Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Особенности совокупного проявления предвестников землятресений на геодинамических полигонах Узбекистана

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Особенности совокупного проявления предвестников землятресений на геодинамических полигонах Узбекистана"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН Институт сейсмологии им. Г.А.Мавлянова

На правах рукописи

/Л(Л~) /

ЯКУБОВА Саодат Омилбоевна

ОСОБЕННОСТИ СОВОКУПНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛИГОНАХ УЗБЕКИСТАНА

04.00.22. - геофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент

2000

Работа выполнена в Институте сейсмологии АН РУз

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Хусамиддинов С. С.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Артиков Т.У.

доктор физико-математических наук Токтасопиев A.M.

Ведущая организация: Институт Геологии и геофизики АН РУз

имени X. М. Абдуллаева

Защита состоится « /О» сЬб&рО- /?-? 2000 г. в « » час. на заседании Специализированного совета Д.015.07.01 при Институте сейсмологии АН РУз по адресу: 700128, г. Ташкент-128, ул. ХуршидаЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института сейсмологии АН РУз

Автореферат разослан « -/л 2000 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

кандидат физ.-мат. наук р, / Нурматов У.А.

У) ¿'Ъ0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Широкомасштабные полевые, лабораторные и теоретические исследования сейсмогенных процессов и сопутствующих им явлений, проводимые в ряде стран, существенно обогатили геофизическую науку и значительно продвинули решение проблемы прогноза землетрясений. На этапах НИР исследователями установлены наиболее перспективные для поиска предвестников землетрясений параметры естественных и искусственных полей, изучены их основные характеристики, получены многочисленные экспериментальные подтверждения аномальных явлений природы перед землетрясениями. На основе полученных результатов выявлены различные эмпирические зависимости области и времени проявления предвестников в зависимости от энергии и эпицентрального расстояния землетрясений. Установлены отдельные закономерности этапов эволюции сейсмического очага, создана серия качественных моделей подготовки землетрясения. Полученные результаты показали возможность реального прогноза землетрясений, и к настоящему времени известно множество случаев удачных пробных прогнозов землетрясений. Вместе с тем, катастрофические землетрясения последних лет показали недостаточную проработанность проблемы.

Согласно накопленным сведениям, известные сейсмочувствительные параметры по отдельности не обеспечивают требуемую достоверность сейсмического прогноза. Поэтому решение этой проблемы связывают с проведением комплексных измерений с дальнейшей оценкой возможности прогноза землетрясения по совокупным признакам. Несмотря на многочисленность комплексных наблюдений, количество работ, посвященных совокупному анализу, ограничено. Такое положение видимо связано со слабой унификацией технологий измерения и анализа различных полей, многофакторной зависимостью их вариаций от различных естественных и искусственных источников, а также недостатками методов анализа. Изучению особенностей поведения различных естественных полей на полигонах Узбекистана посвящено достаточное количество НИР. Результаты этих исследований широко представлены в научной литературе и фондовых материалах. В частности, особенностям сейсмических полей посвящены исследования Е.М. Бутовской, В.И. Уломова, И. Б. Яковлевой, Л.М. Плотниковой, Б. С. Нуртаева и др., наклонов земной поверхности В.Н. Яковлева, магнитного поля, К.Н. Абдулла-бекова, С.М. Максудова, М. Ю. Муминова, электромагнитных полей и ионосферы С.С. Хусамиддинова, параметров подземных вод, А.Н. Султанхаджае-ва, Г.Ю. Азизова, Ф.Г. Зиган, С. У. Латипова и др.. Несмотря на обширность исследований, практически, отсутствуют работы посвященные совокупному анализу этих полей. В представленной работе, с учетом результатов выше указанных НИР, проведены целенаправленные исследования пространственно-временных характеристик совокупного проявления предвестниковых

признаков геофизических полей и параметров подземных вод. Другой особенностью работы является единый подход к анализу и интерпретации результатов наблюдений и использование современных высокочувствительных методов спектрального, вариационного и регрессионного анализа.

Разработка методов поиска предвестников землетрясений требует обширных сведений о пространственно-временной структуре фоновых вариаций естественных полей, чувствительных к сейсмогенным процессам. Важны также сведения об их особенностях, обусловленных геолого-геофизическими условиями районов исследований, которые также рассмотрены в данной работе.

Представленные результаты исследований выполнены в рамках научно-технической программы «Глобальные изменения природной среды и климата» по части: «Сейсмичность и связанные с ней явления», заданий ГКНТ Узбекистана: по исследованию закономерностей проявления и развития аномалии магнитного, электрического, электромагнитного и электротеллурического полей земли и ионосферы, связанных с сейсмогеодинамически-ми процессами.

В работе, наряду с результатами собственных наблюдений, использованы фондовые материалы Института сейсмологии АН Узбекистана и его Комплексной экспедиции, данные Мирового центра данных, а также данные Гидрометеофонда Узбекистана.

Цель работы: Исследование на основе единих подходов пространственно-временных характеристик аномальных изменений геофизических и гидрогео-сейсмологических параметров в конкретных сейсмотектонических условиях Узбекистана.

Задачи исследований: 1. Создание базы прогностических данных.

2. Разработка формализованных подходов анализа результатов сейс-мопрогнозного мониторинга.

3. Исследования особенностей нормальных (фоновых) вариаций естественных полей и степени их взаимосвязи с вероятными источниками.

4. Изучение особенностей проявления предвестников землетрясений в структуре конкретных сейсмочувствительных параметров естественных полей и их совокупного проявления на полигонах Узбекистана.

Научная новизна:

1. Проведена серия экспериментов по синхронному наблюдению комплекса геофизических параметров и выявлены особенности взаимообусловленных фоновых геофизических полей.

2. Введена предварительная обработка временных рядов, включающая поиск и замену грубых ошибок, синтез пропусков, кусочно-интервальную стандартизацию с дальнейшей оценкой статистических параметров.

