В зонах сочленения литосферных плит, вдоль Тихоокеанского сейсмического пояса, в частности, наблюдается определенная временная цикличность сильных землетрясений и их приуроченность к

Международные научные связи 100



Доктор физико-математических наук
А. В. НИКОЛАЕВ,
доктор физико-математических наук
Н. В. ШЕБАЛИН
XXIII ГЕНЕРАЛЬНАЯ АССАМБЛЕЯ
МЕЖДУНАРОДНОЙ АССОЦИАЦИИ
СЕЙСМОЛОГИИ
И ФИЗИКИ НЕДР ЗЕМЛИ
Международная ассоциация сейсмологии и физики недр Земли (МАСФНЗ) проводит свои генеральные ассамблеи каждые два года, причем один раз в четыре года во время генеральной ассамблеи Международного геофизического и геодезического союза (МГТС). На «промежуточных» ассамблеях МАСФНЗ, созываемых через два года после генеральных ассамблей МГГС, не проводятся выборы руководства, они в основном посвящаются рассмотрению научных вопросов.
Одна из таких «промежуточных» ассамблей XXIII Генеральная ассамблея МАСФНЗ состоялась в августе 1985 г. в Токио. В ней приняли участие 670 ученых (из них более половины геофизики Японии), представлявших 44 страны. Советская делегация состояла из 12 участников и возглавлялась вице-президентом Академии наук СССР академиком А. Л. Яншиным. Члены делегации участвовали в работе 15 симпозиумов МАСФНЗ, а также в заседаниях руководящих органов Международного сейсмологического центра, ряда, комиссий и рабочих групп. Одновременно проходили заседания Международного комитета по литосфере и его подразделений.
Деятельность МАСФНЗ охватывает широкий круг проблем геофизики в области сейсмологии и физики земных недр. В рамках ассоциации осуществляется работа по нескольким международным проектам: глобальный банк данных; розыск, сбор и микрофильмирование сейсмограмм крупнейших землетрясений прошлого с анализом их на современном уровне; разработка единых форматов для представления цифровой информации и обмена данными.
Научная программа симпозиумов была подчинена нескольким темам: прогноз землетрясений и оценка сейсмической опасности; строение Земли и изучение процессов распространения волн в сложных средах; физические свойства, состояние и процессы, происходящие в недрах Земли; аппаратура и методы наблюдений и обработки данных.
Проблемы прогноза землетрясений и оценки сейсмической опасности центральные в современной сейсмологии. После оптимизма начала середины 70-х годов, вызванного обнаружением ряда кратко-и среднесрочных предвестниковых явлений, в 80-х годах наметилось некоторое разочарование в отношении к прогнозу землетрясений: стало
XXIII Генеральная ассамблея МАСФНЗ 101
ясно, что характер проявления эффектов многообразен, существенны региональные и индивидуальные особенности их проявлений.
Представленные на ассамблее результаты исследований, проведенных в США, КНР, Японии, показывают, что наиболее информативным предвестником сильного землетрясения является «сейсмическое затишье» уменьшение числа умеренных землетрясений в зоне подготовки сильного. В зависимости от магнитуды готовящегося сильного землетрясения «затишье» может охватывать площадь от нескольких сотен до десятков тысяч квадратных километров и интервалы времени от нескольких месяцев до нескольких лет. В зонах сочленения литосферных плит, вдоль Тихоокеанского сейсмического пояса, в частности, наблюдается определенная временная цикличность сильных землетрясений и их приуроченность к «вакантным местам», где сильных землетрясений давно не было. Эта закономерность, открытая в свое время членом-корреспондентом АН СССР С. А. Федотовым, широко используется американскими и японскими учеными для построения долгосрочных сейсмических прогнозов. В настоящее время несколько районов Тихоокеанского побережья объявлены потенциально опасными. К ним отнесены, например, город Лос-Анжелес в США и участок побережья от Токио до Нагой в Японии (районы Токио и Токай), где последним сильным было Токийское землетрясение 1923 г.
