстояние до центра ПКП (км), L – размер очага землетрясения (км). Параметр M_W / lgd_h, ранее использовавшийся в работах [Копылова, Серафимова, 2009; Серафимова, Копылова, 2010], в настоящей работе приводится для сохранения преемственности с предшествующими результатами изучения предвестников камчатских землетрясений. Параметр d_h/L показывает относительную удаленность наблюдательных пунктов на территории ПКП от гипоцентра землетрясения в размерах его очага. Этот параметр имеет более ясный физический смысл по сравнению с параметром M_W / lgd_h и ранее использовался авторами при анализе гидрогеодинамических и гидрогеохимических предвестников камчатских землетрясений [Копылова и др., 2022; Kopylova, Boldina, 2020]. Для всех рассматриваемых землетрясений расчет размеров очагов L проводился по формуле lgL = 0.43M – 1.27 [Завьялов, Зотов, 2021].

В настоящей работе данные о землетрясениях 1962–2022 гг. были уточнены, величины их магнитуд приводятся в соответствии с каталогом землетрясений USGS/NEIS (https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map). Данные о расположении и глубинах гипоцентров землетрясений приводятся по Региональному каталогу землетрясений Камчатки, составленному КФ ФИЦ ЕГС РАН (http://sdis.emsd.ru).

ПРОЯВЛЕНИЯ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

На рис. 1 выделен период работ по поиску предвестников землетрясений в районе п-ова Камчатка с использованием комплекса методов. При этом очаги землетрясений 1983–1991 гг. с магнитудами 6.8–7.1 (см. рис. 1в, нижняя панель) находились на значительном удалении от ПКП и величина отношения М_W / lgd_h для них составляла менее 3.0. Поэтому наиболее вероятной причиной отсутствия эффектов комплексного проявления предвестников перед большинством сильных землетрясений 1983–1991 гг. является значительная удаленность сейсмических событий от территории ПКП.

Лишь перед землетрясением 6 октября 1987 г. с магнитудой M_W = 6.5 (M_S = 6.6 по определениям ФИЦ ЕГС РАН [Зобин и др., 1990]), произошедшем на расстоянии d_h = 115 км от ПКП (М / lgd_h = 3.2), наблюдался ЭКПП по четырем видам предвестников из пяти рассматриваемых [Серафимова, Копылова, 2010]. Перед этим землетрясением предвестники в изменениях уровня воды в скважине Е-1 [Копылова, 2001], химического состава воды из двух самоизливающихся скважин [Копылова и др., 1994; Хаткевич, 1994; Kopylova, Boldina, 2020] проявлялись одновременно с развитием аномалий сейсмичности и увеличением горизонтального сжатия территории ПКП по данным светодальномерных измерений.

Примеры комплексного проявления предвестников землетрясений 1987–2004 гг. в изменениях сейсмичности (параметр RTL, по [Кравченко, 2005; Соболев, 1999, 2003]), гидрогеологических параметров (уровень воды [Копылова, 2001] и химический состав подземной воды из скважин [Копылова и др., 1994; Хаткевич, Рябинин, 2004]), в укорачивании длин линий светодальномерных измерений [Бахтиаров, Левин, 1989; Левин и др., 2006] и в изменениях высокочастотного сейсмического шума (ВСШ) в пункте “Начики” [Гордеев и др., 2006] представлены в работах [Копылова, Серафимова, 2004, 2009; Серафимова, Копылова, 2010]. На рис. 3 демонстрируется пример комплексного проявления предвестников перед землетрясением 2 марта 1992 г., M_W = 6.9.

 

Рис. 3. Проявление предвестников перед землетрясением 2 марта 1992 г., М_W = 6.9.

R – расстояние до центра Петропавловск-Камчатского полигона. Горизонтальными серыми полосами показано время проявления предвестников [Серафимова, Копылова, 2010, рис. 2].

 

Предвестники землетрясений 2005–2022 гг.

В 2005–2022 гг. в пределах Камчатской сейсмоактивной области в зоне ответственности КФ ФИЦ ЕГС РАН (см. рис. 1а) произошли 15 землетрясений с магнитудами М_W = 6.6–8.3, вызвавшие в населенных пунктах Камчатского края сотрясения от 2 до 8–9 баллов по шкале MSK-64 (http://sdis.emsd.ru) [Чеброва и др., 2020]. На рис. 2 показано расположение эпицентров этих землетрясений, в табл. 2 представлены их параметры.

 

Таблица 2. Землетрясения 2005–2022 гг. с M_W ≥ 6.6, произошедшие в Камчатском регионе в зоне ответственности КФ ФИЦ ЕГС РАН (ϕ = 49–62 с.ш., λ = 152–172 в.д.)

