Наука и технологические разработки: статья

ПРОБЛЕМЫ КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ: СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ АСПЕКТ
ЧИРКОВ ЕВГЕНИЙ БОРИСОВИЧ
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Россия, 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1
Журнал: Наука и технологические разработки
Том: 100
Номер: 1
Год: 2021
Страницы: 5-23
УДК: 550.370+550.343.6
DOI: 10.21455/std2021.1-2
Ключевые слова: КРАТКОСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ, ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ЛОЖНАЯ ТРЕВОГА, ПРОПУСК ЦЕЛИ
Аннотация: В результате анализа состояния дел с краткосрочным прогнозом землетрясений сделан вывод об обусловленности кризиса в этом направлении исследований ошибочностью гипотезы о расположении источника предвестникового сигнала в очаге землетрясения. Для выхода из кризиса предложена смена парадигмы разработки краткосрочного прогноза на основе: убедительных экспериментальных свидетельств локальной природы наиболее надёжных геофизических предвестников; гипотезы о существенном влиянии трещиноватости земной коры на процесс подготовки землетрясения и манифестацию краткосрочных предвестников; консолидационной теории Добровольского; теории кинетической прочности Журкова и теории ЛНТ. В рамках новой парадигмы достаточно полно и просто объяснены все основные закономерности проявления наиболее надёжных краткосрочных предвестников землетрясений, предложен подход к априорному формализованному выделению компоненты поля, связанной с вариацией НДС, и предвестниковой аномалии. Предложена технология независимой от сейсмического процесса разработки метода мониторинга вариации НДС на основе контролируемых воздействий на трещиноватый массив горной породы. Выдвинута гипотеза о том, что транзитное, несинхронное и мозаичное проявление краткосрочных предвестников землетрясений обусловлено распространением волны пластической деформации, вызванной процессами разделения консолидированной неоднородности на внешнюю и внутреннюю часть в результате концентрации трещин в окрестности будущего разрыва на краткосрочной стадии процесса подготовки тектонического землетрясения. Сделан вывод, что при условии справедливости гипотезы о существенном влиянии трещиноватости земной коры на процесс подготовки землетрясения и манифестацию краткосрочных предвестников сейсмология не может предложить пригодных для практического использования альтернатив краткосрочному прогнозу на основе геофизических методов.
Список литературы: 1. Бондур В.Г., Гарагаш И.А., Гохберг М.Б. Крупномасштабное взаимодействие сейсмоактивных тектонических провинций на примере Южной Калифорнии // Доклады Академии наук. 2016. Т. 466, № 5. С.598-601. DOI: 10.7868/S0869565216050170 EDN: VLPXVX

Контекст: ...Вторым перспективным направлением является симбиоз сейсмологии с механикой, когда на основе численной модели, моделирующей НДС сложной тектонической структуры с внесением в неё изменений на основе текущей сейсмичности, рассчитывается текущее НДС [Бондур и др., 2016]...



2. Булошников A.M., Висковекий А.Ю., Волкова Е.М., Гохберг М.Б., Гусева Т.В., Камшилин А.Н., Козлов А.М., Сидоров В.Л., Сковородкин Ю.П., Чирков Е.Б. Сейсмоэлектромагнитные и деформационные эффекты при активном воздействии на геофизическую среду. М.: ИФЗ АН СССР, 1987. 34 с.

Контекст: ...Мукулан со стопроцентной повторяемостью появления цугов сигналов с крутыми фронтами через интервал времени от 40 до 150 с после взрыва, частично зарегистрированных на разных измерительных линиях двумя приёмниками [Булошников и др., 1987]...



3. Добровольский И.П. Математическая теория подготовки и прогноза тектонического землетрясения. М.: Физматлит, 2009. 236 с. EDN: MUWSCF

Контекст: ...Отсюда следует существование долгосрочных предвестников и справедливость консолидационной теории И.П. Добровольского [Добровольский, 2009]...



4. Журков С.Н., Куксенко B.C., Петров В.А. Физические основы прогнозирования механического разрушения // Докл. АН СССР. 1981. Т. 259, № 6. С.1350-1353.

Контекст: ...Краткосрочный этап подготовки тектонического землетрясения состоит в разрушении неоднородности, которое тоже занимает некоторое время согласно теории кинетической прочности С.Н. Журкова [Журков и др., 1981]...