На основе анализа геолого-тектонической обстановки, сейсмического режима и данных точных геодезических измерений в середине 70-х годов японские сейсмологи сделали вывод о готовящемся сильном землетрясении (магнитуда около 8), которое может произойти в 1982 1984 гг. В связи с этим долгосрочным прогнозом в районе Токай-Токио была создана плотная автоматизированная сеть сейсмических и деформометрических наблюдений, а также система оперативной обработки данных, разработаны принципы и критерии прогноза землетрясения, порядок объявлений сейсмической тревоги. Однако до августа 1985 г. прогноз не оправдался. Эта проблема обсуждалась японскими учеными на ассамблее. Среди высказанных мнений было и такое: ожидаемое землетрясение может иметь меньшую магнитуду. Землетрясение с магниту-дой 6,6 произошло незадолго до ассамблеи, 12 августа 1985 г., к востоку от Токио. Интенсивность колебаний в Токио не превышала 5 баллов. Пока не ясно, является ли это землетрясение тем событием, которое ожидалось и для которого была объявлена сейсмическая тревога, либо это только начало активизации района, а главное землетрясение впереди. Ответ на вопрос дадут наблюдения ближайшего года: если аномалии деформаций земной коры восстановятся и активность умеренных землетрясений возрастет, тревога, по-видимому, будет отменена.
Интересные работы по изучению кратковременных предвестниковых эффектов выполнили китайские ученые. Они обнаружили, что некоторым сильным землетрясениям сопутствует увеличение контраста фоновых процессов уровня микросейсмических колебаний, амплитуды лунно-солнечных приливных деформаций, вариаций скоростей распространения сейсмических волн. Это расширяет представления о характере процессов, происходящих в зоне подготовки сильных внутриплитовых землетрясений, и ориентирует дальнейшие исследования предвестниковых эффектов.
Внимание исследователей постоянно привлекают сильнейшие землетрясения прошлых лет. В Японии до последнего времени продолжается изучение Токийского землетрясения 1923 г., в Китае Таншаньского 1976 г. Исследования Газлийских землетрясений 19761984 гг. ведутся не только в СССР, но и в США, Франции, ФРГ. Ретроспективный анализ этих крупнейших событий позволяет рассматривать их причины с позиций современных представлений о развитии очаговых процессов, а также
Международные научные связи
102
проверить современные представления на уникальных событиях прошлого.
Разработка методов прогноза землетрясений один из путей борьбы с их последствиями. Другой путь оценка сейсмической опасности и организация строительных и других мероприятий, направленных на уменьшение ущерба от разрушительного землетрясения. Это важно потому, что уникальные сооружения высотные плотины и атомные электростанции возводятся в сравнительно малоактивных районах, где, однако, возможны сильные землетрясения. Проблемы оценки сейсмической опасности широко обсуждались сейсмологами всех континентов. Появились работы, в которых характеризуется сейсмичность территорий, ранее не считавшихся опасными, например Канады. В последние годы резко возрос интерес к длинным рядам сейсмологических наблюдений, собранных в каталогах исторических землетрясений. Однако по-прежнему зарубежные работы отличаются недостаточным вниманием к методам выделения очаговых зон возможных в будущем землетрясений на базе комплексного изучения геологических, геофизических и сейсмологических данных.
Оценить сейсмическую опасность позволяют синтезированные сейсмограммы возможного сильного землетрясения. Для синтеза таких сейсмограмм используются статистические модели, параметры которых выбираются на основе изучения записей слабых землетрясений. Эти данные корректируются с учетом особенностей грунтовых условий, строения верхней части земной коры, и на их основе рассчитываются вероятности возникновения в данном месте землетрясений определенной силы в выбранном интервале времени.