№ п/п	Дата	Время ч:мин:с	Широта, φ, град. с.ш.	Долгота, λ, град. в.д.	Глубина, км	Магнитуда* по NEIC	de**, (dh) км	M / lgdh	Балл***, MSK-64	Примечание
1	20.04.2006	23:25:02	60.98	167.37	1	7.6 mwc	1025 (1025)	2.52	9 Корф [Олюторское …, 2007], 8–9 Тиличики; 6 Каменское; 5–6 Оссора; 4–5 Палана; 2 Усть-Камчатск	Олюторское ЗТ [Олюторское …, 2007]
2	29.04.2006	16:58:06	60.54	167.76	0	6.6 mwc	1000 (1000)	2.20	5–6 Тиличики; 3–4 Каменское; 3 Оссора	афтершок Олюторского ЗТ
3	22.05.2006	11:12:01	60.75	166.10	3	6.6 mwc	967 (967)	2.21	6–7 Тиличики; 4–5 Оссора; 4 Каменское; 3–4 Палана	афтершок Олюторского ЗТ
4	05.07.2008	02:12:04	53.99	152.84	576	7.7 mwc	394 (698)	2.71	4 Усть-Камчатск; 3–5 ПТР; 3–4 Усть-Большерецк; 3 Елизово; 3 Вилючинск	Мантийное ЗТ с эпицентром в Охотском море
5	24.11.2008	09:02:59	53.77	154.69	564	7.3 mwc	270 (625)	2.61	3 ПТР	Мантийное ЗТ с эпицентром в Охотском море
6	28.02.2013	14:05:50	50.67	157.77	61	6.9 mww	263 (270)	2.85	5–6 Северо-Курильск; 4–5 Вилючинск, ПТР; 4 Елизово	ЗТ у южной оконечности полуострова Камчатка
7	24.05.2013	05:44:49	54.75	153.79	630	8.3 mww	368 (730)	2.90	5 ПТР; 4–5 Елизово, Вилючинск, Усть-Камчатск; 4 Мильково, Тигиль, Никольское; 3–4 Усть-Большерецк, Эссо, Палана; 3 Соболево; 2 Оссора	Мантийное Охотоморское ЗТ с эпицентром в Охотском море [Чебров и др., 2013б]
8	01.10.2013	03:38:22	52.88	153.34	608	6.7 mww	350 (700)	2.35	3 ПТР	афтершок Охотоморского ЗТ
9	30.01.2016	03:25:12	53.85	159.04	178	7.2 mww	98 (203)	3.12	4–5 Вилючинск, ПТР; 4 Елизово, Мильково, Усть-Камчатск; 2 Усть-Большерецк	Жупановское ЗТ [Чебров и др., 2016]
10	29.03.2017	04:09:24	56.97	163.22	43	6.6 mww	526 (528)	2.42	6 Усть-Камчатск; 3 Никольское, Тигиль, Палана	Южно-Озерновское ЗТ [Чебров и др., 2017в]
11	17.07.2017	23:34:14	54.35	168.90	7	7.7 mww	690 (691)	2.71	5–6 Никольское; 3 Усть-Камчатск; 2–3 ПТР	Ближне-Алеутское ЗТ [Чебров и др., 2017б]
12	13.10.2018	11:10:22	52.53	153.87	498	6.7 mww	320 (590)	2.42	3–4 Северо-Курильск; 2–3 ПТР	Мантийное ЗТ с эпицентром в Охотском море
13	20.12.2018	17:01:55	54.91	164.71	54	7.3 mww	450 (453)	2.75	5–6 Никольское; 4–5 Усть-Камчатск; 3–4 ПТР, Елизово; 3 Оссора; 2–3 Мильково	ЗТ Углового поднятия [Чебров и др., 2020]
14	25.03.2020	02:49:21	49.11	158.08	48	7.5 mww	430 (433)	2.84	6–7 Северо-Курильск; 4–5 ПТР; 2–3 Никольское	Парамуширское ЗТ [Прытков, Василенко, 2021]
15	16.03.2021	18:38:21	54.64	163.35	64	6.6 mww	359 (364)	2.58	4–5 Усть-Камчатск; 4 Никольское; 3 ПТР; 2 Вилючинск	ЗТ в районе Кроноцкого п-ва

Примечание. См. примечание к табл. 1.

 

На рис. 2 и в табл. 2 показаны семь землетрясений, произошедших в диапазоне глубин Н = 7–178 км, для которых представлены диаграммы с выявленными предвестниками и временами их проявления (рис. 4). Данные о предвестниках содержатся в работах по отдельным видам наблюдений, а также в работах с описанием землетрясений с М_W ≥ 6.6, в которых, как правило, приводятся данные о предвестниках, выявленных в режиме реального времени или ретроспективно по материалам работ КФ РЭС и авторским данным [Болдина, Копылова, 2017; Сильные …, 2014; Чебров и др., 2013а, 2013в, 2016, 2017а, 2017б, 2020]. Общая характеристика предвестников землетрясений и область их применения, а также библиография и примеры использования сейсмопрогностических методик для выделения предвестников наиболее подробно рассмотрены в работе [Чебров и др., 2011].

 

Рис. 4. Состав предвестников 1–14 и время их проявления перед семью мелко- и среднефокусными землетрясениями 2005–2022 гг. с М ≥ 6.6 (см. табл. 2, рис. 2).

Горизонтальные оси соответствуют двум календарным годам, предшествующим землетрясениям; вертикальная стрелка – момент землетрясения; штриховыми горизонтальными линиями и звездочками отмечены предвестники, выявленные ретроспективно; сплошными горизонтальными линиями обозначены предвестники, выявленные в реальном времени.

1 – форшоковая активизация, 2 – “RTL”, 3 – “Z-функция”, 4 – “гамма”, 5 – “параметр τ”, 6 – “ВСШ”, 7 – “ФСШ” (а – карты распределения статистических параметров, б – графики их медианных значений), 8 – гидрогеодинамические наблюдения в скважине Е-1, 9 – “ОНЧ”, 10 – “фазовый портрет”, 11 – ионосферные наблюдения, 12 – скважинные геоакустические наблюдения, 13 – гидрогеохимические наблюдения, 14 – “радон” (а – краткосрочный предвестник, б – длительный тренд (пояснения см. в тексте)).

(а)–(ж) – землетрясения (номера см. рис. 2, названия в табл. 2): (а) – № 6, ЗТ у южной оконечности п-ова Камчатка [Касимова и др., 2018; Сильные …, 2014; Чебров и др., 2013а]; (б) – № 9, Жупановское [Болдина, Копылова, 2017; Гаврилов и др., 2017; Касимова и др., 2018; Коновалова, 2019; Копылова и др., 2017; Рябинин, 2022; Рябинин, Полетаев, 2021; Смирнов и др., 2017; Фирстов и др., 2017; Фирстов, Макаров, 2018; Чебров и др., 2016, 2017г]; (в) – № 10, Южно-Озерновское [Касимова и др., 2018; Коновалова, 2019; Чебров и др., 2017а, 2017г]; (г) – № 11, Ближне-Алеутское [Болдина и др., 2019; Копылова и др., 2019; Кравченко, Коновалова, 2019; Фирстов, Макаров, 2018, 2020; Чебров и др., 2017а, 2017б, 2017г]; (д) – № 13, Углового поднятия [Коновалова, 2019; Фирстов, Макаров, 2020; Чебров и др., 2020]; (е) – № 14, Парамуширское [Копылова и др., 2021; Фирстов, Макаров, 2020; Чебров и др., 2021; Kopylova et al., 2022]; (ж) – № 15, ЗТ в районе Кроноцкого п-ова [Болдина и др., 2022; Фирстов, Макаров, 2021; Чебров и др., 2021].