3. Использован спектральный анализ для выявления основных

фоновых характеристик вариаций геофизических и

гидрогеосейсмологических параметров.

4. Применен метод отклонений от подобранных моделей, трендов временных рядов и анализ вариаций естественных полей на различных периодах спектральных составляющих и показана его перспективность для выделения предвестниковых аномалий различных длительностей.

5. На основе формализованных подходов выявлены отдельные пространственно - временные особенности совокупного проявления предвестников землетрясений.

Практическая ценность: Выявленные особенности проявления предвестниковых аномалий в различных полях существенно обогащают знания о физике предвестников землетрясений и могут быть использованы при разработке феноменологических моделей подготовки землетрясения, оптимизации систем прогноза землетрясений применительно к конкретным регионам и для повышения эффективности сейсмопрогнозных оценок.

Защищаемые положения:

- совокупность методических подходов комплексного анализа экспериментальных материалов;

- результаты исследования особенностей фоновых вариаций геофизических и гидрогеологических полей;

- пространственно - временные характеристики аномальных проявлений конкретных параметров перед сильными землетрясениями региона;

- особенности совокупного проявления предвестниковых аномалий различных полей.

Апробация работы: Результаты работы докладывались на международном совещании «Проблемы инженерной геологии и сейсмологии», посвященного 85-летию академика Мавлянова Г. А. (Ташкент, 1995), конференции Института сейсмологии, посвященной 70 летию Геофизической обсерватории (Паркент, 1994), на международном совещании, посвященном 70 летию академика А. Н. Султанхаджаева (Ташкент, 1999), на семинарах проблемного совета Института сейсмологии АН Руз, на периодических семинарах лаборатории Вариации геофизических полей ИС АН РУз.

Реализация результатов работы: Материалы магнитовариационных и ионосферных наблюдений, их анализ и обобщение в виде ежемесячных отчетов представляются в международные центры данных. Данные абсолютных магнитных и наклономерных наблюдений на КМИО используются Прогнозной комиссией Института сейсмологии АН Узбекистана. Результаты исследований являются составной частью научных отчетов лаборатории Вариации геофизических полей по проблеме прогноза землетрясений, а также международных проектов: "OERSTAT" - глобальные космические и наземные исследования геомагнитного поля и "SANDAIL" - международные исследования ионосферы.

Публикации: Основные результаты работы опубликованы в 4 статьях и 3 тезиоах.

Объём диссертации составляет 88 стр. машинописного текста, 35 графических материалов, 8 таблиц и библиографию из 94 наименований.

Благодарности:

В проведении экспериментов, сборе и обработке материалов автору активно помогали сотрудники Магнитно - ионосферной обсерватории. Автор выражает им свою глубокую признательность.

Автор выражает свою искреннюю благодарность директору института чл. корр. АН РУз К.Н. Абдуллабекову за постоянную поддержку, консультации и полезные обсуждения, а также начальнику Геофизической экспедиции к.г.-м.н. Г.Ю. Азизову за помощь в сборе материалов.

Автор весьма благодарна научному консультанту академику АН РУз А.Н. Султанхаджаеву, научному руководителю д.ф.-м.н. Хусамиддинову С.С за постановку ряда задач, руководство и помощь в ходе исследований, а также Ф.Г. Зиган за обсуждения результатов исследований и ценные замечания.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы. Сформулированы цели и задачи, являющиеся предметом исследования, основные защищаемые положения, освещена научная новизна работы.

Первая глава обзорная. В ней приведена краткая характеристика геодинамических полигонов района исследований, а также изученность проблемы поиска предвестников и прогноза землетрясений.

Район исследований включает горные системы Тянь-Шаня, Памира и Алая с крупными впадинами (Ферганская, Таджикская, Нарынская, Чуй-ская), которые ограничиваются рядом хребтов. Геологическое строение и характеристики геофизических полей района считаются хорошо изученными и широко представлены в научной литературе.

Сейсмопрогностические исследования Института сейсмологии АН РУз охватывают три геодинамических полигона: Приташкентский, Ферганский и Центрально Кызылкумский, которые расположены в одноименных сейсмоактивных зонах. Полигоны отличаются высокой сейсмической активностью. Здесь известны землетрясения с магнитудами до М=5-7.4.

Высокая сейсмическая активность региона, его густая населенность, наличие крупных промышленных, гражданских, гидротехнических и др. сооружений предопределяют актуальность проведения на этих полигонах сейсмопрогнозных исследований.

Многочисленные исследования, проводимые в ряде стран, показали перспективность для поиска предвестников землетрясений: 1-фонового сейсмического режима, движений и деформаций земной коры, 2- электриче-

ски.х, магнитных и электромагнитных полей земли; 3- гидрогеохимическнх и гидродинамических параметров подземных вод; 4 - ионосферы.

Исторически, сейсмопрогнозные исследования проводились традиционными методами, применяемыми в геофизических и геохимических направлениях науки. Каждому из этих направлений свойственны свои устоявшие приемы наблюдений, обработки и интерпретации материалов. Отсутствие единых методик требует разработки или подбора методических подходов анализа приемлемых как геофизических, так и гидрогеосейсмологиче-ских рядов.

Совокупный анализ комплексных исследований осложнен также неоднозначной зависимостью предвестников от геолого-геофизических условий, различием источников и фоновых вариаций сейсмочувствительных полей. Это требует особых приемов совокупной интерпретации различных данных. Задачи исследований поставлены с учетом перечисленных актуальных вопросов.

Вторая глава посвящена методическим вопросам. В ней кратко рассмотрены методики наблюдений и обсуждаются методы обработки данных. С учетом литературных источников и опыта прогнозной комиссии ИС АН РУз, а также представительности данных в геофизический ряд анализируемой выборки включены материалы геомагнитных, наклономерных, электротеллурических, ионосферных, импульсных электромагнитных наблюдений, а в гидрогеосейсмологические1- газовые и динамические компоненты подземных вод.

