Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Теоретическая база и алгоритмы прогноза землетрясений на основе предвестниковой активизации сейсмичности

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Теоретическая база и алгоритмы прогноза землетрясений на основе предвестниковой активизации сейсмичности"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Международный институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики

На правах рукописи

КОСОБОКОВ Владимир Григорьевич

Теоретическая база и алгоритмы прогноза землетрясений на основе предвестниковои активизации сейсмичности

Специальность 25.00.10 -«Геофизика, геофизические методы поиска полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Международном институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской Академии наук (МИТП РАН), г. Москва

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН НИКОЛАЕВ Алексей Всеволодович

доктор физико-математических наук ТЮПКИН Юрий Степанович

доктор физико-математических наук КОВАЛЕНКО Михаил Денисович

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Защита состоится 17 июня 2004 г. в 11:00 часов на заседании диссертационного совета Д 002.118.01 в Международном институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН по адресу: 113556Москва, Варшавское шоссе, д. 79, корп. 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТП РАН. Автореферат разослан 16 мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

Ведущая организация:

кандидат физико-математических наук

П.Н. Шебалин

В работе положительно решается фундаментальный вопрос сейсмологии о предсказуемости сильных землетрясений. В результате систематического анализа последовательностей землетрясений средней и малой силы установлено, что абсолютное большинство локально сильнейших событий предваряются, по крайней мере, в среднесрочном масштабе времени (месяцы-годы) и в среднедистанционном масштабе пространства (5-10 размеров очага) специфической активизацией сейсмичности. Предвестниковую активизацию можно определить воспроизводимыми алгоритмическими методами, которые допускают последовательное уточнение локализации ожидаемого землетрясения в пространстве и времени.

Актуальность работы. Уязвимость человечества, вызванная ростом и концентрацией населения, экономики, запасов опасных материалов и объектов их производства, заметно увеличилась в последние десятилетия и продолжает расти. Как показывает опыт 1995 г. в Кобэ (Япония), материальный ущерб от одного землетрясения может превысить $100,000,000,000. Повторение события 1923 г. в районе Токио в состоянии вызвать, в дополнение к беспрецедентным гуманитарным потерям, глобальный экономический кризис, сравнимый с Великой Депрессией. Безусловно, землетрясения - далеко не единственный источник риска, однако 6, причем, далеко не самых сильных из них числятся в списке 20 самых больших катастроф последнего десятилетия 20-го столетия. Еще в 1880 году изобретатель сейсмометра Джон Милн определил прогноз землетрясений как одну из наиглавнейших задач сейсмологии. Актуальность прогресса в этой области наук о Земле безусловна.

Выбор объекта и предмета исследования. Тектонические землетрясения происходят в результате движения иерархически саморганизованных блоков литосферы под воздействием планетарных конвективных потоков в Земле. Хотя большая часть этих движений реализуется медленно и тихо (о чем, в частности, свидетельствуют открытия в 1980-ые годы медленных, а позднее и тихих землетрясений), именно хроника последовательности регистрируемых землетрясений непосредственно свидетельствует о динамике и состоянии системы литосферных блоков. В качестве объектов исследования в работе рассматриваются пространственно-временные объемы сейсмически активных регионов Земли, характеризуемые последовательностями происходящих в них толчков широкого диапазонамагнитуд {потокземлетрясении). Предметом исследования

Г .'ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

(БИБЛИОТЕКА

' о» гаЦиг'АЬ;

послужила специфическая активизация последовательности сейсмических толчков перед сильнейшими катастрофическими землетрясениями.

Цель исследования - выявить на основании воспроизводимого описания потока землетрясений общие, интегральные, малопараметрические характеристики состояния системы, комплекс которых обеспечивает достоверную идентификацию, т.е. прогноз периодов повышенной вероятности (ППВ) сильнейших землетрясений.

Постановка конкретных задач. Цель работы определила постановку следующих задач:

• анализ существующих каталогов землетрясений на представительность и полноту событий разных магнитуд во времени и пространстве;

• определение общего робастного малопараметрического расширенного фазового пространства для объектов исследования (объемов системы литосферных блоков);

• ретроспективный анализ потока землетрясений перед сильнейшими в период 1964-1983 гг. землетрясениями мира;

• формулировка гипотезы о предвестниковой активизации потока землетрясений и разработка алгоритма ее идентификации в реальном времени (алгоритм М8);

• систематический анализ и оценка пространственно-энергетического подобия в глобальных, региональных и локальных каталогах землетрясений - обобщение закона Гутенберга-Рихтера и дополнение пространственной локализации в формулировку определения прогноза землетрясений;

• ретроспективный среднесрочный прогноз средней локализации с помощью алгоритма М8 сильнейших землетрясений для разных территорий глобального, регионального и локального масштабов;

• формулировка гипотезы о предвестниковой активизации второго рода в период повышенной вероятности возникновения сильнейшего землетрясения и разработка алгоритма ее идентификации, позволяющего значительно уточнить локализацию среднесрочного прогноза {алгоритм MSc, "Mendocino Scenario");

• разработка и постановка совместного российско-американского эксперимента по среднесрочному прогнозу сильнейших землетрясений мира в реальном времени;

• статистическая оценка результатов эксперимента в 1992-2002 гг..

} У«И,.\, <„.1 .

! *«н.<;! *;» «-'« it

Методологические основы исследования базируются на алгоритмически воспроизводимом исследовательском анализе малых выборок, использующем распознавание образов и математическую статистику в их приложении к глобальным, региональным и локальным сейсмологическим базам данных, и фактически формируют проверенную экспериментом методологию среднесрочного прогноза сильнейших землетрясений.

Основные результаты работы (выносимые на защиту):

• Доказано на практике 12-летнего экспериментального мониторинга глобальной сейсмичности существование предвестниковой активизации потока землетрясений перед сильнейшими из них;

• Создана и апробирована методология достоверного воспроизводимого среднесрочного прогноза средней и узкой локализации эпицентров сильнейших землетрясений на основе мониторинга рутинно регистрируемой сейсмической активности;

• Предложена формулировка Общего закона подобия для землетрясений, обобщающая закон повторяемости Гутенберга-Рихтера, учитывающая неоднородность (фрактальность) пространственного распределения землетрясений и позволяющая более адекватно оценивать локальную сейсмическую опасность.

Описание источников информации. В работе использованы опубликованные и доступные в реальном времени базы данных о параметрах землетрясений ведущих сейсмологических агентств мира. В отдельных случаях, для демонстрации возможных пределов применимости методологии и ее открытости в использовании дополнительных наблюдений для уточнения пространственно временной локализации прогнозов, привлекались уникальные данные о вспышках рентгеновского излучения нейтронных звезд и натурных теллурических измерений высокого разрешения из района разлома Хайюань в Тибете.

Доказательства достоверности полученных результатов

получены в практике многолетней верификации методологии в ходе экспериментального среднесрочного прогноза сильнейших землетрясений мира в реальном времени. Полная статистика успехов и неудач эксперимента позволяет с вероятностью выше 99% исключить возможность случайности. Причем, достигнутый в ходе эксперимента уровень значимости относится к прогнозу именно периодов времени,

поскольку информация о пространственном распределении землетрясений максимально полно использована в нулевой гипотезе.

Научная новизна исследования достаточна очевидна: Впервые предпринята успешная попытка систематического воспроизводимого прогноза сильнейших землетрясений мира, результаты которой к настоящему времени уже опровергли парадигму непредсказуемости катастрофических землетрясений. Показано существование Общего закона подобия для землетрясений, который наряду с очевидными приложениями при оценке сейсмической опасности определяет также правила ренормализации характеристик и признаков сейсмических последовательностей при переходе из одного региона в другой и/или в другой диапазон размеров. Параметры Общего закона подобия для землетрясений, а также показателя сейсмической активности картированы глобально с разрешением 1°х1°. В рамках точного практического определения, предложена классификация прогнозов землетрясений по их продолжительности и пространственной локализации (игнорирование которой в настоящее время широко распространено). Сформулирована и активно используется «нулевая гипотеза» наиболее адекватная пространственному распределению землетрясений, которая позволяет выделить из методов прогноза сильных землетрясений наиболее перспективные и тем самым разделить «кандидатов в предвестники землетрясений» на «предвестники» и «предрассудки». Получены новые свидетельства универсальности процессов множественного разрушения, как в разнообразном сейсмотектоническом окружении на Земле, так и в экстремальных условиях коры нейтронной звезды.

Теоретическая значимость результатов. Результаты работы накладывают дополнительные ограничения на модели последовательностей землетрясений, поскольку до последнего времени предсказуемость сильных событий по статистике слабых, как правило, не рассматривалась. В целом, успех экспериментальной проверки предложенной методологии прогноза подтверждает гипотезу академика В. И. Кейлис-Борока о том, что литосфера Земли является сложной иерархической нелинейной динамической системой, в которой предполагается взаимодействие событий, находящихся на соседних уровнях энергии, пространства и времени. В рамках этой гипотезы, сейсмичность Земли является аналогом термодинамической системы, а прогноз сильных землетрясений есть задача термодинамики.

Практическая, ценность. Точность прогнозов в двух аппроксимациях (алгоритмы М8 и MSc), хотя и не слишком велика, но адекватна среднесрочной определенности. Как показывает опыт, такая точность достаточна для проведения сейсмозащитных профилактических мероприятий (типа инспекций и учений служб спасения и гражданской обороны), позволяющих предотвратить существенную часть ущерба от катастрофических землетрясений. Консервативная оценка отношения вероятности при прогнозе к вероятности при случайном возникновении в ряде случаев превышает 20 раз, что указывает на необходимость учитывать такие изменения при оценке текущей сейсмической опасности территории. Мониторинг сейсмичности с помощью алгоритмов М8 и MSc с целью прогноза сильнейших землетрясений на Камчатке и Курильских островах ведется практически с 1986 года. Статистически подтвержденная достоверность и надежность этих прогнозов позволяет использовать их при оценке текущей сейсмической опасности в сейсмоактивных районах Российской Федерации. Кроме того, результаты достоверного среднесрочного прогноза могут использоваться как основа для поиска краткосрочных предвестников землетрясений.

Глобальные карты показателя сейсмической активности и параметров Общего закона подобия для землетрясений, а также прошедшие проверку временем результаты распознавания мест возможного возникновения эпицентров сильных землетрясений могут непосредственно использоваться при оценке долгосрочной сейсмической опасности территории Российской Федерации. Практическая значимость построенной Глобальной карты параметров Общего закона подобия для землетрясений особо отмечена в отчете Российской Академии наук за 2002 год.

Результаты апробации работы. Результаты исследований были представлены на международных, всесоюзных и российских научных конференциях и совещаниях, в том числе на 27 и 31 Международных Геологических Конгрессах (Москва - 1984, Рио-де-Жанейро, Бразилия - 1999); на 23 и 29 Генеральных Ассамблеях Международной Ассоциации по Сейсмологии и Физике Недр Земли (Токио, Япония -1985, Фессалоники, Греция - 1997); на Осенних Собраниях Американского Геофизического Союза (Сан-Франциско, Калифорния -1989, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2002, 2003); на Западно-Тихоокеанском Собрании Американского Геофизического Союза (Гон Конг - 1994); на XXI-XXIII Генеральных Ассамблеях Международного Союза по Геодезии и Геофизике, (Болдер, Колорадо - 1995, Бирмингем, Великобритания - 1999, Саппоро, Япония - 2003); на

Совещании «Сейсмические признаки, их значимость и физический смысл» (Никко, Япония - 1998); на Всероссийском совещании "Современная сейсмология: достижения и проблемы" (Москва - 1998); на 26 и 27 Генеральных Ассамблеях Европейской Сейсмологической Комиссии (Тель-Авив, Израиль - 1998, Генуя, Италия - 2002); на Международной Конференции по Математической Геофизике «Экстремальные события на Земле» (Вильфранш-сюр-Мер, Франция — 2000); на Совещании по Передовым Достижениям «Состояние научных знаний о возникновении землетрясений и их следствия для государственной политики» в рамках программы НАТО «Наука для мира» (Ле Дюн, Сардиния, Италия - 2000); на 25 и 27 Генеральных Ассамблеях Европейского Геофизического Сообщества (Ницца, Франция - 2000, 2002); на Международной Конференции по Математической Геофизике Международного Союза по Геодезии и Геофизике «Образы и формы в динамике Земли» (Турин, Италия -2002); на Международной Конференции «Землетрясения и Средиземноморские штормы» (Барселона, Испания - 2002); на Всероссийской научной конференции "Геология, Геохимия и Геофизика на рубеже XX XXI веков", 2002; на Совместной Ассамблее Европейского Геофизического Сообщества, Американского и Европейского Геофизических Союзов (Ницца, Франция - 2003); на Генеральной Ассамблее Европейского Союза Наук о Земле (Ницца, Франция - 2004). Методы прогноза, представленные в диссертации, входили в программы курсов на школах по Нелинейной Динамике и Прогнозу Землетрясений, организованных Международным центром теоретической физики им. Абдуса Салама и региональными сейсмологическими объединениями (Лима, Перу, 1986 - CERESIS; Триест, Италия, 1988; Каракас, Венесуэлла, 1991 - IDEA; Триест, Италия, 1991,1995,1997,1999,2001,2003).

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы изложены в 105 публикациях, в том числе в 4 монографиях и 48 статьях в реферируемых международных и российских журналах. Математическое обеспечение, реализующее алгоритм среднесрочного прогноза землетрясений, опубликовано в Библиотеке программного обеспечения Международной Ассоциации Сейсмологии и Физики Недр Земли [53].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Диссертация включает 266 страниц машинописного текста, 59 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 383 наименований.

Содержание работы

Диссертационная работа суммирует многолетний опыт автора по систематическому воспроизводимому независимыми исследователями прогнозу сильнейших землетрясений в реальном времени.

Во введении кратко изложена история научных исследований, целью которых является прогноз землетрясений. Отмечено, что, несмотря на очевидные успехи в изучении землетрясений их прогноз и сегодня остается одной из наиболее острых и дискуссионных проблем наук о Земле. В отсутствие точного описания обобщение уникальных сообщений о наблюдениях необычных изменений геофизических полей перед сильными землетрясениями в воспроизводимую методику прогноза весьма затруднительно. Последнее предопределяет дефицит независимых проверок и верификации для большинства «предвестников» землетрясений, которые, строго говоря, являются лишь только «кандидатами» в индикаторы приближающегося события. Отмечено, что отсутствие строгих проверок относится даже к методам, известным уже многие годы по многочисленным публикациям (в том числе в весьма престижных научных журналах) о результатах ретроспективных исследований.

Кратко сформулировано новое понимание сейсмических процессов в основном сложившееся к середине 80-х годов: Перемещения иерархии блоков разных размеров составляющих литосферу Земли относительно друг друга обычно обнаруживает себя землетрясениями на границах блоков, каждая из которых представляет собой сложную самоподобную динамическую систему. Предсказание такой системы с детальной подробностью в принципе невозможно. Тем не менее, предсказание крупномасштабных экстремальных катастрофических событий в динамике такой системы возможно, хотя формулировки достоверных прогнозов при этом требуют существенного загрубения и осреднения наблюдаемых параметров, а сами прогнозы требуют обновления через сравнительно непродолжительное время. Точность таких прогнозов может иерархически уточняться. Потенциал точности воспроизводимой методики, изложению которой посвящена диссертационная работа, проиллюстрирован на примере прогноза землетрясения вблизи Гектор Майн, Калифорния.

Ведение завершается изложением структуры и краткого содержания диссертационной работы.

Глава 1. Основы прогноза землетрясений.

В Главе рассмотрены основные параметры объектов исследования, то есть параметры пространственно--временных объемов сейсмически активных регионов Земли, которые характеризуются последовательностями происходящих в них тектонических землетрясений широкого диапазона магнитуд (поток землетрясении). Определены физические характеристики воспроизводимого описания последовательностей землетрясений.

Проанализированы данные глобальной сейсмологической сети на предмет их представительности и полноты в разные периоды времени. Предложенная гистограмма изменения во времени числа землетрясений разных магнитуд позволила робастно определить периоды стационарного накопления данных, а также порог полноты глобального каталога в разные периоды 20-го столетия. В частности установлено, что, начиная с середины 1960-ых годов глобальные сейсмологические наблюдения стабильны и систематически полны по отношению к землетрясениям от 5.0 и выше. Землетрясения с магнитудой от 4.0 до 5.0 представлены полностью лишь в отдельных районах, однако их уровень представительности в большинстве районов Земли не претерпел заметных изменений. Последнее наблюдение позволяет воспользоваться также и этими данными в качестве систематически стабильной базы исследования.

В Главе приводятся надежно установленные данные о распределении тектонических землетрясений по величине, по пространству и по времени, которые позволяют сформулировать Общий закон подобия для землетрясений. Основываясь на парадигме рассмотрения литосферы Земли как сложной иерархической нелинейной динамической системы, этот закон обобщает общепризнанное соотношение Гутенберга-Рихтера, которое устанавливает связь между среднегодовым числом землетрясений N(M) и магнитудой М в некотором пространственно-временном объеме:

logwN{M) = a + b-{5-M)

где коэффициент а характеризует уровень сейсмической активности во всем пространственно-временном объеме, а Ь -соотношение числа землетрясений в соседних диапазонах магнитуд. Пусть N(M, L) - ожидаемое среднегодовое число землетрясений магнитуды М в ячейке размера LxL в пределах региона усредненное по всем таким ячейкам. Причем пространственное усреднение учитывает число землетрясений в ячейке, в частности,

относится только к местам сосредоточения сейсмичности (асейсмичные области, в которых не зарегистрировано ни одного землетрясения, учитываются с весом 0, то есть исключаются). С учетом обычно игнорируемого линейного размера области рассмотрения Ьо связь между Ь) и ЩМ) = ЩИ, Ьо) из

соотношения Гутенберга-Рихтера в диапазоне магнитуд и

размеров можно представить в виде

ЩМ, Ц = ЩМ) • (Ь/Ь0)с

При таком рассмотрении закон повторяемости принимает следующий вид:

Ь) = А + В ■ (5 ~ М) + С •

Коэффициенты Аи В имеют тот же физический смысл, что а и Ь в соотношении Гутенберга-Рихтера, а коэффициент С, в соответствии с концепцией академика М.А. Садовского о самоподобии Земли, локально оценивает фрактальную размерность множества сосредоточения эпицентров землетрясений. Коэффициент А нормирован к одному году и оценивает ожидаемое среднее число землетрясений магнитуды 5.0 в сейсмоактивной области с линейным размером в единицу длины (например, в квадрате со стороной 1° меридиана Земли) из региона

Наряду с коэффициентами Общего закона подобия для землетрясений глобально картирован показатель сейсмической активности который по своей сути является прямой эмпирической оценкой сейсмической опасности в ячейках земной поверхности 1°х1° и характеризует ожидаемое среднегодовое число землетрясений магнитуды от 4 и выше на площади квадрата со стороной в один градус земного меридиана. Достаточно очевидно, что использование глобального распределения показателя при рассмотрении вопросов о современных движениях элементов блоковой структуры коры и литосферы Земли и их сейсмотектонической интерпретации может оказаться полезным. Однако, более предпочтительным представляется использование глобальных карт коэффициентов Общего закона подобия для землетрясений, поскольку традиционное игнорирование фрактального характера пространственного распределения землетрясений (например, широко используемое в практике сейсморайонирования классическое нормирование на площадь в км ) может приводить к многократному недооцениванию сейсмической опасности территории. Как показано на примере Петропавловска-

Камчатского, где А = 0.12, В = 0.86, С =1.26, оценка повторяемости сильнейших землетрясений в городе может оказаться заниженной в 8 раз.

Обобщая и уточняя фундаментальное соотношение Гутенберга-Рихтера Общий закон подобия для землетрясений, очевидно, имеет важные приложения и следствия, как для понимания физики сейсмического процесса в целом, так и для прикладных задач оценивания сейсмической опасности и прогноза землетрясений. Статистика глобальных расчетов фактически демонстрируют высокую степень согласия Общего закона подобия для землетрясений с данными мировых наблюдений в широком диапазоне магнитуд и размеров, что, без сомнения, свидетельствует в пользу справедливости гипотезы академика М. А. Садовского о самоподобии и самоорганизации сейсмического процесса и гипотезы академика В. И. Кейлис-Борока, согласно которой литосфера Земли является сложной иерархической системой.

Таблица 1. Классификация прогнозов землетрясений по временной и пространственной определенности.

Время, годы Пространство, размер очага Ьг

Долгосрочный 10 Большой протяженности до 100

Среднесрочный 1 Средней протяженности 5-10

Краткосрочный 0.01-0.1 Малой протяженности 2-3

Немедленный 0.001 Точный 1

В Главе приводится точное определение прогноза землетрясений, под которым понимается однозначное высказывание о величине, месте и времени предстоящего события. Дается классификация прогнозов землетрясений по их продолжительности и пространственной локализации (Таблица 1). Традиционно усилия многих ученых изначально направлены на предсказание времени для области «точной» пространственной локализации. Подобное самоограничение ставит перед исследователем значительно более сложную, а возможно и принципиально неразрешимую задачу. Представляется более естественным выделить несколько более широких диапазонов пространственной локализации по отношению к протяженности разрыва ожидаемого землетрясения L. (Еще более сложные проблемы возникают при подходе к проблеме прогноза в рамках иных

определений самого прогноза, например, как к задаче восстановления временного ряда моментов землетрясений, а не как к задаче о прогнозе катастрофы.)

В Таблице 1 не указаны актуально бессрочное нулевое приближение -прогноз мест возможного возникновения землетрясений определенной силы, и тот факт, что иерархическая природа землетрясений предполагает прогноз их силы с точностью до порядка единицы магнитуды, т.е. с точностью до одного десятичного порядка площади и/или квадрата линейного размера- очага ожидаемого землетрясения Действительно, согласно закону повторяемости Гутенберга-Рихтера, при большем диапазоне магнитуды ожидаемого землетрясения вклад в общую статистику успехов и/или неудач от землетрясений на границах диапазона становится слишком неравноценным, причем статистика практически определяется результатом прогноза наиболее многочисленных слабых событий. -

Формулируется «нулевая гипотеза» наиболее адекватная пространственному распределению землетрясений. Пусть 3" и § -рассмотренные в совокупности время и территория; в, - территория, находящаяся в тревоге в момент времени - мера на (здесь мы ограничились мерой прямого произведения резервируя общий случай меры V с пространственно-временной зависимостью для будущих более изощренных нулевых гипотез); N задает общее число сильных землетрясений с магнитудой М из диапазона Мо+ = [Л/о, Мо+ДМ] в пределах Зх§, ал- число тех из них, что предсказаны алгоритмом. Объем пространства-времени, занятый тревогами, в, =

Ц|(2, , отнесенный к рассмотренному общему совокупному объему, равняется

р = |с!(гх//) / |с!(гх//).

а 1x8

Двойственные по отношению друг к другу статистические уровни значимости и доверия результатов прогноза равны, соответственно, 1 - В(п-1, ^р) и В(п-1, ЛГ.р),

где В - функция кумулятивного биномиального распределения. Чем ниже уровень статистической значимости и, наоборот, чем выше уровень доверия, тем значительнее отличие достигнутых результатов прогноза от результатов случайного гадания в условиях нулевой гипотезы. В практических приложениях для определения значимых результатов обычно используются значения уровня доверия в 95% и 99%.

Выберем меру тхц следующим образом. Для времени возьмем равномерно распределенную меру соответствующую

равновероятной повторяемости землетрясений. Для пространства положим меру ц пропорциональной пространственной плотности эпицентров. Рецепт практического использования меры Ц для подсчета р крайне прост: Выберите эталонный каталог «землетрясений-образцов». Подсчитайте в нем количество событий внутри рассмотренной территории и используйте его как знаменатель дроби. Для каждого фиксированного момента времени, подсчитайте количество событий внутри совокупности текущих областей тревоги, рассмотренной территории и используйте его как числитель дроби. Усредните дробь по всему периоду прогноза. Результат равен/;.