 

В группе сейсмических методов рассматривались семь видов предвестников.

1. Форшоковая активизация [Чебров и др., 2017б, 2020].
2. Обнаружение сейсмических затиший по методике RTL (“RTL”).

Прогностический параметр RTL основан на выделении аномалии сейсмического затишья по трем функциям: эпицентральной R, временной T и энергетической L, характеризующим сейсмический режим [Соболев, Тюпкин, 1996]; применяется для прогноза землетрясений с магнитудой более 6.0 [Салтыков и др., 2013; Чебров и др., 2011]. Пространственно-временные области с отрицательными значениями параметра RTL, равного произведению функций R, T и L, соответствуют зонам сейсмического затишья. В качестве прогностических признаков рассматриваются значения RTL < −3 длительностью не менее года. Ожидается, что землетрясение произойдет в окрестности такой аномалии в течение двух лет после выхода значений RTL на фоновые величины.

3. Обнаружение сейсмических затиший по методике Z-функции [Wyss, Habermann, 1988] (“Z-функция”).

Рассматриваются и количественно оцениваются сейсмические затишья как статистически значимое уменьшение скорости потока землетрясений в ограниченном объеме среды. В качестве предвестников землетрясений рассматриваются области аномально низкой сейсмичности, в пределах которых или в ближайших их окрестностях в течение года возможно землетрясение с магнитудой не менее 6.0 [Салтыков и др., 2013; Чебров и др., 2011].

4. Вариации наклона графика повторяемости γ (“гамма”).

Определяются пространственно-временные области статистически значимого уменьшения наклона графика повторяемости γ землетрясений. Ожидается, что землетрясение с магнитудой М ≥ 6.0 произойдет в пределах области проявления значимых вариаций γ или на ее периферии [Салтыков и др., 2013].

5. Вариации отношения скоростей сейсмических волн V_P/V_S (“параметр τ”), по данным ИФЗ РАН.

Рассматриваются вариации времен пробега P- и S-волн от слабых близких землетрясений и их отношения T_S / T_P в пространстве и времени относительно долговременного среднего с выявлением пространственно-временных интервалов максимальных флуктуаций. Метод применяется для оценки изменений напряженно-деформированного состояния среды в пределах Камчатской сейсмофокальной зоны, которые могут быть связаны с подготовкой землетрясений с К_S ≥ 12.5–13.0 [Славина и др., 1993, 2004; Чебров и др., 2011].

6. Вариации параметров высокочастотного сейсмического шума (ВСШ), связанные с изменением приливного отклика среды перед сильными землетрясениями (“ВСШ”).

Согласно этой оригинальной методике [Способ …, 1998] при изучении вариаций сейсмической эмиссии в качестве эталонного сигнала используются земные приливы. При прогнозировании землетрясений в качестве информационного параметра рассматривается фазовый сдвиг между определенной волной приливного гравитационного потенциала и соответствующим ей компонентом огибающего ВСШ. Предвестник соответствует стабилизации фазового сдвига на некотором уровне в течение нескольких недель. Пороговые значения магнитуды ожидаемого землетрясения, начиная с величины М ≥ 5.0, определяются соотношением магнитуда–расстояние [Салтыков, 2017; Чебров и др., 2011].

7. Вариации фонового сейсмического шума (ФСШ) по непрерывным записям на сети широкополосных сейсмических станций на территории п-ова Камчатка, Командорских островов и о. Парамушир, по данным КФ ФИЦ ЕГС РАН и ИФЗ РАН.

Вариации ФСШ характеризуются временными рядами статистических параметров – обобщенным показателем Херста α*, шириной носителя спектра сингулярности Δα, вейвлетной спектральной экспонентой β, минимальной нормализованной энтропией вейвлет-коэффициентов шума En, определяемых ежесуточно для каждой станции сети за период наблюдений с 2011 г., и графиками изменения их медианных значений. Предвестниковые изменения параметров ФСШ проявляются за несколько месяцев – в первые годы до возникновения сильных землетрясений на картах в области их будущих очагов и на графиках их медианных значений в относительном уменьшении величин α*, Δα, β и в увеличении En [Касимова и др., 2018; Копылова и др., 2021; Любушин и др., 2015; Kopylova et al., 2022].

В группе геофизических методов рассматриваются пять видов предвестников.

8. Изменения уровня, температуры и электропроводности подземной воды в скважинах.

В скважине Е-1 обнаружены понижения уровня воды с повышенной скоростью, продолжительностью от суток до нескольких недель, предшествующие землетрясениям с магнитудами М_W ≥ 5.0 на расстояниях до 370 км от скважины [Копылова, 2001; Копылова, Болдина, 2019; Чебров и др., 2011; Kopylova, Boldina, 2020].

Атмосферно-ионосферные параметры по данным наблюдений ИКИР ДВО РАН.

9. Наблюдения за электромагнитным ОНЧ-излучением (“ОНЧ”).

В шумовой составляющей естественного электромагнитного ОНЧ излучения за несколько суток до землетрясений с М ≥ 5.0 появляются мощные импульсы, которые прекращаются за несколько часов или суток до события. Амплитуда суточного хода шумовой составляющей ОНЧ сигнала обычно понижается за несколько суток до землетрясения, а после сейсмического события в течение нескольких суток восстанавливается [Богданов и др., 2004; Дружин, 2002; Чебров и др., 2011].