Исследуемые поля по времени измерения подразделяются на непрерывные и дискретные ряды, а по способу измерения на абсолютные и относительные. К непрерывным относятся вариационные ряды наклонов земной поверхности, компоненты геомагнитного поля, электромагнитных излучений, ионосферы и эпизодические измерения Яп. К дискретным относятся большинство параметров подземных вод. К абсолютным относятся измерения модуля напряженности геомагнитного поля, ионосферы и гидрофизические параметры подземных вод. Остальные ряды носят относительный характер.

Специфика сейсмопрогнозных исследований такова, что для получения информативного интервала требуется длительный ряд фоновых наблюдений. За такой период наблюдений по различным причинам экспериментальные ряды могут иметь пропуски, грубые ошибки, подвержены влиянию техногенных или естественных помех. Возможна также замена методики или измерительной аппаратуры, что может изменить базовые веса временных рядов. С учетом этих особенностей подобраны или разработаны пакеты алгоритмов и компьютерных программ, позволяющие производить поиск грубых ошибок, синтез пропусков или дискретных рядов, ВЧ, [-14 и полосовую фильтрацию, нормировку, вариационный, корреляционный, регрессионный

и спектральный анализ. Вычисления, в основном, производились интерактивным пакетом программ спектральной обработки ISP (С.С. Хусамиддинов и В. А. Пилипенко), а также стандартными пакетами "МЕЗОЗАВР" и др.

По современным представлениям землетрясение рассматривается как процесс, который подготавливается в определённом объёме массива горных пород и конечных временных интервалах. М.А. Садовским показано, что энергия и время подготовки землетрясения зависят от объема сейсмического очага. На основе анализа большого статистического материала им выявлены следующие эмпирические зависимости времени подготовки и энергии землетрясения от объема сейсмического очага.

lgt(E,3pr)=0.295K-5, t - время подготовки землетрясения в сутки.

E=103V - энергия землетрясения в эргах, V-объём в см3

Приведенные формулы показывают, что энергия землетрясения возрастает только за счет увеличения объема очага, который в свою очередь контролируется рангами тектонических структур.

Физическую природу предвестников землетрясений связывают с аномальными относительными деформациями земной коры в области подготовки землетрясения. В. М. Мячкиным и др. эта область ограничена окружностью радиусом Ro=eM, км. Его величина на конкретном удалении от сейсмического очага нами теоретически оценивалась по формуле И. П. Добровольского е^Ю0,433'1^^)/!!3, R-эпицентральное расстояние в км. С учетом рекомендаций В.И.Уломова в качестве формализованного параметра эпицен-тральной удаленности нами приняты безразмерные величины p=L/R и p'=eM/R где: L=10°'44M-1.29 - длина очага в км (Ю.В. Ризниченко).

С целью получения однородности выборка сейсмических рядов составлена дифференцированно по отдельным полигонам, в которую включены землетрясения с близкими характерными для данного района энергиями землетрясений.

Традиционно, в существующей практике, аномальный эффект определяют по превышению амплитуды вариаций информативных параметров уровня 2-ьЗа, а - величина среднеквадратичных отклонений нормальных вариаций. Вместе с тем, известны многочисленные экспериментальные сведения, которые указывают на изменение перед землетрясениями характера вариаций при амплитудах в пределах фоновых, что должно проявиться в спектральных характеристиках. С учетом этого, аномалии исследуемых полей выделялись по:

1. Изменениям амплитудных или спектральных характеристик вариаций сейсмочувствительных полей

2. Однообразности проявления аномалий при близких сейсмотектонических условиях и или по синхронности их проявления в различных полях.

К предвестниковым отнесены аномалии, проявившиеся в области и времени подготовки землетрясения при отсутствии альтернативных источ-

ников и имеющие корреляционную связь между какими-либо параметрами сейсмического источника.

Для оценки зон сейсмочувствительности анализируемых полей введена градация областей с учетом величины ожидаемых аномальных деформаций.

1. Очаговая зона. Величина теоретически оцененных аномальных относительных деформаций соответствует , что соответствует эпицен-тральным расстояниям R<5L или р>0.2;

2. Зона, в которой аномальные относительные деформации превышают приливные. е=10 6н-Ю"7, R=5L+10L,(p=0.2+0.1);

3. Зона , в которой аномальные относительные деформации соизмеримы с приливными, е к -10~8, R=10lw-15L, (р =0.1+0.06)

4. Зона с радиусом превышающим 15L.

Общая схема исследований базировалась на: 1 - изучении фона, 2 - исключении регулярных и нерегулярных компонентов несейсмического источника, 3-выделение аномалий, 4 - сопоставление аномалий с дифференцированной выборкой землетрясений, 5 - совокупные оценки интервалов и зон проявления предвестников.

Исключение альтернативных источников производилось комплексом технологических приемов измерения и обработки с учетом специфики анализируемых параметров.

В главе III анализируются особенности фоновых вариаций геофизических полей и гидрогеосейсмологических параметров, используемых для сейсмопрогнозных исследований.

Источники вариаций геофизических полей можно подразделить на внутренние, внешние и техногенные. Внутренние связаны с естественными процессами в земле, включая околоземное пространство. Внешние имеют внеземную природу и контролируются солнечной деятельностью.

Рассмотрены спектральные характеристики вариаций компонента геомагнитного поля на магнитной обсерватории «Ташкент» за период с 1940г. В их спектрах преобладают периоды 40; 11 лет, 12-13, 3;6 месяцев, 28-29 суток, 24; 36 часов. Это указывает на наличие в их структуре устойчивых циклических, годовых, сезонных, суточных вариаций, которые обусловлены солнечной деятельностью. Наибольшие искажения амплитудой до 0.5-7.5нТ наблюдаются при прохождении бухт с периодами от 10 мин. до 1-2 часов. Они значительны на пунктах, расположенных в зонах с аномальной электропроводностью земной коры.