Использование «нулевой гипотезы» позволяет выделить из методов прогноза сильных землетрясений наиболее перспективные и тем самым разделить «кандидатов в предвестники землетрясений» на «предвестники» и «предрассудки». Такая возможность проиллюстрирована оценкой статистической значимости прогнозов по к а р т а м Д . Джексона и Я. Кагана

(http://scec.ess.ucla.cdu/~ykagan/predictions_index.htral) «Краткосрочный прогноз землетрясений с магнитудой М^ллу от 5.8 и выше для запада Тихого океана». Расчеты показывают, что информативность этих прогнозов для определения пространства-времени сильных землетрясений на западе Тихого океана довольно сомнительна. (Следует отметить, что разнообразие выбора свободных параметров алгоритма КОЗ в ретроспекивных прогнозах, очевидно, увеличивает опасность авторской переоценки А.Д. Завьяловым эффективности метода, а фрагментарность и отсутствие регулярных публикаций прогнозов в реальном времени пока не позволяют сделать независимый вывод об их достоверности и надежности.)

В конце Главы излагаются перспективы использования эффективных предвестников и методов прогноза землетрясений при оценках сейсмической опасности и сейсмического риска, а также при выборе оптимальных стратегий прогноза, в соответствии с теорией Г.М. Молчана.

Глава 2. Алгоритмы прогноза землетрясений.

Глава посвящена алгоритмам прогноза землетрясений. Рассматривая литосферу Земли как сложную нелинейную систему с признаками иерархического подобия и динамической нестабильности, можно пытаться искать общетеоретическое описание проблемы в

рамках детерминистского хаоса. Такие системы принципиально непредсказуемы с абсолютной точностью. Однако после загрубения точности прогноза содержательные предсказания становятся возможными даже в системах классических примеров детерминистского хаоса (например, в системе Лоренца 1963). Иерархичность системы предполагает возможность многоуровневых прогнозов, последовательно дополняющих и/или уточняющих друг друга до определенных пределов.

Рассмотрим сейсмический регион в пределах пространственно-временного объема Зх§, где Ни 5- время и территория соответственно, и последовательность землетрясений сьЛ/*) I ((е Т, с^е в, }, где Мс- порог полноты регистрации. Сразу отметим, что, возможно исключение афтершоков из рассмотрения. При этом в качестве компенсации каждый из основных толчков декластеризованной последовательности дополнительно характеризуется числом афтершоков = Ь^е, М„) с магнитудой МкМаза непродолжительный относительно времени прогноза период (/*, + е). Алгоритмы выделения афтершоков обычно используют кусочно-постоянные функции ТЩ) и R(M)y что вполне оправдано при огрубленном анализе динамики сейсмичности. Использование более продвинутых методов декластеризапии каталогов землетрясений может оказаться дополнительным фактором улучшения качества алгоритмов прогноза при разработке их оптимальных модификаций.

Определим в качестве цели прогноза сильные землетрясения с магнитудой М из диапазона Мо+ = [М<ь Мо+АМ] в пределах 3X5, где М0 и АМ - выбранные заранее константы. Обычно ¿М > 0.5, однако не превышает единицы. В существующей практике предсказания локально сильнейших землетрясений диапазон Л/0+ часто задается неравенством М 2» Мо, что в подобном случае вряд ли принципиально (например, Предполагается, что используемая шкала

магнитуд должна характеризовать размер землетрясения. Поэтому па практике выбирается значение которое пропорционально

логарифму площади очага землетрясения, а при его отсутствии, что, как правило, происходит лишь при определении параметров слабых и/или глубоких землетрясений, используются шЬ или другие шкалы магнитуд. Для многих каталогов можно воспользоваться выбором максимального из приведенных значений магнитуд (например, опыт показывает, что такой выбор вполне оправдан при работе с оперативно доступной Глобальной базой гипоцентров землетрясений Геологической службы США).

Рис. 1 иллюстрирует общую схему воспроизводимого алгоритмического прогноза сильных землетрясений: Территория сейсмического региона (а) сканируется областями исследования [V]. Обычно в качестве таких областей выбирается набор перекрывающихся кругов одинакового размера. Естественно предположить, что диаметр области II равный £>(Мо) пропорционален и многократно превышает размер очага сильного землетрясения ЦМо). В каждый момент времени Г Е 7, каждая область исследования II характеризуется вектор функцией Рц(Х) (в), координаты которой определяются недавней динамикой потока землетрясений внутри нее (б). Для надежного описания динамики потока требуется использовать робастные характеристики типа скользящего среднего, которые в согласии с общей теорией нелинейных динамических систем испытывают значительные изменения при приближении траектории РцО) к особенности системы (другими словами при приближении траектории к критической точке, к катастрофе системы).

Теория предсказывает существование фазового пространства информативных признаков, значения которых в периоды, предваряющие катастрофу, существенно отличаются от значений во времена, когда катастрофа маловероятна. Это обеспечивает надежную базу для поисков предвестниковых признаков сейсмичности, которые определяют критерии для своевременного распознавания Периодов Повышенной Вероятности (ППВ) сильных землетрясений. Тем самым задача прогноза сильных землетрясений сводится к задаче классификации по Pu(t) интервала времени (t, t + i) или как ППВ, или как времени, когда сильное землетрясение не следует ожидать в области U (г). Решение этой задачи классификации определяет в текущий момент времени / область тревоги в,с.ё как объединение всех областей U, где диагностирован ППВ, а значит и воспроизводимый прогноз сильных землетрясений, удовлетворяющий определению.

Очевидно, что такая общая схема решения задачи прогноза сильных землетрясений открыта как для включения разнообразных геофизических параметров и тектонических характеристик, в частности, не являющихся сейсмологическими, в описание области исследования и ее состояния, так и для использования различных методов распознавания и теории статистических выводов при формулировке критериев, определяющих периоды повышенной вероятности катастрофических землетрясений.

В качестве кандидатов в координаты рассмотрены наиболее простые и физически очевидные характеристики последовательности землетрясений в отдельно взятой

области исследования U. Квалифицированный выбор свободных параметров даже простейшего набора характеристик требует их робастного определения значений, взаимосвязанного выбора временных и пространственных масштабов, а также универсальной нормализации при использовании в разнообразных сейсмотектонических условиях. Робастное определение значений возможно при выборе широких диапазонов усреднения. Общий закон подобия для землетрясений рекомендует использовать один и тот же масштаб времени при анализе областей, размер которых пропорционален очагу ожидаемого землетрясения. (Следует оговориться, что такой масштаб времени не единственно возможный, и что некоторые нерассмотренные в работе признаки сейсмичности могут потребовать изменения масштабов времени.) Кроме того, для универсальной нормализации рекомендовано использовать два

способа выбора нижних порогов магаитуды, входящих в определение координат вектора: 1) М = Mo -Am или из условия 2) N(t IМ J-to)/(t-to)

= Л, где .¿1т. А - константы, причем в этом случае Ат - величина порядка нескольких единиц магнитуды, а А должно обеспечивать десятки событий в скользящем окне усреднения 5.

Исследование вектора РцО) в окрестностях всех 132 инструментально определенных эпицентров землетрясений с в

период с 1885 по 1982 год, двух эпицентров сильнейших землетрясений XIX века в Калифорнии и девяти точек, где согласно геологическим и геоморфологическим критериям [7, 9, 11] такие землетрясения возможны, хотя и не происходили в период инструментальных наблюдений до 1984 года (землетрясения 04 июня 2000 года на юге острова Суматра, = 8.0, и 23 июня 2001 года у берегов Перу, = 8.2, подтвердили обоснованность выбора для двух из девяти дополнительных точек), выявило шесть удовлетворительно эффективных алгоритмов диагностики ППВ. Наиболее простой и одновременно наиболее эффективный из них был отобран в качестве основного варианта диагностики и был назван алгоритмом М8. Краткое описание алгоритма М8 в том виде, в котором он используется для среднесрочного прогноза сильных землетрясений вот уже более пятнадцати лет [3-6, 8,21], таково:

Прогноз ориентирован на землетрясения с магнитудой из диапазона Л/о+. Причем, возможно рассмотрение нескольких диапазонов, определяемых различными значениями с шагом 0.5. Территория сейсмического региона сканируется перекрывающимися областями исследования диаметра ¿?(Л/о). В каждой из областей рассматривается каталог основных толчков {(<ь Сд, Мь Ьк)}, где — время возникновения, - пространственные координаты, -магнитуда, - число афтершоков с магнитудой от и

выше в первые е дней после основного толчка с порядковым номером к. Последовательность нормализована нижним порогом магнитуды

- стандартное значение среднегодового числа в последовательности (таким образом, в продолжительный интервал времени последовательности из разных областей исследования примерно равны по численности).

Для каждой из областей исследования в скользящем окне (; - з, /) и диапазоне магнитуд вычисляются несколько средних

значений, которые количественно отображают различные меры интенсивности потока землетрясений, отклонения от долговременных трендов и группируемости землетрясений. Конкретнее, в моменты времени {(,■} с шагом == 0.5 года вычисляются:

• = I М, $) — число основных толчков с М в период времени (/,■ - 5, /,);

• Lit¡) = L{tj IM, s, s+) - отклонение N(t) от долговременного тренда в период

• Z(tj) = Z(tj 1M, Mo - g, s) - линейная концентрация очагов основных толчков [к] из диапазона магнитуд М < M¡¡ < M<¡ - g в период времени ((, - s, tj);

• BOj) = B(tj I M0 - p, M0 - q, s', e, M„) = maxm bk(e, Ma) -

максимальное число афтершоков у основных толчков выборки [к} из диапазона магнитуд Мо- р<М^< Мо -цв период (tj -s', tj).

Каждая из функций N, L, Z вычисляется независимо по двум последовательностям основных толчков с Мк > М = Mm¡n(Ñ), для # = 20 и Ñ = 10. В результате чего сейсмический поток в каждой из областей исследования робастно отображается семью функциями: парами N,L,Z и одной В.

Для каждой из семи функций по их текущему эмпирическому распределению определим Q % квантиль и назовем значения превышающие его аномально большими.

Тревога, она же — ППВ землетрясения из диапазона Ма¥, начинается в момент времени tj, когда шесть из семи функций, включая В, демонстрируют аномально большие значения в каждом из двух последовательных узких интервалов времени (tj.¡ - A¡, t¡.¡) и (tj - Al, tj) и продолжается до tj + т/

Заметим, что tj - не обязательно текущий, то есть последний в {?;), момент времени. Тем самым в ходе мониторинга, тревоги могут продолжаться более и наоборот прерываться ранее t лет, если текущее пополнение данных вызывает изменения в определении порогов магнитуды и/или квантилей распределений у используемых семи функций.

Следующие стандартные константы, определяют оригинальную версию алгоритма М8: D(Mo)={exp(Mo- 5.6)+1}° в градусах земного меридиана (то есть 384 км, 560 км, 854 км и 1333 км для Мо = 6.5, 7А 7.5 и 8.0, соответственно), St = 0.5 года, s = 6 лет, s' = 1 год, At = 3 года, Т = 5 лет, g = 0.5, р = 2.0, q = 0.2, Q = 75% для В и 90% для остальных шести функций. При расчете линейной концентрации Z(fy) средний размер очага обычно грубо оценивается величиной

—(где N - число основных толчков в {i}, Р = 0.46, что более точно соответствует эмпирическим данным о протяженности

очага, а = 0, что не ограничивает общности), в то время как среднее расстояние между очагами г берется пропорциональным

Для диагностики ППВ по алгоритму М8 необходима аномальная активизация сейсмического потока области и в широком диапазоне магнитуд, выраженная одновременным (в пределах трех лет) подъемом функций N Ь, В до своих экстремально-высоких значений. Другими словами, правило основано на комплексном повышении сейсмической активности, концентрации очагов и группируемости землетрясений.

Нетрудно заметить, что алгоритм М8 использует достаточно традиционное описание динамической системы, дополняя стандартное фазовое пространство скоростей (Ы) и ускорений (Ь) величинами безразмерной концентрации и группируемости (В). Алгоритм распознает критерий, определенный экстремальными значениями координат фазового пространства, как окрестность сингулярности системы. Попадание траектории системы в критерий

свидетельствует о повышении вероятности катастрофы до уровня достаточного для ее эффективного предсказания. Алгоритм учитывает то обстоятельство, что согласно общей теории следует ожидать конечное время запаздывания между максимумом активизации (энтропии) и катастрофой, и поэтому траектория Рц(() может покинуть критерий за некоторое время до катастрофы.

Возможность использования алгоритма МБ и его модификаций для прогноза локально сильнейших землетрясений с магнитудой от Мо и выше для Мо < 8.0 была установлена в 1986 году в результате ретроспективного анализа сейсмических регионов СССР и ряда зарубежных стран [3-6]. При этом в частности проверка подтвердила применимость методики для прогноза землетрясений из диапазона Мо+ для Мо = 6.5 на Кавказе и востоке Средней Азии, а также в западной Туркмении и районе глубоких землетрясений Вранча (Румыния). Однако низкая оперативность пополнения каталога «Землетрясения в СССР» и нерегулярность доступа к каталогам землетрясений зарубежных стран оставляли нереализованной возможность пробного мониторинга сейсмичности с целью прогноза сильных землетрясений в реальном времени вплоть до начала 1990-х годов. Несмотря на это некоторые прогнозы по нерегулярно поступающим в обработку и запаздывающим данным подтвердились. Так, например, обновленный в 1988 году прогноз на Кавказе подтвердился 7 декабря 1988 года Спитакским землетрясением, = 6.8, причем не только в приближении определенном тревогой по алгоритму М8, но и в более

точной локализации наиболее вероятного места возникновения очага по алгоритму MSc (Сценарий Мендосино) [13,14] (Рис. 2).

К 1990 году в основном ретроспективное тестирование алгоритма М8 и его модификаций было распространено в 19 сейсмоактивных региона мира (Таблица 2) [21] разного масштаба от глобального и Мо = 8.0 до узко локального и М<> = 4.9 [18,27]. Однако открытым оставался вопрос: Действительно ли алгоритм М8 диагностирует периоды повышенной вероятности сильнейших землетрясений и тем самым отражает реальные закономерности в их возникновении? Как видно из

Таблица 2. Сводка результатов диагностики ППВ землетрясений из диапазона МдЬ по алгоритму М8 и его модификациям [21].

Регион М» Время Землетрясения в ППВ/Всего Число подтвердившихся ППВ / Всего

Обучение

1. Мир 8.0 1967-1982 5/7 7/16

Тестирование ориги 2. Центральная Америка 3. Курильские острова и Камчатка 4. Япония и Тайвань 5. Южная Америка 6. Запад США 7. Южная Калифорния 8. Запад США 9. Байкал и Становой хребет 10. Кавказ 11. Восток Средней Азии 12. Восточный Тянь-Шань 13. Западная Туркмения 14. Апеннины 15. Плотина Койна, Индия нальн 8.0 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.0 6.7 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 4.9 ой версии ( 1977-1986 1975-1987 1975-1987 1975-1987 1975-1987 1947-1987 1975-1987 1975-1986 1975-1987 1975-1987 1963-1987 1979-1986 1970-1986 1975-1986 лгоритма М8 1/1 2/2 5/6 3/3 -/1/1 2/2 -/2/3 4/5 4/4 -/1/1 1/1 1/2 2/3 6/8 3/8 0/1 1/1 2/2 -/2/2 5/6 5/5 -/1/1 1/1

Тестирование модш 16. Греция 17. Гималаи 18. Район Вранча 19. Остров Ванкувер Ьикац 7.0 7.0 6.5 6.0 ий алгорип 1973-1987 1970-1987 1975-1986 1957-1985 чмаМ8 3/3 2/2 2/2 4/4 4/5 3/4 2/2 5/7

Регионы 1-19 вместе Регионы 2-15 вместе 39/44(89%) 25/28(89%) 49/72 28/38

Таблицы 2, ретроспективная проверка алгоритма М8 в разных регионах и масштабах оказалась достаточно обнадеживающей, хотя ее результаты сами по себе не дают возможности строго судить о значимости и эффективности алгоритма М8. Чистота ретроспективного эксперимента даже в случае априорного выбора практически всех параметров алгоритма нарушается следующими обстоятельствами: 1) цели прогноза - сильные землетрясения уже известны, 2) есть известная свобода выбора Мо и, наконец, 3) положение областей исследования неоднозначно.

С практической точки зрения главная слабость диагностики по алгоритму М8 - значительная неопределенность прогноза. Причем, если во временном аспекте прогноз на полгода и до пяти лет может оказаться даже выгодным, поскольку многие сейсмозащитные мероприятия требуют значительного времени для их реализации, то претензии практиков в отношении территориальной неопределенности вполне уместны. Прогноз на протяженную область, безусловно, следует рассматривать как уточнение по времени нулевого приближения, которое предполагает возникновение эпицентра ожидаемого землетрясения в пределах тех мест, где они в принципе возможны. В дополнение к естественной локализации эмпирическим распределением гипоцентров неопределенность диагностики можно уменьшить за счет привлечения гипотез о местах, где происходят именно сильные землетрясения с М > Мо- Заметим, что результаты распознавания мест возможного возникновения сильных землетрясений естественно проверяются сейсмической историей в период после их опубликования. Сводка результатов такой верификации [84, 101] говорит об их высокой надежности.

В конце Главы обсуждаются возможности уточнения прогнозов по алгоритму М8 связанные со стабилизацией диагностики [61, 82, 91, 93, 94] и изменением описания вектора Рц(0 [43, 46, 52, 72]. Особо ценными представляются независимые исследования профессора Д. Вере-Джонса с соавторами, которые, используя Библиотеку программ статистической сейсмологии (SSLib), предложили естественное комбинирование семи функций алгоритма М8 в одну функцию оценки критичности. Эта естественная вероятностная модификация алгоритма М8 проверялась симуляцией мониторинга территории Новой Зеландии с полугодовым шагом по времени по густой сетке центров кругов исследования. Статистически проверена стабильность определения функций алгоритма М8 по отношению к малым вариациям положения кругов и даты начала расчетов. Независимая проверка показала, что

функции алгоритма М8 весьма стабильны. Вопросы пространственного уточнения прогнозов подробно рассмотрены в Главе 3.

Глава 3. Алгоритмы уточнения среднесрочного прогноза землетрясений.

Глава 3 посвящена алгоритмам уточнения среднесрочного прогноза землетрясений при наличии области тревоги первого приближения, полученного, например, с помощью алгоритма М8. Как уже отмечалось выше, с практической точки зрения главная слабость и объект критики диагностики периодов повышенной вероятности землетрясений по алгоритму М8 является значительная неопределенность прогноза по пространству, на порядок превышающая размер очага готовящегося события. Поэтому довольно очевидно стремление и важность уточнения места, где в первую очередь следует ожидать возникновение эпицентра. С одной стороны а priori было не вполне ясно, до какой степени такое уточнение возможно в силу следующих обстоятельств: возникновение землетрясения в зоне разломов есть результат взаимодействия значительной части системы разломов. Опыт применения М8 подтверждает, что симптомы приближения катастрофического события за годы до его возникновения довольно часто рассредоточены на территории значительно превышающей его очаг. С другой стороны, это ни в коем случае не противоречит возможности уточнения пространственной локализации за счет анализа в более детальном масштабе пространства-времени дополнительной информации и, что весьма важно, на фоне уже определенной тревоги первого приближения. Эта возможность исследовалась в рамках следующей постановки задачи:

Пусть в области U, на порядок превышающей очаг ожидаемого события диагностирована среднесрочная тревога первого приближения. Требуется выявить меньшую область. V qU, в пределах которой следует ожидать очаг основного толчка.

Поиски решения поставленной задачи были начаты с исследования сейсмической активности в районе мыса Мендосино перед землетрясением 08 ноября 1980 года с магнитудой М = 7.0 в районе Юрика. Ретроспективно, перед этим землетрясением на территории северной Калифорнии был диагностирован ППВ, начиная с января 1980 года [3, 4, 6]. Прогноз был получен с помощью алгоритма М8, ориентированного на землетрясения из диапазона М7.0+ так, что область U представляла собой круг радиуса 280 км с центром в точке с

координатами 40.5CN и 124.0°W. В пределах этого круга сейсмическая активность крайне неравномерна, отражая разнообразие тектонических признаков. Однако, как и в случае с М8, информация, связанная с геологией и тектоникой сознательно' не использовалась. Надежные представления о геолого-геоморфологических ' структурах и сейсмотектонических процессах в районе, безусловно, необходимы для прогноза в детерминистском смысле, мы же рассчитывали получить решение задачи, ограничившись лишь надежными данными о сейсмичности.

Для исследования возможности лучшей, чем в алгоритме М8, локализации было рассмотрено разбиение квадрата объемлющего область U. В каждой из 256 ячеек разбиения 16x16 квадрата { Су I 1 2 i, поток сейсмичности характеризовался числом землетрясений с магаитудой М от 3 0 и выше. Заметим, что в этом случае выбор порога магнитуды М(20) из алгоритма М8 равен 3.5, 3.0 = Мо - 4.0, а сторона ячейки в Опускаясь в иерархии магнитуд на уровень,

обеспечивающий трехкратное превосходство по численности популяции с уровня, использованного алгоритмом первого приближения, есть основания для подробного описания динамики различных частей области тревоги. Надежность описания отдельных частей области тревоги была дополнительно повышена за счет описания ячейки объединенной статистикой в ней самой и ее соседях, то есть в квадрате 3x3. Имевшийся резерв каталога в диапазоне более низких магнитуд, использовался лишь для контрольных экспериментов, поскольку алгоритм уточнения предполагалось использовать и в регионах, где рассчитывать на высокочувствительную сеть сейсмографов не приходится.

В процессе анализа сейсмичности перед землетрясением Юрика 1980 было выявлено несколько отличительных признаков очага готовящегося основного толчка. Наиболее простой из них как потенциально более надежный получил название алгоритм MSc -сценарий Мендосино (Mendocino Scenario). Приведем его краткое описание:

Область тревоги сканируется равномерно распределенными одинаковыми квадратами { S4 I 1 й i, j < 16 J со стороной ЗхЛ(Мо)/1б так, что центр совпадает с центром Выбор начала рассмотрения определяется по s = 6 лет, который используется для подсчета функций алгоритма М8. Начиная с момента за 6 лет до начала объявленной тревоги, рассматриваются двухмесячные интервалы, оканчивающиеся в моменты {ti} с шагом в 1 месяц (t^+j — t* = 1 месяц). Для каждого квадрата решается вопрос, находится ли он в состоянии

«аномального затишья». При этом предполагается, что возникновение ожидаемого основного толчка наиболее вероятно в районе «достаточно большого кластера аномальных затиший». Проекция, вдоль оси времени всех таких кластеров начиная с момента за 1 год до объявления тревоги до текущего момента времени, определяет уточненную область прогноза V.

Формальное определение «аномального затишья» дается в термишх 10%-го квантиля n,j , полученного по эмпирическому распределению числа землетрясений с магншудой Mq - 4.0 за два месяца в пределах Sg, то есть по выборке { п,^ ),.Квадрат Sy находится в состоянии «аномального затишья» в момент времени t^, если n,^ ^ n,j.

Формальное определение «достаточно большого кластера аномальных затиший» таково. Определим S^k как S,j в момент времени tfc. Назовем соседними квадраты S,jjt и Sim,n , если Ik — nl + li — Il + lj — mI = 1. Рассмотрим совокупное!ъQ—{ S,^ } всех S,^, находившихся в состоянии «аномального затишья» начиная с момента за 1 год до объявления тревоги до текущего момента времени. Разобьем Q на кластеры согласно определению: соседи принадлежат

одному кластеру. Определим размер кластера количеством принадлежащих ему квадратов S,^ . Наконец, назовем Qq «достаточно большим кластером аномальных затиший», если его размер не меньше порогового значения

Проекция вдоль оси времени всех «достаточно больших кластеров аномальных затиший» определяет уточненную область прогноза V

Поскольку выбор гипотезы о локализации второго приближения и значений свободных параметров алгоритма сделан по одному землетрясению, абсолютно очевидна необходимость всесторонней проверки алгоритма MSc. Естественно в первую очередь следовало установить насколько этот алгоритм лучше нулевой гипотезы или иных простых альтернатив.