10. Мониторинг вариаций геомагнитного и атмосферного электрического поля Земли (“фазовый портрет”).

Анализ фазовых соотношений между вертикальной составляющей электрического поля E_z и K-индексом геомагнитной активности показывает, что при синхронном достижении минимумов величинами E_z и K-индекса отмечается рост сейсмической активности и возникновение землетрясений с К_S ≥ 12.6 [Богданов и др., 2004; Бузевич, Смирнов, 2001; Чебров и др., 2011].

11. Мониторинг параметров ионосферы (“ионосферные наблюдения”).

По результатам вертикального радиозондирования ионосферы обнаружены аномальные изменения критической частоты f₀F₂ регулярного слоя F₂ перед землетрясениями с К_S ≥ 13 [Богданов и др., 2004; Чебров и др., 2011].

12. Мониторинг вариаций геоакустической эмиссии (ГАЭ) в скважине (“скважинные геоакустические измерения”), по данным ИВиС ДВО РАН.

Перед сильными землетрясениями наблюдаются исчезновение суточного хода и бухтообразные аномалии среднесуточного уровня ГАЭ [Гаврилов и др., 2006а, 2006б; Чебров и др., 2011; Gavrilov et al., 2020].

Также рассматриваются два геохимических метода.

13. Вариации химического состава подземной воды из самоизливающихся скважин (“гидрогеохимические наблюдения”).

В качестве предвестников землетрясений, для которых отношение M_W / lgd_h ≥ 3.0, рассматриваются аномальные изменения концентраций компонентов ионного состава воды и свободного газа [Копылова и др., 1994; Хаткевич, Рябинин, 2006; Чебров и др., 2011; Kopylova, Boldina, 2020, 2021].

14. Вариации объемной активности радона ²²²Rn (ОА Rn) и концентраций водорода и углекислого газа в подпочвенном воздухе перед местными землетрясениями c М ≥ 5.0 (“радон”) [Фирстов и др., 2006; Фирстов, Макаров, 2018; Чебров и др., 2011].

Кроме сравнительно кратковременных вариаций “радона”, в течение нескольких суток или недель, предшествующих местным землетрясениям с М ≥ 5.0, в динамике ОА Rn проявляются длительные (1–3 года) тренды, которые рассматриваются в качестве предвестников землетрясений с М > 7.5 северо-западной окраины Тихого океана [Фирстов, Макаров, 2018].

Для семи мелко- и среднефокусных землетрясений 2005–2022 гг. определялся состав предвестников и время их проявления на основании опубликованныъ данных по перечисленным выше 14-ти сейсмопрогностическим методам. На диаграммах рис. 4 показаны моменты землетрясений и времена проявления отдельных предвестников на интервале времени два года до сейсмического события. Анализ этих диаграмм показывает, что перед некоторыми землетрясениями количество предвестников N варьирует от 4 до 12, а время их проявления составляло от первых суток до 2 лет и более (до ~5 лет). Из общего числа проявлений предвестников (57) 38 были выявлены в реальном времени (38/57 × 100% = 66.7%). Для отдельных землетрясений отношение числа предвестников, выявленных в реальном времени, к их общему числу N составило 44–100% (см. рис. 4).

Наименьшее число предвестников (N = 4) было зафиксировано перед Парамуширским землетрясением 25 марта 2020 г., M_W = 7.5 (№ 10 на рис. 1а и в табл. 1; № 14 на рис. 2 и в табл. 2), которое является “внешним” сейсмическим событием в Курило-Камчатской зоне субдукции. Очаг этого землетрясения находился под океаническим склоном глубоководного желоба в погружающейся Тихоокеанской океанической плите [Прытков, Василенко, 2021].

Другие рассматриваемые землетрясения, перед которыми число предвестников N составляло от 7 до 12, относятся к межплитовым (субдукционным) землетрясениям, возникающим при взаимодействии погружающейся Тихоокеанской океанической плиты с континентальными Охотоморской и Берингийской микроплитами (см. рис. 1а).

На рис. 5 показано соотношение между числом зарегистрированных предвестников N и параметрами последующих землетрясений – их магнитудами М_W и величинами M_W / lgd_h. Оценка связи между числом предвестников N и параметрами землетрясений проводилась по величинам линейного коэффициента корреляции Пирсона r и коэффициента ранговой корреляции Спирмена ρ [Большев, Смирнов, 1965].

 

Рис. 5. Соотношение между числом предвестников N, проявившихся перед конкретным землетрясением по 14-ти рассматриваемым методам, и параметрами последующих землетрясений М_W (а, б) и M_W / lgd_h (в, г).

r – коэффициент линейной корреляции Пирсона, ρ – коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Квадратом обозначено Парамуширское землетрясение (№ 10 на рис. 1 и в табл. 1; № 14 на рис. 2 и в табл. 2), треугольником – Ближне-Алеутское землетрясение (№ 9 на рис. 1 и в табл. 1, № 11 на рис. 2 и в табл. 2). Крестиком отмечены данные по внутриплитовому Парамуширскому землетрясению, не учитывавшиеся при расчетах (пояснения см. в тексте).

 

Анализ графика на рис. 5а и величин r = −0.11 и ρ = −0.02 показывает отсутствие связи между числом проявившихся предвестников N и величинами магнитуд последующих землетрясений. Если использовать в качестве характеристики землетрясений параметр M_W / lgd_h, то коэффициенты r и ρ увеличиваются до 0.47 и 0.61 соответственно (см. рис. 5в). При этом величины r и ρ также не являются статистически значимыми для набора из семи пар значений.

