В 1977 году в районе разлома Ямасаки в Японии по поведению слабых землетрясений сейсмологами было предсказано возникновение сильного землетрясения. При оценке сейсмической опасности в зоне будущего строительства крупного водохранилища на реке Герируд в пограничной области Ирана и Туркменистана в середине 90-х годов прошлого века автору благодаря высокочувствительным цифровым станциям удалось получить записи микроземлетрясений в зонах тектонических разрывов. Это само по себе оказалось очень важным, поскольку сведений о сейсмической активности этой территории не имелось.
Микросейсмы и сейсмический шум
Если вглядеться в сейсмограмму, то линии записи в отсутствии землетрясений никогда не бывают ровными. Это фиксируются очень слабые колебания, источниками являются различные явления – ветер, колебания воды в водоемах или удары воды о береговые линии и т. д. Микросейсмы начали исследовать в конце XIX века, когда Эмиль Вихерт предположил, они вызываются ударами морских волн о берега. Затем представления о природе генерации микросейсмических колебаний значительно расширилось. Оказалось, что часть из них возбуждаются стоячими морскими волнами в морях и океанах при прохождении циклонов.
Микросейсмы регистрируются в широком частотном диапазоне, и служат фоном определяющим порог чувствительности сейсмографов. Поэтому, при наблюдениях за землетрясениями стараются выбрать такую чувствительность приборов, чтобы записи не искажались помехами или шумами. Тем не менее, изучение микросейсм представляет самостоятельный интерес, так как механизмы их генерации и особенности спектрального распределения до сих пор не совсем ясны.
Было установлено повсеместное присутствие микросейсм. Также была обнаружена корреляция между характерными периодами микросейсм и средними периодами морских гравитационных волн. В 1989 году во время 45-го рейса научно-исследовательского судна «Дмитрий Менделеев» с помощью широкополосной донной станции удалось сделать уникальную запись микросейсмических шумов на дне Эгейского моря и практически одновременно гравитационных волн на его поверхности.
В 1913 году детальное изучение микросейсмических колебаний провёл академик Голицын на сейсмических станциях в Пулково, Иркутске, Ташкенте, Тифлисе и Баку. Им было высказано предположение, что помимо причин связанных с метеорологической обстановкой, микросейсмы могут быть связаны и с особенностями внутреннего строения планеты. Исследования волнового состава микросейсмических колебаний показали преобладание в их структуре поверхностных сейсмических волн (Релея и Лява), однако, отмечалось присутствие и объемных продольных и поперечных волн. Попытки определения направлений и расстояний до источников микросейсм давали противоречивые результаты.
Микросейсмы, вызываемые стоячими водяными волнами циклонов в океанах, распространяются на огромные расстояния. Область стоячих водяных волн генерирует периодически изменяющееся давление на дно океана, которое не затухает с глубиной. Под влиянием этого давления в земной коре возникают слабые колебания – штормовые микросейсмы. Их записывают все сейсмические станции мира. Например, микросейсмы от атлантических циклонов фиксируют не только станции, расположенные на европейском континенте, но и в Азии – Ашхабаде и Ташкенте, Сибири – в Иркутске и Новосибирске и многих других местах.
Другая часть микроколебаний, т.н. сейсмический шум, порождаются городами, транспортом всем тем, что так или иначе связано с деятельностью человека. Если посмотреть на записи подобных колебаний, то в них заметны «антропогенные циклы» – начало и конец рабочего дня, воскресные дни и, даже, перерывы на обеденное время. Шумы большого города связаны с одновременным действием большого количества источников. Поэтому сейсмические станции выносят за пределы городских территорий.
В зависимости от своей природы сейсмический шум может оказаться полезным для прогноза сильных землетрясений. Так, при анализе гидроакустических записей с шельфа Камчатского полуострова были выделены два типа сигналов, предваряющих землетрясения. Это микроземлетрясения с гипоцентрами близкими к очагу главного землетрясения и сейсмический шум, который сопровождает тектоническую подвижку.