Во-первых, альтернативой нулевой гипотезы является ограничение области тревоги на ее сейсмически активные части, алгоритм NE (NonEmpty cells) [25]. Однако, эпицентр землетрясения Юрика 1980 года при разбиении области тревоги ячейками 16x16 оказывается в ячейке не отмеченной ранее сейсмической активностью, то есть пропускается при использовании алгоритма NE.

Во-вторых, простой альтернативой может быть окрестность наиболее активной части области тревоги, получившая название МА(р) (Most Active cells), где 0 < р < 1 - параметр, определяющий размер наиболее активной части. Конкретнее, алгоритм МА(р) выбирает

минимальпый набор ячеек Су, содержащий не менее рх100% землетрясений из области и за 6 лет предшествовавших объявлению тревоги. Затем каждая из ячеек полученного набора расширяется до размера 5x5.

Абсолютно ясно, что по одному случаю нельзя судить ни о надежности, ни об эффективности предложенных алгоритмов. Поскольку, как и М8, алгоритмы второго приближения нормализованы по отношению к мапштуде ожидаемого сильного землетрясения и формально не требуют адаптации при использовании в других энергетических диапазонах, уже изначально было рассмотрено 18 примеров уточнения локализации.

Taiwan '73 Mexico '85 Kern County '52 Iturup '78 Honshu 78 Kunashir 78

1333 km—*. M— 1333 km—t- 4— 853 km —-4— 853 km —»- — в 53 km —». -4— В 53 km

Japan Sea ЯЗ Taiwan'86 Eureka'80 Tien Shan «9 Tien Shan 70 Tien Shan 71

853 km —»- -»— 853 km —к -*— 560 km —■«— 384 km —*..*— 384 km —*■ 384 km

Tien Shan 78 Armenia '88 Coalinga'83 Morgan Hill'84 Chalfant V'86Loma Prieta'89

Рис З. Уточнение локализации тревоги по алгоритму М8е [25].

Рис. 3 суммирует первый опыт использования алгоритма М8е для уточнения локализации областей тревоги при ретроспективном анализе динамики сейсмичности перед землетрясениями с магнитудами от 8.0 до 6.0 (Таблица 3). Нетрудно видеть, что и этих случаях алгоритм М8е значительно сокращает область тревоги, повышая априорную точность по площади локализации от 4 (для землетрясения Керн-Каунти 1952) до 14 (для Итурупского роя землетрясений 1978 года и землетрясения Лома Приета 1989 года) раз. При этом лишь одно землетрясение (26

мая 1983, к западу от Хоккайдо) из 18 (включая землетрясение Юрика 1980) пропущено во второй аппроксимации.

Таблица 3. Относительная площадь области тревоги, уточненной с помощью альтернативных алгоритмов локализации [25].

Примечание: Случаи ошибочной локализации отмечены звездочкой, а формальные отказы - прочерком. Площади ППВ даны в процентах от области тревоги первой аппроксимации прогноза.

Район

М0 • Дата

МА(1/8)

Площадь МА(1/4)

ППВ по алгоритму МА(1/з) Шс

№

о-в Тайвань Мексика

Калифорния, Керн

Каукгн о-в Итуруп (рой) 04 Хонсю 0*8 Кунашир Японское море о • Тайвань м. Мендосино,

Юрика Тянь-Шань Тянь-Шань Тянь-Шань Тянь-Шань Армения, Спитак Калифорния.

Коалннга Калифорния.

Морган Хилл Калифорния, дол. Шал фант

Калифорния. Лома Прима

8.0 8.0 15 7.5 7.5 15 15 15 7.0 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.0 6.0 6.0

7.0

1978/07/24 1985/09/19 1952/07/21 1978/03/23 1978/06/12 1978/06/12 1983/0У26 1986/11/14 1980/11/08 1969/02/11 1970/06/05 1971/07/26 1978/03/24 1988/07/12 1982/05/02 1983/04/24 1986/07/21

1989/10/18

10% 10% 10% 10% ч% •6% »21%

10% •25% 17% •8% »6% *20% *Ю% »10%

12% 22% 19% 16% •8% 11% »34% 12% 27% •44% 46% 26% 16% 33% 12% 20%

•10%

23% 24% 23% 31% 17% ♦41% 16% 31% 55% 51% 31% 16% 48% 22% 27% 10%

♦19%

26% 7% 11% 11% »15% 13% 11% 20% 14% 9% 10% 8% 22% 19% 16% 7% 14%

25% 30% 29% 50% 42% 43% »57% 45% »27% 80% 73% 78% 77% 64% 41% 40% 41% 24% 28%

В каждой из последних пяти колонок Таблицы 3 представлено отношение площадей V и и для соответствующего алгоритма уточнения прогноза. Ни одна из простых альтернатив алгоритму MSc не составила ему достойной конкуренции. Для альтернативы МА(р) только очень низкое значение р = 1/8 в среднем дает примерно такое же сокращение территории, как и MSc. Однако при этом локализация сразу 10 эпицентров оказывается неверной. При р = 1/3 альтернатива практически сравнивается с MSc по числу пропусков цели, однако достигается это за счет вдвое большей площади области уточнения.

Таким образом, анализируя качество локализации можно заключить, что в среднем переход от альтернативы нулевой гипотезы NE к МА(1/3) дает двукратный выигрыш в локализации места ожидаемого землетрясения, а переход от МА(1/3) к MSc еще раз удваивает его.

Следует отметить, что представлены результаты условных статистик, поскольку они получены для периодов и областей повышенной вероятности, которые подтверждены реальным возникновением сильного землетрясения. Анализ статистики по периодам и областям «ложных тревог» алгоритма М8, то есть по областям и периодам, не ассоциированным ни с одним из сильных землетрясений, до настоящего времени не проводился. Хотя материал для такой проверки растет, его объем пока представляется не достаточным для статистически обоснованных выводов.

Обращаясь к вопросу физической интерпретации феномена MSc, следует учитывать следующие обстоятельства. Чисто качественно, алгоритм выделяет ту часть области тревоги, которая с начала восходящего обратного каскада сейсмичности, определенного в первой аппроксимации, находится в состоянии стабильно высокой активности изредка прерывающейся непродолжительными затишьями, то есть демонстрирует признак чередования {intermittence), характерный для динамических систем на последнем этапе мягкой потери устойчивости. При этом пространственно-временной объем проявления такого чередования должен быть достаточно большим, чтобы исключить вероятность случайной классификации.

Явление, лежащее в основе алгоритма MSc по-существу может быть проявлением (возможно более краткосрочным во времени и определенно менее протяженным в пространстве) стадии второго порядка в процессе подъема сейсмической активности, предваряющей основной толчок вблизи области его будущего очага. Аналогия между проявлениями обратного каскада сейсмичности к основному толчку и мягкой потерей устойчивости динамической системы представляются довольно естественной. При этом алгоритм М8 диагностирует потерю устойчивости на ее ранней стадии, когда поведение состояния равновесия сменяется осцилляциями и удвоениями периода, а алгоритм MSc определяет стадию, когда в терминологии академика А. А. Андронова «с цикла слезает шкура» и образуется странный аттрактор.

Алгоритм MSc основывается на временных вариациях сейсмичности в масштабе месяцев, в то время как периоды повышенной вероятности диагностируются в масштабе лет. Тем не менее, уточнение прогноза в целом остается среднесрочным, то есть на

годы. В основном изменяется область и в значительно меньшей степени продолжительность тревоги.

Затишье, использованное в алгоритме MSc, имеет абсолютно иную природу, чем затишье, которое рассматривается в гипотезе сейсмических брешей академика С.А. Федотова. Природа такого затишья скорее соответствует более ранним наблюдениям К. Моги, в которых было замечено, что обычно за годы перед великим землетрясением его будущая фокальная область становится относительно спокойной по отношению к окружающим областям, которые демонстрируют повышенную активность ("Mogi doughnut"). Дж. Келлехер и Дж. Савино критически рассматривали характеристики сейсмического затишья перед сильными землетрясениями. Они отметили, что в пределах относительно тихой зоны, соответствующей будущему разрыву или области афтершоков, довольно часто наблюдается концентрация активности вблизи будущего эпицентра, что очевидно никак не противоречит нашим наблюдениям. В контексте алгоритма MSc кратковременные эпизоды затишья, сменяющиеся устойчивой активностью небольшой территории вблизи будущего разрыва, указывают скорее на более сложный и более общий феномен, чем отдельно взятый эпизод стабильного затишья. Кроме того, не следует забывать, что явление, используемое в алгоритме, рассматривается лишь на фоне пространственно более широкой области, где возможность сильного землетрясения в ближайшее время уже диагностирована.

В конце Главы еще раз подчеркнута возможность использования дополнительных знаний о конкретном районе исследования. По сути дела в предлагаемой методике пока остаются невостребованными очевидно исключительно важные данные об активности отдельных зон разломов, о деформациях земной коры, палеосейсмические наблюдения, а также другие геолого-геоморфологические характеристики сейсмогенных структур района. Тем не менее, полученная точность прогнозов в двух аппроксимациях обнадеживает и оправдывает дальнейшее изучение алгоритмов М8 и MSc. В частности, это относится к экспериментальному тестированию алгоритмов, как за счет новых ретроспективных рассмотрений, так и в процессе мониторинга в реальном времени сейсмоактивных регионов, где такие рассмотрения уже проведены. И то, и другое исключительно важно как с методологической, так и практической точек зрения.

Глава 4. Экспериментальный прогноз сильнейших землетрясений мира.

Глава 4 посвящена описанию совместного российско-американского эксперимента по прогнозу сильнейших землетрясений мира в реальном времени. Как было показано выше (Главы 2 и 3), сильные землетрясения, как правило, предваряются простейшими универсальными симптомами неустойчивости динамической системы: фоновые возмущения становятся интенсивнее, их концентрация возрастает, усиливается реакция- на возбуждения. Несмотря на ряд реализовавшихся предсказаний величины, места и времени сильных землетрясений, оценка эффективности методологии в начале 1990-х годов основывалась лишь на опыте ретроспективных симуляций прогноза. Чтобы изменить это положение была разработана и реализована схема систематического применения алгоритма М8, а также его комбинации с алгоритмом второго приближения MSc для среднесрочного прогноза землетрясений в реальном времени.

Результаты применения схемы эксперимента в ретроспективной симуляции указывают на высокую статистическую значимость прогнозов по алгоритму М8. Однако, поскольку эта оценка была получена по уже известным данным в ней, вообще говоря, не была исключена возможность самообмана. Именно поэтому окончательное доказательство значимости прогноза по предложенной методике предполагалось получить в ходе экспериментального прогноза в реальном времени. Предполагалось- проведение эксперимента в течение периода времени, достаточного для окончательного заключения об эффективности метода. В этом смысле эксперимент в настоящее время можно считать завершенным, поскольку в результате глобальной сейсмической активизации уже пятилетней статистики оказалось достаточно для первого обоснованного утверждения высокой значимости прогнозов с помощью алгоритмов М8 и M8-MSc сильнейших землетрясений мира с магнитудой 8.0 и выше. В настоящее время достигнутый в продолжающемся эксперименте уровень статистической достоверности (уровень доверия в Таблицах 4 и 5) не оставляет сомнения в положительном решении вопроса о предсказуемости времени катастрофических землетрясений.

В Главе излагается схема строгой проверки алгоритма в эксперименте по исследовательскому среднесрочному прогнозу землетрясений в реальном времени. Еще до землетрясения 1989 года в Лома Приета, Калифорния Национальный совет по оценке предсказаний землетрясений (National Earthquake Prediction Evaluation

Council, NEPEC) рекомендовал Геологической службе США провести систематическую проверку алгоритма М8. В разработке теста и его реализации приняли участие сотрудники двух центров Геологической службы США - Д. X. Хили (Менло-Парк, Калифорния) и Д. У. Дьюи (Голден, Колорадо). До формального начала эксперимента в июле 1991 года, нами были зафиксированы все параметры алгоритмов и однозначно определены процедура пополнения базы данных, а также критерии оценки значимости результатов. Каждые полгода, после очередного пополнения базы данных, прогноз обновляется и распространяется среди наблюдателей эксперимента.

Алгоритмы. В ходе теста каждый из алгоритмов прогноза рассматривается как «черный ящик» с полностью зафиксированными параметрами. До начала теста значения параметров и тексты программ были опубликованы [30] и помещены в качестве неизменяемых эталонов на оптический носитель однократной записи WORM (Write Once Read Many). С 1991 года каждые полгода в Москве, Голдене и Менло-Парке прогнозы обновляются по доступным к этому моменту данным глобальных сейсмологических наблюдений.

Данные. В ходе теста используется глобальный каталог Национального центра информации о землетрясениях и Геологической службы США и его пополнения доступные в текущий момент времени. В тесте используются алгоритмы предобработки данных П.Н. Шебалина, которые практически исключают дублирование записей относящихся к одному землетрясению, классифицируют события на основные толчки и афтершоки, и формируют каталог основных толчков. Аналогично алгоритмам прогноза пополнение и предобработка каталога полностью автоматизированы, детально описаны, программно реализованы в качестве еще одного «черного ящика» с полностью зафиксированными параметрами и опубликованы до начала теста [30]. Предобработка и прогноз разнесены в отдельные блоки и независимы.

Регионы. Для каждого диапазона магнитуд землетрясения-цели прогноз ведется в кругах одинакового радиуса, центры которых расположены вдоль основных сейсмотектонических поясов Земли (Рис. 4). Радиус кругов соответствует диапазону Л/о-к Рассматривались два значения: Mo = 1J5 и 8.0. Изначально особое внимание отводилось тесту для Мд = 7.5 в пределах Тихоокеанского сейсмического пояса (включая Индонезию и Южные Сандвичевы острова), где происходит свыше 75% таких землетрясений, и где их пятилетней статистики могло оказаться уже достаточно для утверждения о значимости прогнозов. В каждом из 180 кругов радиуса 427 км (Рис. 4, б) и из 262

кругов радиуса 667 км (Рис. 4, а), из которых 147 и 170 расположены в пределах Тихоокеанского пояса, долговременная средняя интенсивность сейсмичности превышает годовой уровень 16 основных толчков с магнитудой от 4.0.

Рис 4. Регионы глобального теста алгоритмов М8 и МБс, ориентированных на прогноз землетрясений в диапазоне Мо+: (а) 262 кругов радиуса 667 км для Мо = 8.0 и (б) 180 кругов радиуса 427 км для Мо = 7.5.

Информирование о результатах. Результаты, полученные при очередном полугодовом пополнении каталога, в частности, информация о кругах, где согласно алгоритму М8 объявлены периоды: повышенной вероятности, об областях, уточняющих область тревоги

по алгоритму MSc, а также обо всех землетрясениях с магнитудой от 7.5 и выше за последние полгода, рассылаются заинтересованным адресатам. Такая практика существует со времен разработки теста. В частности, еще до публикации [30] было предсказано землетрясение 22 апреля 1991 года с магнитудой М=7.6 на границе Коста-Рики и Панамы, информация о возможности которого обсуждалась в феврале-марте 1991 года с представителями сейсмологических центров Латинской Америки в Каракасе, Венесуэла.

В настоящее время результаты мониторинга публикуются в портале ограниченного доступа Международного института теории прогноз землетрясений и математической геофизики РАН и в его зеркальной копии в Департаменте Физики Университета Альберты (Эдмонтон, Канада). Рассылка сообщений о прогнозах регулярно осуществляется по электронной почте в более чем 150 адресов не менее чем два раза в год.

Оценка результатов. В ходе теста результаты прогноза аккумулируются. В Таблицах 4 и 5 суммированы результаты прогноза с 1985 года по настоящее время, позволяющие сделать статистические выводы о достоверности и надежности прогнозов как по алгоритму М8, так и по его комбинации с алгоритмом MSc. Следует отметить, что, как показывают расчеты, оценка объема тревоги несущественно зависит от выбора эталонного каталога землетрясений, и ее вариации качественно не влияют на оценку значимости.

Таблица 4. Оценка эффективности алгоритмов М8 и M8-MSc: Прогноз землетрясений С магнитудой 8.0 И выше. Примечание- Оценка уровня доверия использует наиболее консервативную меру объема тревоги, учитывающую эмпирическое распределение эпицентров.

Сильные события Процент объема Уровень

Период теста Предсказано Всего тревоги р, % доверия,%

М8 М8-М5с М8 М8-М8с М8 М8-Мвс

1985-2003 9 7 И 33.24 17.14 99 87 99.92

1992-2003 7 5 9 28 42 14.37 99.69 99.54

В обоих случаях достигнутый к настоящему времени уровень доверия превышает 99%, причем в случае прогноза наиболее сильных землетрясений из диапазона М8.0+ уровень доверия может опуститься

ниже 95% лишь в случае последующих четырех пропусков подряд, что, безусловно, представляется маловероятным. Следует отметить, что период с 1992 по 1997 год примечателен значительным подъемом глобально высвободившейся сейсмической энергии, сравнимым с классическим максимумом «на смене XIX и XX столетий». Последний подъем потока сейсмической энергии сопровождался также специфическим изменением распределения землетрясений по их механизму, что, по-видимому, объясняет большинство пропусков в прогнозе землетрясений из диапазона М7.5+ (которые имеют магнитуды меньше 7.8 и являются взбросами или сбросами). Очевидно, что это замечание не может приниматься, и не принималось во внимание при оценке результатов теста.

Таблица 5. Оценка эффективности алгоритмов М8 и М8-М8е: Прогноз Землетрясений С магнитудой 7.5 И выше. Примечание: Оценка уровня доверия использует наиболее консервативную меру объема тревоги, учитывающую эмпирическое распределение эпицентров

Период теста Сильные события Процент объема | Уровень тревоги р, % | доверия, %

Предсказано Всего

М8 Мв-МБс М8 М8-МБс М8 \18-MSc

1985-2003 30 16 52 34.35 11.05 99.95 99.99

1992-2003 19 10 39 28.77 1045 99.34 99.43

Недостатки теста. Использование алгоритмического описания и реализующего это описание алгоритма в эталонной версии «черного ящика» практически исключает неоднозначности проверки гипотезы о комплексной активизации сейсмичности перед сильным толчком. Основным, хотя и не критическим, недостатком предложенного теста является его субъективная часть - выбор числа и расположения кругов исследования.

Не следует относить к недостаткам теста пространственно-временную точность прогнозов по алгоритмам М8 и М8е, а также объективно существующую неопределенность оценок величины землетрясения [95]. И то и другое скорее ограничения сегодняшних задач и возможностей. Поскольку неоднозначность в определении магнитуды землетрясения в принципе способна повлиять не только на статистику тестирования, но и существенно исказить физической характер прогноза [47], необходимо дол>Ш1И 11.1Ы 33

I ^БНБЛИОиКА |

33 I СОтрЗ»^ ,

; о* "т__»

изменениями в процедурах компиляции данных. К сожалению, следует признать, что зарезервированная в дизайне теста [30] реадаптация алгоритмов в случае изменения процедур составления пополнения глобального каталога, по-видимому, не только обоснована [56, 67, 69], но и необходима в дальнейшем мониторинге сейсмичности Земли с целью прогноза сильнейших землетрясений мира Отметим, что до настоящего времени такая реадаптация не проводилась.

Разработанная методика и схема эксперимента по проверке алгоритма М8 были опробованы сначала в ретроспективной симуляции мониторинга сейсмичности Тихоокеанского пояса, а затем для сейсмоактивных регионов бывшего СССР и ряда зарубежных стран [30, 37]. К сожалению, после 1993 года возможность мониторинга сейсмичности по данным каталога «Землетрясения в СССР» с целью прогноза сильнейших землетрясений на Кавказе, в Туркмении и Республиках Средней Азии была утрачена из-за распада Союза, в частности, из-за возникновения локальных конфликтов на Кавказе и в Средней Азии. Это обстоятельство не позволяет отнести без оговорок эксперимент на территории сейсмически активных районов СССР в разряд прогноза в реальном времени, несмотря на то, что несколько землетрясений, включая разрушительное Спитакское 1988 года, были заблаговременно предсказаны. Поэтому, не уточняя детали, ограничимся лишь краткой сводкой результатов. В целом, за время мониторинга в дополнительных регионах было предсказано шесть из семи сильных землетрясений. При этом периоды повышенной вероятности составляли «15% от общего числа единиц прогноза» [37]. Отметим, что время на Камчатке и Курильских островах мониторинг не прекращался из-за возможности дублирования по Глобальному каталогу сейсмичности.

В заключение Главы 4 рассмотрен редчайший случай из истории эксперимента, относящегося к диапазону М7.5 + . Прогноз двух сильнейших глубоких землетрясений 19 августа 2002 года в районе о-вов Фиджи дает основания для предположения о пределах предсказуемости. Конкретнее, эти землетрясения произошли на расстоянии около 300 км друг от друга, вспоров почти точно сегмент зоны субдукции, выделенный комбинацией алгоритмов М8-М8е в ходе мониторинга глобальной сейсмичности [97]. Лишь 444 секунды разделяют эти два события. Не исключено, что, будь на то время, адаптация региона после первого из них могла изменить состояние системы разломов и блоков настолько, что возникновение второго землетрясения стало бы уже невозможным событием, например, из-за сброшенных напряжений и/или возникновения новых барьеров и/или

изменившейся геометрической несовместности. Поэтому вполне вероятно, что даже в столь краткосрочном масштабе времени очаг грядущего землетрясения может иметь «свободу выбора» своей окончательной локализации порядка 2-4 своих размеров.

Глава 5. Последовательности землетрясений до и после сильнейших сейсмических событий, 1985-2001.

Детально рассмотрены последовательности землетрясений до и после 15 землетрясений с магнитудой от 8.0 и выше после 1985 года, которые свидетельствуют в пользу каскадной динамики сейсмического процесса и указывают на возможные пути к краткосрочному прогнозу точной локализации. Большинство из сильнейших событий произошли в регионах с высокой сейсмической активностью, где среднегодовое число зарегистрированных землетрясений достаточно для применения стандартных версий алгоритмов среднесрочного прогноза землетрясений М8 и MSc для магнитуды 8.0 и выше. Лишь четыре землетрясения (о-ва Маккуори, 1989; Глубокое Боливийское, 1994;. Море Баллени, 1998; штат Гуджарат, Индия, 2001) произошли в сейсмически малоактивных регионах. Уже одна сводка результатов прогноза по алгоритмам М8 и MSc (Таблица 4), безусловно, свидетельствует в пользу иерархической активизации. Действительно, девять землетрясений предсказаны алгоритмом М8, причем только два из них - 17 февраля 1996 года в Новой Гвинее и 14 ноября 2001 года в Китае - пропущены алгоритмом MSc во втором приближении. Лишь два землетрясения - 23 июня 2001 года у берегов Перу и 25 сентября 2003 года у берегов Хоккайдо - пропущены, что не исключает иных проявлений активизации, чем рассматриваемые алгоритмами М8 и MSc. Более того, повышение активности, предшествующее землетрясениям на о-вах Маккуори и в море Баллени может быть распознано модифицированной версией алгоритма М8, применяемой в регионах с невысокой сейсмической активностью. Эта версия отличается от стандартной лишь пониженной частотой событий, используемых при вычислении функционалов алгоритма. Так, в случае землетрясения Маккуори, стандартный порог 20 основных толчков в год снижен до 4, а в случае землетрясения Баллени - до 8 толчков в год. Глубокое Боливийское землетрясение 1994 года произошло в стороне от оси сейсмического пояса на расстоянии всего 80 км от области тревоги, объявленной по стандартной версии алгоритма М8. Имеющиеся данные не позволяют с уверенностью говорить о взаимосвязи землетрясения и тревоги, хотя такая возможность не

исключена. Аналогично, землетрясение 26 января 2001 года в штате Гуджарат на юго-западе Индии произошло за пределами областей исследования Глобального теста. Однако в одной из наиболее близких областей в это время была объявлена тревога по алгоритму М8, расстояние до границы которой в этом случае составило около 240 км.