Аналогичные построения и расчеты коэффициентов r и ρ были выполнены для шести пар чисел предвестников N и параметров межплитовых землетрясений (см. рис. 5б, 5г), в этом случае данные по внутриплитовому Парамуширскому землетрясению были исключены. При сопоставлении числа предвестников N и величин магнитуды последующих землетрясений М_W (см. рис. 5б) получены статистически незначимые величины коэффициентов r = 0.31 и ρ = 0.43. При сравнении величин N и параметров землетрясений M_W / lgd_h (см. рис. 5г) получены коэффициенты r = 0.96 и ρ = 0.97, величины доверительных вероятностей которых для шести пар значений составляют 99.8% и 99.9% соответственно. Эти результаты указывают на отсутствие статистически значимой связи между числом предвестников и величинами магнитуд последующих землетрясений в диапазоне М_W = 6.6–7.7 и на наличие положительной связи между числом предвестников и параметром M_W / lgd_h для межплитовых землетрясений в Камчатской части Курило-Камчаткой островной дуги, включая Ближне-Алеутское землетрясение, произошедшее в зоне сочленения Курило-Камчаткой и Алеутской островных дуг.

Для шести землетрясений из семи рассматриваемых сейсмических событий величины параметра M_W / lgd_h составляют 2.42–2.85, менее 3 (см. рис. 5в), что обуславливается большой удаленностью их гипоцентров от территории ПКП (d_h = 265–690 км, см. табл. 2). Перед этими шестью землетрясениями количество предвестников N варьировало от четырех до девяти или 28–64% от общего числа рассматриваемых предвестников (см. рис. 4).

Для Жупановского землетрясения 30.01.2016 г. (М_W = 7.2) величина параметра M_W / lgd_h = 3.12. Перед этим землетрясением число предвестников было максимальным и составляло N = 12 из 14-ти рассматриваемых (86%). Ранее в работе [Чебров и др., 2016] указывалось на комплексное проявление предвестников перед этим сильным сейсмическим событием, произошедшем на минимальном расстоянии до центра ПКП (эпицентральное расстояние d_e = 98 км, см. табл. 2) в течение последнего десятилетия.

Ранее в работах [Копылова, Серафимова, 2009; Серафимова, Копылова, 2010] по данным наблюдений за предвестниками камчатских землетрясений 1987–2004 гг. было показано, что при существующей конфигурации наблюдательной сети, сосредоточенной, в основном, на территории ПКП, рост числа предвестников N является информативным признаком подготовки наиболее сильных и относительно “близких” землетрясений по отношению к территории полигона. Результаты анализа зависимости между числом предвестников N и параметром М_W / lgd_h для шести межплитовых землетрясений 2013–2020 гг. подтверждают этот вывод.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Обнаружение роста числа различных видов предвестников наиболее сильных и близких к территории ПКП межплитовых землетрясений 1987–2022 гг., для которых параметр M / lgd_h ≥ 3.0, является одним из наиболее важных результатов сейсмопрогностических исследований на территории п-ова Камчатка. Свойство комплексного проявления предвестников сильных и близких (к наблюдательной сети) землетрясений согласуется с ожидаемым эффектом проявления предвестников, который может найти применение при прогнозировании землетрясений при наличии ретроспективных оценок его связи с параметрами последующих землетрясений.

Эффект комплексного проявления предвестников сильных и наименее удаленных от территории ПКП землетрясений по данным 1987–2004 гг. подтвержден в настоящей работе на примере мелко- и среднефокусных межплитовых землетрясений 2005–2022 гг. Это позволяет объединить данные о проявлении предвестников и рассматривать ЭКПП в зависимости от параметров землетрясений за весь период проведения сейсмопрогностических исследований на Камчатке с использованием комплекса методов, принимая введенное выше ограничение (≥ 80%) по проявлению предвестников перед конкретным землетрясением из их общего рассматриваемого числа. Общее число мелко- и среднефокусных землетрясений, предвестники которых анализировались в работе, составляет 18: 11 событий 1987–2004 гг. (табл. 3) и 7 событий 2005–2022 гг. (см. табл. 2).

 

Таблица 3. Уточненные данные о мелко- и среднефокусных землетрясениях 1987–2004 гг. с M_W ≥ 6.6, по [Серафимова, Копылова, 2010, табл. 1]

Дата	Время ч:мин:с	Широта, град. с.ш.	Долгота, град. в.д.	Глубина, км	dh, км	Мw	M/lgdh	L, км	dh / L	Баллы по шкале MSK-64
06.10.1987	20:11:36	52.86	160.23	33	115	6.5 6.6**	3.15 3.20	34 37	3.4 3.1	4–5 PET
02.03.1992	12:29:39	52.76	160.20	20	110	6.9	3.38	50	2.2	5–6 PET
08.06.1993	13:03:37	51.20	157.80	40	210	7.5	3.23	90	2.3	5 PET
13.11.1993	01:18:07	51.79	158.83	40	140	7.0	3.26	55	2.5	5–6 PET
01.01.1996	09:57:46	53.88	159.44	0	140	6.6	3.08	37	3.8	4–5 PET
21.06.1996	13:57:06	51.27	159.63	2	203	6.7	2.90	41	5.0	3–5 PET
05.12.1997	11:26:51	54.64	162.55	10	200*	7.8	3.39	121	1.6	5–6 PET
08.03.1999	12:25:43	51.93	159.72	7	140	6.9	3.22	50	2.8	4–5 PET
16.06.2003	22:08:02	55.30	160.34	190	340	6.9	2.73	50	6.8	3–4 PET
05.12.2003	21:26:14	55.78	165.43	29	540	6.7	2.45	41	13.1	2–3 PET
10.06.2004	15:19:55	55.68	160.25	208	377	6.9	2.68	50	7.6	3–4 PET

Примечание. * – расстояние до центра очаговой области; ** – магнитуда М_S по данным Геофизической службы РАН [Зобин и др., 1990]; PET – г. Петропавловск-Камчатский.