Почти пятьдесят лет назад академик Гамбурцев предлагал различать микросейсмы глубинного и поверхностного происхождения. Им были обнаружены микросейсмические явления, названные им «сейсмоакустическими», которые иногда называют сейсмической или акустической эмиссией. Их исследование представляет интерес с точки прогноза землетрясений.
Традиционно высокочастотные сейсмические шумы (ВСШ) в диапазоне первых десятков герц рассматривались как помеха. Впервые они исследованы как источник геофизической информации группой ученых под руководством член-корреспондента РАН Л.Н.Рыкунова. Было обнаружено, что ВСШ модулируются длиннопериодными деформационными процессами, одним из которых является приливы.
На основе достижений в области средств цифровой регистрации микросейсмических шумов развивается технология пассивного сейсмического мониторинга разработок месторождений нефти и газа. Т.н. метод эмиссионной томографии. В нефтегазовой индустрии он применяется для диагностической визуализации гидроразрывов пластов при добыче углеводородов или трассировки потоков флюидов. Он используется для картирования термальных фронтов, обнаружения разломов в окрестности подземных газовых хранилищ и т. д.
Разработаны методы определения по микросейсмам частот колебаний грунтов или собственных колебаний уже построенного сооружения. Они отражают характерные периоды сотрясений всего комплекса, т.е. грунтов, фундамента и самого здания.
Зная диапазон периодов наиболее опасных колебаний от землетрясений, и сравнивая его с выявленными собственными микроколебаниями сооружения, можно заблаговременно принять меры к увеличению его сейсмостойкости. Подобные эксперименты проводились автором совместно с учеными Израиля для оценки сейсмической опасности территории города Ашхабада в Туркменистане.
Сейсмические исследования в России
В течение многих лет в России существуют несколько сейсмических станций, результаты наблюдений которых публикуются в ежегодных Бюллетенях Постоянной центральной сейсмической комиссии… для такой страны как Россия, некоторые части которой сильно страдают от землетрясений, число этих станций слишком мало…
Б.Б.Голицын, 1912 годПроблема стихийных бедствий актуальна для России с учётом огромной территории страны. По неполным данным в 1965 – 1999 годах здесь от природной стихии погибло более 4,5 тысяч человек, а пострадало около 540 тысяч. По данным В.И.Уломова (1998): «Свыше четверти территории Российской Федерации подвержено сейсмическим воздействиям, требующим проведения антисейсмических мероприятий. Значительную площадь занимают чрезвычайно опасные в сейсмическом отношении VIII – IX и IX – X-балльные зоны. К ним относятся Дальний Восток и весь юг Сибири».
В европейской части России таким сейсмически опасным регионом является Северный Кавказ. Ощутимые и VI – VII балльные сейсмические сотрясения происходили на Среднем Урале и Приуралье, Поволжье, Кольском полуострове и сопредельной с ним территории. Известны землетрясения в южной Якутии в среднем течении реки Олекма в 1958 и 1967 годах (Нюкжинское 1958 года с М = 6.5, Олекминское 1958 года с М = 6.4, Тас-Урякское 1967 года с М = 7.0, Южно-Якутское 1989 года с М = 6,6.
Техногенная сейсмичность характерна для нефтедобывающих районов Татарстана, Башкортостана и Чечни. Известны землетрясения в Воронежской области, где расположена Ново-Воронежская АЭС. Угроза землетрясений растёт по мере освоения сейсмоактивных территорий и строительства в их пределах ответственных сооружений.
В 2001 году Правительством Российской Федерации на 2002 – 2010 годы принята федеральная целевая программа «Сейсмобезопасность территории России». Её целью является: «Повышение сейсмической безопасности населения, снижение социального, экономического, экологического риска в сейсмически опасных районах Российской Федерации, уменьшение ущерба от разрушительных землетрясений путём усиления и реконструкции существующих сооружений, а также подготовки городов, других населенных пунктов, транспортных, энергетических и иных объектов и магистралей к сильным землетрясениям».
В 2000 году под редакцией В.И.Уломова опубликован комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации (ОСР-97). Эта разработка включена Госстроем России в новую редакцию строительных норм и правил (СНиП).