Рве. 5. Прогноз сильнейших землетрясений мира, 1985-2003: о-в Шикотан, 04.10.1994, М=8.1

Приведем подробно лишь одну из 15 рассмотренных сейсмических историй (Таблица 6). Землетрясение 4 октября 1994 года с магнитудой М=8.1 произошло на о-ве Шикотан (Рис. 5). На пространственно-временной диаграмме распределения сейсмичности в окрестности его очага можно отметить сейсмическое затишье в 1993 году на 400 км сегменте Курильского сейсмического пояса. Однако, как видно из рисунка, такого рода затишья не являются выдающимися для этого региона и периодически просматриваются на данной диаграмме за исследуемый период времени (например, широкие области затишья в 1977 и 1980 годы). С конца 70-х годов регион находился в устойчивом сейсмическом состоянии, характеризующимся стабильным потоком землетрясений. С 90-х годов началось общее повышение активности. В 1991 году двухнедельный рой землетрясений, 7 из которых имели магнитуду 6.0 и выше, произошел в северной части региона недалеко от о-ва Уруп и завершился землетрясением магнитуды 7.4. В августе 1994 года примерно в 200 км к северо-востоку от будущего эпицентра

Шикотанского землетрясения произошел аналогичный рой землетрясений (ромб на Рис. 5), 7 из которых имели магнитуду, превышающую 6.0. Непосредственно вслед за этим роем последовало более глубокое (76 км) землетрясение с магнитудой 6.2 у южной оконечности о-ва Кунашир. Таким образом, за 5 недель до сильнейшего землетрясения границы его будущей зоны афтершоков, ранее точно определенные по алгоритму М8е, были специально отмечены сейсмичностью [40]. Следует отметить, что к моменту Итурупского землетрясения 3 декабря 1995 года произошло в 200 км северо-восточнее Шикотанского землетрясения, алгоритм М8е правильно изменил уточненную локализацию прогноза [51]. Событие 3 декабря 1995 года уникально наличием многочисленных форшоков, начавшихся 24 ноября землетрясением с магнитудой 6.6 и продолжавшихся вплоть до основного толчка. Форшоковый рой содержал 64 землетрясения с магнитудой 4.0 и выше, причем 19 из них имели магнитуду, превышающую 5.0, а четыре - магнитуду 6.0 и более.

Шикотанское землетрясение вызвало исключительно большое количество афтершоков. Формально Итурупское землетрясение 3 декабря 1995 года с магнитудой 8.0 является афтершоком Шикотанского землетрясения, так как произошло в 180 км от него и лишь на 14 месяцев позднее. В [86] это событие вместе со всеми его афтершоками бьшо исключено из рассмотрения при анализе основного толчка 4 октября 1994 года. Даже в этом случае в течение трех лет количество афтершоков с магнитудой 6.0 и выше превышает 20. График числа афтершоков не может быть достаточно хорошо аппроксимирован степенной функцией даже в первые сто дней после основного толчка. Для адекватной аппроксимации требуется сумма нескольких таких функций, то есть модифицированный закон Омори с афтершоками афтершоков, причем начала суммируемых последовательностей в этом случае ассоциируются с временами сильнейших афтершоков Шикотанского землетрясения с магнитудами 7.3 и 6.9.

За десять лет, предшествующих Шикотанскому землетрясению, в его 200 км окрестности наблюдается устойчиво стабильный уровень сейсмической активности, равный 0.092 события с магнитудой от 4.0 и выше в день. Примерно через два года после сильного землетрясения интенсивность сейсмического потока выходит на новое стационарное значение в 2.5 раза превышающее предыдущее фоновое.

Таблица 6. Наблюдаемые явления перед землетрясениями с магнитудой 8.0 и выше, 1985-2003.

Примечание: *В районе Мексиканского землетрясения применялся модифицированный алгоритм MSc. **Использована версия алгоритма М8 для регионов низкой сейсмичности.

Время

М8 MSc

Да Да*

Да Да

Да" -

Да Да

Примечание

1985/09/19

13:17:47

1986/10/20

06:4609

1989/05/23

10:54:46

1993/08/08

08:3424

1994/06/09

00:33:16

1994/10/04

13:22.55

1995/04/07

22:06:56 1995/12/03 1801:08 1996/02/17

05:59.30

1998/03/25

03:1225 2000/06/04 16.28:26 2001/01/26 03:16:40

2001/06/23

20:33:14

2001/11/14

09.26:10

2003/09/25

19:50.06

Да Да Да Да Да" Да

Нет Да Нет

Да Да Да Нет

Да

Нет Нет Нет

Затишье, активизация. Активизация, рой за 4 месяца Необычное землетрясение за 2 недели Активизация, землетрясение за 2 месяца Необычное землетрясение за 5 месяцев Активизация, рой за 5 недель Рой за 3 месяца Активизация, рой за 1 час Активизация, рой за 11 месяцев ? Активизация? землетрясение за 4 месяца? Активизация, затишье, концентрация -Необычное землетрясение за месяц Необычного не наблюдалось Активизация Предвестниковая цепочка землетрясений

В заключение Главы 5 детально рассматриваются два исключительных примера. Первый из них иллюстрирует, остающиеся еще пока не достаточно исследованными, возможности использования дополнительных и, что примечательно, не сейсмологических наблюдений за состоянием системы разломов и блоков в период ожидания сильного землетрясения и связан с регистрацией характерного изменения электромагнитного ULF сигнала вблизи эпицентра землетрясения 15 июля 1995 года в районе города Йонг Денг, КНР [83]. Второй пример демонстрирует возможные границы подобия и универсальности активизации в процессе образования разрыва твердой коры и относится к последовательности «звездотрясений» нейтронной звезды SGR1806-20, сильнейшее из

которых предварялось восходящим каскадом «форшоков» и вызвало нисходящий каскад «афтершоков» [77].

На основании рассмотрения последовательностей землетрясений до и после всех без исключения сильнейших сейсмических событий после 1985 года и двух дополнительных примеров делаются следующие выводы:

• Землетрясения остаются пока единственными наблюдаемыми проявлениями поведения нелинейной динамической системы разломов и блоков литосферы, которые систематически регистрируются по всей территории Земли в течение длительного промежутка времени (несколько десятилетий). Иерархическая природа литосферы проявляется во взаимодействии событий, находящихся на соседних уровнях энергии, пространства и времени. Сильные землетрясения обычно сопровождаются афтершоками, которые каскадом перераспределяют энергию от главного толчка вниз по иерархии и, наоборот, форшоки больших событий, когда они случаются, есть проявление обратного каскада энергии от сейсмического фона вверх к основному толчку.

• Систематический анализ сейсмической обстановки до и после всех 11 сильнейших землетрясений мира, произошедших в 1985-2000 годы подтверждает гипотезу об иерархической активизации сейсмичности в районе готовящегося сильного землетрясения. За исключительно редкими случаями эту активизацию удается распознать с помощью алгоритма М8. На фоне среднесрочной активизации в большинстве случаев наблюдается краткосрочнные (в масштабе месяцев и менее) проявления повышенной сейсмической активности (рои, уникальные события) на расстояниях, сравнимых с размерами очага готовящегося сильного землетрясения. Лишь перед двумя из 11 рассмотренных сильнейших землетрясений мира наблюдалось среднесрочное сейсмическое затишье [80,86].

• Сейсмичность Земли естественно ассоциировать [79, 88, 89, 95] с термодинамической системой, в которой очень слабые землетрясения представляют собой независимый фоновый шум, модулированный «сейсмическим циклом». Частота появления слабых землетрясений пропорциональна скорости роста региональной деформации, которая в свою очередь пропорциональна частоте возникновения более сильных землетрясений. Ассоциация сильного землетрясения-катастрофы с фазовым переходом второго рода порождает естественное предположение об обратном каскаде разрывов малых размеров к основному разрыву. Пример сильнейших землетрясений показывает, что в среднесрочном масштабе времени на средне удаленных

дистанциях ускоренный рост деформации по Беньоффу в основном эпизодичен и не является типичным окончанием интервала времени накануне сильного землетрясения. В большинстве случаев ускорение оканчивалось за год и более до основного толчка.

• Проявление обратного каскада к основному толчку не имеет характер степенного роста непосредственно к моменту сильного события. Скорее можно утверждать, что аномально большие значения региональной деформации по Беньоффу систематически наблюдаются лишь в среднесрочном масштабе времени.

• Систематическое изучение [80, 86-88] пространственно-временного распределения афтершоков сильнейших землетрясений указывает на большое разнообразие сценариев перехода системы разломов и блоков в новое энергетическое состояние. Афтершоковые последовательности событий приблизительно одного размера очень не похожи друг на друга. Они различаются общим количеством афтершоков, скоростью убывания их числа во времени, а также продолжительностью серии афтершоков. Внутри отдельной последовательности часто наблюдаются резкие смены интенсивности, которые не всегда связаны с возникновением сильного афтершока, сопровождающегося своими афтершоками.

• Эффективная продолжительность последовательностей афтершоков, то есть период, когда интенсивность потока землетрясений в афтершоковой зоне продолжает убывать, может изменяться от двух недель до двух лет. Вновь установившееся стационарное значение интенсивности потока обычно выше, чем предыдущее фоновое, причем иногда в несколько раз.

• Закон Омори в оригинальной или модифицированной формулировке не является универсальным приближением афтершоковой серии. Его использование при оценке вероятности повторных толчков может приводить к ошибочным оценкам опасности. Кластеры взаимосвязанных сейсмических событий требуют более подробного анализа, основанного на современных объемах данных и вычислительных возможностях [89,95,102,104].

• Последовательности землетрясений вблизи каждого из сильнейших событий последних лет свидетельствуют о том, что в динамике литосферы существует множество стационарных состояний. Переход из одного состояния в другое может реализовываться как через катастрофу - сильное землетрясение, так и без нее. Характерным поведением системы разломов и блоков является самоорганизующаяся перемежаемость состояний. Это относится как к сейсмическому потоку

в целом, так и к его составным частям - предвестниковой активизации и каскаду афтершоков [95,104].

• Примеры динамики землетрясений накануне некоторых сильнейших землетрясений мира указывают на возможность в ряде случаев краткосрочного прогноза максимально достижимой локализации при более детальном наблюдении за сейсмическим режимом в период среднесрочной тревоги. Такое наблюдение естественно не должно ограничиваться исключительно сейсмологическими параметрами. О перспективе использования электромагнитного мониторинга в районе среднесрочной тревоги свидетельствует исследование теллурического сигнала из района «сейсмической бреши Тяньджу» [83]. Однако, к сожалению, количество подобных надежных свидетельств явно не достаточно для обоснованных выводов о реальных возможностях таких методов прогноза землетрясений.

• Исследование последовательности вспышек нейтронной звезды 80Я1806-20 показывает [77], что границы применимости общих принципов подобия процессов множественного разрушения значительно шире масштабов Земли. «Звездотрясениям», как и их земным аналогам, присущи 1) закон повторяемости Гутенберга-Рихтера, 2) группируемость во времени, 3) буквально модельное, степенное возрастание, как числа, так и «накопленной деформации по Беньоффу» к моменту «основного толчка», украшенное в обоих случаях четырьмя логпериодическими модуляциями, и 4) образцово показательное степенное падение, как числа, так и накопленной деформации в последовательности афтершоков. Наконец, «звездотрясеиия» предваряются аналогами предвестников сильных землетрясений, в частности, «алгоритм М8» заблаговременно диагностирует период повышенной вероятности для сильнейшего из них.

Заключение

Диссертационная работа суммирует систематические исследования автора, направленные на разработку и объективную проверку воспроизводимой методологии прогноза катастрофических землетрясений. Эффективность двух среднесрочных алгоритмов прогноза М8 и М8е доказана в ходе строгого многолетнего теста в реальном времени.

Предвестниковая активизация, лежащая в основе алгоритмов, подобна в широком диапазоне магнитуд, определяющих сильнейшее землетрясение, и наблюдается в разнообразном тектоническом окружении. Алгоритмы ее идентификации в двух аппроксимациях

разработаны, проверены в ретроспекции и используются вот уже более десяти лет в эксперименте для среднесрочного среднедистанционного прогноза сильнейших землетрясений мира в реальном времени. В частности предсказаны семь из девяти землетрясений с магнитудой от 8.0, которые произошли в областях мониторинга главных сейсмических поясов мира. Результаты тестирования позволяют сделать вполне определенные положительные выводы об эффективности и высокой надежности прогноза, основанного на диагностике предвестниковой активизации. Статистическая значимость результатов прогноза в реальном времени подтверждает парадигмы, лежащие в основе методологии:

• Предвестниковые проявления катастроф присущи сейсмичности;

• Предвестниковые проявления катастрофических землетрясений формируются на территориях значительно превышающих размеры его очага за месяцы и годы до его возникновения;

• Предвестниковые проявления землетрясений подчинены законам подобия, справедливым в разнообразном тектоническом окружении;

• Предвестниковые проявления присущи также и другим сложным иерархическим нелинейным системам.

Существование предвестниковой активизации накладывает надежные эмпирические ограничения на модели сейсмичности и последовательностей землетрясений. Ее характер свидетельствует о том, что распределение сейсмичности является задачей статистической физики, и подтверждает гипотезу о том, что землетрясения подчиняются общему закону развития иерархического процесса восходящего через последовательности обратных каскадов к самоподобному поведению (промежуточная асимптотика), которое обрывается на больших масштабах катастрофой и взрывом прямых каскадов порожденных событий.

Точность прогнозов по алгоритмам, использующим предвестниковую активизацию, хотя и не слишком велика в настоящее время, но адекватна характеру используемых данных и вполне достаточна для принятия решений о проведении инспекций и учений служб спасения и гражданской обороны, а также других профилактических мероприятий. Методология стратегий использования прогнозов такого рода разработана Г.М. Молчаным в работах 1994-1997 годов [78] и может применяться на практике для принятия своевременных мер, позволяющих предотвратить заметную часть социального и экономического ущерба от катастрофического землетрясения.

Список основных публикаций по теме диссертации

1 Кейлис Борок В И, Кособокое В Г Комплекс долгосрочных предвестников для сильнейших землетрясений мира. Землетрясения и предупреждение стихийных бедствии 27 и Международный геаюгическии конгресс, 4-14 августа 1984 г, Москва.

Коллоквиум С6 М Наука, 1984, том 61,56 66

2 Акашех Б, Кособокое В Г Предвестник группирования перед сильнейшими землетрясениями Ир ано-Афганского региона. Теория и анатз сеиамоюгическои информации М Наука, 1985,105 112 (Вычистителънаясеислююгия, Выпуск 18)

3 Kossobokov V G The test ofalgonthm M8, In MA. Sadovsky (Ed) Algorithms oflong term earthquake prediction, CERESIS, Lima, Peru, 1986,42 52

4 Gabnelov, AM , Dnutneva OE , Keilis-Borok VI, Kossobokov VG, Kouznetsov IV, Levshina T A., Mirzoev K.M, Molchan G M, Negmatullaev S Kh, Pisarenko V F, Prozoroff A G, Renehart W, Rotwain IM, Shebahn P N, Shnirman M G, Schreider S Yu, 1986 Algorithms oflong term earthquake prediction CERESIS, Lima (Peru), 61 p

5 Кейлис Борок В И , Кособокое ВГ, Ротвайн ИМ, 1986 Раздел I Алгоритмы долгосрочного прогноза. В кн Дотгосрочныи прогноз землетрясении Методические рекомендации IПод ред акад М.А Садовского // М ИФЗ АН СССР, 11 28

6 Кособокое В Г, Мирзоев К.М, Негматуллаев С X., Рейнхарт У, Кейлис Борок В И,

1986 Раздел Ш Испытание алгоритма М8 Кавказ В кн Долгосрочный прогноз землетрясении Методические рекомендации I Под ред акад М А Садовского // М ИФЗ АН СССР, 89-109

7 Гвишиани АД, Горшхое А И., Кособокое В Г, Ранцман ЕЯ Морфоструктура и места землетрясений Большого Кавказа // Изе АН СССР Физика Зелии 1986 9,15 23

8 Кейлис Борок В И, Кособокое ВТ Периоды повышенной вероятности возникновения сильнейших землетрясений мира Математические методы в сеисмоюгии и геодинамике М Наука, 1986,48 58 (Вычиаителъная сеисмоюч/я Выпуск 19)

9 Gvishiani, A, A Gorshkov, V Kosobokov, A Cistemas, H Philip, С Weber Identification of Seisrracally Dangerous Zones in the Pyrenees Annates Geoph^icae 5(6) 681-690,1987

10 Keihs-Borok, VJ, and VG Kossobokov Periods of high probability of occurrence of the worlds strongest earthquakes. Computational Seismology 19, Allerton Press Inc, p 45-53,

1987

11 Гвишиани, А Д, А И Горшков, В Г Кособокое Распознавание высокосейсмичных зон в Пиренеях Доклады АН СССР Серия Теофизика", 292, № 1,56-59,1987

12 Дмитриева ОЕ, Кейлис Борок В И, Кособокое В Г, Кузнецов ИВ, Левшина ТА , Мирзоев К-М, Негматуллаев С X., Писаренко В Ф, Ротвайн И М, Шрейдер С Ю Диагностика периодов повышенной вероятности сильных землетрясений в сейсмоопасных регионах СССР и ряда других стран Численное моделирование и анализ геофизических процессов М Наука, 1987,99 111 (Вычислительная сеислююгия Выпуск 20)

13 Keihs Borok, VI, and Kossobokov V G Premonitory activation of seismic flow Algonthm M8 Lecture Notes of the Workshop on Global Geophysical Informatics with Applications to Research m Earthquake Prediction and Reduction of Seismic Risk (15 Nov-16 Dec, 1988), ICTP, Trieste, 1988,17 p

14 Kossobokov VG and Mazhkenov S A. Spatial characteristics of similarity for earthquake sequences Fractahty of seismicity Lecture Notes of the Workshop on Global Geophysical Informatics with Applications to Research m Earthquake Prediction and Reduction of Seismic Risk(\5 Nov -16 Dec. 1988), ICTP, 1988, Tneste, 15 p

15 Гизике А, Кейлис Борок В И, Кособокое В J", Кузнецов И В Диагностика периодов повышенной вероятности сильнейших землетрясений Южной Америки по комплексу сейсмологических параметров Проблемы сеиаююгическои информатики М Наука, 1988,25 32 (Вычислительнаясейсмология Выпуск21)

16 Akasheh В, Kossobokov VG Premonitory clustering before strong earthquakes in Iran-Afghan region Bollettmo di Geofisica Teonca ed Apphcata, 1989, XXXI, No 122, 159-162

17. Bhatia S.C., Chalara S.V., Gaur V.K., Keilis-Borok V.I., Kossobokov V.G., On intermediate-term prediction of strong earthquakes in the Himalayan arc region using pattern recognition algorithm M8. Proc. IndianAc. Sci.. Earth andPlanetary Sciences, 1989,98, No. 1,

111-123.

18. Kossobokov V.G., Rastogi B.K., Gaur V.K., On self-similarity of premonitory patterns in the regions of natural and induced seismicity. Proc. Indian Ac. ScL. Earth and Planetary Sciences,

1989.98, No. 4,309-318.

19. Кейлис-Борок В.И., Кособокое В.Г., Мажкенов С.А. О подобии в пространственном распределении сейсмичности. Теория и алгоритмы интерпретации геофизических данных. М.: Наука, 1989,28-40. (Вычислительная сейсмология, Выпуск 22).

20. Кособокое В.Г., Мажкенов С.А. Диагностика периодов повышенной вероятности сильных землетрясений в восточном Тянь-Шане по алгоритму М8. Теория и алгоритмы интерпретации геофизических данных. М.: Наука, 1989, с.41-45. (Вычислительная сейсмология. Выпуск 22).

21. Keilis-Borok, V.I., and Kossobokov V.G. Premonitory activation of seismic flow: algorithm M8. Phys. Earth Planet. Inter., 1990,61,73-83.

22. Keilis-Borok, V.I., and Kossobokov V.G.. Times of Increased Probability of Strong Earthquakes (M £ 7.5) Diagnosed by Algorithm M8 in Japan and Adjacent Territories, J. Geophys. Res., 1990.95, No. B8,12413-12422.

23. Keilis-Borok. V.I., L. Knopoff, V.G. Kossobokov, and I.M. Rotvain. Intermediate-term prediction in advance of the Loma Prieta earthquake, Geophys. Res. Letters. 1990, 17, No. 9, 1461-1464.

24. Keilis-Borok, V.I., V.G. Kossobokov, and S.W. Smith. Reduction of territorial uncertainty of earthquake forecasting. Phys. Earth Planet. Inter., 1990,61, R1-R4.

25. Kossobokov, V.G., V.I. Keilis-Borok, and S.W. Smith, Localization of intermediate-term earthquake prediction,/ Geophys. Res., 1990,95, No. В12,19763-19772.

26. Latoussakis. J., and V.G. Kossobokov, Intermediate Term Earthquake Prediction in the Area of Greece: Application of the Algorithm M8, PureAppL Geophys., 1990,134, No. 2,261-282.

27. Гаур В.К., Кейлис-Борок В.И., Кособокое В.Г., Растоги Б.К.. Диагностика периодов повышенной вероятности сильных землетрясений в районе "наведенной сейсмичности" (плотина Койна). Компьютерный анализ геофизических полей. М.: Наука, 1990, 68-75. (Вычиаителъная сейсмология. Выпуск23).

28. Кособокое В.Г.. По поводу статьи АД. Сытинского «О связи землетрясений с солнечной активностью». Известия.АН СССР. Физика Зе. или, 1991,3,110-112

29. Gahalaut, V.K., I.V. Kuznetsov, V.G. Kossobokov, A.M. Gabrielov, and V.I. Keilis-Borok, Application of pattern recognition algorithm in the seismic belts of the Indian convergent plate margins - M8 algorithm. Proc. Indian Acad. Sci. (Earth Planet. .ScL), 1992,101 (3): 239-254.

30. Healy, J. H., V. G. Kossobokov, and J. W. Dewey. A test to evaluate the earthquake prediction algorithm, M8, U.S. GeoL Surv. Open-File Report 92-401,23 p. with 6 Appendices, 1992.

31. Kossobokov.V.G., and S.A.Mazhkenov, Frequency of seismic sequence in focal regions. Inland Earthquake. 1992,6,3:309-312 (на китайском языке).

32. Кособокое В.Г., Мажкенов С.А. Интенсивность потока землетрясений в очаговой области //ДокладыАкадемии наук Республики Казахстан, 1992, № 1.53-57.

33. Хохлов, А.В., В.Г. Кособокое и ЕШ. Кейлис-Борок. Сейсмический поток и сильные землетрясения северо-запада Тихоокеанского сейсмического пояса. Доклады РАН, 1992, 325,1:60-63

34. Кособокое В.Г., ДжХ Хили, В.И. Кейлис-Борок, Дж.У. Дьюи, А.В. Хохлов, 1992. Проверка алгоритма среднесрочного прогноза землетрясений: схема теста в реальном времени и результаты ретроспекции.Доклады РАН. 325.1:46-48

35. Kossobokov.V.G., and J.H.Healy, Changes of Seismicity in the Western United States Preceding the Landers Earthquake on June 28, 1992: Case History and Current State of the M8 Predictions. Second Workshop on Non-Linear Dynamics and Earthquake Prediction, 22 November -10 December 1993. Trieste: ICTP. H4.SMR/709-16,12 p.