...С опорой на данную гипотезу, а также консолидационную теорию И.П. Добровольского [2009], теорию кинетической прочности С.Н. Журкова [Журков и др., 1981] и теорию ЛНТ [Mjachkin et al., 1975], в работе сделано предположение о том, что транзитное, несинхронное и мозаичное проявление краткосрочных предвестников землетрясений обусловлено распространением...



5. Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000. 350 с.

Контекст: ...можно сформулировать более чётко и определенно: измерения геофизических параметров с целью поиска предвестников землетрясений не удовлетворяют основополагающим требованиям, предъявляемым к измерениям [Клаассен, 2000]...



6. Короновский Н.В., Наймарк А.А. Прогноз землетрясений - реальная научная перспектива или вызов науке? // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2009. № 1. С.12-22. EDN: KFPMYN

Контекст: ...Последователи авторов [Geller et al., 1997] в статье [Короновский, Наймарк, 2009] отмечают также, что аномалии, связанные с землетрясениями, не отличаются от аномалий другой природы, и что предвестники часто совпадают не с эпицентром будущего землетрясения, а, например, с пересечением...



7. Короновский Н.В., Захаров В.С., Наймарк А.А. Краткосрочный прогноз землетрясений: реальность, научная перспектива или проект-фантом? // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2019. № 3. С.3-12. EDN: YWJWHI

Контекст: ...Поводом для написания настоящей работы послужила статья [Короновский и др., 2019], беспристрастно отразившая взгляд на проблему краткосрочного прогноза не вовлечённой в её решение научной общественности и побудившая автора попытаться внести свою скромную лепту в благородное дело сохранения преемственности геофизических исследований в области прогноза землетрясений...



8. Любушин А.А. Карты свойств низкочастотных микросейсм для оценки сейсмической опасности // Физика Земли. 2013. № 1. С.11-20. DOI: 10.7868/S0002333713010080 EDN: PNQHCV

Контекст: ...Вообще наличие серьезного затруднения в оценке времени в большинстве случаев свидетельствует о регистрации долгосрочных, а не краткосрочных предвестников; в качестве практической иллюстрации можно привести результаты мониторинга сейсмического шума [Любушин, 2013]...

...консолидированной области, по эффектам дальней корреляции и сужению спектра; этим объясняются трудности в предсказании времени землетрясения в работах А.А. Любушина по мониторингу сейсмического шума [Любушин, 2013]...



9. Любушин А.А. Прогностические свойства случайных флуктуаций геофизических характеристик // Биосфера. 2014. Т. 6, № 4. С.319-338. EDN: TECQXP

Контекст: ...Масштаб и пространственный охват этих исследований [Любушин, 2014] делает данное направление весьма перспективным; дело лишь за разработкой методики обработки, позволяющей выделить именно краткосрочный предвестник...



10. Чирков Е.Б. О целесообразности выделения геоэлектромагнитного мониторинга вариаций НДС в качестве отдельного направления // Материалы Двадцатой международной конференции "Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле", Москва, 23-25 сентября; Борок, 27 сентября 2019 г. М.: ИГЕМ РАН, 2019. С.352-354. EDN: AXKCBD

Контекст: ...В отличие от сейсмологических, для двух электроразведочных методов уже имеется опробованная практически технология априорного формализованного выделения предвестниковой аномалии [Чирков, 2019]...



11. Чирков Е.Б. Проблемы краткосрочного прогноза землетрясений: формальный аспект // Наука и технологические разработки. 2020. Т. 99, № 3. С.46-64. DOI: 10.21455/std2020.3-4 EDN: ZEDWWZ

Контекст: ...Первое из них рассмотрено в статье [Чирков, 2020], а настоящая работа посвящена анализу проблем, связанных со вторым направлением...



12. Chirkov Ye.B. The study of local sources of ULF geoelectric signals with steep fronts // Ann. Geophys. 2004. V. 47, N 1. P.213-227. DOI: 10.4401/ag-3273 EDN: LINDYF

Контекст: ...Поэтому для того, чтобы зарегистрировать предвестник, нам не нужно быть непосредственно в очаге землетрясения; можно находиться на расстоянии от десятков до первых сотен километров от будущего очага, достаточно просто уметь выделять предвестниковый сигнал из помех [Chirkov, 2004]...