На основе моделирования вычислены параметры вековых вариаций модуля напряженности -Т, горизонтальной - Н, вертикальной-Z компонент и склонения -D геомагнитного поля. Среднемноголетняя величина вековых вариаций составляют первые десятки нТ/год. Вековые изменения Т и Z практически идентичны. Они также как и горизонтальная компонента хорошо аппроксимируются параболической моделью, а ход склонения носит квази-

линейный характер.

Особенности наклонов земной поверхности рассмотрены на примере наклономерной станции, расположенной в Комплексной магнитно-ионосферной обсерватории (КМИО). В ходе наклонов можно выделить вековые, сезонные, приливные и техногенные составляющие. Вековые вариации обуславливаются динамикой современных движений земной коры. Величина векового хода широтной -W компоненты на порядок превышает меридиональную -N и составляет единицы первые десятки угловых секунд в год.Меридиональная компонента наклонов хорошо аппроксимируется параболой. В ходе вековых вариаций W на стыке 1985-1986гг. отмечается перелом. При этом общий ход наклонов в это время меняется с юго-западно-западного на противоположный. В течение года выделяются контрастные интервалы в июне-августе, когда амплитуда скорости наклонов возрастает в несколько раз, что видимо связано с преобладанием термоупругих напряжений в этот период года.

В спектрах суточных наклонов по обеим компонентам преобладает составляющая с главным пиком, соответствующим 28.5 суток.

Основным фоновым источником ЭМИ в диапазоне 5-15 кГц. являются импульсные электромагнитные сигналы, возбуждаемые грозовыми разрядами, которые называют атмосфериками. Вариации ЭМИ подвержены регулярным суточным и сезонным колебаниям. Характер суточных вариаций в зимний период более сглажен и имеет один ночной максимум и глубокий минимум в утренние часы около 9-11 часов местного времени. При переходе к весенне-летнему сезону появляется еще и послеполуденный максимум. Амплитуда суточного размаха от зимнего к летнему сезону изменяется в пределах от 50-150 мкВ/м до единиц мВ/м соответственно. Максимальный уровень интенсивности ЭМИ наблюдается в период мая-июля. Явно выраженной связи вариаций ЭМИ с перепадами температур, магнитными, пыльными или песчаными бурями, солнечными вспышками не установлено.

Состояние ионосферы в основном контролируется солнечной деятельностью. В дневное время суток F область ионосферы разделяется на два слоя - Fl и F2. На ночных ионограммах отражения видны только от слоя F2. Поэтому для совокупного анализа выбран слой F2. Для изучения величины связи с солнечной активностью полуденные и полуночные значения критических частот слоя F2 -foF2 сопоставлены с числами вольфа-W. Кросспектр этих рядов проявляет явно выраженный пик в интервале периодов 10-12лет с центральным периодом 10.8 лет, что указывает на наличие циклической компоненты в вариациях критической частоты слоя F2. Коэффициент корреляции между foF2 и числами Вольфа -W по сезонам составляет соответственно: весной -0.86, летом-0.92, осенью - 0.79, зимой - 0.81. Кроме этого в вариациях foF2 проявляется явно выраженный суточный и сезонный ход. Возможно также появление различного рода неоднородностей в виде рас-

слоений, разветвлений, диффузных и "серпообразных" отражений на ионо-граммах, которые проявляются в отдельные интервалы суток.

На полигонах Узбекистана база образующими гидрогеосейсмологиче-ских исследований являются опорные скважины Фазылова, Хаватаг, Ход-жаабад, Чимион, Чартак, Шурчи и Бухара, которые расположены в различных геолого-тектонических условиях и вскрывают подземные воды мезозойских, меловых, палеогеновых, неогеновых и четвертичных отложений. Проведен спектральный анализ отдельных параметров фоновых показателей этих скважин. Преимущественно анализировались сезонные, приливные и трендовые характеристики вариаций указанных параметров. Вековые изменения параметров задавались в виде линейного тренда Т(1)=Аг+В. Результаты анализа показали, что большинство параметров подвержены сезонным и приливным колебаниям. Они проявляются в спектральных пиках с периодами около 28-29 суток и 12-13 месяцев. Причем, чем большую амплитуду имеют эти составляющие в вариациях гидродинамических характеристик, тем с большей амплитудой они проявляются и в спектрах газовых компонент.

В четвертой главе проанализированы пространственно-временные характеристики аномальных вариаций комплекса параметров: геомагнитного поля, наклонов земной поверхности, газового состава и динамического режима подземных вод, а также электромагнитных полей и ионосферы перед конкретными землетрясениями и обсуждаются особенности их совокупного проявления.

Особенности связи наклонов земной поверхности (НЗП) с сейсмоген-ными процессами детально рассмотрены на материалах наклономерных наблюдений в КМИО, которые проводились автором. Подобному анализу подвержены также материалы сети наклономерных станций Комплексной экспедиции ИСАН РУз. В целях обеспечения однотипности анализа с другими полями рассмотрены ряды отклонения от трендов накопленных сумм и скорости суточных наклонов. В отклонениях накопленных сумм преимущественно проявляются долгопериодные, а в отклонениях скоростей наклонов -коротко и среднепериодные аномалии. Проведенный анализ показал, что наиболее контрастные короткопериодные изменения скорости НЗП прослеживаются только на КМИО. Наиболее интенсивные отклонения предшествовали Газлийским землетрясениям 197бг и 1984г. Аналогичный характер наклонов проявился в Чимионе. Подобные аномалии имеются перед Джирги-тальским 26.10.84г. и Кайраккумским 13.10. 85г. и др. землетрясениями. По форме они преимущественно имеют квазипериодический вид. С приближением к моменту землетрясения происходит трансформация спектральных составляющих. Характерна азимутальная направленность аномальных наклонов в эпицентрапьном направлении. Подобная тенденция аномальных, деформаций выявлена также на Алма-атинском полигоне.

