О сейсмогеодинамическом режиме центральной части Альпийско-Гималайского пояса и Центральной Азии.

Кумулятивные кривые, аппроксимирующие последовательности землетрясений разных магнитуд, наглядно отображают особенности сейсмического режима, обеспечивают определение его средних долговременных характеристик и изучение пространственно-временных флуктуаций, обусловленных региональной сейсмогеодинамикой.

Сравнительный анализ конфигурации таких кривых и экстраполяция последовательности сейсмических событий на ближайшее будущее открывают новые возможности для выявления признаков подготовки и долгосрочного прогноза крупных землетрясений в регионе. Более уверенно выявляются деформационные волны, сопутствующие проявлению сейсмичности (1–3).

Здесь рассматриваются три внутриконтинентальных региона, характеризующихся разновозрастным геологическим строением, различными прочностными свойствами, глубинным строением и геодинамикой. Это Иран-Кавказ-Анатолийский (1.1), Тянь-Шаньский (2.1) и Алтай-Саян-Байкальский (3.1). Нумерация регионов соответствует регионализации, примененной при создании карт общего сейсмического районирования Северной Евразии – ОСР-97 (рис. 1).

В геологическом отношении первый регион представлен альпийскими структурами, второй - герцинскими и каледонскими, третий - архейскими и байкальскими.

На рис. 2 приведены кумулятивные последовательности землетрясений в интервалах магнитуд М=8.0±0.2, 7.5±0.2, 7.0±0.2, 6.5±0.2 и 6.0±0.2, произошедших на территории каждого из рассматриваемых регионов, примерно, равных по занимаемой ими площади. На рис. 3, в более крупном масштабе, показаны фрагменты кумулятивного распределения крупных сейсмических событий - с М=8.0±0.2, 7.5±0.2 и 7.0±0.2. Здесь и далее магнитуда М соответствует магнитуде Ms, определенной по поверхностным волнам, а времена возникновения землетрясений показаны с точностью до суток.

Вдоль оси ординат (Y) каждого из графиков отложены годы, а по оси абсцисс - порядковые номера (N) землетрясений в каждой из хронологических последовательностей. Прямые линии аппроксимируют всю совокупность событий соответствующих магнитуд, а кривые получены на основе B-сплайновой интерполяции соответствующих исходных данных.

В правом нижнем углу рис. 2 приведены уравнения аппроксимирующих прямых. Здесь же указаны коэффициенты корреляции (R²) исходных данных с этими осреднениями и соответствующие стандартные отклонения (SD). Коэффициенты перед текущим номером (n) в каждой из последовательностей, отражающие угол наклона прямых линий, определяют периоды повторяемости землетрясений данных магнитуд в каждом регионе. Аддитивные члены в уравнениях указывают год, начиная с которого рассмотрен каталог землетрясений.

На рис. 3 темными кружками показаны прогнозируемые годы возникновения очередных землетрясений соответствующего ранга, вычисленные на основе экстраполяции В-сплайнов. Местоположение этих кружков - пересечение сплайна с очередной "пустой" вертикалью, соответствующей следующему номеру n.

Если бы сейсмические события возникали равномерно во времени, то все они располагались бы строго вдоль прямых линий и предсказывать время возникновения очередных землетрясений было бы очень просто. Для этого достаточно вставить в каждое из уравнений, приведенных на рис. 2, очередной "пустой" порядковый номер (n). Вместе с тем, хотя реальная картина и не столь идеальна, но и она характеризуется ярко выраженными закономерностями.

Графики последовательностей землетрясений (для лучшего восприятия) можно уподобить годографам распространения сейсмических волн с той лишь разницей, что в последних, ось абсцисс соответствует расстоянию. Чем положе годограф, тем на более высокую скорость он указывает. Так и здесь. Чем положе аппроксимирующая линия (или ее участок), тем выше скорость накопления событий, т.е. выше частота их появления и, соответственно, меньше период повторяемости. И наоборот, более крутые участки соответствуют понижению скорости и более редкому возникновению событий. Поэтому и с ростом магнитуды графики становятся круче, а с ее уменьшением – положе.