13. Crampin S., Gao Y., Bukits J. A review of retrospective stress-forecasts of earthquakes and eruptions // Phys. Earth Planet. Int. 2015. V. 245. P.76-87. DOI: 10.1016/j.pepi.2015.05.008

Контекст: ...продольной и поперечной волн (VP/VS) и оценки времени задержки между двумя типами поперечной волны, возникшими в результате её расщепления благодаря известному из физики эффекту двойного лучепреломления [Gao, Crampin, 2010; Crampin et al., 2015]...



14. Gao Y., Crampin S. Earthquakes can be stress-forecast // Geophys. J. Int. 2010. V. 180, N 3. P.1124-1127. DOI: 10.1111/j.1365-246X.2009.04475.x

Контекст: ...продольной и поперечной волн (VP/VS) и оценки времени задержки между двумя типами поперечной волны, возникшими в результате её расщепления благодаря известному из физики эффекту двойного лучепреломления [Gao, Crampin, 2010; Crampin et al., 2015]...



15. Gao Y., Crampin S. Shear-wave splitting and earthquake forecasting // Terra Nova. 2008. V. 20, Iss. 6. P. 440-448. DOI: 10.1111/j.1365-3121.2008.00836.x

Контекст: ...К сожалению, изменения НДС на краткосрочной стадии подготовки слишком быстры для регистрации на основе естественной сейсмичности: для их регистрации не хватает частоты событий, полноты азимутального покрытия и пространственного разрешения [Gao, Crampin, 2008]...



16. Geller R.J., Jackson D.D., Kagan Y.Y., Mulargia F. Earthquakes cannot be predicted // Science. 1997. V. 275. N 5306. P.1616-1617. DOI: 10.1111/j.1365-3121.2008.00836.x EDN: CLNXBT

Контекст: ...Показательна в этом плане небольшая, но очень содержательная и ставшая наиболее известной статья группы сейсмологов [Geller et al., 1997], которая подвергла критике направление геофизического краткосрочного прогноза сразу в нескольких аспектах и оказала эпохальное, к сожалению, в значительной мере негативное, влияние на его развитие...

...Значительный объём, посвящённый здесь вопросам, поднятым в статье [Geller et al., 1997], вызван не только интеллектуальной недостаточностью автора, но и важностью затронутых проблем, а также тем, что для обоснованного и понятного широкой аудитории ответа на вопросы требуется больше места...

...Всю критику направления краткосрочного прогноза с помощью геофизических методов в статье [Geller et al., 1997] можно разделить на два направления: 1) обоснование ненужности такого прогноза; 2) обоснование невозможности создания метода краткосрочного прогноза...

...Здесь в статье [Geller et al., 1997] упоминают проявление сигналов часто в одной точке, а не по всей эпицентральной области, и сильную изменчивость паттернов аномалий от землетрясения к землетрясению, делающую невозможной формальную проверку гипотез...

...Последователи авторов [Geller et al., 1997] в статье [Короновский, Наймарк, 2009] отмечают также, что аномалии, связанные с землетрясениями, не отличаются от аномалий другой природы, и что предвестники часто совпадают не с эпицентром будущего...

...Критика субъективизма в выделении предвестникового сигнала Критика субъективизма в выделении предвестникового сигнала - это полностью оправданная и наиболее серьёзная часть статьи [Geller et al., 1997], не утерявшая своего значения за прошедшие годы...

...Ситуацию с краткосрочным прогнозом геофизическими методами сейчас, более чем через 20 лет после написания статьи [Geller et al., 1997], можно сформулировать более чётко и определенно: измерения геофизических параметров с целью поиска предвестников землетрясений не удовлетворяют основополагающим требованиям, предъявляемым к измерениям [Клаассен, 2000]...

...Таким образом, два рассмотренных пункта критики возможности краткосрочного прогноза с помощью геофизических методов в статье [Geller et al., 1997] в высшей степени справедливы, свидетельствуют о кризисе в развитии этого направления краткосрочного прогноза и указывают на несоответствие экспериментальных данных модели с источником предвестникового...

...На основании всего вышеизложенного можно заключить, что, несмотря на справедливую критику субъективизма в выделении предвестникового сигнала в статье [Geller et al., 1997], в ней описывается ситуация, которая может и должна быть успешно преодолена при развитии краткосрочного прогноза на основе геофизических методов путём смены парадигмы краткосрочного прогноза и перехода работ данного направления от поискового этапа к исследовательскому...