Установлена связь длительности и амплитуды аномалий с удельным эпицентральным расстоянием Коэффициенты корреляции между

ними составляют соответственно 0.81 и 0.84, т.е. амплитуды аномалий более тесно связаны с величиной аномальных относительных деформаций, предшествующих землетрясениям.

Сейсмомагнитные явления подразделяют на два типа: 1 - локальные изменения компонент Геомагнитного поля (ГМП), 2 - искажения прохождения бухтообразных колебаний. Более широко исследуется первый тип

Долговременные изменения соотношения амплитуд бухтообразных колебаний ГМП в эпицентральной и опорной станциях перед Чимионским землетрясением 1982 г впервые обнаружены К.Н. Абдуллабековым и др. Этой же группой исследователей в эпицентральной зоне Газлийского землетрясения 17.05.76r за 29 часов до главного толчка обнаружены искажения прохождения бухты периодом около 1-3 часа. При более детальном анализе этих данных в спектрах разностного поля между эпицентральным пунктом Каракыр и обсерваторией (Ташкент) нами выявлено усиление составляющих поля с периодами около 300 и 60 мин. При сопоставлении с ионосферными параметрами в синхронных спектрах критической частоты слоя ¥2 выявлен дополнительный максимум с такими же периодами. Это указывает на возможную стимуляцию указанных искажений геомагнитного поля сейсмоио-носферным источником.

При анализе первого типа аномалий, в отличие от традиционного метода исключения внешних вариаций вычислением разностного ряда синхронно наблюденных значений модуля напряженности ГМП - Т между индикаторным и опорными пунктами, нами впервые использован метод отклонений от подобранных моделей вековых вариаций. Такой метод позволяет исключить вклад в разностный ряд аномалий вековых вариаций опорного пункта. Апробация метода на материалах обсерваторских наблюдений показала его перспективность для поиска геомагнитных предвестников землетрясений. Исключением тренда более явно выделены сейсмомагнитные эффекты и определены знаки аномалии разностных рядов на пунктах «Чимион», «Тамдыбулак», «Хаватаг» и «Андижан» за 1982-1990гг. В подавляющем большинстве случаев аномалии имеют бухтообразный вид. Сейсмогенная природа этих аномалий подтверждается их локальным проявлением в области подготовки землетрясения и синхронностью с деформационными и гидрогеохимическими предвестниками. Характерный пример долговременной отрицательной аномалии ДТ наблюдался на ст. Андижан перед Газлийским 1984г и Кайраккумским 1985г землетрясениями, который по форме подобен аномалиям радона на ст. Фозылова перед этими событиями.

При поиске корреляционных связей, амплитуды и длительности аномалий с энергией землетрясения и эпицентральным расстоянием наиболее тесная связь с коэффициентом корреляции г=0.59 установлена между дли-

и

тельностью аномалии и введенным безразмерным параметром £=ем/Г1.

Краткосрочные предвестники наиболее явно проявляются в вариациях электротеллурического и электромагнитного полей, а также ионосферы.

Сейсмообусловленные особенности электротеллурического поля рассмотрены по данным региональной сети станций наблюдения на Алма-атинском, Ашгабадском, Ташкентском, Бишкекском и Гармском полигонах.. Материалы наших наблюдений показывают наличие четырех характерных фаз аномальных вариаций ЭТП перед землетрясениями с длительностями: часы, сутки, месяцы, десятки месяцев.

Первый тип аномалии зарегистрирован в эпицентральной зоне Газлий-ского землетрясения 1984г. перед афтершоками с К>10. Он имеет вид бухто-образных понижений ЭТП в течение десятков минут. Подземный толчок наступает через 20-30 минут после восстановления поля. Второй тип аномалии носит пилообразный вид и наступает за первые сутки до землетрясения. По форме он аналогичен предвестниковым аномалиям электромагнитных излучений и атмосферного электрического поля. Этот тип аномалий проявляется, в основном, перед сильными землетрясениями с магнитудами более пяти на удалениях Ь. Наиболее часто наблюдается третий тип аномалий. Он

носит квазипериодический характер и регистрируется на удалении до 101-. Третий тип аномалии проявляется за десятки месяцев.

Для изучения пространственной картины распределения аномалий ЭТП сопоставлены вариации поля на региональной сети станций в интервале конец 1983г. и первая половина 1984г. В этот период произошло Газлийское землетрясение 19.03.84г. с М=7.2. Наиболее явно выраженные аномальные изменения зафиксированы на Ташкентском полигоне. Причем амплитуда аномалии на станции «с/с Фрунзе», расположенной в зоне интенсивного трещинообразования, в 1.5 раза больше аномалии на КМИО. Несмотря на одинаковое эпицентральное расстояние (Я=500км) с Ташкентом, на Ашгабадском полигоне явно выраженной аномалии ЭТП не зафиксировано. В то же время широтная составляющая ЭТП в Гарме (Я=700км) проявляет бухто-образную аномалию длительностью около четырех месяцев. Такая пространственная картина реакции видимо связана с тектоническими особенностями региона.

В вариациях естественных электромагнитных излучений (ЭМИ) в результате многостороннего анализа выявлена двухфазность аномальных изменений перед сильными землетрясениями. Первая фаза носит квазипериодический характер и предшествует сильным землетрясением с энергией К>13 на удалении до Вслед, как правило, наблюдается второй тип ано-

малий длительностью первые сутки-часы. Он имеет пилообразную форму с резким подъемом в течение нескольких часов и постепенным спадом до ниже фоновых уровней к моменту подземного толчка. Имеются "ложные" аномалии и "пропуски землетрясений" с вероятностями Рла=0.3; Рпз=0.2. Ко-

роткопериодная аномалия проявляется на удалениях до ЗОЬ. При К>17 она может регистрироваться на удалениях до первых тысяч км.