 

Для периода 1987–2004 гг. принято, что общее число рассматриваемых предвестников составляет пять, для периода 2005–2022 гг. – 14. Отметим определенную условность этих чисел для указанных интервалов времени. Во-первых, отдельные виды наблюдений за предвестниками имели технические перерывы, когда данные перед некоторыми землетрясениями отсутствовали. В таких случаях принималось решение, что “предвестник не проявлялся”. Во-вторых, в работе использовались преимущественно опубликованные данные о предвестниках и можно было предполагать, что описание некоторых их видов перед отдельными из рассматриваемых землетрясений могли отсутствовать¹. Такая ситуация также соответствовала заключению ‘‘предвестник не проявлялся’’.

Таким образом, авторская интерпретация двух возможных причин неполных исходных данных о предвестниках отдельных землетрясений понижает вероятность ошибки в выделении ЭКПП при повышении вероятности заключения, что ЭКПП перед этим землетрясением не проявлялся. С учетом предполагаемого прогностического значения ЭКПП используемый подход более точен в определении наличия либо отсутствия ЭКПП.

Для землетрясений 1987–2004 гг., перед которыми был выделен ЭКПП, использовались данные из работы [Серафимова, Копылова, 2010] (см. рис. 3, табл. 2). Уточненные параметры землетрясений с M_W ≥ 6.6 для этого периода времени представлены в табл. 3. При этом два землетрясения из первоначального перечня были исключены из рассмотрения из-за понижения величин их магнитуды в актуальном каталоге USGS/NEIS (16.07.2016 г., M_W = 6.5, d_h = 540 км, и 01.06.1997 г., M_W = 6.4, d_h = 120 км).

Всего ЭКПП проявлялся перед семью землетрясениями: перед шестью землетрясениями 1987–2004 гг. и одним землетрясением 2005–2022 гг. Перед землетрясением 01.01.1996 г. (см. табл. 3), по данным работы [Серафимова, Копылова, 2010], было зафиксировано всего три предвестника из пяти (60%). При этом данные уровнемерных наблюдений в скважине Е-1 в это время отсутствовали из-за технического перерыва. В более поздних работах [Копылова, Болдина, 2023; Kopylova, Boldina, 2020] было показано, что этому землетрясению предшествовало проявление гидрогеохимических предвестников в трех самоизливающихся скважинах на территории ПКП. На основании этих данных, а также проявлении трех видов предвестников в сейсмичности, ВСШ и химическом составе воды из скважины ГК-1, землетрясение 1 января 1996 г. было включено в число событий, которым предшествовал ЭКПП.

В табл. 4 представлены данные о землетрясениях, перед которыми проявлялся ЭКПП, с указанием для каждого из них величины магнитуды, доли проявившихся перед ним предвестников из рассматриваемого их числа (в %) и параметров d_h / L и M / lgd_h, характеризующих интенсивность подготовки землетрясения в районе ПКП. Для этих землетрясений величины отношений составили M / lgd_h = 3.08–3.39 и d_h / L = 1.6–3.8.

 

Таблица 4. Данные о землетрясениях района п-ова Камчатка, которым предшествовал эффект комплексного проявления предвестников (ЭКПП)

Дата	Магнитуда	Доля проявившихся предвестников от их общего числа, %	Параметры интенсивности подготовки землетрясения в районе ПКП
			dh / L	M / lgdh
06.10.1987	6.5(6.6)	80	3.4(3.1)	3.15(3.20)
02.03.1992	6.9	100	2.2	3.38
08.06.1993	7.5	80	2.3	3.23
13.11.1993	7.0	80	2.5	3.26
01.01.1996	6.6	80*	3.8	3.08
05.12.1997	7.8	100	1.6	3.39
30.01.2016	7.2	86	3.0	3.12

Примечание. * – с учетом комплексного проявления гидрогеохимических предвестников в трех скважинах территории ПКП [Копылова, Болдина, 2023].

 

О соотношении между параметрами землетрясений M / lgd_h и d_h / L

На рис. 6 демонстрируется соотношение между параметрами M_W / lgd_h и d_h / L, характеризующими относительную интенсивность подготовки землетрясений в районе ПКП, для всех 18-ти рассматриваемых землетрясений. Анализ этого рисунка показывает линейную корреляцию между двумя используемыми в работе параметрами интенсивности подготовки землетрясений в районе ПКП при величине коэффициента корреляции Пирсона r = −0.93, значимого для 18 пар значений с доверительной вероятностью 99.9%. Это позволяет применять для предварительных выводов о параметрах землетрясений, перед которыми проявляется ЭКПП, обе рассматриваемые величины, а также показывает, что ЭКПП возникал перед семью из восьми землетрясений (88%), для которых величины M_W / lgd_h = 3.08–3.39 и d_h / L = 1.6–3.8. Исключение составляет землетрясение 8 марта 1999 г., М_W = 7.0 (см. табл. 3), параметры которого соответствуют указанному интервалу величин. Однако перед этим землетрясением проявился лишь один вид предвестника – изменение сейсмичности по параметру RTL. По другим четырем видам сейсмопрогностических наблюдений, а также по данным о химическом составе подземных вод из скважин ПКП аномалии-предвестники перед землетрясением 8 марта 1999 г. не наблюдались. Мы полагаем, что отсутствие предвестников в изменениях гидрогеологических и других наблюдаемых параметров было обусловлено тем, что событие 8 марта 1999 г. произошло всего через 15 месяцев после наиболее сильного Кроноцкого землетрясения 5 декабря 1997 г., когда еще продолжались постсейсмические деформационные процессы по данным GPS-наблюдений [Gordeev et al., 2004] и восстановление режимов функционирования наблюдательных скважин после сильного сейсмического воздействия.

 

Рис. 6. Соотношение между параметрами землетрясений 1987–2022 гг. M_W / lgd_h и d_h / L с учетом наличия/отсутствия эффекта комплексного проявления предвестников.