36. Габриэлов, А.М., В.Г. Кособокое и А.А. Соловьев. Интерпретация блоковой структуры региона посредством блоковой модели динамики литосферы. Математическое

моделирование сейсмотектонических процессов в литосфере, ориентироважое на проблему прогноза землетрясении. Выпуск 1 М МИПТ РАН, 1993,11-19

37 Кособокое, В Г, и А В Хохлов Экспериментальный среднесрочный прогноз в реальном времени Проверка алгоритма М8 Математическое моделирование сейсмотектонических процессов в гитосфере, ориентированное на проблему прогноза землетрясении Выпуск 1 М МИТП РАН, 1993.53-60

38 Kossobokov, V G Intermediate term changes of seismicity in advance of the Guam Earthquake on August 8, 1993, EOS Transactions 75, No 25, AGU 1994 Western Pacific Geophysics Meeting, Additional Abstracts, 1994, SE22A 10

39 Gabnclov A, V Kossobokov, and A. Soloviev, Numerical simulation of block structure dynamics In Seismicity and Related Processes in the Environment Vol 1 Moscow Research and Coordinating Centre for Seismology and Engineering 1994 22 32

40 Kossobokov, V G, Healy, J H, Dewey, J W, and Tikhonov, I N, Precursory changes of seismicity before the October 4,1994 Southern Kunl Islands earthquake, EOS Transactions 7S, No 44,1994 AGU Fall Meeting Addendum, 1994, S51F 11

41 Kosobokov, V G, and S A. Mazhkenov, On similan'y in the spatial distnbubon of seismicity In D ICChowdhury (ed), Computational Seismology and Geodynamics /Am. Geophys Un, 1, Washington, D С The Union, 1994 6-15

42 Kossobokov.V G, and S A Mazhkenov, Fractahty of seismicity and its application in earthquake prediction Inland Earthquake, 1994 8,1 91 94

43 Kossobokov.V G, and J M Carlson, Active zone size vs activity A study of different seismicity patterns in the context of the prediction algorithm M8 J Geophys Res, 1995 104), B4 6431-6441

44 Gasilov, V, V Maksimov V Kossobokov, A Prozorov, and A Soloviev Numerical Simulation of Block Structure Dynamics II Examples Third Workshop on Non Linear

Dynamics and Earthquake Prediction, 6-17 November 1995, Trieste ICTP, 1995, H4SMR/879-3,48p

45 Kossobokov, V G, VI Keilis Borok, J H Healy, and J W Dewey, The M8 earthquake prediction algorithm Ten years of application and testing Proc XXI General Assembly of IUGG, Abstracts, Week A, Boulder, Colorado, July 2 14,1995 A401

46 Kossobokov, V G, and L.L. Romashkova, Refinement of the accuracy of intermediate term earthquake predictions Proc XXI General Assembly of IUGG Abstracts, Week A Boulder Colorado, July 2 14,1995 A378

47 Kossobokov, VG, and PN Shebalin, 1995 Comment on "Catalog Errors and the M8 Earthquake Prediction Algorithms "by Ray E Habermann and Fred Creamer Third Workshop on Non Linear Dynamics and Earthquake Prediction, 6-17 November 1995, Trieste ICTP, H4SMR/879 ll,20p

48 Kossobokov, V G, Healy, J H, Dewey, J W, and Romashkova, L. L, Intermediate-term changes of seismicity in advance of the 10 June 1996 Delaroff Islands earthquake, EOS Transactions 77, No 46,1996 AGU Fall Meeting, 1996, S31A-08

49 Nishenko, S P, С Bufe J Dewey, D Vames, J Healy, K. Jacob and V Kossobokov, Delaroff Islands earthquake - a successful earthquake forecast/prediction9 EOS Transactions 77, No 46, 1996 AGU Fall Meeting, 1996, S71C 04

50 Kossobokov, V G, and Turcotte, D L., A systematic global assessment of the seismic risk, EOS Transactions 77, Ho 4 6,19% AGU Fall Meeting 1996 S12E-O3

51 Кособокое В Г, ДжХ Хили, ДжУ Дьюи ГШ Шебалин и ИЛ Тихонов Заблаговременный среднесрочный прогноз Южно Курильских землетрясений 4 октября и 3 декабря 1995 года Современные проблемы сейсмичности и динамики Земли М. Наука, 1996 46-55 (Вычислительная сеисмоюгия Выпуск 28)

52 Ромашкова Л Л, В Г Кособокое Параметры концентрации очагов в алгоритме среднесрочного прогноза землетрясений Современные проблемы сейсмичности и динамики Земли М Наука, 1996 56-66 (Вычислитеиная сеисмоюгия. Выпуск28)

53 Kossobokov, V G User Manual for M8 In Healy, J H, Keihs Borok, VI, and Lee, W H К (Eds), Algorithms for earthquake statistics and prediction IASPEI Software Libraiy, Vol 6 Seismol Soc Am., El Cemto, CA, 1997

54. Kossobokov.V.G. Catalogs of Earthquakes. Fourth Workshop on Non-linear Dynamics and Earthquake Prediction, 6 - 24 October 1997, Trieste: ICTP, H4.SMR/1011-4,9 p.

55. Kossobokov, V.G.. J.H. Healy, and J.W. Dewey, Testing an earthquake prediction algorithm. PureAppi Geophys., 1997.149:219-232.

56. Kossobokov, V.G., J.H. Healy, and J.W. Dewey, Testing an earthquake prediction algorithm: A global increase of seismic activity. Proc. of the 29th General Assetnbly of the IASPEI. August 18-28,1997, Thessaloniki. Greece. Abstracts: 346.

57. Keilis-Borok» V.L, V.G. Kossobokov, K. Maeda, and S. Uycda, A composite hierarchical approach to earthquake prediction. Proc. of the 29th General Assembly of the IASPEI. August 18-28,1997, Thessaloniki, Greece. Abstracts: 143.

58. Kossobokov, V.G., How to measure space occupied by seismicity? Proc. XXV! General Assembly of the European Seismological Commission (ESC). Abstracts, Dan Panorama Hotel, Tel Aviv, Israel, August 23-28.1998:37.

59. Kossobokov, V.G., V.I. Keilis-Borok, and J.H. Healy, Recent great earthquakes prove statistical significance of the M8 algorithm. Proc. XXVI General Assembly of the European Seismological Commission (ESC), Abstracts, Dan Panorama Hotel, Tel Aviv, Israel, August 23-28,1998:42.

60. Kossobokov, V.G., J.H. Healy, and J.W. Dewey, Testing an earthquake prediction algorithm: M7.5+ earthquakes in Circum Pacific, 1992-1997. Proc. XXV! General Assembly of the European Seismological Commission (ESC), Abstracts, Dan Panorama Hotel, Tel Aviv, hrael, August 23-28,1998:42.

61. Kossobokov, V.G. and LJL Rornashkova, Intermediate-term prediction of earthquakes in

regions of low seismicity. Proc. XXVI General Assembly of the European Seismological

Commission (ESC), Abstracts, Dan Panorama Hotel, Tel Aviv, Israel, August 23-28,1998:84.

62. Kossobokov, V.G., Prediction of large events in models of seismicity. Proc. XXV! General Assembly of the European Seismological Commission (ESC), Abstracts, Dan Panorama Hotel, Tel Aviv, Israel, August 23-28,1998:86.

63. Kossobokov, V. G., V. I. Keilis-Borok, and J. H. Healy. The M8 Algorithm and Recent Magnitude 8.0 and above Earthquakes. Proc. Uni. Alaska Workshop on Seismicity Patterns Their Statistical Significance and Physical Meaning (Nikko, Japan, 11/12 May 1998). 1998,12.

64. Kossobokov, V.G., V.L Keilis-Borok, and J.H. Healy, Magnitude 8.0 and above earthquakes, 1985-1997, prove statistical significance of an earthquake prediction method. Journal of Conference Abstracts, 1998,3,1:117 (Cambridge Publications).

65. Romachkova, L.L., V.G. Kossobokov. G F. Panza, and G. Costa, Intermediate-term prediction of earthquakes in Italy: Algorithm M8. PureAppi Geophys., 1998,152:37-55

66. Kossobokov, V. Earthquake Prediction Algorithms. Fifth Workshop on Non-Linear Dynamics and Earthquake Prediction, 4 - 22 October 1999, Trieste: ICTP, H4.SMR/1150-18,46 p.

67. Keilis-Borok, V.I., V.G. Kossobokov, and J.H. Healy, Evolution of prediction concept after the Loma Prieta earthquake. In AGU 1999 Fall Meeting, December 3-13, 1999, San Francisco, California, American Geophysical Union: F41 (£05. Transactions. AGU, 1999, 80, 46 / Supplement).

68. Kossobokov. V., V. Keilis-Borok, J. Healy, and D. Turcotte, Earthquake prediction and earthquake preparedness: Current possibilities for the Pacific Rim. In IUGG99, Birmingham, Abstracts, Week B, Monday 26 July to Friday 30 July: B.23.

69. Kossobokov, V.G., V.L Keilis-Borok, L.L. Romashkova, & J.H. Healy, Testing earthquake prediction algorithms: Statistically significant real-time prediction of the largest earthquakes in the Circum-Pacific. 1992-1997. Phys. Earth Planet. Inter., 1999, 111, 3 A: 187-196.

70. Morat, P., Le Mouel, J.-L, Poirier, J.-P., Kossobokov, V., 1999. Heat and water transport by oscillatory convection in an underground cavity. C. R. Acad Sci. Paris 328,1-8.

71. Kossobokov, V.G., K. Maeda, and S. Uyeda, Precursory activation of seismicity in advance of the Kobe. 1995 earthquake. PureAppi Geophys., 1999.155:409A23.

72. Romashkova, L.L., and V.G. Kossobokov, The concentration of ruptures in an intermediate-term earthquake prediction algonthm. In D.K. Chowdhury (ed.). Computational Seismology and GeodynamicsI Am. Geophys. Un., 4, Washington, D.C.: The Union, 1999:64-70

73 Keihs Borok, V, V Kossobokov, I Rotwain, and A Soloviev, Earthquake Prediction Recent results and what comes next In IUGG99, Birmingham, Abstracts, Week A, Monday 19 July to Saturday 24 July A 137

74 Kossobokov, V G Pattern recognition techniques present status and recent statistical tests In 23dInternational Conference on Mathematical Geophysics Extreme Earth Events June 18 23,

2000 La Citadelle, Villefrance sur Mer, France 29

75 Kossobokov V Earthquake prediction of high statistical significance Advanced Research Workshop "State of scientific knowledge regarding earthquake occurrence and implicationsfor

public policy" (Le Dune, Piscinas - Arbus, Sardinia, Italy, October 15th - 19th, 2000), NATO ♦ Science for Peace Programme", 2000 httpVAbogeo df unibo it/arw2000

76 Healy, J H , and V Kossobokov, The failure to-predict the 1999 Ms7 8 Izmit and Ms75 Duzce earthquakes EosTrans AGU,Sl(4S) Fall Meet Suppl, Abstract S51A 18,2000 F818

77 Kossobokov, V G, VI Keihs Borok, and В Cheng, 2000 Similarities of multiple fracturing on a neutron star and on the Earth Phys Rex E 61 3529 3533

78 Kossobokov V, V Keihs Borok, G Molchan, and D Turcotte, Quantifying performance, significance, costs and benefits of an earthquake prediction method £m Trans AGU, 81 (48), Fall Meet Suppl, Abstract U72B-08 INVITED, 2000 F19

79 Kossobokov, V G, VI Keihs Borok, D L Turcotte, and В D Malamud, 2000 Implications of a statistical physics approach for earthquake hazard assessment and forecasting Pure AppL Geophys, 157 2323 2349

80 Romashkova, L., V Kossobokov, and D Turcotte, Seismic cascades prior to and after recent largest earthquakes worldwide Eos Trans AGU, 81 (48), Fall Meet Suppl, Abstract NG62C-09,2000 F564-F565

81 Keihs Borok, V., A Ismail-Zadeh, V Kossobokov and P Shebalm 2001 Non linear dynamics of the hlhobphere and intermediate-term earthquake prediction, Tectonophysics 338 247 280

82 Romashkova, LL, Kossobokov, VG, Peresan, A, and Panza, GF, 2001 Stabilizing intermediate term medium-range earthquake predictions. Preprint 1C/2001/J68 The Abdus Salam Itemational CentreforTheoretical Physics ICTP. Trieste Italy, 20 p

83 Zlotmcki, J. Kossobokov, V, and Le Mouel, J L. Frequency spectral properties of an ULF electromagnetic signal around the 21 July 1995, M = 57, Yong Deng (China) earthquake Tectonophysics 334,2001,259-270

84 Горшков, А И, ВТ Кособокое, ЕЛ Ранцман, А А Соловьев Проверка результатов распознавания мест возникновения сильных землетрясений с 1972 по 2000 год Проб1емы динамики литосферы и сейсмичности М Геос, 2001,48 57 (Вычислительная сеисмо югия. Выпуск 32)

85 Рундквист, Д В, Ю Г Гатинский, В А Буш, В Г Кособокое Территория России в современной структуре Евразии геодинамика и сейсмичность Проблемы динамики читосферы и сейсмичности М Геос, 2001, 266 277 (Вычислительная сеисмо югия, Выпуск 32)

86 Ромашкова, Л Л, В Г Кособокое Динамика сейсмической активности до и после сильнейших землетрясений мира, 1985-2000 Проблемы дииалшки литосферы и сейсмичности. М. Геос, 2001,162 189 (Вычислительнаясейсмология Выпуск32)

87 Kossobokov, V., L. Romashkova, and A Nckrasova, Scaling and nonlineanty of earthquake cascades Geophysical Research Abstracts, 4, 2002 Abstracts of the Contributions of the 27th General Assembly of the European Geophysical Society, Nice, France 21-26 April, 2002 (CD-ROM) A-04191

88 Kossobokov , V Premonitory Seismicity Patterns The results of a systematic testing Proc Conference of Mathematical Geophysics ofthe International Union ofGeodesy and Geophysics 'Pattern and Form tn the Earth s Dynamics", Torino, Italy, June 17 21,2002

89 Kossobokov, V Real time prediction of earthquakes State of the art In 50th Anniversary of the European Seismological Commission, XXVIII General Assembly, Genoa, Palazzo Ducale, 1-6 September 2002, Book of Abstracts, University of Genoa, Italy 243

90 Nekrasova, A., and V Kossobokov, Generalizing the Gutenberg Richter scaling law EOS Trans AGU, 83 (47), Fall Meet Suppl, Abstract NG62B 0958 2002

91. Romashkova, L, and V. Kossobokov, Stabilizing intermediate-term earthquake prediction in California and Nevada. EOS Trans. AGU, 83 (47). Fall Meet Suppl., Abstract NG62B-0952, 2002.

92. Panza, G.F., A. Peresan. and V. Kossobokov, La previsione dei terremoti a medio tcrmine spazio-temporale. 2Г" SECOLO Scienza e Tecnologia, 2002,13,2:20-25.

93. Kossobokov, V.G., LJL Romashkova, G.F. Panza, and A. Peresan. Stabilizing mtermediate-term medium-range earthquake predictions. J. Seismology Earthquake Engineering, 2002, 4, 2&3:11-19

94. Ромашкова JIJL, Кособокое В.Г. Пространственно стабилизированная схема применения алгоритма М8: Италия и Калифорния. Проблемы теоретической сейсмологии и сейсмичности. М.: Наука. 2002.163-185. {.Вычислительная сейсмология. Вып. 33)

95. Kossobokov. V.G.. The Physics of Earthquakes. Seismic Occurrence and its Prediction. In: A.M. Correig (Editor). Terratremols i Temporals de Uevant: Dos Exemples de Sistemes Complexes: Jornades CienXifiques de I'lnstitut d'Estudis Catalans, Seccid de Ciencies i Tecnologia (Sine Jornades Cienrifiques: 15), Institut d'Estudis Catalans (EEC), Barcelona, 7190,2003.

96. Kossobokov, V. West Pacific short-term earthquake forecast: An independent assessment. Geophysical Research Abstracts, Volume 5, 2003. Abstracts of the Contributions of the EGS-AGU-EGUJoint Assembly, Nice, France, 06-11 April, 2003 (CD-ROM): EAE03-A-06539.

97. Kossobokov. V. Intermediate-term middle-range earthquake prediction: Case history implies natural limitations on accuracy? Geophysical Research Abstracts, 5, 2003. Abstracts of the Contributions of the EGS-AGU-EGU Joint Assembly, Nice, France, 06-11 April, 2003 (CD-ROM): EAE03-A-06678.

98. Kossobokov, V., and A. Nekrasova, Generalized Gutenberg-Richter recurrence law. Geophysical Research Abstracts, 5, 2003. Abstracts of the Contributions of the EGS-AGU-EGU Joint Assembly, Nice, France, 06-11 April, 2003 (CD-ROM): EAE03-A-06597.

99. Romashkova, L., and V. Kossobokov, Stabilized multi-scale intermediate-term earthquake prediction. Geophysical Research Abstracts, 5, 2003. Abstracts of the Contributions of the EGS-AGU-EGU Joint Assembly, Nice, France, 06-11 April, 2003 (CD-ROM): EAE03-A-03784.

100. Kossobokov, V. and P. Shebalin. 4. Earthquake Prediction. In: Keilis-Borok, V.L, and A.A. Soloviev (Editors). Nonlinear Dynamics of the IMhosphere and Earthquake Prediction. Springer, Heidelberg, 141-207,2003.

101. Gorshkov, A., V. Kossobokov, and A. Soloviev. 6. Recognition of Earthquake-Prone Areas. In: Keihs-Borok, V.I., and A.A. Soloviev (Editors). Nonlinear Dynamics of the Lithosphere and Earthquake Prediction. Springer, Heidelberg, 141-207,2003.

102. Kossobokov, V.G. Earthquake prediction: Fundamentals, achievements, perspectives. In WGG2OO3, June 30 -July 11,2003, Sapporo, Japan. Abstracts, Week A: A. 148.

103. Kossobokov, V.G. An independent evaluation of the West Pacific short-term earthquake forecast. In WGG2003, June 30 - July 11,2003, Sapporo, Japan. Abstracts, Week A: A,l 84.

104. Romashkova, L.L., A.K. Nekrasova, and V.G. Kossobokov, Cascading seismic activity at the approach and after the most recent great earthquakes. In IUGG2003, June 30 - July 11, 2003, Sapporo, Japan. Abstracts, Week A: A. 164.

105. Kossobokov, V. G., D. L. Turcotte, and A. K. Nekrasova, Unified Scaling Law for Earthquakes: Implications for Hazard Assessment. Eos Trans. AGU. 84 (46), Fall Meet. Suppl., Abstract NG41B-0062,2003.

Подписано к печати 06.05.2004 г. Формат 60x901/24 объем 2 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №7 Отпечатано ООО "НОВО-ПРЕСС" 107078, Москва, Орликов пер., д.6

Р1 О 6 5 О

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Кособоков, Владимир Григорьевич

Введение.

Глава 1. Основы прогноза землетрясений.

1.1. Тектонические землетрясения.

1.2. Данные глобальной сейсмологической сети.

1.3. Распределение землетрясений по величине.

1.4. Распределение землетрясений по пространству.

1.5. Распределение землетрясений по времени.

1.6. Общий закон подобия для землетрясений.

1.7. Литосфера как сложная иерархическая нелинейная динамическая система.

1.8. Прогноз землетрясений: Определение и классификация.

1.9. Нулевая гипотеза («сейсмическая рулетка»).

1.10. Статистическая значимость: Предвестники и предрассудки.

1.11. Эффективность предвестника и стратегии прогноза.

Глава 2. Алгоритмы прогноза землетрясений.

2.1. Общий подход к описанию динамики сложной иерархической системы.

2.2. Характеристики последовательностей землетрясений.

2.3. Среднесрочный прогноз средней пространственной точности, основанный на активизации сейсмичности перед сильнейшим толчком: Алгоритм М8.

2.4. Ретроспективное тестирование алгоритма и пределов его применимости.

2.5. Перспективы модификации и оптимизации алгоритма М8.

Глава 3. Алгоритмы уточнения среднесрочного прогноза землетрясений.

3.1. Уточнение пространственной неопределенности: Алгоритм М8с.

3.2. Простые альтернативы алгоритму МБс.

3.3. Ретроспективное тестирование алгоритмов.

3.4. Физическая интерпретация феномена МБс.

Глава 4. Экспериментальный прогноз сильнейших землетрясений мира.

4.1. Дизайн теста алгоритма М8 и его комбинации с алгоритмом МБс.

4.2. Результаты прогноза в ретроспективной симуляции и в реальном времени.

4.3. Естественная и искусственная изменчивость используемых данных.

4.4. Замечание о возможном пределе точности алгоритмов.

Глава 5. Последовательности землетрясений до и после сильнейших сейсмических событий, 1985-2001.

5.1. Глобальная сейсмичность с 1985 года до настоящего времени.

5.2. Пространственно-временное распределение сейсмичности накануне сильного события.

5.3. Обратный каскад к главному событию.

5.4. Прямой каскад афтершоков и пространственно-временное распределение сейсмичности после сильного события.

5.5. На пути к краткосрочному прогнозу точной локализации.

5.6. Одно из свидетельств универсальности.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Теоретическая база и алгоритмы прогноза землетрясений на основе предвестниковой активизации сейсмичности"

Научные исследования, целью которых является прогноз землетрясений, по-видимому, начались во второй половине XIX века. Именно в это время сейсмология достигла уровня признанной научной дисциплины. Желание отыскать инструменты, которые позволят предсказывать сейсмические события, настолько естественны, что уже в 1880 году известный британский инженер и изобретатель сейсмометра Джон Милн определяет прогноз землетрясений как одну из наиглавнейших задач молодой науки сейсмологии и обсуждает возможные предвестники сильных землетрясений [МП880, МП882]. За более чем вековую историю исследования по прогнозу землетрясений не раз переживали периоды высокого энтузиазма, сменявшиеся холодным критическим отношением научного сообщества.

Несмотря на очевидные успехи в изучении землетрясений их прогноз и сегодня остается одной из наиболее острых и дискуссионных проблем наук о Земле [ОЖМ97, \V97a]. Многие публикации демонстрируют наблюдения необычных изменений геофизических полей перед сильными землетрясениями, однако их подавляющее большинство являются подробными сообщениями об уникальных случаях, которым недостает систематически точного описания [\V91J. Обобщение подобных сообщений в воспроизводимую методику прогноза весьма затруднительно. Последнее предопределяет дефицит независимых проверок и верификации для большинства так называемых «предвестников» землетрясений, которые, по сути, являются лишь только «кандидатами» в индикаторы приближающегося события. В частности отметим, что отсутствие строгих проверок относится даже к методам, известным уже многие годы по многочисленным публикациям (в том числе в весьма престижных научных журналах) о результатах ретроспективных исследований.

Сэр Чарльз Рихтер, чье критическое отношение к прогнозу землетрясений - «Только шарлатаны и дураки предсказывают землетрясения» - довольно часто цитируется в дискуссиях, счел необходимым написать и опубликовать очень короткий, в треть страницы, комментарий [R64] к статье В.И. Кейлис-Борока и J1.H. Малиновской [КВМ64], в которой описано наблюдение общего подъема сейсмической активности перед несколькими сильными землетрясениями. Рихтер особо отметил как наиважнейшие, во-первых, «делающую честь авторам попытку перевести довольно неопределенное и мимолетное проявление в явление, поддающееся точному определению»; во-вторых, «необходимость рассмотрения весьма протяженного региона, включающего центр приближающегося события»; и, наконец, «сложность и некоторую произвольность, отмеченную надлежащим образом авторами, в выборе области для каждого индивидуального исследования». Однако без малого сорок лет назад информационные базы данных о землетрясениях были настолько редки и разрозненны, что поддающаяся интерпретации проверка гипотезы о предвестниковом характере аномального увеличения среднегодовой площади очагов землетрясений средней силы никак не могла быть осуществлена.

Ситуация изменилась коренным образом с установкой стандартных сейсмографов объединенных в 1960ых в Глобальную Сеть Сейсмических Станций, WWSSN (World Wide Seismic Stations Network). Быстрорастущий объем данных обо всех (!) землетрясениях магнитуды выше достаточно низкого уровня обнадеживал многих ученых, исследующих взаимозависимости и кандидатов предвестники в последовательностях землетрясений. Приблизительно одновременно в СССР, США, КНР и других странах были инициированы национальные проекты по прогнозу землетрясений. Несомненный успех китайских сейсмологов в практическом предсказании разрушительного землетрясения 1975 года -Haicheng earthquake [ZPD+84] - стимулировал дальнейший рост числа методов, предназначенных для предсказания надвигающегося землетрясения. К сожалению, следует констатировать, что практически все методы, предложенные тогда, не оправдали себя в последующие годы. Уже в 1976 году другое катастрофическое землетрясение в Китае (Tangshan earthquake) привело к сотням тысяч жертв среди населения, рассеяв иллюзии сейсмологов мира о возможности быстрого решения проблемы. Необходимость точных формулировок и строгих надежных методов проверки сложных гипотез, предлагаемых сейсмологией для решения задач прогноза землетрясений, стала как никогда очевидной.

Развитие информационных наук и технологий в 1970ые годы привело к внедрению математических методов распознавания образов в практику естественнонаучных исследований. В частности в области прогноза землетрясений следует отметить прогресс в формализации геоморфологического описания структурных элементов литосферных блоков и распознавание пересечений их границ, где возможно возникновение сильных землетрясений. Действительно, работы цикла [ЕРА] предъявили решения бессрочного нулевого приближения задачи прогноза землетрясений и привели к пониманию пределов универсальности сейсмических процессов в различном геотектоническом окружении. Заметное подобие математически строго сформулированных количественных критериев нулевого приближения явилось одним из основополагающих аргументов в пользу систематического поиска общих самоподобных признаков приближающейся катастрофы в динамике последовательности землетрясений малой силы.

К моменту публикации препринта «Долгосрочный прогноз землетрясений: Методические рекомендации» [886] в 1986 году наряду с накопившимися более чем двадцатилетними каталогами землетрясений высокого качества и полноты также в основном сложилось новое понимание сейсмических процессов [КВ90], которое максимально кратко можно сформулировать следующим образом:

Сейсмические процессы составляют неотъемлемую часть в динамике литосферы Земли, которая рассматривается как самоорганизующаяся иерархия блоков разных размеров. Процесс перемещения блоков относительно друг друга обычно обнаруживает себя землетрясениями на границах блоков, каждая из которых представляет собой сложную и во многих аспектах самоподобную систему разломов разнообразных размеров и простираний. Поведение такой динамической системы в целом определяется многообразием нелинейных законов и факторов, каждый из которых во многом хаотичен.

Предсказание такой системы с детальной подробностью в принципе невозможно. Тем не менее, предсказание крупномасштабных экстремальных катастрофических событий в динамике такой системы возможно, хотя формулировки достоверных прогнозов при этом требуют существенного загрубения и усреднения сложного набора наблюдаемых параметров, а сами прогнозы требуют своевременного обновления через сравнительно непродолжительное время.

Точность таких прогнозов может иерархически уточняться, уменьшая ошибки типа «ложная тревога», как при дополнительном привлечении к анализу новых наблюдаемых, так и при более высоком разрешении системы начиная с более низких уровней осреднения и загрубления. Увеличение точности, однако, к сожалению, как правило, может быть достигнуто лишь за счет увеличения опасности ошибки типа «пропуск цели». Также достаточно очевидно ожидать, что эффективный прогноз поведения сложной системы такого рода вряд ли удастся хорошо обосновать изменением лишь одного наблюдаемого, «управляющего фактора». Действительно, известные сейсмологические предвестники такого простого типа, например «взрыв афтершоков» [КВКЛ80], хотя и являются статистически оправданными, характеризуются высокой степенью пространственной неопределенности прогнозов, относящихся ко всему рассматриваемому региону в целом, что в большинстве приложений неадекватно для практического применения. Кстати еще раз отметим, что в настоящее время подавляющее большинство явлений, известных как сейсмологические предвестники (смотри, например, список «кандидатов в сейсмологические предвестники», составленный М. Виссом в рамках инициативы 1А8РЕ1 [\У91]), даже не сформулированы с точностью необходимой для научной проверки, что, очевидно, выводит их за рамки научных гипотез и порождает как сомнительные прогнозы [ОРЩ9, ВЬ85, Ка§97Ь], так и множество противоречивых и к глубокому сожалению бесплодных дискуссий о предсказуемости землетрясений [N^99].

Алгоритмы, предложенные в 1986 году [886] для среднесрочного прогноза сильных землетрясений, были получены в результате применения методов распознавания образов к анализу набора наблюдаемых интегральных переменных, измеренных в заданной сейсмически активной области. Обнадеживающий опыт ретроспективного тестирования во многих регионах мира стимулировал экспериментальную проверку этих алгоритмов в реальном времени. Существующие и оперативно доступные тогда данные позволили начать эксперимент сразу после опубликования методологии прогноза и алгоритмов, то есть уже в 1986 году, хотя и с некоторыми оговорками, вызванными запаздыванием данных на разных этапах составления глобальных и региональных каталогов землетрясений. К сожалению последовавшие за распадом Советского Союза нарушения в системе сейсмологических наблюдений, особенно сильно проявившиеся на Кавказе и в Средней Азии, не позволили провести экспериментальную проверку в запланированных тогда масштабах. Мониторинг сейсмичности в этих регионах являлся одной из существенных частей эксперимента, относящейся к возможному перемасштабированию алгоритмов для прогноза землетрясений с магнитудами значительно меньшими, чем использованные при их разработке (в некоторых регионах сильными считались события с магнитудой от 5.0 и выше). Тем не менее, несмотря на относительно неблагоприятные обстоятельства, связанные с долгосрочными вариациями сейсмического режима, а также с изменениями системы и стандартов сейсмологических наблюдений, полученные в ходе продолжительного систематического эксперимента результаты среднесрочного прогноза сильнейших землетрясений мира [НКБ92, КНЭ97, ККВ+99] к настоящему времени позволяют сделать достоверный положительный вывод о статистической обоснованности и надежности предложенной методологии.

Кратко проиллюстрируем потенциал поэтапного иерархического подхода к прогнозу землетрясений одним из типичных примеров из недавнего прошлого (Рис. В.1). (Другие примеры, включая более свежие, и сводка результатов систематического применения алгоритмов с целью прогноза землетрясений различной силы в разных сейсмически активных регионах мира приведены ниже в Главах 3 и 4.) Землетрясение магнитуды Ms = 7.4 встряхнуло 16 октября 1999 года район вблизи города Гектор Майн (Hector Mine area) в южной Калифорнии. Характер сейсмичности предварявшей это землетрясение позволил предсказать его с точностью локализации около 100 км по пространству и 1.5 года по времени [RKH99], используя схему ведущегося в реальном времени тестирования алгоритмов M8-MSc [ККВ+99], адаптированную для прогноза более слабых событий.

Параметры этого землетрясения подтвердили следующие прогнозы

Нулевое приближение: Эпицентр расположен в 37.5 км от одного из 73 D-пересечений морфоструктурных линеаментов Калифорнии и Невады, определенных И.М. Гельфандом с соавторами [GG+76] как места возможного возникновения землетрясений с магнитудой от 6.5 и выше. С момента публикации в 1976 году, в районе исследования произошло 14 землетрясений такой силы, причем все в пределах узких окрестностей D-пересечений [GKRS01, GKS03].

Первое приближение: По состоянию на 1 июля 1999 года алгоритм М8 [КВК90] с параметрами, соответствующими прогнозу событий М6.5+, из кругов с центрами в 73 D-пересечениях морфоструктурных линеаментов определил два, где землетрясения такой силы следует ожидать в ближайшее время. В обоих кругах тревога началась в июле 1998 и подтверждалась в двух последующих полугодовых обновлениях диагностики.

D-пересечения морфоструктурных линеаментов по

Gelfiiml. GuheimuH, Keitis'Borok. Kiio/xrll. PrtSX, Kaiisman. Rohrain. Satlwxkv.

Область, где в июле-декабре 1999 года, согласно алгоритму М8 по данным на 1 июля 1999 года, следовало ожидать землетрясение в диапазоне магнитуд М6.5+ .

Области тревоги, уточненные во втором приближении по алгоритму MSc в июле 1998, январе и июле 1999.

Эпицентр землетрясения 16 октября 1999 года в ■ районе Гектор Майн. а Афтершоки землетрясения Гектор Майн в первые сутки после основного толчка (CIT. Oct 17. 1999).

Рис. ВЛ. Прогноз землетрясения 16 октября 1999 года магнитуды А/у —7.4 вблизи города Гектор Майн в южной Калифорнии. О

Второе приближение: В свою очередь алгоритм MSc [KKBS90] сократил в пределы области тревоги первого приближения до пределов 34.68°N-33.82°N и 117.23°W-116.17°W. Первоначально, т.е. в июле 1998 года, область тревоги второго приближения была больше на 48 км на север и на 24 км на восток. Постепенно эта область сократилась до квадрата 96 на 96 км (в июле 1999 года), где и расположились эпицентры основного толчка и большинство афтершоков землетрясения 16 октября 1999 года.

Не вызывает сомнения, что в условиях оперативного мониторинга на фоне заблаговременных среднесрочных прогнозов возникновение роя землетрясений малой силы, сильнейшее из которых произошло за 6 часов до основного толчка 16 октября в пределах будущей зоны афтершоков, было бы наверняка распознано как аргумент для краткосрочной тревоги, аналогично тому, как это произошло перед землетрясением 1975 года в Китае (1975 Haicheng earthquake).

Диссертационная работа суммирует многолетний опыт систематического и, что характерно, воспроизводимого независимыми исследователями прогноза сильнейших землетрясений в реальном времени. Глава 1 посвящена основаниям прогноза тектонических землетрясений. В ней на основании данных глобальной сейсмологической сети приводятся надежно установленные данные о распределении землетрясений по величине, по пространству и по времени, которые позволяют сформулировать Общий закон подобия для землетрясений. Основываясь на парадигме рассмотрения литосферы Земли как сложной иерархической нелинейной динамической системы, в частности, на самоподобно фрактальной природе пространственного распределения эпицентров, этот закон обобщает общепризнанное соотношение Гутенберга-Рихтера. Наряду с очевидными приложениями при оценке сейсмической опасности Общий закон подобия для землетрясений также определяет правила ренормализации характеристик и признаков сейсмических последовательностей при переходе из одного региона в другой и/или в другой диапазон размеров. Приводится точное определение прогноза землетрясений и дается классификация прогнозов землетрясений по их продолжительности и пространственной локализации. Формулируется «нулевая гипотеза» наиболее адекватная пространственному распределению землетрясений, которая позволяет выделить из методов прогноза сильных землетрясений наиболее перспективные и тем самым разделить «кандидатов в предвестники землетрясений» на «предвестники» и «предрассудки». В конце Главы излагаются перспективы использования эффективных предвестников и методов прогноза землетрясений при оценках сейсмической опасности и сейсмического риска, а также при выборе оптимальных стратегий прогноза.

Глава 2 посвящена алгоритмам прогноза землетрясений. В ней излагается общий подход к описанию динамики сложной иерархической системы, на базе которого был разработан алгоритм, основанный на комплексной активизации сейсмичности перед сильнейшим толчком и получивший название «алгоритм М8» по первоначальному использованию его для среднесрочного прогноза сильных землетрясений мира с магнитудой 8 и выше. Алгоритм М8 характеризуется пространственной точностью порядка 10 размеров очага ожидаемого землетрясения и временем тревоги в несколько лет. В Главе 2 суммируются результаты ретроспективное тестирования алгоритма и пределов его применимости, а также реализованные возможности и перспективы его модификации и оптимизации.

Глава 3 посвящена алгоритмам уточнения среднесрочного прогноза землетрясений при наличии области тревоги первого приближения, полученного, например, с помощью алгоритма М8. Рассмотрены несколько альтернатив уточнения пространственной неопределенности прогноза, из которых, согласно ретроспективному тестированию алгоритмов, наиболее эффективной является алгоритм MSc (известный также под названием Сценарий Мендосино - Mendocino Scenario). Алгоритм MSc характеризуется пространственной точностью порядка 1-3 размеров очага ожидаемого землетрясения.

Глава 4 посвящена описанию совместного российско-американского эксперимента по прогнозу сильнейших землетрясений мира в реальном времени. Излагаются принципы, конкретный дизайн теста алгоритма М8 и его комбинации с алгоритмом MSc и, наконец, результаты прогноза в ретроспективной симуляции и в реальном времени. Главы 4 и 5 иллюстрированы многочисленными примерами из пятнадцатилетней истории эксперимента.

В Главе 5 детально рассмотрены последовательности землетрясений до и после сильнейших сейсмических событий, 1985-2001, которые свидетельствуют в пользу каскадной динамики сейсмического процесса и указывают на возможные пути к краткосрочному прогнозу точной локализации. Одновременно показано, что характер каскадов -восходящего, обратного каскада событий к главному толчку и нисходящего, прямого каскада афтершоков - весьма разнообразен и вряд ли полностью соответствует популярным в настоящее время переупрощенным моделям сейсмичности, использование которых на практике может приводить, и приводит к ошибкам в оценке сейсмической опасности. В заключение Главы 5 детально рассматриваются еще два примера. Первый из них иллюстрирует, остающиеся еще пока не достаточно исследованными, возможности использования дополнительных и, что примечательно, не сейсмологических наблюдений за состоянием системы разломов и блоков в период ожидания сильного землетрясения и связан с регистрацией характерного изменения электромагнитного ULF сигнала вблизи эпицентра землетрясения 15 июля 1995 года в районе города Йонг Денг, КНР [ZKLM01]. Второй пример демонстрирует возможные границы подобия и универсальности предвестниковой активизации в процессе образования большой трещины и относится к последовательности «звездотрясений» нейтронной звезды SGR1806-20, сильнейшее из которых предварялось восходящим каскадом форшоков и вызвало нисходящий каскад афтершоков [ККС00].

В Заключении обсуждаются лежащие в основе разработанной методологии прогноза парадигмы, строгое статистическое подтверждение которым дают результаты многолетнего теста алгоритмов в реальном времени.

Гпава 1. Основы прогноза землетрясений.

Экстремальная катастрофическая природа землетрясений известна многие столетия из-за опустошительных разрушений городов и селений, вызванных отдельными событиями. Внезапность наряду с отсутствием очевидной регулярности и редкостью возникновения способствовало формированию общего представления о том, что землетрясения случайны и непредсказуемы. И сегодня вопросы «Как упорядочить землетрясения по величине?», «Что происходит во время землетрясения?», «Почему, где и когда возникают землетрясения?» остаются в ряду наиболее актуальных проблем сейсмологии. Главная сложность при ответе на эти и другие вопросы о землетрясениях происходит от кажущегося поистине парадоксальным обстоятельства, что ни один из разрывов земной коры не наблюдался полностью и прямо непосредственно и наши представления о них есть результат реконструкций в довольно грубых моделях при довольно общих предположениях по довольно ограниченным данным (например, по наблюдениям выхода разрыва на поверхность Земли). Именно поэтому наиболее важными задачами изучения землетрясений в настоящее время продолжают оставаться поиски и описание наблюдаемых ограничений на правдоподобные модели и интерпретации, которые возможно получить лишь в результате систематического анализа сейсмических, геодезических, геологических, гравитационных, геомагнитных и других доступных геофизических данных. Модели Земли и методы, используемые для расчета основных параметров землетрясений, продолжают совершенствоваться и уточняться.

Большинство геофизиков сегодня [КВ01] ясно осознают новаторскую, а значит, ювенильную природу современных физических проблем связанных с землетрясениями и рассматривают отсутствие физической теории прогноза как неизбежную реальность. При этом первые успехи экспериментального систематического прогноза землетрясений видятся индикаторами роста фундаментальных феноменологических знаний, без которых такая теория в принципе невозможна. Попробуем кратко сформулировать то, что доподлинно известно о землетрясениях.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Кособоков, Владимир Григорьевич

Основные выводы:

1) Землетрясения остаются пока единственными наблюдаемыми проявлениями поведения нелинейной динамической системы разломов и блоков литосферы, которые систематически регистрируются по всей территории Земли в течение длительного промежутка времени (несколько десятилетий). Иерархическая природа литосферы проявляется во взаимодействии событий, находящихся на соседних уровнях энергии, пространства и времени. Сильные землетрясения обычно сопровождаются афтершоками, которые каскадом перераспределяют энергию от главного толчка вниз по иерархии и, наоборот, форшоки больших событий, когда они случаются, есть проявление обратного каскада энергии от сейсмического фона вверх к основному толчку.

2) Систематический анализ сейсмической обстановки до и после всех 11 сильнейших землетрясений мира, произошедших в 1985-2000 годы подтверждает гипотезу об иерархической активизации сейсмичности в районе готовящегося сильного землетрясения. За исключительно редкими случаями эту активизацию удается распознать с помощью алгоритма М8. На фоне среднесрочной активизации в большинстве случаев наблюдается краткосрочные (в масштабе месяцев и менее) проявления повышенной сейсмической активности (рои, уникальные события) на расстояниях, сравнимых с размерами очага готовящегося сильного землетрясения. Лишь перед двумя из 11 рассмотренных сильнейших землетрясений мира наблюдалось среднесрочное (в масштабе нескольких лет) сейсмическое затишье.

3) Сейсмичность Земли можно ассоциировать с термодинамической системой, в которой очень слабые землетрясения представляют собой независимый фоновый шум, модулированный «сейсмическим циклом». Частота появления слабых землетрясений пропорциональна скорости роста региональной деформации, которая в свою очередь пропорциональна частоте возникновения более сильных землетрясений. Ассоциация сильного землетрясения-катастрофы с фазовым переходом второго рода порождает естественное предположение об обратном каскаде разрывов малых размеров к основному разрыву. Пример сильнейших землетрясений показывает, что в среднесрочном масштабе времени на среднеудаленных дистанциях ускоренный рост деформации по Беньоффу в основном эпизодичен и не является типичным окончанием интервала времени накануне сильного землетрясения. В большинстве случаев ускорение оканчивалось за год и более до основного толчка.

4) Проявление обратного каскада к основному толчку не имеет характер степенного роста непосредственно к моменту сильного события. Скорее можно утверждать, что аномально большие значения региональной деформации по Беньоффу систематически наблюдаются лишь в среднесрочном масштабе времени.

5) Систематическое изучение пространственно-временного распределения афтершоков сильнейших землетрясений указывает на большое разнообразие сценариев перехода системы разломов и блоков в новое энергетическое состояние. Афтершоковые последовательности событий приблизительно одного размера очень не похожи друг на друга. Они различаются общим количеством афтершоков, скоростью убывания их числа во времени, а также продолжительностью серии афтершоков. Внутри отдельной последовательности часто наблюдаются резкие смены интенсивности, которые не всегда связаны с возникновением сильного афтершока, сопровождающегося своими афтершоками.

6) Эффективная продолжительность афтершоковых последовательностей, то есть период, когда интенсивность потока землетрясений в афтершоковой зоне продолжает убывать, может изменяться от двух недель до двух лет. Вновь установившееся стационарное значение интенсивности потока обычно выше, чем предыдущее фоновое, причем иногда в несколько раз больше.

7) Закон Омори в оригинальной или модифицированной формулировке не является универсальным приближением афтершоковой серии. Его использование при оценке вероятности повторных толчков может приводить к ошибочным оценкам опасности. Кластеры взаимосвязанных сейсмических событий требуют более подробного анализа, основанного на современных объемах данных и вычислительных возможностях.

8) Последовательности землетрясений вблизи каждого из сильнейших событий последних лет свидетельствуют о том, что в динамике литосферы существует множество стационарных состояний. Переход из одного состояния в другое может реализовываться через катастрофу - сильное землетрясение - или без нее. Характерным поведением системы разломов и блоков является самоорганизующаяся перемежаемость состояний. Это относится как к сейсмическому потоку в целом, так и к его составным частям - предвестниковой активизации и каскаду афтершоков.

9) Примеры динамики землетрясений накануне некоторых сильнейших землетрясений мира указывают на возможность краткосрочного прогноза максимально достижимой локализации при более детальном наблюдении за сейсмическим режимом в период среднесрочной тревоги. Такое наблюдение естественно не должно ограничиваться исключительно сейсмологическими параметрами. О перспективе использования электромагнитного мониторинга в районе среднесрочной тревоги свидетельствует исследование теллурического сигнала из района «сейсмической бреши Тяньджу». Однако, к сожалению, количество надежных свидетельств пока не достаточно для выводов о реальных возможностях электро-теллурических методов прогноза землетрясений.

10) Исследование последовательности вспышек нейтронной звезды БОЮ 806-20 показывает, что границы применимости общих принципов подобия процессов множественного разрушения значительно шире масштабов Земли. «Звездотрясениям», как и их земным аналогам, присущи закон повторяемости Гутенберга-Рихтера, группируемость во времени, буквально модельное, степенное возрастание, как числа, так и накопленной деформации по Беньоффу к моменту «основного толчка», украшенное в обоих случаях четырьмя логпериодическими модуляциями, и образцово-показательное степенное падение, как числа, так и накопленной деформации в последовательности афтершоков. Более того, «звездотрясеиия» предваряются аналогами предвестников сильных землетрясений, в частности, алгоритм М8 заблаговременно диагностирует период повышенной вероятности для сильнейшего из них.

Заключение

Диссертационная работа суммирует систематические исследования автора, направленные на разработку и объективную проверку воспроизводимой методологии прогноза катастрофических землетрясений. Эффективность двух среднесрочных алгоритмов прогноза М8 и МБс доказана в ходе строгого многолетнего теста в реальном времени.

Предвестниковая активизация, лежащая в основе алгоритмов, подобна в широком диапазоне магнитуд, определяющих сильнейшее землетрясение, и наблюдается в разнообразном тектоническом окружении. Алгоритмы ее идентификации в двух аппроксимациях разработаны, проверены в ретроспекции и используются вот уже более десяти лет в эксперименте для среднесрочного среднедистанционного прогноза сильнейших землетрясений мира в реальном времени. В частности предсказаны семь из девяти землетрясений с магнитудой от 8.0, которые произошли в областях мониторинга главных сейсмических поясов мира. Результаты тестирования позволяют сделать вполне определенные положительные выводы об эффективности и высокой надежности прогноза, основанного на диагностике предвестниковой активизации. Статистическая значимость результатов прогноза в реальном времени подтверждает парадигмы, лежащие в основе методологии:

• Предвестниковые проявления катастроф присущи сейсмичности;

• Предвестниковые проявления катастрофических землетрясений формируются на территориях значительно превышающих размеры его очага за месяцы и годы до его возникновения;

• Предвестниковые проявления землетрясений подчинены законам подобия, справедливым в разнообразном тектоническом окружении;

• Предвестниковые проявления присущи также и другим сложным иерархическим нелинейным системам.

Существование предвестниковой активизации накладывает надежные эмпирические ограничения на модели сейсмичности и последовательностей землетрясений. Ее характер свидетельствует о том, что распределение сейсмичности является задачей статистической физики, и подтверждает гипотезу о том, что землетрясения подчиняются общему закону развития иерархического процесса восходящего через последовательности обратных каскадов к самоподобному поведению {промежуточная асимптотика), которое обрывается на больших масштабах катастрофой и взрывом прямых каскадов порожденных событий.

Точность прогнозов по алгоритмам, использующим предвестниковую активизацию, хотя и не слишком велика в настоящее время, но адекватна характеру используемых данных и вполне достаточна для принятия решений о проведении инспекций и учений служб спасения и гражданской обороны, а также других профилактических мероприятий. Методология стратегий использования прогнозов такого рода разработана Г.М. Молчаным в работах 1992-1997 годов [Мо194, Мо197] и может применяться на практике для принятия своевременных мер, позволяющих предотвратить заметную часть социального и экономического ущерба от катастрофического землетрясения.

Благодарности

Автор бесконечно признателен Владимиру Исааковичу Кейлис-Бороку за постоянную поддержку исследований автора по прогнозу и благотворные обсуждения на разных этапах выполнения работы, от первого разговора о распознавании катастрофических землетрясений с еще студентом до, надеюсь далеко не последней, дискуссии по результатам рабочего совещания Южно-калифорнийского сейсмологического центра (SCEC) и Калифорнийского совета по оценке прогнозов землетрясений (СЕРЕС) 20 февраля текущего года. Эта работа выполнена в Международном Институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики, Российской академии наук в атмосфере дружеского критического оптимизма со стороны всех без исключения сотрудников. Работа, безусловно, выиграла от принятых в коллективе высоких научных стандартов, за утверждение которых автор благодарен A.A. Соловьеву, В.Ф. Писаренко, Г.М. Молчану, A.JI. Левшину, Б.М. Наймарку, А.Г. Прозорову, И.В. Кузнецову, И.М. Ротвайн, A.M. Габриэлову, М.М. Вишику, М.Г. Шнирману, A.B. Ландеру, Б.Г. Букчину, А.Т. Исмаил-Заде и другим научным сотрудникам Института. Автор благодарен своим американским коллегам Джону Хили и Джеймсу Дьюи за решительность и терпение, без которых осуществление эксперимента по проверке прогнозов землетрясений в реальном времени было бы отодвинуто в будущее. Развитию авторского подхода к проблеме прогноза землетрясений способствовали обсуждения существующих задач и методик с Л. Кнопповым, Д. Туркоттом, Ж.-Л. Лё Муэлем, С. Уйедой, Л. Сайксом, И.Л. Нерсесовым, К. Аки, Д.В. Рундквистом, С.А. Федотовым, М. Капуто, Г.А. Соболевым, Дж.Ф. Панцей, А.Д. Гвишиани, М. Виссом, Р. Мадарьягой, А. Систернасом, А. Гизике, У. Элсворсом, Д. Джексоном, Я. Каганом, Ч. Буффе, Д. Сорнеттом и другими. Автор искренне и исключительно высоко оценивает рутинный труд многих известных и неизвестных ему сейсмологов, чьи усилия по крупицам складываются в нашу способность услышать Землю.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Кособоков, Владимир Григорьевич, Москва

1. Ann99 Annan, K., 1999. Introduction to Secretary-General's Annual Report on the Work of the

2. Organization of United Nations, 1999 A/54/1 Bak99 Bakun, W., 1999. Seismic activity of the San Francisco Bay Region. Bull. Seism. Soc. Am. 89, 764784.

3. Bat65 Bath, M. Lateral inhomogeneties of the upper mantle. Tectonophysics, 2,483-514, 1965. BCDS02 Bak, P., K. Christensen, L. Danon, and T. Scanlon, 2002. Unified Scaling Law for Earthquakes.

4. Geophysicae, 21: 1101-1109, 2003. BL85 Bakun, W.H., and A.G. Lindh. The Parkfield, California, earthquake prediction experiment. Science 229, 619-624, 1985.

5. Dav99 Davies, G. F., 1999. Dynamic Earth: Plates, Plumes and Mantle Convection. Cambridge University

6. DWJ01 Dragert, H., Wang, K., and James, T., 2001. A silent slip event on the deeper Cascadia subductioninterface, Science, 292, 1525-1528 EBK-03 Evans, E., N. Bhatti, J. Kinney, L. Pann, M. Pena, S. Yang, J. Hansen, and E. Kalnay, 2003.

7. Undergraduate find Lorenz (1963) model predictable. Geophysical Research Abstracts, 5, Abstracts of the Contributions of the EGS-AGU-EGU Joint Assembly, Nice, France, 06-11 April, 2003 (CD-ROM): NP2.1TU4 PI 174

8. ED85 Ekström, G., and A. M. Dziewonski, 1985. Centroid-moment tensor solutions for 35 earthquakes in

9. Western North America (1977-1983), Bull. Seism. Soc. Am., 75, 23-39. ED88 Ekström, G., and A. M. Dziewonski, 1988. Evidence of bias in the estimation of earthquake size, Nature, 332, 319-323.

10. EH73 Earthquake history of the United States, 1973. Rev. Edition (through 1970). Washington D.C.: NOAA, 280 p.

11. Hopper, M., 1996. National Seismic Hazard Maps, USGS Open-File Report 96-532 FSB+77 Fedotov, S. A., G. A. Sobolev, S. A. Boldyrev, et al. Long- and short-term earthquake prediction in

12. Sadovsky. Pattern recognition applied to earthquakes epicenters in California. Phys. Earth and Planet. Inter., 11, 227-283,1976. GGK+87 Gvishiani, A., A. Gorshkov, V. Kosobokov, A. Cisternas, H. Philip, C. Weber. Identification of

13. SAR information. Earth Planets Space, 52,999-1002 GJKM97 Geller, R.J., D. D. Jackson, Y. Y. Kagan, and F. Mulargia. Earthquakes cannot be predicted, Science 275, 1616-1619, 1997.

14. GKS94 Gabrielov A., V.Kossobokov, and A.Soloviev, Numerical simulation of block structure dynamics. In Seismicity and Related Processes in the Environment. Vol. 1. Moscow: Research and Coordinating Centre for Seismology and Engineering, 1994: 22-32.

15. GKZNOO Gabrielov, A.M., V.I. Keilis-Borok, I.V. Zaliapin, and W.I. Newman, 2000. Critical transitions in colliding cascades. Phys. Rev. E 62: 237-249

16. GNT99 Gabrielov, A., W.I. Newman, and D.L. Turcotte, 1999. An exactly soluble hierarchical clustering model: inverse cascades, self-similarity, and scaling. Phys. Rev. E 60: 5293-5300.

17. Gol98 Goltz, C., 1998. Fractal and Chaotic Properties of Earthquakes. Lecture Notes in Earth Sciences 77, XIII, Springer, Berlin, 178 p.

18. GR54 Gutenberg, B., and C.F. Richter, 1954. Seismicity of the Earth, 2nd ed., Princeton University Press, Princeton, N.J., 310 p.

19. Har98 Harris, R.A. Forecasts of the Loma Prieta, California, earthquake. Bull. Seismol. Soc. Am. 88, 898916, 1998.

20. HC90 Haberman, R.E., and F.H. Creamer. Prediction of large aftershocks on the basis of quiescence. The 7th US Japan Seminar on Earthquake Prediction. Vol. 1. P. 93-96, 1990.

21. HC94 Habermann, R.E., and F. Creamer. Catalog errors and the M8 earthquake prediction algorithm, Bull. Seism. Soc. Am. 84, 1551-1559, 1994.

22. HH93 Herak, M., and D. Herak. Bull. Seism. Soc. Am., 83, 1881-1892, December 1993.

23. HK-00 Healy, J.H., and V. Kossobokov, The failure-to-predict the 1999 Ms7.8 Izmit and Ms7.5 Duzce earthquakes. Eos Trans. AGU, 81 (48), Fall Meet. Suppl., Abstract S51A-18, 2000: F818.

24. HKD92 Healy, J. H., V. G. Kossobokov, and J. W. Dewey. A test to evaluate the earthquake prediction algorithm, M8, U.S. Geol. Surv. Open-File Report 92-401, 23 p. with 6 Appendices, 1992.

25. HKD-94 Healy, J. H., V. G. Kossobokov, and J. W. Dewey. The ongoing test of the M8 earthquake Prediction algorithm, EOS Transactions 75, No. 44, 1994 AGU Fall Meeting, 1994, S31B-5.

26. HLVV03 Harte, D., D.-F. Li, M. Vreede, D. Vere-Jones, 2003. Quantifying the M8 prediction algorithm: reduction to a single critical variable and stability results. New Zealand Journal of Geology and Geophysics, 46: 141-152

27. JK99 Jackson, D., and Y. Kagan. Testable earthquake forecasts for 1999. Seism. Res. Lett., 70, 393-403, 1999.

28. JM76 Jones, L. M., and P. Molnar, 1976. Frequency of foreshocks, Nature, 262, 677

29. JM79 Jones, L. M., and P. Molnar, 1979. Some characteristics of foreshocks and their possible relationship to earthquake prediction and premonitory slip on fault, J. Geophys. Res. 84, 3596-3608

30. Kag97 Kagan, Y.Y. Are earthquakes predictable? Geophys. J. Int., 131: 505-525, 1997.

31. Kag97b Kagan, Y.Y., Statistical aspects of Parkfield earthquake sequence and Parkfield prediction experiment, Tectonophysics, 270, 207-219, 1997

32. KB01 Kanamori, H., and E.H. Brodsky. The Physics of earthquakes, Physics Today, June 2001, 34-40, 2001

33. KB89 Keilis-Borok, V.I. (Ed.), 1989. Seismic Surface Waves in a Laterally Inhomogeneous Earth. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 777 p.

34. KC95 Kossobokov,V.G., and J.M.Carlson, Active zone size vs. activity: A study of different seismicity patterns in the context of the prediction algorithm M8. J. Geophys. Res., 1995,100, B4: 6431-6441.

35. Kei64 V.I. Keilis-Borok. Seismology and logics. Research in Geophysics,Vol.2, M.I.T. Press, 61-79, 1964.

36. Kei90 Keilis-Borok, V.I. The lithosphere of the Earth as a nonlinear system with implications for earthquake prediction. Rev. Geophys. 28, 1: 19-34, 1990.

37. Kei96 Keilis-Borok, V.I, 1996. Intermediate-term earthquake prediction. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93: 3748-3755. Colloquium Paper.

38. Y. Kagan, and D. Jackson. Probabilistic forecasting of earthquake, Geophys. J. Int., 143, 438-453, 2000.

39. Kagan, Y. Y., and D. D. Jackson, Seismic gap hypothesis: Ten years after, J. Geophys. Res., 96, 21,419-21,431, 1991.

40. Kagan, Y. Y., and D. D. Jackson, 1995. New seismic gap hypothesis: Five years after, J. Geophys. Res., 100,3943-3959.

41. Keilis-Borok, V.I., and V.G. Kossobokov. Premonitory activation of earthquake flow: algorithm M8. Phys. Earth Planet. Inter. 61: 73-83, 1990.

42. Keilis-Borok, V.I., and Kossobokov V.G., 1990. Times of Increased Probability of Strong Earthquakes (M > 7.5) Diagnosed by Algorithm M8 in Japan and Adjacent Territories, J. Geophys. Res., 95, No. B8, 12413-12422

43. Keilis-Borok, V.I., L. Knopoff, and I.M. Rotwain. Bursts of aftershocks, long-term precursors of strong earthquakes. Nature, 283: 259-263, 1980.

44. Keylis-Borok, V.I. and L.N. Malinovskaya, 1964. One regularity in the occurrence of strong earthquakes. J. Geophys. Res. 69: 3019-3024

45. Kossobokov,V.G., and S.A.Mazhkenov, Frequency of seismic sequence in focal regions. Inland Earthquake, 1992, 6, 3: 309-312 (на китайском языке).1. KKR80 KKR911. KM 64 KM881. KM92

46. KM94a Kosobokov, V.G., and S.A. Mazhkenov, On similarity in the spatial distribution of seismicity. In D.K.Chowdhury (ed.), Computational Seismology and Geodynamics / Am. Geophys. Un., 1, Washington, D.C.: The Union, 1994: 6-15.

47. KM94c Kossobokov,V.G., and S.A.Mazhkenov, Fractality of seismicity and its application in earthquake prediction. Inland Earthquake, 1994, 8, 1: 91-94.

48. KMB-03 Kossobokov, V.G., J.-L. Le Mouël, and E. Bellanger, A practical approach to prediction of geomagnetic series. In IUGG2003, June 30 July 11, 2003, Sapporo, Japan. Abstracts, Week A: A.338.

49. KMU99 Kossobokov, V.G., K. Maeda, and S. Uyeda, 1999. Precursory activation of seismicity in advance of the Kobe, 1995 earthquake. Pure Appl. Geophys., 155:409-423.

50. KN-03 Kossobokov, V., and A. Nekrasova, Generalized Gutenberg-Richter recurrence law. Geophysical Research Abstracts, 5, 2003. Abstracts of the Contributions of the EGS-AGU-EGU Joint Assembly, Nice, France, 06-11 April, 2003 (CD-ROM): EAE03-A-06597.

51. Kos-00a Kossobokov, V.G. Pattern recognition techniques: present status and recent statistical tests. In 23rd International Conference on Mathematical Geophysics. Extreme Earth Events. June 18-23, 2000. La Citadelle, Villefrance sur Mer, France: 29.

52. Kos-02a V. Kossobokov. The physics of earthquakes. Proc. "Earthquakes and Mediterranean storms", Institut d'Estudis Catalans (IEC), Barcelona, January 24 and 25, 2002

53. Kos-02c Kossobokov , V. Premonitory Seismicity Patterns: The results of a systematic testing. Proc.

54. Conference of Mathematical Geophysics of the International Union of Geodesy and Geophysics "Pattern and Form in the Earth's Dynamics", Torino, Italy, June 17-21, 2002.

55. Kos03 Kossobokov, V.G. The Physics of Earthquakes, Seismic Occurrence and its Prediction. In: A.M.

56. Kos-03a Kossobokov, V. West Pacific short-term earthquake forecast: An independent assessment.

57. Geophysical Research Abstracts, 5, 2003. Abstracts of the Contributions of the EGS-AGU-EGU Joint Assembly, Nice, France, 06-11 April, 2003 (CD-ROM): EAE03-A-06539.

58. Kos-03d Kossobokov, V.G. Earthquake prediction: Fundamentals, achievements, perspectives. In IUGG2003, June 30 July 11, 2003, Sapporo, Japan. Abstracts, Week A: A. 148.

59. Kos-03e Kossobokov, V.G. An independent evaluation of the West Pacific short-term earthquake forecast. In IUGG2003, June 30 July 11, 2003, Sapporo, Japan. Abstracts, Week A: A. 184.

60. Kos86 Kossobokov V.G., 1986. The test of algorithm M8, In: M. A. Sadovsky (Ed.). Algorithms of long-term earthquake prediction, CERESIS, Lima, Peru, 1986, 42-52.

61. Kos-90 Kossobokov, V.G., 1990, Identification of times of increased probability for strong earthquakes occurrence in Apennines and Sicily, Proc. Con. "Irpinia Died Anni Dopo", Sorrento, 19-24 November, 1990, Riassunti degli Interventi, 153-158.

62. Kos-94 Kossobokov, V. G. Intermediate-term changes of seismicity in advance of the Guam Earthquake on August 8, 1993, EOS Transactions 75, No. 25, AGU 1994 Western Pacific Geophysics Meeting, Additional Abstracts, 1994, SE22A-10.

63. Kos-95 Kossobokov, V.G. Analysis of Earthquake Catalogs. Third Workshop on Non-Linear Dynamics and Earthquake Prediction, 6 17 November 1995, Trieste: ICTP, 1995, H4.SMR/879-10, 10 p.

64. Kos97 Kossobokov, V.G. User Manual for M8. In Healy, J.H., Keilis-Borok, V.I., and Lee, W.H.K. (Eds), Algorithms for earthquake statistics and prediction. LASPEI Software Library, Vol. 6. Seismol. Soc. Am., El Cerrito, CA, 1997.

65. Kos-97 Kossobokov,V.G. Catalogs of Earthquakes. Fourth Workshop on Non-Linear Dynamics and Earthquake Prediction, 6 24 October 1997, Trieste: ICTP, H4.SMRyi011-4, 9 p.

66. Kos-98a Kossobokov, V.G., 1998. A spatial measure of seismicity. Proc. Uni. Alaska Workshop on Seismicity Patterns Their Statistical Significance and Physical Meaning (Nikko, Japan, 11/12 May 1998), 13.

67. Kos-98b Kossobokov, V.G., How to measure space occupied by seismicity? Proc. XXVI General Assembly of the European Seismological Commission (ESC), Abstracts, Dan Panorama Hotel, Tel Aviv, Israel, August 23-28, 1998: 37.

68. Kos-98c Kossobokov, V.G., Prediction of large events in models of seismicity. Proc. XXVI General Assembly of the European Seismological Commission (ESC), Abstracts, Dan Panorama Hotel, Tel Aviv, Israel, August 23-28, 1998: 86.

69. Kos-99a Kossobokov, V. Earthquake Prediction Algorithms. Fifth Workshop on Non-Linear Dynamics and Earthquake Prediction, 4 22 October 1999, Trieste: ICTP, H4.SMR/1150-18,46 p.

70. Kos-99b Kossobokov, V.G. Catalogs of Earthquakes. Fifth Workshop on Non-Linear Dynamics and Earthquake Prediction, 4 22 October 1999, Trieste: ICTP, H4.SMR/1150-11, 22 p.

71. KR90 Keilis-Borok V.I., and Rotwain I.M. Diagnosis of Time of Increased Probability of Strong Earthquakes in Different Regions of the World: Algorithm CN. Phys. Earth Planet. Inter. 61, SI-12, 1990,.

72. KR-95 Kossobokov,V.G., and L.L.Romashkova, Refinement of the accuracy of intermediate-term earthquake predictions. Proc. XXI General Assembly of IUGG, Abstracts, Week A, Boulder, Colorado, July 2-14, 1995: A378.

73. KR-99 Kossobokov, V., and L. Romashkova, Prediction of the largest earthquakes worldwide since 1985. In IUGG99, Birmingham, Abstracts, Week A, Monday 19 July to Saturday 24 July: A. 149.

74. KRG89 Kossobokov, V.G., Rastogi B.K., Gaur V.K., 1989. On self-similarity of premonitory patterns in the regions of natural and induced seismicity. Proc. Indian Ac. Sci. Earth and Planetary Sciences, 98, No. 4, 309-318

75. KRN+-99 Kossobokov, V., I. Rotwain, O. Novikova, I. Vorobieva, and L. Romashkova, Quantitative testing woldwide several earthquake prediction algorithms. In IUGG99, Birmingham, Abstracts, Week A, Monday 19 July to Saturday 24 July: A.138.

76. KRPP02 Kossobokov, V.G., L.L. Romashkova, G.F. Panza, A. Peresan, 2002. Stabilizing intermediate-term medium-range earthquake predictions. J. Seismology and Earthquake Engineering, 4, 2&3: 11-19

77. KS03 Kossobokov, V. and P. Shebalin, 2003. 4. Earthquake Prediction. In: Keilis-Borok, V.I., and A.A.

78. Soloviev, (Editors) Nonlinear Dynamics of the Lithosphere and Earthquake Prediction. Springer, Heidelberg, 141-207.

79. KS75 Kelleher, J., and J. Savino. Distribution of seismicity before large strike slip and thrust type earthquakes. J. Geophys. Res. 80,260-271, 1975.

80. Comput. Seismol., 24, 19-50, 1991. MD92 Molchan, G.M., and Dmitrieva, O.E. Aftershock identification: methods and new approaches.

81. Michoacan, Mexico earthquake. Geoph. Res. Lett., 13, 585-588, 1986. MNSK79 McCann, W. R., S. P. Nishenko, L. R. Sykes, and J. Krause, Seismic gaps and plate tectonics:

82. Mol97 Molchan, G.M. Earthquake Prediction as Decision-making Problem. PAGEOPH, vol. 149, 233-247, 1997.

83. MRC+93 Massonnet, D., M. Rossi, C. Carmona, F. Adragna, G. Peltzer, K. Feigl, and T. Rabaute, 1993. The displacement field of the Landers earthquake mapped by radar interferometry, Nature, 364 (6433), 138-142.

84. MW92 Minster, J.B., and Williams N.P. The "M8" Intermediate Term Earthquake Prediction Algorithm: An Independent Assessment, EOS Transactions 73 (43) 1992 AGU Fall Meeting, 366, 1992.

85. MW96 Minster, J.B., and Williams N.P. Intermediate Term Earthquake Prediction Algorithms, Southern California Earthquake Center, Progress Report, November 1996, 491-496,1996

86. Nat99 Nature Debates, 1999. http://www.nature.com/nature/debates/earthqtiake/eQuake frameset.html

87. NBD+-96 Nishenko, S.P., C. Bufe, J. Dewey, D. Varnes, J. Healy, K. Jacob, and V. Kossobokov, Delarof islands earthquake a successful earthquake forecast / prediction? EOS Transactions 77, No. 46, 1996 AGU Fall Meeting, 1996, S71C-04

88. NBD+96 Nishenko, S.P., C. Bufe, J. Dewey, D. Varnes, J. Healy, K. Jacob, and V. Kossobokov, Delarof islands earthquake a successful earthquake forecast / prediction? EOS Transactions 77, No. 46, 1996 AGU Fall Meeting, 1996, S71C-04

89. NDLEP03 Keilis-Borok, V.I., and A.A. Soloviev, (Editors), 2003. Nonlinear Dynamics of the Lithosphere and Earthquake Prediction. Springer, Heidelberg, 348 p.

90. NHWK91 Norris, J. P., Herz, P., Wood, K. S. & Kouveliotou, C., 1991. On the nature of soft gamma repeaters, Astrophys. J. 366, 240-252

91. Nik81 Nikolaev, A.V., 1981. Methods and some results of investigations of the scattering properties in the crust and mantle. Phys. Earth Planet Inter. 2, No. 4, 285-291.

92. Nik88 Nikolaev, A.V., 1988. Problems of nonlinear seismology. Phys. Earth Planet. Inter., 50, No.l, 1-7.

93. Nis91 Nishenko, S. P., 1991. Circum-Pacific seismic potential 1989-1999. Pure Appl. Geophys. 135, 169259.

94. Nis91 Nishenko, S. P., Circum-Pacific seismic potential: 1989-1999, Pure Appl. Geophys., 135, 169-259, 1991.

95. NK-02 Nekrasova, A., and V. Kossobokov, Generalizing the Gutenberg-Richter scaling law. EOS Trans. AGU, 83 (47), Fall Meet. Suppl., AbstractNG62B-0958, 2002.

96. NK-03b Nekrasova, A.K., and V.G. Kossobokov, Global hazard maps based on unified scaling law for earthquakes. In IUGG2003, June 30 July 11, 2003, Sapporo, Japan. Abstracts, Week A: A. 148.

97. NS93 Nishenko, S. P., and L. R. Sykes, Comment on "Seismic gap hypothesis: Ten years after" by Y. Y. Kagan andD. D. Jackson, J. Geophys. Res., 98, 9909-9916, 1993.

98. NT87 Nikolaev, A.V., P.A. Troitsky, 1987. Lithospheric studies based on array analysis of P-coda and microseisms. Tectonophysics, 140, No. 1, 103-113.

99. Omo894 Omori, F. On the after-shocks of earthquakes. J. Coll. Sci. Imp. Univ. Tokyo, 7: 111-200, 1894.

100. OPN89 Olson, R. S., B. Podesta (Editor), J. M. Nigg, 1989. The Politics of Earthquake Prediction. Princeton Univ Press, 199 p.

101. PC94 Pepke, S., and J. M. Carlson, 1994. Predictability of Self-Organizing Systems. Phys. Rev. E, 50, 236-242

102. PCS94 Pepke, S., J. M. Carlson, B. E. Shaw, 1994. Prediction of Large Events on a Dynamical Model of a Fault. J. Geophys. Res. 99, 6769-6788

103. PJ89 Parrot, M., Johnston, M. J. S. (Eds.), 1989. Seismoelectromagnetic effects. Phys. Earth Planet. Inter. 57, 1-177.

104. PJM+93 Park, S. K., Johnson, M. J. S., Madden, T.R., Morgan, F. D., Morrison, H. F., 1993. Electromagnetic precursors to earthquakes in the ULF band: A review of observations and mechanisms. Rev. Geophys., 31,2, 117-132.

105. PPK02 Panza, G.F., A. Peresan, and V. Kossobokov, La previsione dei terremoti a medio termine spazio-temporale. 21mo SECOLO Scienza e Tecnologia, 2002,13, 2: 20-25.

106. Pro78 Prozorov, A.G. A statistical analysis of P-wave residuals and the prediction of the origin times of strong earthquakes. In: Earthquake Prediction and the Structure of the Earth. Computational seismology 11, Allerton Press Inc. N.Y., 4-18, 1987.

107. PS84 Prigogine, I, and I. Stengers, 1984. Order out of Chaos. Bantam Books, NY

108. Reasenberg, P.A. Foreshock occurrence before large earthquakes. J. Geophys. Res., 104,4755-4768, 1999.

109. Richter, C.F. Discussion of paper by V.I. Keylis-Borok and L.N. Malinovskaya, 'One regularity in the occurrence of strong earthquakes'. J. Geophys. Res. 69: 3025, 1964.

110. Reasenberg, P.A., and L.M. Jones. Earthquake hazard after a main shock in California. Science, 243, 1173-1176, 1989.

111. L. Romashkova, V.G.Kossobokov, and J.H.Healy. The 1999 Hector Mine earthquake was expected. In AGU 1999 Fall Meeting Programme: 19, 1999.

112. Romachkova, L., V. Kossobokov, G.F. Panza, and G. Costa, Intermediate-term prediction of earthquakes in Italy: Algorithm M8. ICTP Internal Report IC/IR/96/12, Miramare-Trieste, April 1996, 42 p.

113. Romachkova, L.L., V.G. Kossobokov, G.F. Panza, and G. Costa, Intermediate-term prediction of earthquakes in Italy: Algorithm M8. Pure Appl. Geophys., 1998,152: 37-55

114. Romashkova, L.L., Kossobokov, V.G., Peresan, A., and Panza, G.F., 2001. Stabilizing intermediate-term medium-range earthquake predictions, Preprint, IC/2001/168, The Abdus Salam lternational Centre for Theoretical Physics. ICTP, Trieste, Italy, 20 p.

115. Romashkova, L., V. Kossobokov, and D. Turcotte, Seismic cascades prior to and after recent largest earthquakes worldwide. Eos Trans. AGU, 81 (48), Fall Meet. Suppl., Abstract NG62C-09, 2000: F564-F565.

116. Romashkova, L.L., A.K. Nekrasova, and V.G. Kossobokov, Cascading seismic activity at the approach and after the most recent great earthquakes. In IUGG2003, June 30 July 11, 2003, Sapporo, Japan. Abstracts, Week A: A.164.

117. Rezapour, M., and R.G. Pearce. Bias in surface wave magnitude Ms due to inadequate distance corrections, Bull. Seism. Soc. Am. 88, 43-61, 1998.

118. Scholz, C.H. 1997. Whatever happened to earthquake prediction? Geotimes, 42(3), 16-19

119. Shaw, B.E., J.M. Carlson, and J.S. Langer, 1992. Patterns of seismic activity preceding largeearthquakes. J. Geophys. Res. 97, 479-488

120. Shebalin, P.N. Compilation of earthquake catalogs as the task of clustering with learning, Doklady Ac. Sci. USSR 292, 1083-1086, 1987.

121. Shebalin, P.N. Automatic duplicate identification in set of earthquake catalogues merged together, U.S. Geol. Surv. Open-File Report 92-401, Appendix II, 1992.

122. SJ90 Sykes, L.R. and Jaume, S.C., 1990. Seismic activity on neighboring faults as a long-term precursor to large earthquakes in the San Francisco Bay area. Nature 348, 595-599.

123. SK99 Shebalin, P.N., and V.I. Keilis-Borok, 1999. Phenomenon of local "seismic reversal "before strong earthquakes. Phys. Earth Planet. Int. 111:215 -227

124. SKZ+03 Shebalin, P., V.I. Keilis-Borok, I. Zaliapin, S. Uyeda, T. Nagao, and N. Tsybin, Short-term Premonitory Rise of the Earthquake Correlation Range. In IUGG2003, June 30 July 11, 2003, Sapporo, Japan. Abstracts, Week A: A. 149.

125. SMS81 Smith, S.W., R. McPherson, N. Severy, 1981. The Eureka earthquake of 1980, breakup of the Gorda plate. Earthquake Notes, 52, 44.

126. SSS99 Sykes, L.R., B.E. Shaw, and C.H. Scholz, 1999. Rethinking earthquake prediction. Pure appl. Geophys., 155, 207-232, 1997.

127. SZK00 Shebalin, P., I. Zaliapin, and V. Keilis-Borok, 2000. Premonitory raise of the earthquakes'correlation range: Lesser Antilles. Phys. Earth Planet. Int.122: 241-249.

128. TD95 Thompson, C. & Duncan, R. C., 1995. The soft gamma repeaters as very strongly magnetized neutron stars -1. Radiative mechanism for outbursts, Mon. Not. R. Astr. Soc. 275,255- 300

129. Tho75 Thom, R., 1975. Structural stability and morphogenesis. Benjamin Reading, Massachusetts

130. TNH81 Troitsky, P.A., A.V. Nikolaev, E.S. Hysebye, 1981. Lithospheric studies based on holographic principles. Nature 294, 618-623.

131. TS82 Turcotte D.L. and Schubert G., 1982. Geodynamics: Applications of Continuum Physics to Geological Problems, 449 pp. John Wiley. New York

132. UOM95 Utsu, T., Y. Ogata, and R.S. Matsu'ura, 1995. The centenary of the Omori formula for a decay law of aftershock activity. J. Phys. Earth, 43: 1-33.

133. Upd89 Updike, R. G. (Ed.). Proceedings of the National Earthquake Prediction Evaluation Council, U.S. Geol. Surv. Open-File Rep. 89-114,1989.

134. Utsu61 Utsu, T. A statistical study on the occurrence of aftrshocks. Geophys. Mag. 30, 521-605, 1961.

135. Var89 Varnes, D. J. Predicting earthquakes by analyzing accelerating precursory seismic activity, Pure Appl. Geophys. 130, 661-686, 1989.

136. Ver69 Vere-Jones, D. A note on the statistical interpretation of Bath's law. Bull. Seismol. Soc. Amer., 59, 1535-1541, 1969.

137. VL94 Vorobieva, I.A., and T.A. Levshina. Prediction of the second Large Earthquake based on aftershock sequence. In: Computational Seismology and Geodynamics. Vol. 2, Washington P27-36, 1994.

138. Vor94 Vorobieva, I.A. Prediction of a Reoccurrence of Large earthquakes Based on the Aftershock sequence of the First Large earthquake. In: Seismicity and Related Processes in the Environment. Moscow, Russ. Acad. Sci., 33-37, 1994.

139. Vor99 Vorobieva, I. A., 1999. Prediction of a subsequent large earthquake. Physics Earth Planet. Inter. Ill: 197-206

140. VP93 Vorobieva, I.A., and G.F. Panza. Prediction of the Occurrence of Related Strong Earthquakes in Italy. Pure Appl. Geophys. 141(1), 25-41, 1993.

141. Wegl5 Wegener, A., 1915. Die Entstehung der Kontinente und Ozeane, Braunschweig, Vieweg (Slg.Wissenschaft 23), (in German, The Origin of Continents and Oceans)

142. WH88 Wyss, M., and R. Habermann. Precursory seismic quiescence, Pure Appl. Geophys., 126, 319-332, 1988.

143. WHDF82 World's hypocenters data file, 1885-June 1982, 1982. USGS-NOAA, USA.

144. WWL98 Wiens, D.A., M.E. Wysession, and L. Lawver. Recent oceanic intraplate earthquake in Balleny Sea was largest ever detected. EOS 79 (July 28): 353, 1998.

145. Wys91 Wyss, M. (editor), 1991. Evaluation of Proposed Earthquake Precursors. AGU, Washington, D.C.

146. Wys97a Wyss, M., 1997a. Cannot earthquakes be predicted? Science, 278: 487-488

147. Wys97b Wyss, M., 1997b. Second round of evaluation of proposed earthquake precursors, Pure appl. Geophys., 149, 3-16

148. ZKA02 Zaliapin, I., V. Keilis-Borok, and G. Axen, 2002. Premonitory spreading of seismicity over the fault network in Southern California: Precursor "ACCORD". J. Geophys. Res (in press).

149. ZKM01 Zlotnicki, J, Kossobokov, V., and Le Mouel, J.-L. Frequency spectral properties of an ULF electromagnetic signal around the 21 July 1995, M = 5.7, Yong Deng (China) earthquake. Tectonophysics 334, 2001,259-270

150. ZPD+84 Zhang-li, C., L. Pu-xiong, H. De-yu, Z. Da-lin, X. Feng and W. Zhi-dong. Characteristics of regional seismicity before major earthquakes, Earthquake Prediction (UNESCO, Paris), 505-521, 1984.

151. ZS85 Zheligovsky, A.V., and P.N. Shebalin. Worldwide earthquake catalogues in the Geophysical Data Bank for earthquake prediction. Computational Seismology, 18, Moscow, Nauka, pp. 164-175, 1985.

152. AK85 Акашех Б., Кособоков В.Г. Предвестник группирования перед сильнейшими землетрясениями Ирано-Афганского региона. Теория и анализ сейсмологической информации. М.: Наука, 1985, 105-112. (Вычислительная сейсмология, Выпуск 18).

153. Арн83 Арнольд, В.И., 1983. Теория катастроф. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 80 с.

154. БГР+92 Бхатия С.С., Горшков А.И., Ранцман Е.Я., Pao М.Н., Филимонов М.Б., Четти T.P.K., 1992.

155. Распознавание мест возможного возникновения сильных землетрясений. 18. Гималаи, (М > 6,5). Проблемы прогноза землетрясений и интерпретация сейсмологических данных. (Вычисл.сейсмология; Вып. 25), М.:Наука, 71-83.

156. Бор64 Борель, Э., 1964. Вероятность и достоверность. М.: Наука

157. ГГЖ+74а Гельфанд И.М., Губерман Ш.А., Жидков М.П., Кейлис-Борок В.И., Ранцман Е.Я., 1974.

158. Распознавание мест возможного возникновения сильных землетрясений. 2. Четыре региона Малой Азии и Юго-Восточной Европы. Машинный анализ цифровых сейсмических данных. {.Вычисл.сейсмология; Вып.7), М.: Наука, 3-40.

159. ГГЖ+746 Гельфанд И.М., Губерман Ш.А., Жидков М.П., Кейлис-Борок В.И., Ранцман Е.Я.

160. Распознавание мест возможного возникновения сильных землетрясений. 3. Случай, когда границы дизъюнктивных узлов неизвестны Машинный анализ цифровых сейсмических данных. {Вычисл. сейсмология; Вып.7), М.: Наука, 41-58

161. ГЖС84 Гвишиани А.Д., Жидков М.П., Соловьев A.A., 1984 К переносу критериев высокой сейсмичности горного пояса Анд на Камчатку. Известия АН СССР. Физика Земли. № 1, 20-23.

162. ГЗКК78 Гвишиани А.Д., Зелевинский A.B., Кейлис-Борок В.И., Кособокое В.Г. Исследование мест возникновения сильнейших землетрясений Тихоокеанского пояса с помощью алгоритмов распознавания. Изв. АН СССР. Физика Земли, 1978, 9, 31-42.

163. ГК81 Гвишиани А.Д., Кособоков В.Г. К обоснованию результатов прогноза мест сильных землетрясений, полученных методами распознавания. Изв. АН СССР. Физика Земли, 1981, 2, 21-36.

164. ГК83 Гвишиани А.Д., Кособоков В.Г. О выборе порога магнитуды для классификации мест сильнейших землетрясений Тихоокеанского сейсмического пояса. Прогноз землетрясений и изучение строения Земли. М.: Наука, 1983, 72-80. (Вычислительная сейсмология, 15).

165. ГК84 Гурвич B.A., Кособоков В.Г. О связи вулканизма и перепада высот с эпицентрами сильнейших землетрясений. Математическое моделирование и интерпретация сейсмических данных. М.: Наука, 1984, 88-93. (Вычислительная сейсмология. Выпуск 16).

166. ГКР+86 Гвишиани, А.Д., В.Г. Кособоков, Е.Я. Ранцман, A.A. Соловьев, А.И. Горшков. Места возможных землетрясений с М > 5,0 в Западных Альпах. В кн.: Основные проблемы сейсмотектоники, M.: Наука, 1986, 83-91

167. Гне61 Гнеденко, Б.В., 1961. Курс теории вероятностей. М.: Физматгиз

168. КМ92 Кособоков В.Г., Мажкенов С.А. Интенсивность потока землетрясений в очаговой области //

169. Кос+86г Кособоков В.Г., 1986. Раздел III. Испытание алгоритма М8: Прибайкалье. В кн.: Долгосрочный прогноз землетрясений: Методические рекомендации / Под ред. акад. М.А. Садовского // М.: ИФЗ АН СССР, 98-99

170. Кос+86д Кособоков В.Г., 1986. Раздел III. Испытание алгоритма М8: Камчатка и Курильская дуга. В кн.: Долгосрочный прогноз землетрясений: Методические рекомендации / Под ред. акад. М.А. Садовского // М.: ИФЗ АН СССР, 99-101

171. Кос+86е Кособоков В.Г., 1986. Раздел III. Испытание алгоритма М8: Вранча. В кн.: Долгосрочный прогноз землетрясений: Методические рекомендации / Под ред. акад. М.А. Садовского // М.: ИФЗ АН СССР, 102

172. Кос+86ж Кособоков В.Г., Рейнхарт У. 1986. Раздел III. Испытание алгоритма М8: Центральная Америка и Мексика. В кн.: Долгосрочный прогноз землетрясений: Методические рекомендации / Под ред. акад. М.А. Садовского // М.: ИФЗ АН СССР, 102-104

173. Кос+86з Кейлис-Борок В.И., Кособоков В.Г., Рейнхарт У., 1986. Раздел III. Испытание алгоритма М8: Запад США. В кн.: Долгосрочный прогноз землетрясений: Методические рекомендации / Под ред. акад. М.А. Садовского К М.: ИФЗ АН СССР, 104-109

174. Кос80 Кособоков В.Г. Опыт переноса критериев высокой сейсмичности (М > 8,2) с Тихоокеанского пояса на Альпийский. Методы и алгоритмы интерпретации сейсмологических данных. М.: Наука, 1980,44-46. (Вычислительная сейсмология, Выпуск 13).

175. Кос82 Кособоков В.Г. Распознавание мест сильных землетрясений востока Средней Азии и Анатолии методом Хемминга. Математические модели строения Земли и прогноза землетрясений. М.: Наука, 1982, 76-81. (Вычислительная сейсмология, 14).

176. Кос84 Кособоков В.Г. Общие свойства мест сильнейших землетрясений (с М > 8,2) внеальпийской зоны Трансазиатского сейсмического пояса. Логические и вычислительные методы в сейсмологии. М.: Наука, 1984, 69-71. (Вычислительная сейсмология, Выпуск 17).

177. Кос84Д Кособоков В.Г. Малопараметрические характеристики мест возможного возникновения эпицентров сильных землетрясений. Дисс. соиск. уч. ст. кандидата физ.-мат. наук (специальность 01.04.12 геофизика). М.: ИФЗ АН СССР, 1984, 207 с.

178. Кос91 Кособоков В.Г. По поводу статьи А.Д. Сытинского «О связи землетрясений с солнечной активностью». Известия АН СССР. Физика Земли, 1991, 3, 110-112

179. Кос95 Кособоков В.Г. Об одной регулярности в последовательности обращений магнитного поля Земли. Доклады РАН, 1995, 340,4: 539-542

180. Кос-98 Кособоков В.Г., 1998. Опыт прогноза в реальном времени сильнейших землетрясений мира.

181. Научная конференция "Современная сейсмология: достижения и проблемы". Москва, 7-9 октября 1998 г., 35.

182. КР77 Кособоков В. Г., Ротвайн И.М. Распознавание мест возможного возникновения сильных землетрясений. VI. Магнитуда М > 7,0. Распознавание и спектральный анализ в сейсмологии. М.: Наука, 1977, 3-13. (Вычислительная сейсмология, Выпуск 10).

183. КХК+92 Кособоков В.Г., Дж.Х. Хили, В.И. Кейлис-Борок, Дж.У. Дьюи, A.B. Хохлов, 1992. Проверка алгоритма среднесрочного прогноза землетрясений: схема теста в реальном времени и результаты ретроспекции. Доклады РАН. 325, 1: 46-48

184. Лем79 Леман, Э., 1979. Проверка статистических гипотез. М.: Наука, 408 с.

185. MPT69 Мостеллер, Ф., Р. Рурке, Дж. Томас, 1969. Вероятность. М.: Мир, 431 с.

186. НВ91 Николаев, A.B., Г.М.Верещагина. Об инициировании землетрясений землетрясениями. Докл. АН СССР, 1991, 318, №2, 320-324.

187. Ник75 Николаев, A.B., 1975. Возможность вибрационного просвечивания Земли. Изв. АН СССР. Физика Земли, №4, 10-21.

188. НН77 Нерсесов, И.JI., A.B. Николаев, 1977. Временное изменение структуры телесейсмических волн Р на Гармском прогностическом полигоне. Докл. АН СССР, 234, №4, 794-797.

189. НН93 Николаев, A.B., B.A. Николаев, 1993. Связь афтершоков сильных землетрясений с приливными фазами как индикатор напряженного состояния среды. Докл. РАН, 330, №2, 261266.

190. НС82 Николаев, A.B., М.А. Садовский, 1982. Новые методы сейсмической разведки: перспективы развития. Вестник АН СССР, №1, с.57-64.

191. НТЧ86 Николаев, A.B., П.А. Троицкий, И.Я. Чеботарева, 1986. Изучение литосферы сейсмическим шумом. Докл. АН СССР, т. 286, №3, с. 586-591.

192. ОСР-97 Комплект карт общего сейсмического районирования (ОСР-97) Северной Евразии. Отв. составители В.И. Уломов, Л.С. Шумилина, A.A. Гусев, В.М. Павлов, Н.С. Медведева.

193. Ран79 Ранцман Е.Я., 1979. Места землетрясений и морфоструктура горных стран. М.: Наука. 170с.

194. РГБК01 Рундквист, Д.В., Ю.Г. Гатинский, В.А. Буш, В.Г. Кособокое. Территория России в современной структуре Евразии: геодинамика и сейсмичность. Проблемы динамик литосферы и сейсмичности. М.: Геос, 2001, 266-277 (Вычислительная сейсмология, Выпуск 32).

195. Риз58 Ризниченко Ю.В., 1958. Об изучении сейсмического режима. Изв. АН СССР. Серия Геофиз., №9, 1057-1074

196. Риз76 Ризниченко, Ю.В., 1976. Размеры очага корового землетрясения и сейсмический момент. Исследования по физике землетрясений. М.: Наука, с. 9-27

197. Риз79 Ризниченко, Ю.В. (отв. ред.), 1979. Сейсмическая сотрясаемость территории СССР. М.: Наука, 193 с.

198. РК01 Ромашкова, Л.Л., В.Г. Кособокое. Динамика сейсмической активности до и после сильнейших землетрясений мира, 1985-2000. Проблемы динамик литосферы и сейсмичности. М.: Геос, 2001, 162-189 (Вычислительная сейсмология, Выпуск 32).

199. РК02 Ромашкова Л.Л., Кособокое В.Г. Пространственно стабилизированная схема применения алгоритма М8: Италия и Калифорния. Проблемы теоретической сейсмологии и сейсмичности. М.: Наука. 2002. 163-185. (Вычислительная сейсмология, Вып. 33)

200. РК96 Ромашкова Л.Л., Кособоков В.Г., 1996. Параметры концентрации очагов в алгоритме среднесрочного прогноза землетрясений. Современные проблемы сейсмичности и динамики Земли. М.: Наука: 56-66 (Вычислительная сейсмология, Выпуск 28).

201. Сад86 Долгосрочный прогноз землетрясений: Методические рекомендации / Под ред. акад. М.А. Садовского // М.: ИФЗ АН СССР, 1986. 127 с.

202. СБП82 Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф., 1982. О свойстве дискретности горных пород. Изв. АН СССР. Физика Земли, № 12, 3-18

203. СГПШ84 Садовский, М.А., Т.В. Голубева, В.Ф. Писаренко, и М.Г. Шнирман, 1984. Характерные размеры горной породы и иерархические свойства сейсмичности. Известия АН СССР. Физика Земли, 20: 87-96

204. С380 Соболев Г.А., Завьялов А.Д., 1980. О концентрационном критерии сейсмогенных разрывов. Докл. АН СССР 252 №1: 69-71

205. СР68 Сейсмическое районирование СССР, 1968. М.: Наука

206. СР80 Сейсмическое районирование территории СССР. Методические основы и региональное описание карты 1978 г., 1980. М.: Наука, 307 с.

207. СТ96 Соболев Г.А., Тюпкин Ю.С., 1996. Аномалии в режиме слабой сейсмичности перед сильными землетрясениями Камчатки. Вулканология и сейсмология 4, 64-74.

208. СТ98 Соболев Г.А., Тюпкин Ю.С., 1998. Стадии подготовки, сейсмические предвестники и прогноз землетрясений Камчатки // Вулканология и сейсмология 6, 17-26.

209. СЧЗ+90 Соболев Г.А., Челидзе Т.Л., Завьялов А.Д., Славина Л.Б., Николадзе В.Е., 1990. Карты ожидаемых землетрясений, основанные на комплексе сейсмологических признаков. Известия АН СССР. Физика Земли, 11: 45-56

210. ТБК91 Трубицын В. Р. Бобров А.М., Кубышкин В.В., 1991. Тепловая конвекция в мантии, вызванная горизонтальным и вертикальным градиентом температуры // Физика Земли. № 5. 12-23.

211. ТюпОО Тюпкин Ю.С., 2000. Кинетика афтершоковой последовательности. Доклады Академии Наук, 373, № 5,684.

212. Фед65 Федотов С.А., 1965. О закономерностях распределения сильных землетрясений Камчатки, Курильских островов и северо-восточной Японии. Труды Инст. Физики Земли АН СССР. № 203 (36). 66-93.1. Фед691. Фел84 ФЧ87

213. Фед68 Федотов С.А., 1968. О сейсмическом цикле, возможности количественного районирования и долгосрочном сейсмическом прогнозе. Сейсмическое районирование СССР, М.: Наука, 121150.

214. ФЧМЖ98 Федотов С.А., Чернышев С.Д., Матвиенко Ю.Д., Жаринов H.A., 1998. Прогноз Кроноцкого землетрясения 5 декабря 1997 г., М=7,8-7,9, Камчатка, и его сильных афтершоков. Вулканология и сейсмология, № 6, 3-16.

215. Хохлов, A.B., и В.Г. Кособоков. Сейсмический поток. Математическое моделирование сейсмотектонических процессов в литосфере, ориентированное на проблему прогноза землетрясений, Выпуск 1. М.: МНТП РАН, 1993, 42-45

216. Хохлов, A.B. и В.Г. Кособоков. Сейсмический поток и сильные землетрясения северо-запада Тихоокеанского кольца. Геодинамика и прогноз землетрясений. M.: Наука, 1994, 3-8 (Вычислительная сейсмология, Выпуск 26).

217. Хохлов, A.B., В.Г. Кособоков и В.И. Кейлис-Борок. Сейсмический поток и сильные землетрясения северо-запада Тихоокеанского сейсмического пояса. Доклады РАН, 1992, 325, 1: 60-63

218. Худсон, Д., 1967. Статистика для физиков. М.: Мир

219. Яглом, A.M., И.М. Яглом, 1960. Вероятность и информация. М.: Физматгиз1. ХК931. ХК941. ХКК921. Худ67 ЯЯ60