Благодаря успехам, достигнутым в изучении физических процессов, которые происходят в очагах землетрясений, расчете развития волновых полей в неидеально упругих средах, имеющих сложное строение, существенно уточнен прогноз развития волнового процесса. Сейчас в этих расчетах учитываются такие явления, как хрупкое вспарывание, прерывистый сдвиг вдоль разлома и движение его берегов, сопровождающееся торможением, «залипанием» и разрушением зацепов. В этой области сейсмологии видное место занимают развиваемые советской школой теоретические работы и прямые измерения истинного движения почвы в ближней зоне сильных землетрясений. Такие измерения позволяют оцепить остаточные смещения по разлому, прерывистость процесса вспарывания и другие особенности структуры возникающих сейсмических очагов.
Естественно, никакие расчеты не могут заменить прямых наблюдений в эпицентральных зонах сильных землетрясений. Поэтому на ассамблеях МАСФНЗ систематически проводятся симпозиумы, посвященные изучению недавно происшедших сильных землетрясений. На этот раз наибольший интерес вызвали подробные исследования двух сильных землетрясений Японии 26 мая 1983 г. в Японском море (магнитуда 7,7) и 14 сентября 1984 г. к западу от Токио (магнитуда 6,8). Первое из них вызвало редкий случай цунами во внутреннем Японском море. Некоторые исследователи ставят его в один ряд с Монеронским землетрясением 5 сентября 1971 г. у юго-западного окончания острова Сахалин. Подтверждение этой точки зрения означало бы необходимость серьезного пересмотра оценок сейсмической опасности района Татарского пролива и побережья Охотского моря. Второе землетрясение отличалось рядом специфических эффектов в эпицентральной зоне, в частности массовым подбрасыванием больших камней. Это явление удачно смоделировано японскими специалистами; результаты моделирования имеют большое значение для сейсмостойкого строительства.
XXIII Генеральная ассамблея МАСФНЗ 103
Интересно, что за последние годы неожиданно сильные землетрясения произошли в местах, считавшихся достаточно спокойными, в Западной Африке, Швеции, Вьетнаме. Оперативно организованные исследования сильных землетрясений были проведены сейсмологами Индии, Филиппин, Нигерии и других стран.
Изучение внутреннего строения Земли всегда было одной из центральных проблем геофизики, и сейсмологии в частности. Этой проблеме были посвящены четыре симпозиума, рассмотревших вопросы строения коры и мантии активных окраин северо-западной части Тихого океана и океанской литосферы, природу и характер сейсмических границ в недрах Земли, общие проблемы сейсмических исследований континентальной литосферы.
Последние годы отмечены большими успехами в исследовании внутреннего строения Земли. Это связано как с улучшением качества сейсмических наблюдений числа станций, плотности сети, характеристик приборов, так и с развитием новых методов интерпретации данных сейсмической томографии и голографии, определением характеристик скоростной анизотропии коры и мантии.
Сейсмическая томография помогает восстановить пространственную структуру аномалий скоростей по временам пробега волн, прошедших через исследуемый объем среды. Американские ученые А. Дзевонский и Д. Андерсон, проанализировав десятки тысяч данных о времени вступления первых волн от землетрясений на сейсмические станции, а также дисперсию поверхностных волн Рэлея, построили глобальную модель неоднородности мантии выделили неоднородности планетарного масштаба, имеющие размер более 2000 км. Аномалии скоростей американские ученые объясняют неравномерностью разогрева мантии, аномалиями температуры. Последние, в свою очередь, должны быть тесно связаны с конвекцией вещества мантии.
Ряд детальных сейсмотомографических исследований литосферы выполнен в Советском Союзе, США, Японии. Их основной результат свидетельство сильной латеральной неоднородности земной коры и верхней части мантии; аномалии скорости достигают 10% при характерном размере 20100 км.
Методы сейсмоголографии, используя рассеянные волны, выявляют положение рассеивателей «восстанавливают их изображение». Эти методы применяются только при наблюдениях на плотных сетях сейсмических станций. Проведенные в Советском Союзе исследования показали, что для построения сейсмоголографических изображений можно использовать микросейсмические колебания, переизлучаемые и излучаемые (сейсмическая эмиссия) в определенных объемах среды. Согласно данным наблюдений сейсмической группы НОРСАР в южной Норвегии (132 станции на площади 100X100 км), литосфера содержит активные области, постоянно излучающие сейсмическую энергию.