Другим обстоятельством, на которое следует обратить внимание, является пересечение графиками оси ординат. Так, если углы их наклона объективно отражают средние долговременные (а в случае кривых - кратковременные) величины периодов повторяемости землетрясений соответствующих магнитуд и вполне могут (и должны) использоваться при построении традиционных графиков повторяемости, то абсолютный уровень графиков по оси времен обусловлен представительностью (полнотой) используемых исходных данных, т.е. каталогов землетрясений. Особенно это наглядно видно на графиках рис. 3 для региона 1.1, где статистика крупных сейсмических событий гораздо богаче, чем в двух других регионах. Так, информация о землетрясениях с М=8.0 здесь вполне приемлема, начиная с 1000 г. н. э., для М=7.5 - с 1500 г., а для М=7.0 - лишь, примерно, с 1800 г. Другими словами, если продлить графики влево ("навстречу времени"), имея те или иные каталоги, то можно легко обнаружить их достаточно быстрый левый загиб вниз, что является свидетельством потери информации и ненадежности в этом отношении каталогов предшествующих событий. (Кстати, такие графики полезны и для оценки представительности самих каталогов).

Рассмотрим особенности сейсмического режима для каждого региона в отдельности на укрупненных фрагментах графиков (рис. 3).

В регионе 1.1 для интервала магнитуд М=8.0±0.2 отчетливо наблюдаются "парные" землетрясения. Можно также заметить, что возникновение двух последних пар произошло на фоне уменьшения частоты возникновения событий с М=7.5±0.2, описываемых синусоидальной сплайновой кривой. Землетрясения с М=7.0±0.2 происходят достаточно равномерно во времени, хотя и здесь можно обнаружить некоторую «синусоидальность», если увеличить масштаб времени. Экстраполируя сплайновые линии в будущее, до их пересечения с вертикалью над соответствующим очередным ("пустым") порядковым номером N, можно полагать, что потенциальное землетрясение с М_Р=8.0±0.2 случится в этом регионе где-то в районе 2200 г. Об этом может свидетельствовать и тенденция замедления скорости возникновения событий с М=7.5. Прогнозируемые же события с М=7.5±0.2 и 7.0±0.2 реализовались на территории восточной Туркмении и северного Ирана уже после создания этих графиков (2, 3).

В регионе 2.1 также наблюдается упорядоченность сейсмических событий. Как видно на приведенном графике, плотная группа землетрясений с М=8.0±0.2 имела место в течение относительно короткого отрезка времени - с 1889 г. по 1911 г. С тех пор, уже более 90 лет, таких землетрясений в Центральной Азии не возникало и говорить что-либо определенное об интервале времени возникновения очередных таких событий, из-за короткой "сейсмической истории", пока затруднительно. Что касается двух других последовательностей с М=7.5±0.2 и М=7.0±0.2, то здесь закономерности выглядят довольно ярко. Моменты землетрясений с М=7.5±0.2, незначительно отклоняясь от аппроксимирующей прямой, в своем большинстве четко группируются по два события в три группы. Слегка волнистая сплайновая кривая изменяет угол наклона в небольших пределах. Примечательно, что появление этих парных событий, как и в предыдущем регионе, совпадает с замедлением процесса возникновения землетрясений с М=7.0±0.2, так же описываемых здесь синусоидальной сплайновой кривой. При этом "синусоида" имеет ярко выраженный почти 100-летний цикл и амплитуду, соответствующую, примерно, 15-летнему интервалу времени по отношению к аппроксимирующей прямой, которая может быть принята за ось этой "синусоиды". Экстраполируя сплайновые линии, можно полагать, что очередное землетрясение с М_Р=7.5±0.2 произойдет в этом регионе, примерно, до 2015 г., а с М_Р=7.0±0.2 - в самые ближайшие годы.

Заштрихованной горизонтальной полосой помечен наиболее вероятный интервал времени возникновения таких землетрясений. Здесь уместно также отметить, что в статье (4), опубликованной за два года до Сусамырского землетрясения с М=7.5 в Киргизии, была приведена иллюстрация периодичности сейсмической активизации и вероятности возникновения очередного землетрясения с М>7.0 в Среднеазиатском регионе в период 1989 - 1995 гг. Более того, очаг этого землетрясения оказался расположенным в непосредственной близости от соответствующего потенциального очага (на расстоянии, не превышающем его протяженности), выявленного задолго до этого землетрясения.

Не менее тревожная ситуация сложилась в регионе 3.1. Здесь уже давно (5) ожидается весьма крупное землетрясение с магнитудой с М=8.0±0.2. Наиболее вероятное время возникновения такого события и землетрясений с М=7.5±0.2 и 7.0±0.2 показано серыми кружками на нижнем графике, а интервал времени ожидания выделен заштрихованной полосой. Следует отметить, что Горно-Алтайское землетрясение, случившееся в 2003 г. и "уложившееся" по магнитуде в интервал 7.5±0.2, подтвердило наш прогноз (рис. 3), составленный в 2002 г. (3), т.е. за год до этого землетрясения. Остается ждать двух других событий с М=8.0±0.2 и 7.0±0.2.

