Сборник тезисов - Инженерно-строительный институт СФУ

Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука»Красноярского научного центра СО РАН(СКТБ «Наука» КНЦ СО РАН)Институт вычислительного моделирования СО РАН(ИВМ СО РАН)Некоммерческое партнерство«Экологический центр рационального освоения природных ресурсов»(НП «ЭЦ РОПР»)ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ НАУЧНОГО СИМПОЗИУМАГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ,МОНИТОРИНГ И ПРОГНОЗКрасноярск, 17-19 марта 2010 г.

ОРГКОМИТЕТ СИМПОЗИУМАПредседатель оргкомитета – Шабанов Василий Филиппович – академик, председательПрезидиума Красноярского научного центра СО РАН;Москвичев Владимир Викторович – доктор технических наук, директор СКТБ «Наука»КНЦ СО РАН, заместитель председателя Красноярского научного центра СОРАН – заместитель председателя оргкомитета;Шайдуров Владимир Викторович – доктор физико-математических наук, член – корреспондентРАН, директор Института вычислительного моделирования СО РАН– заместитель председателя оргкомитета;Перетокин Сергей Анатольевич – кандидат технических наук, первый заместитель директораНП «ЭЦ РОПР», заведующий отделом геодинамических и экологическихрисков СКТБ «Наука» – секретарь оргкомитетаПРОГРАММНАЯ ГРУППАХлебопрос Рем Григорьевич– доктор физико-математических наук, профессор, директорМеждународного научного центра исследования экстремальных состоянийсистем при Президиуме КНЦ СО РАН – руководитель группы;Глушко Александр Александрович – академик Международной академии экологическойреконструкции, профессор, ректор Московского университета инженернойэкологии, первый зам. главного редактора научно-аналитического журнала«Инженерная экология» (Москва);Лобацкая Раиса Моисеевна – доктор геолого-минералогических наук, академик МАИ,член-корреспондент РАЕН, зав. кафедрой Иркутского государственного техническогоуниверситета (Иркутск);Симонов Константин Васильевич – доктор физико-математических наук, ведущий научныйсотрудник отдела Вычислительных моделей в гидрофизике Институтавычислительного моделирования СО РАН2

ОГЛАВЛЕНИЕМосквичев В.В. Научно-организационное обеспечение природно-техногенной исейсмической безопасности Красноярского края ................................................................ 4Лобацкая Р.М. Оценка приемлемого риска геологической среды в условияхприродно-техногенных нагрузок............................................................................................ 5Абовский Н.П., Худобердин И.Р., Забродин С.М. Сейсмический риск и проблемы сейсмостойкогостроительства в Красноярском крае(в ожидании возможной катастрофы) .................................................................................... 8Сибгатулин В.Г., Хлебопрос Р.Г., Перетокин С.А., Кабанов А.А. Структура энергетическихпроцессов при подготовке землетрясений .............................................................. 12Лебедев В.И., Кужугет К.С., Монгуш С-С.С. Геодинамическая безопасность и проблемымодернизации сети сейсмологических наблюдений на территории Тувы................. 16Славина Л.Б., Пивоварова Н.Б., Рогожин Е.А. Мониторинг прогностического параметраtau по данным сейсмических станций камчатки ............................................................ 18Перетокин С.А. Технологии сбора, обработки и интерпретации геолого-геофизическихданных с целью прогноза геодинамической опасности ..................................................... 21Перетокин С.А. Актуализация комплекта карт общего сейсмического районированияРоссийской Федерации ОСР-2012........................................................................................ 23Кабанов А.А., Перетокин С.А., Сибгатулин В.Г., Салагаева А.В., Хлебопрос Р.Г.Внутреннее приливное трение как проявление пьезоэлектрического эффекта в планетарноммасштабе.......................................................................................................................... 26Киселев В.М. Планетарная сейсмичность в последнее столетие. Анализ и прогноз наближайшие годы..................................................................................................................... 30Борняков С.А. Деформационные предвестники землетрясений и ледовых ударов...... 33Кашкин В.Б., Симонов К.В. Внешние геофизические эффекты в зоне сильныхземлетрясений......................................................................................................................... 36Нагорский П.М., Зуев В.В. Оперативная оценка состояния области D ионосферырадиосредствами космического базирования...................................................................... 40Ляхов А.Н., Козлов С.И., Нагорский П.М. Перераспределение потока низкочастотнойэлектромагнитной энергии от структурных неоднородностей земной коры под воздействиемгрозовой активности..................................................................................................... 43Гордеев В.Ф., Малышков С.Ю., Малышков Ю.П., Шталин С.Г., Поливач В.И.Контроль напряженно-деформированного состояния оползневого склона методом регистрацииестественных электромагнитных шумов.................................................................. 46Ключевский А.В., Хлебопрос Р.Г. Бифуркации при гистерезисе нелинейного резонансав литосфере байкальской рифтовой системы: пары сильных землетрясений ................. 49Калашник А.И., Калашник Н.А. Геодинамическая безопасность шельфовых нефтегазовыхразработок: информационное обеспечение ................................................................. 52Калашник А.И., Калашник Н.А. Концепция геодинамического мониторинга нефтегазовыхобъектов западного сектора российской Арктики ...................................................... 54Куликов Г.В., Рыжов А.А., Гарифулин В.А. Метод повышения информативности и геологическойэффективности мониторинга ГГД поля для оценки геодинамической обстановкии сейсмической опасности в сейсмоактивных регионах......................................... 563

НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННОЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИКРАСНОЯРСКОГО КРАЯВ.В. МосквичевСпециальное конструкторско-технологическое бюро «Наука»КНЦ СО РАН, secretary@sktb.krsn.ruДана характеристика направлений, задач и результатов исследований природнотехногеннойбезопасности регионов Сибири и Красноярского края, проведенных в рамкахпроектов федеральных программ и интеграционных проектов СО РАН. Приоритетнойпостановкой является переход от решения отдельных экологических и технологическихпроблем к комплексному обеспечению природно-техногенной безопасности отдельныхтерриториально-промышленных образований и регионов.Направления исследований в области природно-техногенной безопасности:- математические методы и вычислительные технологии прогнозирования риска имоделирования ЧС природного и техногенного характера и аварийных ситуаций техническихсистем (ТС);- механика аварий и катастроф ТС (анализ, обобщение результатов расследованияаварий и катастроф, исследования кинетики повреждений и деградации материалов);- методы анализа и обеспечения безопасности и живучести технических систем(оценка и прогнозирование показателей остаточного ресурса, безопасности и живучести,технологические и эксплуатационные методы обеспечения безопасности);- оценка комплексных рисков возникновения ЧС природного и техногенного характерадля критически важных и потенциально опасных объектов, промышленных и муниципальныхобразований;- районирование территорий сибирских регионов по степени опасности ЧС, экологическойи сейсмической опасности с оценкой территориальных рисков и построение картограммрисков.В области сейсмической безопасности представлены результаты исследований врамках программных мероприятий:- ФЦП «Развитие федеральной системы сейсмических наблюдений и прогнозаземлетрясений на 1995-2000 гг.» (Постановление от 3.11.1994 г. № 1207);- КЦП «Сейсмобезопасность Красноярского края на 2001-2005 годы»;- ФЦП «Повышение устойчивости жилых домов, основных объектов и системжизнеобеспечения в сейсмических районах Российской Федерации в 2009-2013 гг.»;Обсуждаются результаты в следующих направлениях:1. Оценка сейсмической опасности территории Красноярского края;2. Сейсмическое районирование территории;3. Организация сейсмического мониторинга на территории Красноярского края;4. Практика сейсмостойкого строительства.Общие выводы по результатам исследований:1. Состояние природно-техногенной, экологической и сейсмической безопасностирегионов Сибири требует разработки и принятия свода нормативно-правовых актоврегионального уровня.2. Основой законодательного обеспечения должны стать количественныеоценки экологических и природно-техногенных рисков на основе базовых экологическихкритериев и показателей устойчивого развития, конкретизированных к условиям отдельныхсубъектов Сибирского федерального округа.4

3. Первоочередная задача - нормирование уровней рисков для промышленныхи урбанизированных территорий регионов на базе данных мониторинга состояния природнойсреды.4. Контроль экологической и природно-техногенной безопасности следует рассматриватькак фактор стабилизации кризисных явлений в экономике, обеспечивающийсохранность и функционирование основных производственных фондов.5. В области сейсмической безопасности необходимо:- принятие региональных (субъектовых) программ по проблемам геодинамическойбезопасности;- разработать и принять технический регламент сейсмостойкого строительства;- создание региональных систем геодинамической безопасности на основе развитиятеории и технологии прогнозирования геодинамических рисков;- организация централизованной системы оперативного мониторинга геодинамическойобстановки сейсмических зон регионов Сибири и Красноярского края.ОЦЕНКА ПРИЕМЛЕМОГО РИСКА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ В УСЛОВИЯХПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ НАГРУЗОКР.М. ЛобацкаяИркутский государственный технический университет, lobatskaya@gmail.comГеологическая среда урбанизированных территорий - активно развивающийсяприродный объект, который в силу специфических свойств нередко может стать источникомриска безопасности жизнедеятельности. Ключевой характеристикой геологическойсреды при оценке безопасности является ее устойчивость. Под устойчивостью геологическойсреды автором понимается ее способность к адаптации под действием статических,динамических, циклических нагрузок в течение всего периода антропогенного воздействияна нее [1,2]. Устойчивость геологической среды урбанизированных территорийвесьма изменчива, вследствие накопления параметрических отклонений в геологическойсреде под действием нагрузок (Рис.1).Рис. 1. Граф, иллюстрирующий переход геологической среды от докритическогосостояния (1) к критическому (2) и закритическому (3) в результате накопленияпараметрических отклонений под действием природно-техногенных нагрузок. А - стрелкаот обратимого напряженно-деформированного состояния геологической среды кнеобратимому. В - стрелка, отражающая возможность к адаптации геологической среды кнагрузкам5

При решении проблем безопасности обычно опираются на одну из двух главныхконцепций: детерминистскую концепцию абсолютной безопасности и вероятностную -концепцию приемлемого риска. Суть второй концепции в количественной оценке степенириска, применении имитационного моделирования перехода от докритического состояниясреды к критическому и за критическому и в конечном итоге к определению уровняприемлемого риска.На рисунке 1 показан процесс перехода геологической среды от устойчивого состоянияк лавинообразному разрушению благодаря накоплению параметрических отклоненийпод нагрузками. К сожалению до настоящего времени отсутствуют методы, гарантирующиеполноту перебора таких состояний и путей перехода в них. Однако при определенныхподходах прогнозирование поведения геологической среды все же возможно[1,2,3].В выше упомянутых работах автора показано, что состояние геологической средыпод нагрузками может быть описано кривой состояния, изображенной на рисунке 2.Рис. 2. График соотношения между уровнем нагрузки (F) и параметрическими отклонениями(ζ), величина которых изменяется от 0 до i. Уровни нагрузки равны: F g - геостатическомупределу; F st - пределу стабильности; F eq - пределу равновесия; F V - пределу живучести.Кривая отражает изменение состояния геологической среды во времени: 1 - гарантированнаяустойчивость; 2 - неустойчивое равновесие; 3 - живучесть (а - долговременная;в - кратковременная), 4 - полная потеря устойчивости; 5 - лавинообразное непредотвращаемоеразрушение.Каждый из отрезков кривой представляет собой модель состояния геологическойсреды и изменения ее устойчивости во времени. Гарантированная устойчивость геологическойсреды обеспечивается при величинах нагрузок от геостатического предела (F g )до предела стабильности (F st ) - максимальной величины нагрузок, при которых характеристикигеологической среды и ее напряженно-деформированное состояние остаются постоянными,а процесс накопления параметрических отклонений носит обратимый характер.При этом состояние геологической среды может быть описано как:ζ 0 < ζi < ζ 1 ; V Δζ ~ V ώ ; σ i /ε i = const (1)где Δζ - величина приращения параметрических отклонений; V Δζ - скорость приращенияпараметрических отклонений; V ώ - скорость адаптации геологической среды к нагрузкам;σ i - напряжения; ε i — деформации.Состояние равновесия характеризуется минимальным уровнем приращения параметрическихотклонений во времени при интенсивном возрастании нагрузки до пределаравновесия (F eq ). При этом, скорость приращения параметрических отклонений (V Δζ )6

сопоставима со скоростью адаптации (V ώ ) или не существенно превышает ее, что отражаетсяв высоких скоростях релаксации напряжений. Напряженно-деформированное состояниегеологической среды по-прежнему носит обратимый характер и может быть описанокак:ζ 0

СЕЙСМИЧЕСКИЙ РИСК И ПРОБЛЕМЫ СЕЙСМОСТОЙКОГО СТРОИТЕЛЬСТ-ВА В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ (В ОЖИДАНИИ ВОЗМОЖНОЙ КАТАСТРОФЫ)Абовский Н.П., Худобердин И.Р., Забродин С.М.Научно-инженерный центр геодинамики и сейсмостойкого строительства, г. КрасноярскПрошло более 10 лет, когда расчетная сейсмичность территории Красноярскогокрая увеличилась с 5-6 до 6-8 баллов. Это привело к тому, что большой объем зданий исооружений, построенных по старым нормам, оказался с дефицитом сейсмостойкости в 1-2 балла. В тоже время сейсмическая активность Алтае-Саянского региона значительноувеличилась: порядка 3-х землетрясений в год вызывают на территории г. Красноярскасотрясения интенсивностью от 3-х баллов. Территория Красноярского края, в том числеагломерации «Красноярской 2020» оценивается по категории сейсмичности как«опасные» и «весьма опасные» (СНиП 22-01-95).Впервые выполненные Научным инженерным центром геодинамики и сейсмостойкогостроительства (НИЦГиСС) 1 исследования по оценке сейсмической опасности территорииг. Красноярска путем проведения работ по сейсмическому микрорайонированию(СМР) показали, что более 30 % территории города попадают в зоны сейсмическойопасности 7-7,5 баллов (рис.1) [1]. Данные оценки выше нормативных на 1-1,5 балла. Рядважных объектов оказался в зоне повышенной сейсмичности и их проектирование осуществленобез учета реальной сейсмичности строительной площадки, что вызывает серьезноебеспокойство. Без определения сейсмичности площадки на основе комплекса работ поСМР осуществлено строительство таких объектов как: Ледовый дворец, Кардиоцентр,ТРК «Июнь», мкрн. «Южный берег», многоэтажное общежитие СФУ, ж/к «Перья», деловойцентр «Первая башня», ж/к «Гремячий лог», ТРК «Огни» и т.д. http://www.reklamamama.ru/fototusa/2010/100312153051S248844036.jpgРис.1 Схема сейсмического районирования территории г. Красноярска1 НИЦГиСС – создан в 2008 г. по инициативе СФУ и КНЦ СО РАН, объединил специалистов геологов, геофизикови строителей8

В течение 10 лет целенаправленной и регулярной технической политики по учету ипредупреждению роста объемов несейсмостойкого строительства не проводилось. В краедо сих пор нет региональных нормативов сейсмостойкого строительства, хотя по Градостроительномукодексу такое право региону предоставлено.Строители и проектировщики не определяют сейсмическую опасность строительныхплощадок даже для ответственных сооружений, в тоже время работы по СМР площадкивходят в нормативный перечень работ по инженерно-геологическим изысканиям. Врезультате осуществлено строительство ряда объектов по весьма усредненным оценкам,что вызывает серьезное беспокойство об их сейсмостойкости. Поразительный пример: генеральныйплан г. Красноярска не имеет и не основывается на карте инженерногеологическихусловий и тем более карты сейсмического микрорайонирования. В мэриигорода это хорошо известно, однако, действенных мер в течение 10 лет не принимается.Такая успокоенность должна рассматриваться как административное преступление. Витоге объем несейсмостойкого строительства за это время увеличился и продолжаетувеличиваться. Что противоречит действующей федеральной целевой программы"Повышение устойчивости жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспеченияв сейсмических районах Российской Федерации на 2009 - 2013 годы".Следует отметить, что за многие годы своей деятельности, ведущие проектныеорганизации города, такие как Красноярскгражданпроект, ПромсторйНИИпроект,КрасТИСИЗ и др. не разработали карты инженерно-геологических условий города, темболее карты СМР. Административные службы города не проводят актуализации и систематизацииразрозненных данных по инженерным изысканиям, а используют их как архивныематериалы, что противоречит ст. 56 п. 3 Градостроительного кодекса.Отсутствие четкой технической политики привело к тому, что Красноярскгражданпроект,КрасТИСИЗ, стремясь к наживе, прямым путем препятствуют использованиюинженерно-геологических данных их систематизации и актуализации, что необходимопри разработке карт инженерно-геологических условий и сейсмического микрорайонирования.Тем самым подрывается проведение мероприятий по обеспечению сейсмическойбезопасности и учету сейсмической опасности при строительстве новых объектов.В крае нет ни одного НИИ и лаборатории по сейсмостойкому строительству,которые являлись бы научно-техническим центром сейсмостойкого строительства.В итоге нет ни одного здания, которое можно было бы принять за образец сейсмостойкогостроительства. Это приводит к тому, что сейчас имеет место шараханье от полного пренебрежениясейсмоопасностью, например, как в случае с БОГЭС – путем снижения нормативасейсмичности, так до афиширования строительства сейсмостойких зданий «в металле».Государственная экспертиза по строительству, к сожалению, не уделяет к проблемамсейсмостойкого строительства должного систематического внимания. А ряд осуществленныхинженерных решений и качество выполненных работ вызывает серьезные опасения.Следует отметить, что эффективного развития агломерации «Красноярск 2020» невозможнобез решения этих проблем и в первую очередь без карты СМР территории агломерации.Это необходимое условие и для других регионов края, в том числе Приангарьяи южных областей.Необходимы срочные меры исправления сложившейся ситуации. Парадоксально:генеральный план г. Красноярска НЕ базируется на карте инженерно-геологическихусловий и на карте сейсмического районирования. В связи с этим сейчас трудно оценитьэкономические потери развития города, исходя из требований сейсмической безопасности,что является прямым противоречием требований Градостроительного кодекса РФ иинженерной компетенции.Необходимо принять меры по разъяснительной работе среди строителей и проектировщикови владельцев частной собственности о том, что уточнение сейсмичностистроительной площадки является основополагающими данными для обеспечения сейсмо-9

стойкости зданий и инженерных коммуникаций и что необходимым условием банковскогоинвестирования является первостепенное требование – обеспечение безопасности всемивозможными техническими средствами.Препятствием на пути к повышению сейсмостойкости зданий и сооружений являютсятрудности финансирования, в связи с этим мы указываем на первоочередные мерыне требующие бюджетных затрат для обеспечения сейсмобезопасности.Первоочередные меры не требующие бюджетных затрат по обеспечению сейсмобезопасности:• Уточнить реальную сейсмичность с помощью работ по СМР в первую очередьдля ответственных сооружений, которые входят в состав инженерно-геологическихисследований согласно СНиПа 11-02-96 и являются обязанностью заказчика. Данный вопросрешается путем издания соответствующего приказа министра строительства и архитектуры,как это давно сделано в Свердловской области и др. регионах. Без определенияреальной оценки сейсмичности площадки невозможно осуществить цели и задачиповышения сейсмостойкости зданий и сооружений. Это первоочередная мера, которуюнеобходимо выполнить, не дожидаясь принятия новых федеральных и региональныхнорм. С таким предложением обратился Назаров Ю.П. директор ЦНИИСКА им. Кучеренкок губернатору Красноярского края около года назад. Однако, это обращение осталосьбез ответа;• Администрации города и края преодолеть открытое сопротивление ряда организаций(Красноярскгражданпроект, КрасТИСИЗ и др.), отказывающих в предоставленииинженерно-геологических данных, необходимых для оценки сейсмичности путемпроведения работ по СМР. Необходимо дать оценку бездействию некоторых отделов краяи города, которые обязаны согласно Градостроительному кодексу, проводить актуализациюи систематизацию инженерно-геологических данных, а не ограничиваться только иххранением и архивацией. Без определения реальной сейсмичности строительных площадокневозможно устойчивое развитие города и края, в том числе и реализации программы«Красноярск 2020».• Администрации края и Законодательному Собранию необходимо разработатьи принять концепцию, а затем и краевую программу по обеспечению сейсмобезопасностизданий и сооружений, которая является необходимым условием включения в ФЦП"Повышение устойчивости жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспеченияв сейсмических районах Российской Федерации на 2009 - 2013 годы". Проект такой программыбыл разработан еще 2 года назад, но до сих пор не принят. Данному вопросу былипосвящены письма на имя администрации края и Законодательного Собрания от ведущихученных края: академика В.Ф. Шабанов, академика Г.А. Ваганова, профессора В.В. Москвичеваи др., которые, к сожалению, остались без ответа. Данная программа должнавключать комплекс вопросов, в том числе меры по организации и научно-техническомуобеспечению (создание научно-инженерных лабораторий и др.), разработка региональныхнорм, карты сейсмического районирования г. Красноярска и всего края. По данным СМРнеобходимо осуществить оценку сейсмостойкости основных объектов и систем жизнеобеспеченияи их паспортизацию на уровне проекта и осуществленных конструкций и д.р.• Одобрить и поддержать инициативу СФУ и КНЦ СО РАН (НИЦГиСС),осуществивших первый этап СМР территории г. Красноярска и давших согласие продолжитьэту работу.• Законодательному Собранию и Правительству края необходимо разработатьправовые механизмы использования кадастровой стоимости земли и страховых мер недвижимости,направленные на повышение сейсмобезопасности. Дифференцирование кадастровойстоимости земли в зависимости от сейсмичности территорий и геодинамическихусловий, позволит экономически стимулировать сейсмостойкое строительство.• Целесообразно исправить просчет, дополнив принятую ЗаконодательнымСобранием края приоритетную тематику научно-технических работ Краевого фонда науки10

проблемой сейсмобезопасности, которая позволит охватить этот важнейший раздел, безкоторого невозможно устойчивое социально-экономическое развитие края.• Учитывая длительность подготовки, как Красноярских городских строительныхнорм, так и краевых, рассмотреть вопрос о принятии в качестве временных нормативовразработанные в других регионах, например в г. Москве, г. Иркутске, респ. Казахстан,имея ввиду, в первую очередь высотное и многоэтажное строительство, а такжеучитывать их опыт экспериментальных исследований и рекомендованных проектов зданий.• Необходимо принять соответствующие разъяснительные, образовательныемеры по преодолению психологических барьеров и некомпетентности в вопросах сейсмобезопасностиряда чиновников и специалистов, включая задания по подготовке и переподготовкекадров. В связи с этим необходимо призвать к порядку некоторых чиновников,которые должны быть гарантом выполнения Градостроительного кодекса, но, к сожалению,бездействуют и даже противодействуют.Некоторые вопросы научного и инженерного обеспечения сейсмостойкого строительства:Известно, что сложность и неопределенность проблемы сейсмостойкого строительствадалеко не в полной мере надежно обеспечиваются развитием (отставание) теории методоврасчета и нормативной базы. В связи, с чем вопросы конструктивной безопасностии передовой инженерной мысли выдвигаются на первый план. Среди этих вопросов можноотметить следующее:• Между данными геодинамических определений сейсмичности, которые, какправило, проводятся до строительства и использование их при проектировании существуетопределенный разрыв. Например, колебания и смещения оснований отличаются в определенноймере от аналогичных данных верха фундаментов;• В действующем СНИПе II-7-81* не учитываются конкретные типы фундаментов,возможности эффективной сейсмозащиты и другие особенности, которые отраженыв наших статьях, опубликованных в журнале «Сейсмостойкое строительство и безопасностьсооружений» за 2008 и 2009 годы;• Недостаточно разработаны меры по конструктивной сейсмобезопасности, втом числе по применению пространственных фундаментных платформ на скользящемслое, зданий замкнутого типа. Отметим, что моделирование пространственной платформына скользящем слое показало уменьшение сейсмических воздействий на здание в 10-кираз. Эти вопросы освещены в нашей монографии и докладах всероссийской конференциив г. Сочи и г. Москве [2,3];Сложная и ответственная проблема геодинамических исследований во взаимосвязигеодинамической информации и проектирования сейсмостойких объектов ждет своегодальнейшего развития.Первостепенные мероприятия по учету сейсмического риска территории городаКрасноярска:• Формирование единой базы данных в формате современных ГИСтехнологийдля инженерно-геологических условий территории города Красноярска и еенаполнение;• Проведение инструментальных исследований (сейсморазведка) на участкахразличного типа (модель среды, мощность рыхлых отложений, тип грунта);• Расчеты реакции грунтов на прогнозные сейсмические воздействия;• Расчет сейсмической опасности на основе математического моделированиядля точек с известными инженерно-геологическими условиями;• Формирование базы данных региональных акселерограмм возможных очаговземлетрясений (ВОЗ), определяющих сейсмическую опасность территории г. Красноярска;11

• Выполнение комплексного анализа сейсмической опасности инструментальныхисследований и математического моделирования;• Разработка макета карты сейсмического районирования территории г. Красноярска;• Актуализация карты сейсмического районирования территории г. Красноярскапутем проведения экспертизы результатов в федеральных органах;• Разработка рыночных механизмов (учет сейсмической опасности при кадастровойоценки стоимости участка земли, страхование недвижимости и др.) для обеспеченияконкурентных преимуществ экономики Красноярского края, в том числе предложениепо усилению сейсмостойкости ответственных объектов агломерации «Красноярск 2020»;Реализация данной работы возможна при поддержке городских и краевых властей.Следует отметить, что часть мероприятий способен выполнить НИЦГиСС, получившийодобрение достигнутых результатов и поддержку деятельности со стороны ИФЗ РАН,ЦНИИСК им. Кучеренко, ОАО «РОССТРОЙИЗЫСКАНИЯ».Величие и значение Красноярского края заслуживает серьезного внимания со стороныкраевой и федеральной власти для обеспечения сейсмической безопасности и устойчивогосоциально-экономического развития.Список литературы1. Абовский Н.П., Сибгатулин В.Г., Перетокин С.А. и др. Геодинамическое районирование– основа разработки нормативов сейсмостойкого строительства на территории«Красноярск 2020» // Вестник отделения строительных наук РААСН. 2009. Т. 1. №13. С.5-16.2. Абовский Н.П., Сибгатулин В.Г., Худобердин И.Р. и др. Конструктивная сейсмобезопасностьзданий и сооружений в сложных грунтовых условиях. /препринт-научноеиздание. / Красноярск : Сибирский федеральный ун-т. 2009, - с 186.3. Абовский Н.П., Сибгатулин В.Г., Перетокин С.А., Краснораменская Т.Г., ХудобердинИ.Р. и др. Сейсмогеодинамический мониторинг и конструктивная сейсмобезопасностьв Красноярском крае// Сборник тезисов VIII Российской Национальной Конференциипо сейсмической безопасности сооружений и городов и сейсмическому районированию.СТРУКТУРА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВПРИ ПОДГОТОВКЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙВ.Г. Сибгатулин 1 , Р.Г. Хлебопрос 2 , С.А. Перетокин 1,3 , А.А. Кабанов 1,41 НП «Экологический центр рационального освоения природных ресурсов»2 Международный научный центр исследований экстремальных состояний систем приПрезидиуме КНЦ СО РАН3 СКТБ «Наука» Красноярского научного центра СО РАН4 Институт вычислительного моделирования СО РАНАнализ структуры энергетических процессов M = f (t)при подготовке землетрясенийв различных регионах Земного шара позволил выявить детерминированные составляющие(«энергетические клинья», энергетические уровни), которые рассматриваются какустойчивые прогностические признаки при краткосрочном прогнозе. Для примера – ретропрогнозизвестного Алтайского землетрясения 27 сентября 2003 года магнитудой 7,2 исейсмической катастрофы на Гаити (рис. 1, рис. 2).12

Рис. 1. а) Ретропрогноз Алтайского землетрясения 27 сентября 2003 годаб) Прогноз афтершока 1 октября 2003 года13

Рис. 2. Ретропрогноз НП «ЭЦ РОПР» землетрясения на Гаити 12 января 2010 годамагнитудой 7.0Блочно-иерархическая структура квантует энергию, излучаемую при землетрясениях.В результате, в сейсмическом процессе выделяются энергетические уровни, энергетическиеклинья, выделенные направления (стрелы времени).В сейсмическом очаге – типичной термодинамической системе действуют известныезаконы термодинамики. При этом магнитуда M = k log сейсмического событияViVопределяется энергией, запасённой в определённом объёме.Как и любая термодинамическая система сейсмический очаг обладает энтропией,Viкоторая согласно Пенроузу [1], также является функцией фазовых объёмов S = log . VДля блочно-иерархической геологической среды справедливо уравнение Клайперона-Клаузиуса[2] ΔS = ⋅ Δ V , где Δ S и Δ V прирост энтропии системы при приростеdPdTфазового объёма системы. Согласно Больцману термодинамическая энтропия S = k ⋅ lnW,где W - термодинамическая вероятность (статистический вес) ( W > 1). Отсюда следует,что M ~ S , т.е. магнитуда в физическом смысле является аналогом, а не эквивалентом,термодинамической энтропии.Из аналогии магнитуды и термодинамической энтропии следуют особенностиструктуры энергетических процессов в сейсмических очагах, которые можно рассматриватькак прогностические признаки подготовки сильных землетрясений, типа недавнихкатастроф на Гаити (12 января 2010 года) и в Чили (27 февраля 2010 года) (рис. 3).1400

Рис. 3. Ретропрогноз НП «ЭЦ РОПР» Чилийского землетрясения 27 февраля 2010 годамагнитудой 8.8.Анализ сейсмических данных в других регионах земного шара свидетельствует обустойчивости упомянутого прогностического параметра для краткосрочного прогнозасильных землетрясений.Список литературы1. Пенроуз Р. «Новый ум короля». //УРСС, 2003 г.2. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. – М.:Издательский дом МЭИ. –- 2008г. – 496 с.: ил.15

ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ПРОБЛЕМЫ МОДЕРНИЗАЦИИСЕТИ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ ТУВЫВ.И. Лебедев, К.С. Кужугет, С-С.С. МонгушТувинский институт комплексного освоенияприродных ресурсов СО РАН, vil@tikopr.sbras.ruТерритория Тувы имеет достаточно сложное геологическое строение и высокуюсейсмичность, обусловленные активным проявлением многократных тектономагматическихпроцессов в геологической истории формирования континентальной корыТувино-Монгольского сектора Центрально-Азиатского подвижного пояса.В Западной и Юго-западной Туве наибольшие значения сейсмической активности(А 10 = 0,2-0,3) характерны для узла сочленения хребтов Цаган-Шибэту и Западного Танну-Ола. Именно здесь в 1970 г. произошло довольно сильное землетрясение с магнитудой7,0. Территория Центральной Тувы и граничащей с нею на юге Монголии, которая включаетШагонарскую, Ийитальскую грабены, Кызыльскую и Убсунурскую межгоные впадины,сейсмически менее активна. Тем не менее, здесь в районе южнее г.Шагонар четко выделяетсяпо инструментальным данным сейсмогенная зона с многочисленными землетрясенияминебольшой силы, а в северной части, вдоль хребтов Уюкский и Академика Обручева,фиксируются локальные сгущения эпицентров землетрясений с активностью А 10 ≈0,02-0,05.Территория северо-востока и востока Тувы осложнена влиянием структур Байкальскойрифтовой зоны. Наибольшее количество землетрясений сосредоточено вблизиареала новейшего вулканизма, охватывающего бассейны Большого ( Бии-Хем) и Малого (Каа-Хем) Енисея. Последнее обстоятельство по-видимому связано не только с тем, чтоэтот участок более тектоно-магматически активный по сравнению с другими районамиТувы , но и широким проявлением четвертичного вулканизма. По этой проблеме в имеющихсягеологических материалах мало сведений, кроме установленных некоторых закономерностейв размещении и миграции ареалов новейшего вулканизма и неотектоническихструктур. Сейсмическая активность района, в связи с его труднодоступностью, оцениваетсяв настоящее время исключительно по данным сейсмостатистики отдаленных региональныхсейсмостанций. Одной из причин сложившегося положения является игнорированиеили слабое привлечение геологических данных при изучении и прогнозированииземлетрясений. Последнее характерно и для других работ, проводимых на разных сейсмоактивныхтерриториях. Для улучшения качества прогностических оценок сейсмическойопасности района необходим комплексный подход к проблеме; составление карт сейсмическойопасности с анализом обширного геотектонического материала и известных геологическихкритериев сейсмичности.В Туве отчётливо проявлена корреляция высокосейсмичных зон с активизированнымив новейшее время участками глубинных долгоживущих разломов сдвигового типа.Это наиболее характерно для узлов сопряжения: Цаган-Шибэту-Хархиринской сдвиговойзоны с Южно-Таннуольской; Билин-Бусийнгольского рифта и Шишхидгольской системысдвиговых разрывных нарушений; Агардагско-Окинской и Каахемской зон глубинныхразломов. Ряд субширотных зон разломов глубинного заложения (Азасский, Каа-Хемский, Хемчикский, Шуйский) трассируются одиночными эпицентрами либо их локальнойсовокупностью, тяготеющей преимущественно к узлам пересечения с новейшимисбросо-сдвигами. В то же время, часть региональных зон разломов в сейсмическом отношениисебя не проявляют. К их числу относятся Восточно-Тувинская, Унгешская, Байсютскаяи Убсунур-Баянкольская (северо-восточный фланг) системы разрывных нарушений.Отсутствует корреляция эпицентров землетрясений с локальными разрывнымиструктурами низкого порядка. На всей территории Тувы наблюдаются отдельные скопленияэпицентров землетрясений, которые не увязываются с разрывной тектоникой, выделяемойна мелко- и среднемасштабных геологических картах. Одним из них является Ша-16

гонарский узел. Площадь сейсмогенной зоны здесь около 1000 км 2 , она находится в непосредственнойблизости и южнее Шагонарсого водохранилища Саяно-Шущенской ГЭС.Считаем актуальным проведение дополнительного геологического изучения участка повыявлению возможных сейсмодислокаций попутно с исследованиями проблем наведеннойсейсмичности района водохранилища.Изучение глубинного строения территории и оценка ее сейсмической активностисовременными методами магнито-теллурического зондирования (МТЗ) и сеймическимметодом регистрации обменных волн от землетрясений ( МОВЗ) начато в 2000г и проводилисьдо 2004г Красноярским НИИ геологии и минерального сырья по программе работМПР России. Впервые для данного региона были составлены геоэлектрические и геолого-геофизическиеразрезы глубинного строения земной коры по заданным региональныммаршрутам; даны скоростные и геоэлектрические характеристики разреза осадочного чехлаи отдельных комплексов земной коры и верхней мантии, определена мощность осадочногочехла и земной коры, определен рельеф поверхности Мохо.Высокая сейсмичность территории Тувы обуславливает необходимость: созданияавтоматизированной цифровой наблюдательной сети непрерывного сейсмического мониторинга;развертывания системы связи и передачи данных для сбора и накопления информациив региональных и ведомственных информационно-обрабатывающих центрах;обеспечения оперативного взаимодействия с автоматизированной информационноуправляющейсистемой РСЧС; проведения работ по сейсмическому районированию, прогнозуземлетрясений и их последствий; технической экспертизы проектов и сооруженийгражданского и промышленного строительства.Рис. 1. Эпицентры землетрясений на территории Тувы. 2009В настоящее время на территории Тувы действуют 9 сейсмостанций: 3 – СО РАН, 2– КНИИГиМС, 4 – ЦМЭИ (рис.1). Станции Сибирского отделения РАН работают самостоятельно,сейсмические данные от них не поступают в республиканские органы: в правительство,МЧС, ТИКОПР СО РАН. Работавшие ранее сейсмостанции КНИИГиМС ввиде полигона сейсмологических наблюдений закрыты из-за отсутствия финансирования,кроме Кызылской и Ховуаксынской. В апреле 2009 года в рамках заказа МЧС РФ (Государственныйконтракт № 7//3.4.2.1.-0314 от 14.04.2009г) «Разработка и реализация пилотногопроекта по оценке состояния и повышению защищенности критически важных объектовсубъекта Российской Федерации от угроз сейсмического характера на примере Рес-17

публики Тыва» начаты работы по проекту «Центр мониторинга эндогенных источниковчрезвычайных ситуаций на территории Республики Тыва» ( ЦМЭИ), которые были завершены01 ноября того же года. Исполнитель работ – ЗАО НТК «Союзтехнопроект» (г.Москва). Вблизи населенных пунктов Чадан, Туран, Сарыг-Сеп, Самагалтай, установленыпункты сейсмологических наблюдений, оснащенных цифровыми сейсмостанциямиУГРА-2, промышленными компьютерами сбора и обработки информации, терминаламиспутниковой связи, работающих в стационарном режиме. В г. Кызыле, на базе ТИКОПРСО РАН создан Информационно-обрабатывающий центр (ИОЦ) по «типовой» схеме длярегиональных центров обработки. Отметим, что сейсмостанции КНИИГиМС «Кызыл»,«Хову-Аксы» работают стабильно и, как бы, в составе ЦМЭИ. Но, к сожалению, по состояниюна 10 февраля 2010 г в ИОЦ поступали сейсмические данные только из одной(Чаданской) сейсмостанции. Общее время «молчания» новых станций со дня их запускасоставило 2760 часов. Основная причина – технические перебои Сети передачи данныхот сейсмостанций в обрабатывающий центр. Сложившаяся обстановка настораживает:может ли работать ЦМЭИ в будущем при таком качестве связи, правильно ли выбран методоперативной передачи данных в Центр сейсмического мониторинга.Проект создания Центра мониторинга эндогенных источников ЧС на территорииРТ является важнейшим для обеспечения сейсмической безопасности республики. Работыдолжны быть исполнены строго по проекту, объект в виде ЦМЭИ, стабильно действующийв реальном режиме времени, должен быть сдан Генеральному заказчику – МЧСРоссии в установленном порядке. Только при наличии полного взаимодействия всехимеющихся источников сейсмической информации могут быть достигнуты качественнаяоценка и прогноз сейсмических событий на территории Тувы.МОНИТОРИНГ ПРОГНОСТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА TAUПО ДАННЫМ СЕЙСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ КАМЧАТКИСлавина Л.Б., Пивоварова Н.Б., Рогожин Е.А.ИФЗ РАН, г.МоскваВведениеПредпосылкой кинематического метода прогноза сильных землетрясений (изверженийвулканов) являются представления о направленных изменениях физических параметровсреды, происходящих в период подготовки сильного землетрясения. Под воздействиемроста поля напряжений, на последней стадии подготовки землетрясения среда теряетустойчивость, и это отражается в увеличении разброса значений параметров различныхгеофизических полей. В том числе и в поле времен пробега сейсмических P- и S-волнот слабых, близких землетрясений. Наблюдая вариации времен пробега P- и S-волн и ихотношений – T S /T P (параметр τ - TAU) в пространстве и времени, и проводя анализ флуктуацийотносительно долговременного среднего, можно выявить временной интервал, гдезначения флуктуаций максимальны, и оконтурить область их локализации. В настоящеевремя мониторинг прогностического параметра в режиме близком к реальному времениосуществляется в Координационном прогностическом Центре ИФЗ РАН.Методические основы разработанного алгоритмаРасчеты осуществляются на основе регулярных наблюдений сети сейсмическихстанций региона. Условием работы метода является непрерывная регистрация местныхземлетрясений и оперативная, близкая к реальному времени, обработка данных для проведениярасчетов.Мониторинг параметра τ в Камчатской фокальной зоне проводится в двух модификациях:• Расчет прогностических кривых χ(t) по данным сейсмических станций Камчатскогорегиона.18