1, 2 – проявление 14-ти видов предвестников перед землетрясениями 2005–2022 гг. при наличии и отсутствии ЭКПП соответственно; 3, 4 – проявление пяти видов предвестников перед землетрясениями 1987–2004 гг. при наличии и отсутствии ЭКПП соответственно; 5 – линейный тренд связи между M_W / lgd_h и d_h / L; r – коэффициент корреляции Пирсона.

 

Несмотря на это исключение, полученные оценки параметров землетрясений M_W / lgd_h ≥ 3.08 и d_h / L ≤ 3.8, перед которыми возникал ЭКПП, по данным специализированных наблюдений за предвестниками на Камчатке, могут найти применение для дальнейшего изучения ЭКПП и его использования в практике прогнозирования землетрясений в районе ПКП.

Обнаружение ЭКПП в режиме реального времени может указывать на подготовку землетрясения с M_W ≥ 6.6 на расстояниях от ПКП не более нескольких (≤ 3.8) характерных размеров очага такого землетрясения. То есть в случае обнаружения ЭКПП можно полагать, что ПКП, а также Петропавловск-Елизовская агломерация находятся на сравнительно небольшом расстоянии от очага готовящегося сильного землетрясения, соответствующего его ближней – промежуточной (средней) зоне. Для оценки удаленности будущего землетрясения от ПКП (R, км) можно использовать модифицированную формулу расчета размера очага из работы [Завьялов, Зотов, 2021]: R ≤ 3.8 × 10^{(0.43M − 1.27)}.

Сопоставление ЭКПП с данными по отдельным видам предвестников

На рис. 7 показано соотношение между параметрами землетрясений M_W и d_h / L, перед которыми возникал ЭКПП, в сопоставлении с проявлениями четырех отдельных видов предвестников (ВСШ, уровень воды в скважине Е-1, акустические измерения в скважине Г-1, радон в подпочвенном воздухе) и теоретическими оценками зоны деформационных предвестников (d_h = 10^0.43M) по [Dobrovolsky et al., 1979], а также проявлениями гидрогеологических предвестников в нескольких (n = 2–4) скважинах на территории ПКП.

 

Рис. 7. Эффект комплексного проявления предвестников перед землетрясениями по данным наблюдений 1987–2022 гг. на Камчатке в зависимости от параметров землетрясений M_W и d_h / L в сравнении с проявлениями предвестников по четырем отдельным видам наблюдений, комплексным проявлением гидрогеологических предвестников и теоретической оценкой области деформационных предвестников.

1‒4 – границы нижнего порога магнитуды прогнозируемого события по отдельным видам предвестников: 1 – скважинные геоакустические наблюдения [Gavrilov et al., 2020], 2 – радон в подпочвенном воздухе [Фирстов, Макаров, 2018], 3 – наблюдения высокочастотного сейсмического шума (ВСШ) на пункте ‘‘Начики’’ [Салтыков, 2017], 4 – уровень воды в скважине Е-1 [Копылова, 2001]; 5 – верхняя граница зоны деформационных предвестников по [Dobrovolsky et al., 1979]; 6 – проявление гидрогеологических предвестников в 2–4 скважинах Петропавловск-Камчатского полигона по [Копылова, Болдина, 2023; Kopylova, Boldina, 2020]; 7 – эффект комплексного проявления предвестников по данным настоящей работы.

 

Приведенные на рис. 7 эмпирические оценки нижнего порога магнитуды прогнозируемого землетрясения М в диапазоне магнитуд 5.0–8.0 заимствованы из публикаций по трем видам предвестников: M = −3.64 + 4.06lgd_e – ВСШ по данным станции “Начики”, где d_e – эпицентральное расстояние в км [Салтыков, 2017]; M = 2.51lgd_h + 0.6 – изменения уровня воды в скважине Е-1 [Копылова, 2001]; lgd_h = 0.36M − 0.04 – изменения концентрации подпочвенного радона, зарегистрированные на территории ПКП [Фирстов, Макаров, 2018].

При построении указанных выше зависимостей для трех предвестников авторы соответствующих публикаций использовали величины магнитуд землетрясений из Регионального каталога землетрясений Камчатки (ВСШ, уровень воды в скважине Е-1) и из каталога USGS/NEIS (“радон”). В формулах также указываются величины эпицентральных или гипоцентральных расстояний землетрясений для оценки удаленности землетрясений от наблюдательных пунктов. При построении зависимостей (см. рис. 7) полагалось, что такие различия в исходных параметрах землетрясений сравнительно невелики и ими можно пренебречь для предварительных оценок.

Для электромагнитных и геоакустических предвестников, зарегистрированных в скважине Г-1 в г. Петропавловск-Камчатский [Gavrilov et al., 2020] приводится зависимость их проявления от параметров землетрясений как L^* / d_h ≥ 0.19, где размер очага L^* = 10^{0.44M − 1.29}. Здесь для расчета L^* авторами применялась формула расчета размера очага землетрясения из работы [Ризниченко, 1976]. Как показано в работе [Завьялов, Зотов, 2021, рис. 5], оценки размера очага землетрясения по величине магнитуды практически совпадают при использовании формул из работ [Ризниченко, 1976; Завьялов, Зотов, 2021]. Поэтому различия в размерах очагов землетрясений по двум формулам в случае этого вида предвестника также не учитывались (см. рис. 7).

В работах [Копылова, Болдина, 2023; Kopylova, Boldina, 2020] даны количественные оценки проявления гидрогеологических предвестников в нескольких скважинах на территории ПКП в зависимости от параметров землетрясений М_W = 6.6–7.8 и d_h / L^* = 1.0–3.6. В случае этого вида предвестников расчет величин L^* также изначально проводился по формуле из работы [Ризниченко, 1976], которая, как отмечалось выше, дает сопоставимые величины размеров очагов землетрясений с оценками по формуле из работы [Завьялов, Зотов, 2021].

Как следует из анализа рис. 7, для событий с М_W = 6.6–7.8 приблизительные оценки пороговых величин d_h / L по четырем видам предвестников составляют 5.0–8.5, т.е. превышают максимальную величину d_h / L = 3.8, установленную в настоящей работе в качестве пороговой для ЭКПП. При этом эффект комплексного проявления гидрогеологических предвестников в нескольких скважинах на территории ПКП характеризуется значениями параметров землетрясений М_W = 6.6–7.8 и d_h / L = 1.0–3.6 [Копылова, Болдина, 2023; Kopylova, Boldina, 2020], которые сопоставимы со значениями этих параметров при проявлении ЭКПП (см. табл. 4).

Результаты анализа данных по четырем наиболее изученным видам предвестников, комплексному проявлению предвестников на Камчатке также показывают, что теоретические оценки верхней границы зоны деформационных предвестников, представленные в работах [Dobrovolsky et al., 1979; Сидорин, 1992], d_h = 10^0.48M, в 3–5 и до 10 раз превосходят область проявления ЭКПП, а также пороговые области проявления отдельных видов предвестников во всем рассматриваемом диапазоне магнитуд 5.0–8.0.

Практическим следствием этого результата исследования ЭКПП является возможность более точной корректировки района возникновения сильного (М_W ≥ 6.6) землетрясения (значительного его уменьшения) на основе диагностики ЭКПП в режиме реального времени, по сравнению с использованием предвестников по отдельным видам наблюдений и теоретических оценок зоны проявления деформационных предвестников по [Dobrovolsky et al., 1979; Сидорин, 1992].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По данным комплексных сейсмопрогностических наблюдений, сосредоточенных, в основном, на территории Петропавловск-Камчатского полигона, расположенного в восточной части п-ова Камчатка, рассмотрены проявления предвестников перед восемнадцатью сильными мелко- и среднефокусными землетрясениями 1987–2022 гг. с M_W = 6.6–7.8.

Для периода 1987–2004 гг., с использованием данных о пяти видах предвестников (изменения сейсмичности, высокочастотного сейсмического шума, уровня и химического состава подземной воды, длин линий светодальномерных измерений), было показано, что в условиях имеющейся наблюдательной сети предвестники проявляются по комплексу методов перед землетрясениями, для которых величина M_W / lgd_h ≥ 3.0 [Серафимова, Копылова, 2010].

Для периода 2005–2022 гг. рассмотрены 14 видов сейсмических, геофизических и геохимических предвестников перед семью мелко- и среднефокусными землетрясениями. Обнаружено, что число предвестников N, предшествующих отдельным землетрясениям, варьировало от 4 до 12 при отсутствии связи между N и магнитудой М_W последующего землетрясения.

Для межплитовых (субдукционных) землетрясений обнаружено увеличение числа предвестников N с ростом величины параметра землетрясений M_W / lgd_h. Это подтвердило наличие выявленного ранее по данным 1987–2004 гг. эффекта комплексного проявления предвестников (ЭКПП) перед землетрясениями, наиболее сильными и близкими к территории полигона.

Для периода 1987–2022 гг. выполнено ретроспективное исследование ЭКПП, соответствующего проявлению не менее 80% предвестников из пяти их видов в 1987–2004 гг. и 14 видов предвестников в 2005–2022 гг. Показано, что ЭКПП проявлялся перед семью землетрясениями с M_W = 6.6–7.8, произошедшими на гипоцентральных расстояниях d_h = 110–200 км от Петропавловск-Камчатского полигона. Для таких землетрясений величины M_W / lgd_h = 3.08–3.39, а величины отношения гипоцентрального расстояния к размеру очага землетрясения d_h/L = 1.6–3.8.

Полученные оценки параметров землетрясений, перед которыми фиксировался ЭКПП, могут быть полезными при средне- и краткосрочном прогнозировании сильного землетрясения в районе Петропавловск-Елизовской городской агломерации. Диагностика ЭКПП в режиме реального времени позволяет более надежно определить магнитуду (M_W ≥ 6.6) и удаленность будущего сильного землетрясения по сравнению с использованием данных по отдельным методам сейсмопрогностических наблюдений и теоретической оценкой области деформационных предвестников по [Dobrovolsky et al., 1979; Сидорин, 1992]. Как показано в работе, отдельные виды предвестников и теоретические расчеты дают существенно завышенные оценки области подготовки сильного (M_W ≥ 6.6) землетрясения.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность д.ф.-м.н. А.Д. Завьялову, д.ф.-м.н. Г.Г. Кочаряну и к.ф.-м.н. А.В. Соломатину за обсуждение работы и полезные рекомендации, направленные на ее улучшение.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

В работе использованы данные, полученные на уникальной научной установке “Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны и комплекс непрерывного сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира” (http://www.gsras.ru/unu), развернутой при поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания № 075-00682-24.

Работа выполнена по проекту РНФ № 22-17-00125.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

¹ Исключение составляют предвестники: ‘‘ФСШ’’ (вариации фонового сейсмического шума) в 2011–2022 гг., изменения уровня воды в скважине Е-1 в 1987–2022 гг. и вариации химического состава воды из самоизливающихся скважин в 1987–1998 гг. Мониторинг этих видов предвестников, а также ведение баз данных наблюдений осуществлялись непосредственно авторами либо с их участием.

作者简介

G. Kopylova

Kamchatka Branch of the Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: gala@emsd.ru
俄罗斯联邦, 9, Piip Blvd., Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

Yu. Serafimova

Kamchatka Branch of the Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences

Email: gala@emsd.ru
俄罗斯联邦, 9, Piip Blvd., Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

V. Kasimova

Kamchatka Branch of the Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences

Email: gala@emsd.ru
俄罗斯联邦, 9, Piip Blvd., Petropavlovsk-Kamchatsky, 683006

参考

补充文件