Установлена тесная связь между длительностью аномалий ЭМИ и магнитудой землетрясений с коэффициентом корреляции К=0.72. Явная зависимость между амплитудой аномалии и энергетическими характеристиками подземных толчков не установлена. В максимуме аномалии ЭМИ в 1.53 раза превышают уровень спокойного фона по амплитуде огибающей и на 2-3 порядка по числу импульсов.

Ионосферные эффекты сильных землетрясений достаточно многосторонне исследуются сотрудниками КМИО. Для совокупного анализа с другими сейсмочувствительными параметрами выбрана критическая частота слоя Р2-1ЬР2, которая наиболее удобна для этой цели. Методом наложения эпох установлено, что ее отклонения от медианных значений при 26ти землетрясениях с интенсивностью 1>4 баллов в пункте наблюдения испытывают квазипериодические аномальные колебания с амплитудой выше 2о в течение двух и менее суток до подземных толчков. На контрольных станциях "Караганда" и "Ашхабад", удаленных на -1000км. к северу и западу от Ташкента, такой эффект отсутствует, что указывает на локализованность аномалии вокруг сейсмоактивной зоны. Пространственные размеры аномальной зоны охватывают область в пределах до 5+10 Ь. При этом проявляется тенденция ее вытягивания в меридиональном направлении, т.е. вдоль магнитных силовых линий. По амплитуде наиболее интенсивные аномалии наблюдаются при приуроченности сейсмического очага к зонам аномальной проводимости земной коры. Максимальное превышение электронной концентрации над нормальным фоном может достигать 104 электрон на куб. см.

В последовательных спектрах ¡оР2, как правило, за сутки до землетрясений наблюдается дополнительный максимум в интервале периодов 4-6 часов. Например, перед тремя Газлийскими землетрясениями 1976г и 1984г с М>7 этот эффект проявлялся трижды, что указывает на его закономерный характер.

Особенности вариаций во времени комплекса гидрогеохимических и гидродинамических параметров рассмотрены на примере опорной скважины "Чартак" (Северная Фергана). Выбор этой скважины обусловлен тем, что в зоне ее чувствительности в последнее десятилетие произошел ряд сильных землетрясений с магнитудами 5-7. Анализу подвержены вариации Н2, Яп, Не, С02, 02, Ы2, давления - С>, и температуры -Т воды на этой скажине. В соответствии с подразделением предвестников на долгосрочные, среднесрочные и краткосрочные анализ проводился по трем частотным составляющим вариаций рядов: 1 - долгопериодные, с периодами более 25-30 месяцев: 2-среднепериодные 12-20 месяцев и 3-короткопериодные менее месяца. Выбор периодов фильтрации основывался на эмпирических зависимостях времени подготовки землетрясения от его энергии (М.А. Садовский).

Сопоставление отфильтрованных от линейного тренда и сезонных компонент рядов с выборкой землетрясений показало, что практически все анализируемые параметры в той или иной мере связаны с сейсмогенными процессами. Сейс.могенные аномалии гидродинамических параметров и радона, преимущественно, имеют вид бухтообразного понижения. Землетрясение, как правило, происходит на стадии восстановления аномалии. Наиболее высокоамплитудные аномалии динамических и газохимических параметров на этой скважине наблюдались перед Кайраккумским 1985г, Суса-мырским 1992г и Ташкумирским 1995г землетрясениями, которые приурочены к Североферганской сейсмоактивной зоне. При эпицентральных расстояниях в пределах первой и частично второй зон долговременные аномалии имеют двухфазный характер. При этом азот и кислород проявляют относительно высокую чувствительность к близким землетрясениям по сравнению с другими параметрами.

Долгопериодные вариации Н2, CQa, 02 имеют близкие к вариациям гидродинамических параметров тенденции. Среднепериодные колебания проявляют сдвиг фаз подобных колебаний различных параметров. Применяемая методика синфазных аномальных вариаций параметров под земных вод не выявила.

Суточные вариации показывают наличие понижения давления за первые недели до сильных землетрясений региона. Наиболее сильное понижение происходит после подземных толчков и продолжается около месяца.

Пространственные характеристики газовых компонент проанализированы на примере вариации СО; и Rn скважин Ташкентского и Ферганского полигонов. Временные ряды, имеющие тренд, подвержены предварительной фильтрации. Оба параметра имеют типичную форму предвестниковой аномалии. Реакция радона имеет вид отрицательной бухты с 2-3 характерными фазами, а углекислого газа - пилообразную форму. Причем в ближней зоне области подготовки землетрясения аномалия С02 двухфазная. Длительность второго горба составляет около 25% длительности первого.

В пространстве с удалением от очага наблюдается запаздывание начальной фазы. Например, перед Сусамырским землетрясением 1992г. запаздывание аномалии в скважине «Наманган» относительно скважины «Чартак» составляет 2-3 месяца, а в скважине «Луначарское» 15-18 месяцев. Разность эпицентральных расстояний на этих пунктах соответственно составляет 15км и 180 км.

Различные спектральные составляющие этих газов перед землетрясениями проявляют различную динамику. Например, высокочастотные составляющие в очаговой зоне снижаются, что возможно связано с консолидацией этой зоны. Непосредственно за первые недели до землетрясения имеется резкий подъем, который достигает максимума после главного толчка. Длинно-периодные составляющие имеют обратную тенденцию.

Особенности совокупного проявления аномальных вариаций естест-

венных полей перед наиболее сильными землетрясениями рассмотрены на примерах конкретных сейсмоактивных зон. Основное внимание уделено пространственно-временным особенностям и феноменологии проявления как долговременных, так и кратковременных аномальных явлений.

Проведенный анализ комплекса параметров показал, что в вариациях фоновой сейсмичности, наклонов земной поверхности, магнитного поля и ГГХ параметров перед близкими сильными землетрясениями проявляются долго и среднепериодные предвестниковые аномалии. В структуре отдельных параметров на фоне среднепериодных аномалий отмечаются резкие изменения краткосрочного характера. Краткосрочные аномалии наиболее интенсивно проявляются в структуре ЭМИ, ионосферы, радона и гидродинамических параметров. Из рассмотренных ГГХ параметров наиболее контрастная реакция на близкие землетрясения проявляется в вариациях азота.