Наиболее детальные исследования литосферы проводятся в США. Технические средства этих исследований весьма разнообразны: сейсморазведка, искусственные источники вибраторы, многоканальные сейсмические станции, плотные непрерывные системы приборов и источников на продольных профилях для регистрации отраженных волн от сейсмических границ и построения их. изображений. Ярким результатом подобных исследований стало обнаружение на глубинах около 15 км горизонтальных отражающих границ, которые, по аналогии с такими же границами в верхней части разреза (до 5 км), связываются с поверхностью воды в слое-коллекторе.
Результаты изучения внутреннего строения Земли стимулировали тео-
Международные научные связи 104

ретические и экспериментальные исследования тепловой конвекции, свойств горных пород при высоких давлениях и температурах. Моделирование, выполненное американскими учеными, показало, что пятьсемь центров разогрева способны объяснить конвекцию вещества в мантии и движение литосферных плит. Наблюдаемые при высоких давлениях и температурах свойства горных пород дают количественную основу для интерпретации результатов геофизических исследований в терминах состояния и состава вещества, позволяют решить вопрос о природе установленных сейсмологией глубинных границ. Полученные результаты основаны на сильно идеализированных представлениях о веществе мантии, предполагающих его петрохимическую однородность. Между тем присутствие небольших неоднородностей (метры сотни метров) может значительно исказить средние характеристики наблюдаемые скорости и коэффициенты поглощения сейсмических волн. Это вносит существенную неопределенность и сомнения в интерпретацию данных геофизических исследований.
На одном из симпозиумов обсуждалось распространение сейсмических волн в реальных средах. В последние годы установлено, что анизотропия скоростей сейсмических волн характерна для горных пород, залегающих на разных глубинах, от поверхности до нескольких сотен километров. Возможным причинам анизотропии, влиянию анизотропии на формирование сейсмических волновых полей посвящено большое число работ, выполненных в СССР, Великобритании, США, Японии, ФРГ. Данные об анизотропии помогают понять направление действующих геотектонических процессов, построить модели развития крупных геоструктур.
Другим свойством реальных сред является их нелинейная упругость. До последнего времени считалось, что влияние нелинейности упругих свойств в формировании слабых сейсмических волновых полей пренебрежимо мало. Однако экспериментальные исследования, проведенные советскими учеными, показали, что характерные проявления нелинейности взаимодействие сейсмических волн, искажение гармонических колебаний могут наблюдаться в волнах очень малых относительных деформаций (Ю-7Ю-9). Было установлено, что горные породы в массиве обладают гораздо более сильными нелинейными свойствами, чем в образцах. Еще одно проявление нелинейного «поведения» горных пород сейсмическая эмиссия, имеющая высокую чувствительность к изменениям поля напряжений, что также было обнаружено советскими учеными. Новые физические явления могут быть использованы для исследования напряженного состояния земных недр и его изменения во времени.
Показательно, что наиболее яркие результаты исследований строения и свойств Земли получены благодаря использованию качественно новых

XXIII Генеральная ассамблея МАСФНЗ 105

средств наблюдений плотных сетей станций, расширению частотного и динамического диапазона регистрации или глубокой обработке данных стандартных наблюдений. Таким образом, дальнейшее развитие экспериментальной сейсмологии связано с существенным улучшением качества наблюдательной сети созданием плотной «жесткой» системы наблюдений и гибкой системы передвижных сейсмических станций с цифровой регистрацией данных, автоматической передачей их в центры обработки. С международными программами создания таких сетей глобальной цифровой сети сейсмических станций GDSN (Global Digital Seismic Network) и передвижной системы PASSCAL (Program for Array Seismic Study of the Continental Lithospher) выступили американские ученые. Эти программы оказались в центре внимания ассамблеи, они обсуждались на заседаниях комиссий и рабочих групп, на неофициальных встречах и дискуссиях.
