Способ определения потенциально сейсмоопасных зон

Изобретение относится к области геологии и сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования зон возникновения очагов землетрясений (выявления потенциальных сейсмоопасных зон) в исторической перспективе. Известен метод определения сейсмического потенциала [19] под которым понимается максимальная энергия, которую способны выделять землетрясения, уже произошедшие или ожидаемые в будущем в пределах того или иного участка земной коры. Эту характеристику предлагают оценивать в единицах магнитуды и, выдвигается универсальная методика выявления Mmax для территории практически любого тектонического строения, обеспеченного необходимыми исходными геолого-геофизическими данными. Она реализуется на базе разработанного в Институте физики Земли РАН внерегионального сейсмотектонического метода [18] представляющего собой разновидность метода аналогий, в соответствии с которым предполагается, что одинаковые геолого-геофизические условия в земной коре могут характеризоваться одинаковым уровнем потенциальной максимальной сейсмической энергии (Mmax). Недостатком приведенного метода является игнорирование следов палеосейсмособытий и недооценка площади их распространения, а также применение метода аналогий, в соответствии с которым предполагается, что одинаковые геолого-геофизические условия в земной коре могут характеризоваться и одинаковым уровнем потенциальной максимальной сейсмической энергии, не учитывая того обстоятельства, что степень изученности разных регионов к настоящему времени, не одинаковая и, в качестве исходных данных использованы признаки, характеризующие современное строение и состояние земной коры и не учитывается запасенная геотектоническая (генетически обретенная в процессе длительного литогенеза и в процессе истории его геологического развития) энергия. Одинаковые геолого-геофизические условия, фиксируемые в настоящий момент времени в земной коре, не могут характеризоваться и одинаковым уровнем потенциальной максимальной сейсмической энергии. В описании метода не представлены другие показатели, характеризующие сейсмический потенциал того или иного участка земной коры, кроме как Mmax. Оценка Mmax производится из предположения о стационарной сейсмичности во времени, охватывающем несколько сотен, десятков тысяч лет или дольше. Такая оценка не может быть выполнена и проверена на практике. И это уже ставит под сомнение возможность надежной оценки Mmax на практике. Подтверждения сомнительности возможности надежной оценки Mmax можно найти в том факте, что существует множество случаев, когда карты сейсмической зональности и зон ВОЗ с указанием Mmax приходилось и приходиться модифицировать и обновлять. Ни один инструментальный каталог не охватывает период более 120 лет.Чтобы добиться кардинального улучшения оценки Mmax, необходим инструментальный каталог на порядок длиннее имеющихся, то есть порядка 1000-1500 лет. Для правильной, адекватной оценки сейсмической опасности важна комплексная интерпретация результатов исследований из различных областей наук о Земле, в частности, палеосейсмических, геодезических, морфоструктурного районирования и др., поскольку использование только Mmax и каталогов землетрясений может ошибочно привести к неправильным картам опасности (обычно заниженным). Все это приводит в итоге к недостаточной точности и эффективности определения сейсмического потенциала. Известны попытки оценки «геодинамического потенциала» геологической структурыс учетом энергии, заключенной в ней на вещественном уровне [22]. Однако эта тема, в настоящее время остается дискуссионной. Наиболее близким к предлагаемому является первый. В предлагаемом способе, для определения потенциально сейсмоопасных зон, исследуемую территорию разбивают на «квазиоднородные геодинамические блоки» (КОГБ) в соответствии с ориентацией основных сейсмогенерирующих структур, с поперечными размерами в 30 км каждый (фиг.1), гарантирующими от завышения степени сейсмической опасности рассматриваемого блока, могущего произойти за счет влияния «потенциала» смежных блоков - в соответствии с проявлением предвестниковых аномалий высокочастотной части спектра излучений сейсмических волн, которые применяются при уточнении местоположения очага землетрясения на заключительной стадии развития сейсмического процесса. Регистрация высокочастотной части спектра излучений сейсмических волн, -быстро убывающего с расстоянием от очага предвестника, фиксируется на станциях, расположенных на расстоянии до 30 км от источника излучения (очага) [2, 4, 6, 13, 21, 23, и др.]. На фигуре 1 показана схема разбиения исследуемой территории на квазиоднородные геодинамические блоки. В условных обозначениях к фигуре показаны границы блоков местного порядка: 1 -первого (в середине блока - его номер), 2 - второго (в середине блока - его буквенное обозначение), 3 - третьего (наименьшего порядка, в середине блока - его буквенное обозначение с индексом). Для наглядности блок первого порядка №5 показан с полными обозначениями блоков низших порядков.