Анализируемые параметры, в зависимости от геолого-геофизических условий и тензочувствительтности могут проявлять различную информативность. Она оценивалась нами по частоте появления аномалий в определенных зонах, которые приведены в таблице.

Частота проявления предвестннковых аномалий в зависимости от зон

Зоны Очаговая Ближняя Дальняя

р<5 5<р<10 10<р<15

Р-н К п П пА п П пА п П пА

ЦКК 17 1 б 5 1 10 4 1 9 3

ПА 16 1 5 4 3 9 3 3 5 1

ТШК 13 2 - - 2 10 6 2 -

ФД 14 1 4 3 3 11 5 3 14 2

К - энергетический класс, п - количество землетрясений, р-эпицснтральное расстояние кратное размеру сейсмического очага, П - количество подверженных анализу параметров, ПАколичество выявленных аномалий

Как видно, для поиска долгосрочных предвестников магнитометрия высоко эффективна в Ферганской долине, газовый состав подземных вод - на Ташкентском и Ферганском полигонах. На Ташкентском полигоне долговременные аномалии ГГХ параметров однообразно предшествовали сильным землетрясениям этого района с К>13 на удалениях до 5Землетрясения за пределами полигона значимых отклонений не вызвали. Землетрясениям Ферганской долины и Памиро-Алая аномалии предшествовали как на Ферганском так и Ташкентском полигонах.

Перед Газлийскими землетрясениями (К=17) эффекты проявились на удалении до 9Ь.

На основании проведенных исследований можно выделить следующие закономерные особенности совокупного проявления предвестников:

совокупно - аномальные изменения длительностью несколько лет предшествовали коровым землетрясениям с М>5.5. В частности, Приташ-кентским и Южно-Ферганским землетрясениям с 5<М<6 они предшествовали за 1-1,5 года локально в очаговой зоне до.3-5 кратных размеров очага. При М>6 колебания предвестникового характера фиксировались за 2-2,5 года на удалении до 3-5, а иногда до 7 кратных размеров очага. Более ранние и длительные (5 :-7лет) аномалии наблюдались при магнитудах М>7 в динамике трещинообразования, фоновой сейсмичности и отдельных ГГХ параметров.

Кратковременные аномальные изменения с различными амплитудами наблюдались практически синхронно в вариациях электромагнитных полей, ионосферы и отдельных гидродинамических параметров на удалении до 10-15Ь. Наибольшим дальнодействием до ЗОЬ обладают импульсные электромагнитные предвестники.

Зоны контрастного проявления аномалий приурочены к активным разломам, а в электромагнитных полях и к электрофизическим неоднородно-стям. Землетрясение, как правило, наступает всегда при наличии аномалии не менее чем в двух параметрах различной природы.

Значимость связи аномалий с сейсмическими параметрами оценивалась по их корреляционной зависимости. Как видно из нижеследующей таблицы наиболее тесна связь между амплитудой аномалий наклонов земной поверхности и удельным эпицентральным расстоянием - ем/Я, т.е. величиной аномальных относительных деформаций. В других полях более значима связь между длительностями аномалий и ем/К

Таблица коэффициентов корреляций параметров долгосрочных предвестниковых аномалий и землетрясений

Метод Параметр аномалии М Ш. ем/Я е'

гмп А 0,43 0,46 0,45 0,34

т 0,49 0,53 0,59 0,42

нзп А 0,76 0,82 0,84 0,72

т 0,78 0,81 0,67

гтс А

т 0,76 0,78 0,8 0,72

М-магнитуда, Я -эпицентральное расстояние, -размер очага, Е-теоретическая величина аномальной относительной деформации, А и т - амплитуда и длительность аномалий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе комплексного подхода, с использованием современных методов проанализированы и обобщены результаты систематизированных исследований на сейсмопрогностических полигонах Узбекистана, которые показали принципиальную возможность создания реальной сейсмопрогноз-ной системы на базе рассмотренной совокупности методов. В целях учета разнородностей анализируемых геофизических и гидрогеологических рядов введена предварительная обработка экспериментальных массивов. Впервые применен метод отклонений от моделей тренда и анализ вариаций временных рядов по различным периодическим составляющим. Показана перспективность этих технологических приемов для изучения физики предвестников и разработки методов поэтапного поиска предвестников землетрясений.

2. В результате исследований оценены зоны и интервалы уверенного проявления в них кратко и долгосрочных аномалий. Выделены отдельные типовые особенности проявления в этих полях сейсмопрогнозных признаков.

3. Установлено, что долгосрочные предвестники имеют место в структуре вариаций геомагнитного поля, газового, химического состава и динамического режима подземных вод, в ходе наклонов земной поверхности. По совокупным признакам долгосрочные предвестниковые аномалии проявляются явно на удалении до 3-5 кратных размеров очага от эпицентра будущего землетрясения с К>13. При приуроченности пункта наблюдения к сейсмогенерирующим разломам они различимы до 7 кратных размеров очага.

4. Краткосрочные предвестники проявляются на удалении до 10-15ти кратных размеров очага в вариациях динамического режима подземных вод, радона, электромагнитных полей, наклонов земной поверхности и ионосферы

5. Выявлена зависимость интенсивности и формы проявления предвестников электромагнитной природы от электрофизических условий очаговых зон и пункта наблюдения, а деформационных предвестников - от локальных условий пункта наблюдения.

6. По форме, долгосрочные предвестники наиболее часто имели бух-то-образный, а краткосрочные - пилообразный вид.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1 .А.Н. Султанхаджаев, С. С. Хусамиддинов, С. О.Якубова . Характерные особенности необычных колебаний отдельных гидрогеосейсмологиче-ских параметров перед наиболее сильными землетрясениями. Проблемы сейсмологии и инженерной геологии. Тезисы докладов Международной конференции, посвященной 85-летию акад. Г. А. Мавлянова. Ташкент. 1995,

23-26 май.