Программа GDSN рассчитана на 30 лет. На первом пятилетнем этапе планируется создание 100 автоматизированных сейсмических станций. Это скважинные приборы, регистрирующие три компоненты сейсмических колебаний в полосе частот от 0,002 до 5 Гц. Динамический диапазон регистрации 126 дБ (минимальный и максимальный регистрируемые сигналы различаются в 2 млн. раз). Сигналы предварительно обрабатываются в пункте регистрации и непрерывно передаются в центр обработки данных через спутник связи. В дальнейшем число станций будет увеличено до нескольких тысяч, некоторые из них будут установлены на дне океана.
Программа PASSCAL предполагает создание 1000 передвижных сейсмических станций и проведение первого этапа наблюдений до 1989 г. Частотный диапазон регистрации 0,0250 Гц, динамический диапазон 126 дБ. Станции собраны в передвижные группы по 200 штук, каждая
Международные научные связи
106
из них работает автономно. Основное внимание будет уделено детальным исследованиям внутреннего строения Земли, очагов землетрясений, эпи-центральных зон сильнейших землетрясений.
Создание цифровых систем сейсмических станций это новый этап инструментальных наблюдений, открывающий, возможно, новую эпоху в сейсмологии.
Многие актуальные вопросы сейсмологии обсуждались на заседаниях комиссий и рабочих групп МАСФНЗ. Комиссия по сейсмической опасности решила организовать работу по сейсмическому районированию, микрорайонированию и прогнозу землетрясений на международных полигонах. На этих полигонах исследователи разных стран и научных учреждений смогут опробовать и сравнить свои методические разработки. На заседаниях Комиссии по сейсмологической практике рассматривались вопросы введения единой системы параметров землетрясений, которая позволила бы надежно сравнивать землетрясения далекого прошлого и настоящего. Комиссия по сейсмологии сильных движений рекомендовала провести сравнение синтезированных и реальных сейсмограмм. Отметим, что Чилийское землетрясение 1985 г. записано в ближней зоне сетью из 30 станций это наибольший успех современной наблюдательной сейсмологии сильных движений.
XXIII Генеральная ассамблея МАСФНЗ была тщательно подготовлена и прекрасно организована японскими учеными. Об успехах японской геофизики можно судить не только по числу участников и представленных на ассамблее докладов, но и по той сети геофизических и геодезических наблюдений, которой охвачена практически вся территория страны. Япония превращена в геофизический полигон, расположенный в месте соединения Азиатской, Тихоокеанской и Филиппинской литосферных плит, которое характеризуется самой высокой сейсмической активностью и вулканизмом. Исследования, ведущиеся на этом полигоне, дают неоценимый вклад в сейсмологию, являясь достоянием не только японской, но и международной геофизики.
Большие успехи сейсмологии продемонстрировали ученые КНР, работа которых сосредоточена главным образом на проблемах прогноза землетрясений и сейсмического районирования.
Заметны достижения ученых развивающихся стран Африки, Латинской Америки, Азии: существенно увеличилось число их представителей, вырос уровень научной работы. В этом немалая заслуга ЮНЕСКО и руководства МАСФНЗ.
Собравшийся в дни ассамблеи исполком МАСФНЗ утвердил научную программу следующей, XXIV Генеральной ассамблеи, которая состоится в августе 1987 г. в Ванкувере (Канада). Принято решение о месте проведения Генеральной ассамблеи МАСФНЗ 1989 г. По приглашению Норвегии она будет проходить в Осло одновременно с Генеральной ассамблеей Международной ассоциации геомагнетизма и аэрономии. Это, в частности, позволит всесторонне обсудить новые и важные данные о взаимодействии процессов в литосфере, атмосфере и ионосфере, полученные в СССР, Японии, США и других странах.
УДК 550.34
15

Приложенные файлы

  • doc 27400000
    Размер файла: 108 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий