СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ КАК ПРЕДВЕСТНИКИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Приходовский Михаил Анатольевич

кандидат физ-матем наук, доцент, ТУСУР

 

Актуальной задачей сейсмологии является поиск и изучение предвестников землетрясений. При этом под словом «землетрясение» всегда неявно объединяют несколько различных понятий. Отделим эти понятия, вводя для них следующие точные определения:

1.     «Землетрясение» как процесс – распространение сейсмических волн от очага землетрясения. Начало этого процесса пока прогнозировать невозможно.

2.     «Землетрясение» в данной точке земной поверхности – момент прохождения сейсмической волны через данную точку.

Если рассматривать более узкую постановку задачи прогноза -  предупредить о землетрясении данные населённые пункты, причём они будут на некотором удалении от эпицентра, то прогноз гарантированно возможен, так как сейсмическая волна достигнет всякой точки лишь через некоторое время после того, как началось землетрясение в эпицентре. Разница во времени определяется глубиной очага землетрясения и расстоянием от этой точки до эпицентра. Сигнал из эпицентра землетрясения может служить предвестником этого же самого землетрясения для других точек земной поверхности. Скорость сейсмических волн составляет несколько километров в секунду, поэтому землетрясение происходит не одновременно. Получается, что краткосрочный предвестник существует, только не в той точке земной поверхности, для которой требуется предсказать землетрясение, а на расстоянии сотен километров от неё, причём абсолютно надёжным предвестником землетрясения являются сами сейсмические волны.

Вычислим теоретически достижимое время прогноза в «идеальной» изотропной модели, если волны напряжения распространяются в однородной среде.  Обозначим глубину очага (гипоцентра) через  (соответствует расстоянию ), расстояние от города до эпицентра через  (соответствует ), скорость сейсмических волн через . Волна проходит от очага  расстояние  и достигает эпицентра  за время , при этом до того момента, как сейсмическая волна достигнет точки , она пройдёт ещё расстояние  . Таким образом, время, за которое теоретически возможно предсказать землетрясение в , составляет .

рис. 1

График, показывающий зависимость времени прогноза от глубины очага и расстояния до эпицентра при скорости волн 5 км/с  представлен на рис. 2.

рис. 2

Чем ближе к поверхности расположен гипоцентр землетрясения, тем больше разница во времени между землетрясением в эпицентре и выбранной точке земной поверхности, и тем больше теоретически возможное время прогноза. При большей глубине гипоцентра фронт волны характеризуется меньшей кривизной, поэтому сейсмические волны доходят почти одновременно до весьма удалённых точек, и время возможного прогноза меньше (однако при этом из-за глубины очага глубокофокусные землетрясения менее разрушительны).

Если сейсмические датчики покрывают некоторый сейсмически активный район и ежесекундно в реальном режиме времени передают информацию о наличии сейсмических колебаний некоторой автоматизированной аналитической системе, то в случае начала землетрясения расположение эпицентра будет зафиксировано в первые доли секунды. Компьютерная программа может проводить анализ кривизны фронта волны по разнице во времени сигнала датчиков, ближайших к эпицентру, и соответственно, автоматически вычислять глубину гипоцентра и предполагаемое время землетрясения для всех населённых пунктов в радиусе сотен километров от эпицентра.

Технические аспекты системы прогноза.

Сбор информации с сейсмических датчиков целесообразно проводить с помощью беспроводной сети связи, по частотам и дальности аналогичной сотовой сети стандарта NMT. Можно было бы использовать для этих целей проводные каналы связи или спутники, но тогда необходимо создание обширной проводной сети в соответствующих регионах, зачастую в горной местности, либо во втором случае – реализация соответствующего космического проекта.

Даже при наличии методов прогноза, проблемой является неотработанность каналов доведения информации до населения. Система должны быть автоматизированной, так как время для действий по минимизации последствий ограничено несколькими десятками секунд. Необходимо  мгновенно оповестить все населённые пункты в радиусе сотен километров, подавая сообщение о предполагаемом времени и силе землетрясения в каждом городе по всем каналам телевидения, радио, возможно одномоментной рассылкой SMS-сообщений на все сотовые телефоны и голосовыми сообщениями на стационарные телефоны, а также через сигналы воздушной тревоги. Если система прогноза будет подключена к аварийным службам оповещения населения и аварийным системам отключения газоснабжения и электросетей – в целях предотвращения массовых пожаров и иных опасных  последствий при обрушении зданий, то даже несколько секунд прогноза могут снизить риск от землетрясения. Снижение катастрофических последствий и числа жертв позволит перевести проблему землетрясений из разряда острых социальных в разряд общенаучных проблем.

Анализ информации о прохождении волн через каждый элемент сети сейсмографов также представляет научный интерес для изучения  распространении сейсмических волн в породах в данной местности.

Например, для прогноза землетрясений в Сибири нет необходимости покрывать сейсмографами всю территорию – известно, что эпицентр может находиться только в горах Алтая, а не на равнинной части. Поэтому достаточно установить сеть датчиков в горном Алтае и создать линию оповещения. В Японии же, где очаг землетрясения может быть где угодно, нужно будет создать плотную сеть покрытия островов и прилегающих территорий океанского дна.