2. С. О. Якубова. Спектральные характеристики фоновых вариации сейсмочувствительных параметров. Прогноз сейсмической опасности. Тезисы докладов научной конференции, посвященной 30-летию Института сейсмологии АН РУз. Ташкент, 1996, 22-23 октябрь.

3. Абдуллабеков К. Н., А.Н. Султанхаджаев, С. С. Хусамиддинов, С. О.Якубова. Закономерные особенности предвестников землетрясений на геодинамических полигонах Узбекистана. // Узб. геол. ж., 1996, №3, с. 20-26.

4. С. О. Якубова. Чувствительности и зоны уверенного проявления предвестников землетрясения по совокупным признакам. Доклады Академии наук РУз. 1997, №7. с. 38-40.

5. С. С. Хусамиддинов, С. О.Якубова . Зоны и интервалы совокупного проявления предвестников сильных землетрясений. Journal of Earthquake Prediction Research (в печати).

6. С. О. Якубова. Методология и основные результаты формализованного совокупного анализа предвестников землетрясений. Зилзилаларни ол-диндан айтиш муаммолари. Тезисы докладов Международной конференции, посвященной 70-летию акад. А.Н. Султанхаджаев, Ташкент. 1999, 23-26 апрель. с. 47

7. К.Н.Абдуллабеков, X., Д. Алдабергеиова., С. С. Хусамиддинов, С. О.Якубова . Спектральные характеристики геомагнитного поля Приташкент-ского геодинамического полигона. Доклады Академии наук РУз. 1999, №11.

«Узбскистон гсодипамик полигонлармда зилзила даракчиларшшнг биргаликда намоён булиш хусусиятлари»

С. О. Якубова., Тошкент, 1999, 23 б.

Зилзила башорати муаммосини ечиш борасидаги таддицотлар боскичларида ундан ортик; даракчилар аншуганган. Лекин улар алох,ида курилганда етарли кафолатни таъминламаганлиги сабабли, комплекс услубда ёндашиш максадга мувофик; ва долзарб тадбир х;исобланади. Х^имояга куйилган диссертация, ягона методик ёндашиш асосида, турли майдонларда намоён булаётган зилзила даракчиларини хусусиятларини, замонавий ва самарали услублар асосида урганишга багишланган.

Сейсмологик кузатишлар технологияси ва зилзила даракчилари намоён буладиган табиий геофизик х;амда гидрогеологик майдонларни нозик томонларини х;исобга олган х,олда, тадкикотлар щуйидаги тартибда танланган:

1. Геодинамик полигонларда кузатилган табиий майдонларни цаторларини дастлабки тах;лили - купол хатоларни излаш ва алмаштириш, тушириб колдирилган маълумотларни тиклаш х,амда статистик хусусиятларини аниклаш.

2.Табиий майдонларни оддий узгаришларини спектрал, вариацион ва регрессион услубларда урганиш, даврий ва нодаврий узгаришларни ашщлаш ва носейсмик манбалардан тозалаш.

3. Тозаланган каторларни Марказий Осиё худудида содир булган кучли зилзилалар билан солиштириш.

Олиб борилган тадкищотлар натижасида даракчиларни к;уйидаги хусусиятлари аникланган:

1. Узок; мудцатли зилзила даракчилари сейсмик майдонлар, ер кобиги оташи, геомагнит майдон ва ер ости сувларининг таркиби ва динамик ташкил эгувчиларида зилзила учоги характер улчовининг 5-7 карра узо^лигида явдол намоён булиши курсатилган.

2. Киска муддатли зилзила даракчилари эса, электротеллурик, электромагнит майдон тулцинларида, ионосфера таркибида, радон ва ер ости сувларининг гидродинамик параметрларида, зилзила учоги характер улчовининг 10 карра узок;лигида пайдо булиши талк;ин к;илинган.

Узбекистан геодинамик полигонларида даракчиларни намоён булиш эх;тимоллиги асосида уларни информативлиги аницланган. Зилзила даракчиларини зилзила энергиясига боглик,лиги аникланган.

Олинган натижалар, курилган услублар асосида, зилзилаларни олдиндан айтиш,амалий системалар куриш мумкинлигини курсатади.

The peculiarities of precursors of earthquake manifestation on the Geodynamic Test Grounds of Uzbekistan

Yakubova S. 0., Tashkent, 1999, P.23.

More than 10 forecasters have been discovered during the observation stages on the decision of the problems on earthquake forecast. As they have note nough guarantee in separate, it is important to study then completely. This work is devoted to study (he peculiarities of earthquake by new and modem methods.

The technologies of seisinological observations and specific features of geopysic and hydrogeological fields where earthquake forecasters occur were taken into consideration and the observation was devidedinto following stages:

1. Analysing the files of natural fields observed on the geodynamic test grounds:

- to find out rough mistakes and to correct them;

- to set missed information's, to expose the stafistion features.

2. Studying the common changes of the zones by spectral, variational and re-gressional methods, to find out periodical and unperiodical changes, to free from unseismological soures.

3. To compare freed zones with the large earthquake in Central">^sia. As a result the following features of forecasters were determined.

1. Precursors of long-term earthquake may be exposed in the seismological, geomagnetic fields in the components of underground waters with the distance of 5-7 times in measure.

2. Not long-term earthquake precursors may be exposed in the electrotelluric, electromagnetic field variations in the components of ionosphere, in hydrody-namica! paramétrés of underground water and radon with the distance of 10 times in measure.

On the geodynamic Test Grounds of Uzbekistan the informatweness of precursors were determited on the base of pasibilities of their manifestation. Precur-scors are defended on the energy (power) of earthquakes.

On the base of analysis it is possible to built practical systems for forecast the earthquakes. ¡t . i