17. Jordan T.H., Chen Y., Gasparini P., Madariaga R., Main I., Marzocchi W., Papadopoulos G., Sobolev G., Yamaoka K., Zschau J. Operational Earthquake Forecasting State of Knowledge and Guidelines for Utilization // Ann. Geophys. 2011. V. 54, N 4. P.319-391. DOI: 10.4401/ag-5350 EDN: PEAWHV

Контекст: ...Что же по поводу прогноза думают сами сейсмологи? Авторитетная экспертная комиссия специалистов мирового уровня [Jordan et al., 2011] заключает, что вопрос принципиальной возможности детерминистского прогноза до сих пор остается открытым...



18. Kagan Y.Y., Jackson D. Probabalistic forecasting of earthquakes // Geophys. J. Int. 2000. V. 143, N 2. P.438-453. DOI: 10.1046/j.1365-246X.2000.01267.x EDN: ETMQUB

Контекст: ...Для уяснения этого достаточно ознакомится с примером прогноза типа “forecasting”: как разъяснено в статье [Kagan, Jackson, 2000], “forecast” предсказывает не отдельное землетрясение, а вероятность ансамбля землетрясений за определенный период, и ни появление отдельного землетрясения, ни его отсутствие не могут служить для проверки прогноза такого типа...



19. Mjachkin V.I., Brace W.F., Sobolev G.A., Dieterich J.H. Two models for earthquake forerunners // Pure Appl. Geophys. 1975. V. 113. P.169-181. DOI: 10.1007/BF01592908 EDN: ZYEZLP

Контекст: ...При этом характер разрушения неоднородности описывается теорией лавинно-неустойчивого трещинообразования (ЛНТ) [Mjachkin et al., 1975], где тоже существенную роль играют трещины, которые сначала распределяются хаотически, а затем концентрируются в окрестности будущего разлома, что сопровождается разгрузкой внешней части консолидированной неоднородности...

...С опорой на данную гипотезу, а также консолидационную теорию И.П. Добровольского [2009], теорию кинетической прочности С.Н. Журкова [Журков и др., 1981] и теорию ЛНТ [Mjachkin et al., 1975], в работе сделано предположение о том, что транзитное, несинхронное и мозаичное проявление краткосрочных предвестников землетрясений обусловлено распространением волны пластической деформации, вызванной...



20. Nanjo K.Z. Earthquake forecasts for the CSEP Japan experiment based on the RI algorithm // Earth Planets Space. 2011. V. 63, N 9. P.261-274. DOI: 10.5047/eps.2011.01.001 EDN: OLXZNX

Контекст: ...After-Shock Sequence (ETAS) по программе Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability (CSEP), стартовавшей в 2009 г., для Италии [Viti et al., 2014] и Японии, где были пропущены землетрясение Тохоку [Nanjo, 2011] и его крупный афтершок [Nanjo et al., 2012]...



21. Nanjo K.Z., Tsuruoka H., Yokoi S., Ogata Y., Falcone G., Hirata N., Ishigaki Y., Jordan T.H., Kasahara K., Obara K., Schorlemmer D., Shiomi K., Zhuang J. Predictability study on the aftershock sequence following the 2011 Tohoku-Oki, Japan, earthquake: first results // Geophys. J. Int. 2012. V. 191, Iss. 2. P.653-658. DOI: 10.1111/j.1365-246X.2012.05626.x

Контекст: ...Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability (CSEP), стартовавшей в 2009 г., для Италии [Viti et al., 2014] и Японии, где были пропущены землетрясение Тохоку [Nanjo, 2011] и его крупный афтершок [Nanjo et al., 2012]...



22. Viti M., Cenni N., Babbucci D., Mantovani E. Earthquake Predictions In Italy by Probabalistic approaches: Main Limitations // GNGTS. 2014, sessione 2.1 001-502. V. 2. P.98-104.

Контекст: ...сокрушительного провала пятилетних прогнозов на основе Epidemic-Type After-Shock Sequence (ETAS) по программе Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability (CSEP), стартовавшей в 2009 г., для Италии [Viti et al., 2014] и Японии, где были пропущены землетрясение Тохоку [Nanjo, 2011] и его крупный афтершок [Nanjo et al., 2012]...