Очевидно, что все долгосрочные прогнозы относятся ко всей территории того или иного региона. Сказать сейчас, в каком конкретном месте произойдут эти события, пока затруднительно. Необходимы более детальные исследования, в том числе и по определению местоположения потенциальных очагов землетрясений (ПОЗ) методом преимущественных межэпицентральных расстояний (МЭР) между очагами землетрясений одного итого же ранга (обычно, с шагом 0.5 и в интервале ±0.2 единицы М). Уточнению местоположения ПОЗ может способствовать слежение за миграцией сейсмической активизации, обусловленной прохождением деформационных волн вдоль соответствующих разломных структур (1).

В заключение небезынтересно вновь обратиться к рис. 2. Здесь наибольшей прямолинейностью характеризуется график повторяемости землетрясений в регионе 3.1, составленный на основе вычисленных параметров аппроксимирующих прямых. (Он здесь не приведен, как не приведены и другие рисунки, в том числе и числовых отклонений сплайнов от аппроксимирующих прямых). Однако, прямолинейность этого графика видна по равномерному "вееру" кумулятивных графиков. Следуя же концепции о трансформации графика повторяемости (6, 7), его спрямление по истечении определенного времени чревато возникновением очередного крупного землетрясения, что еще раз подтверждает реалистичность ранее опубликованного сейсмического прогноза (5).

Примечательно и другое. Так, при сходстве скорости накопления событий с М=6.0±0.2 в каждом из рассматриваемых регионов, эти параметры очень сильно различаются для других магнитуд. Особенно для М=6.5±0.2 в регионах 1.1 и 2.1. В регионе 1.1 этот процесс развивается слишком медленно, а в регионе 2.1 - чрезмерно быстро, что приводит к искривлению средних долговременных графиков повторяемости в этих регионах и наводит на мысль, что эти явления обусловлены различием в иерархии разломно-блоковой структуры рассматриваемых регионов, поскольку именно размеры геоблоков определяют величину магнитуды землетрясений. Иными словами, не исключено, что при равновеликости во всех рассматриваемых регионах блоков, обеспечивающих энергией землетрясения с М=6.0±0.2, имеются различия в размерах более крупных геоблоков, что в свою очередь может быть объяснено различными прочностными и сейсмогеодинамическими свойствами геофизической среды.

Выявленные особенности развития сейсмических процессов, проявляющиеся в группировании землетрясений и в синусоидальной форме функциональных кривых, описывающих последовательности сейсмических событий, свидетельствует о существовании сверхдлиннопериодных деформационных волн, охватывающих целые регионы. Дальнейшие исследования упорядоченности возникновения сейсмических очагов, как во времени (повторяемость землетрясений), так и в пространстве (дистанцирование очагов), позволят более надежно идентифицировать потенциальные очаги и увереннее оценивать сейсмическую опасность.

Изучение современной сейсмогеодинамики как в регионах, так и в самих сейсмических очагах, несомненно, внесет существенный вклад в развитие представлений о сейсмогенезе, в совершенствование сейсмогеодинамических моделей и методов прогнозирования землетрясений.

Литература

1. Уломов В.И. Волны сейсмогеодинамической активизации и долгосрочный прогноз землетрясений // Физика Земли. 1993. № 4. С. 43-53.

2. Уломов В.И., Полякова Т.П., Медведева Н.С. О долгосрочном прогнозе сильных землетрясений в Центральной Азии и в Черноморско-Каспийском регионе // Физика Земли. № 4. 2002. С. 31-47.

3. Уломов В.И. От сейсмического районирования к прогнозу землетрясений // Сб. статей "Научное наследие Г.А. Гамбурцева и современная геофизика: Развитие идей. Воспоминания". М.: ОИФЗ РАН, 2003. С. 189–202.

4. Уломов В.И. Сейсмогеодинамика Средней Азии с позиций тектоники литосферных плит // Геодинамика внутриконтинентальных горных областей. Публикация № 0157 Международной программы «Литосфера». Новосибирск: Наука. 1990. С. 218-228.

5. Уломов В.И. Глобальная упорядоченность сейсмогеодинамических структур и некоторые аспекты сейсмического районирования и долгосрочного прогноза землетрясений // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Вып. 1. М.: ИФЗ РАН. 1993. С. 24-44.

6. Уломов В.И., Уломова Н.В. Формирование гипоцентральной области и сейсмический режим повторных толчков // «Ташкентское землетрясение 26 апреля 1996 года». Ташкент: ФАН Узб. ССР. 1971. С. 122-138.

7. Уломов В.И. Динамика земной коры Средней Азии и прогноз землетрясений. Ташкент: ФАН. 1974. 218 с.