Под термином «квазиоднородный» здесь имеется ввиду, «однородный» в геологическом, тектоническом и геодинамическом отношении объем геосреды. Под понятием «сейсмическая опасность» в предлагаемом способе подразумевается уровень максимальной потенциальной энергии (сейсмического потенциала), заключенный в структуре (блоке) земной коры по состоянию на современный период его развития и определяемый на основе геосейсмологических показателей полученных в результате последовательного проведения технических операций приведенных в описании к предлагаемому изобретению (в том числе инструментальных измерений) над материальным объектом (исследуемой геологической средой) с получением информации по каждому показателю с последующей процедурой их математической обработки. В зависимости от литолого-структурного строения, вещественного состава, геолого-геофизических условий и истории геологического развития того или иного участка земной коры, потенциальная энергия эпизодически выделяется в процессе сейсмических событий в настоящем или в будущем. Геосейсмологические показатели характеризуют уровень потенциальной энергии состоящей не только из той ее части, которая заключена в геологической структуре (блоке) на атомарном (вещественном) уровне, но и запасенной геотектонической (генетически обретенной в процессе длительного литогенеза и в процессе истории его геологического развития), а также накопленной в результате современных геодинамических и геотектонических процессов. Каждый блок земной коры имеет свой уровень заключенной потенциальной энергии, зависящий от литолого-структурного строения, вещественного состава, геолого-геофизических условий и истории его геологического развития. Запасенная потенциальная энергия может вырваться: от снятия литостатического давления в результате экзогенных геологических процессов (эрозия, размыв и т.д.) с «расконсервацией» генетически обретенных и накопленных в современный период геонапряжений; в результате тектонических подвижек; в результате физико-химических процессов в самой геологической среде (фазовых переходов вминералах на большой глубине при больших р-Т-условиях со скачкообразным изменением упругих и прочностных характеристик) и т.д. Далее, в соответствии со схемой разбиения исследуемой территории на квазиоднородные геодинамические блоки, проводят геологическую съемку с картированием следов палеосейсмособытий и геофизические исследования методом отраженных волн (MOB), уточняющим пространственное положение и геометрические размеры геологических структур, в частности, протяженность и глубину разломов фундамента и осадочного чехла) с последующей камеральной обработкой полученного материала (с привлечением фондового) для получения и (или) уточнения значений геосейсмологических показателей характеризующих сейсмический потенциал блоков. Камеральная обработка материала включает: анализ геолого-геофизического материала прошлых лет, общего каталога землетрясений Единой геофизической службы РАН, каталога исторических землетрясений на исследуемой территории и изучения исторической летописи; анализ результатов публикаций по исследованию следов палеосейсмособытий, а также материалов проведенной палеосейсмической съемки, определение их площади распространения для каждого блока; построение гистограмм распределения гипоцентров землетрясений по глубине для каждого КОГБ; расчет сейсмической активности А10 для исследуемой территории; экспертная градуировка геосейсмологических показателей в условных единицах от 0 до 1 (табл.1). Экспертным путем оценивают полученные в результате геологической съемки и анализа фондового материала значения геосейсмологических показателей каждого квазиоднородного геодинамического блока, представленных мощностью земной коры (m, км), протяженностью дизъюнктивных зон фундамента и осадочного чехла (l, км), площадью распространения следов палеосейсмичности (s, км2), мощностью сейсмоактивного слоя (hs, км), сейсмической активностью (А10), максимальной отмеченной магнитудой (Mmax), периодом последней активизации (τ) и тектонической активностью (at), указанные показатели учитывают в суммарной оценке для каждого блока; составление итоговой таблицы, отображающей сейсмический потенциал каждого КОГБ (табл.2); построение по полученным данным карты (схемы) прогнозируемой сейсмической опасности, характеризующей исследуемые квазиоднородные геодинамические блоки. Получаемый результат: выделение (выявление) потенциальных сейсмоопасных зон (блоков земной коры) по уровню сейсмического потенциала, где высока вероятность свершения сильных землетрясений в исторической перспективе. Основными ожидаемыми преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известным аналогом, являются существенно более высокая информативность результатов оценки и повышение точности и достоверности определения потенциально сейсмоопасных зон на контролируемой площади. Разумеется, точность определения на сегодняшний день ограничивается сложностью получения точных показателей и неоднородностью (неповторимостью) самой геологической среды, но в будущем, исследователи получат более приближенную к реальности «картину» геологической среды по сравнению с «сегодняшней» с использованием новых, прогрессивных методов исследования геологической среды и с использованием искусственного интеллекта это неизбежно. Таким образом, знание потенциального уровня сейсмической опасности (потенциально сейсмоопасных зон) позволит сделать обоснованный выбор объектов и методов эффективных управляющих воздействий на геологические системы с целью минимизировать негативные последствия от воздействия потенциальных катастрофических геологических процессов природного характера и будет способствовать повышению степени экологической безопасности, обеспечатрациональное использование природных ресурсов в условиях повышенной геодинамической и сейсмической активности.