В реальном времени (ежедневно), для выбранных станций региона рассчитываютсяпрогностические кривые χ(t) = F(τ):χ(t) = F(∑Δτ min ) + F(∑Δτ max ), гдеΔτ max = τ max - τ ср ; Δτ min = τ min - τ срF(х) = 1000 * σ⋅ 2 *х 2 при х>σ; F(х) = 1000 * ⋅х 4 при х < στ min и τ max – минимальное и максимальное значение параметра τ за сутки, или другой временнойинтервал, τ ср – среднее долговременное значение τ для данной станции. Анализируякривые можно выделить тревожный интервал времени. По сопоставлению аномалийна прогностических кривых для различных сейсмических станций возможно оценить районвозникновения землетрясения.• Картирование прогностического параметра ξτ по площади и слежение за изменениеманомальных областей во времениВыявление динамики поведения параметра τ в регионе производится путем расчетавеличины ξτ в области сейсмической активности за последовательные интервалы времени.Результаты представляются в виде карт в горизонтальных и вертикальных сечениях.ξτ =(ΣΔτ/n)/(σ τ /√n) , σ 2 τ = Σ(Δτ) 2 /(n-1)Результаты мониторингаНа рис.1. приведен результаты расчета кривых χ(t) в настоящее время, в период01.03.2009-16.02.2010 для станций ASA и PET. На рис.2 приводятся карты величины ξτ вгоризонтальной плоскости за 2008 г. и за период сентябрь-декабрь.2009 г. На рис.3 показанырезультаты картирования параметра ξτ в 2008 г. и в сентябре-декабре 2009 г. в разрезевдоль фокальной плоскости.1800170016001500140013001200110010009008007006005004003002001000ASA 01.03.2009 - 16.02.20101-Mar 31-Mar 1-May 31-May 1-Jul 31-Jul 31-Aug 30-Sep 31-Oct 30-Nov 31-Dec 30-Jan 2-MarPET 01.03.2009 - 16.02.201021002000190018001700160015001400130012001100100090080070060050040030020010001-Mar 31-Mar 1-May 31-May 1-Jul 31-Jul 31-Aug 30-Sep 31-Oct 30-Nov 31-Dec 30-Jan 2-MarРис.1. Примеры прогностических кривых параметра χ(t) для станций ASA (А) и PET (Б) впериод 01.03.2009-16.02.201019

АБξτ1075320-2-3-5-7-13Прогностический параметр2008 г.ξτПрогностический параметр ξτСентябрь 2009--январь 2010 г.Рис.2. Распределение параметра ξτ в горизонтальной плоскости вдоль фокальной зоныКамчатки. А- 2008 г., Б – сентябрь 2009 - январь 2010 гY км400мыс Лопатка350300250200полуостров ШипунскийАвачинский залив Кроноцкий залив150 100 50 0 -50 -100 -150 -200Камчатский залив-250 -300 -350 -4000ξτ107550321000-2150-3-5А-7200 -13Y, км400мыс Лопатка350 300 250200Шипунский полуостровАвачинский залив Кроцкий залив150 100 50 0 -50 -100 -150 -200Z, кмКамчатский залив-250 -300 -350 -4000ξτ107550321001500-2-3-5Б20-7200 -13Рис.3. Распределение параметра ξτ в вертикальной плоскости вдоль фокальной зоны Камчатки.А- 2008 г., Б – сентябрь-декабрь 2009 г.Z, км

Выводы• Регистрируемые в настоящее время аномалии свидетельствуют об изменении напряженногосостояния в регионе и возможности возникновения сильного землетрясения.• Наблюдается рост аномалий по абсолютной величине во времени, увеличиласьдисперсия параметров.• За время мониторинга параметра τ с 1995 г. наблюдаемой в настоящее время значительнойаномальной ситуации не было.• Необходимо дальнейший мониторинг и комплексирование с другими предвестниками:GPS наблюдениями, механизмами очагов, спектрами фоновой сейсмичности.Литература1. Славина Л.Б., Пивоварова Н.Б., Рогожин Е.А. Оценка сейсмической обстановкина Камчатке по данным мониторинга прогностического параметра TAU. // Геофизическиеисследования, 2007, № 8, М.: ИФЗ РАН, с. 3-8.2. Slavina L.B., Pivovarova N.B., Levina V.I. Monitoring of the Precurcor Parameter TayUsing the Data of the Seismic Stations of Kamchatka // Abstracts of 31 st General Assembly ofthe European Seismological Commission, 2008, p.193.ТЕХНОЛОГИИ СБОРА, ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗА ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙОПАСНОСТИПеретокин Сергей Анатольевич – к.т.н., руководитель отдела геодинамической иэкологической безопасности СКТБ «Наука»Практически значимой целью большинства исследований в области геодинамикиявляется обеспечение безопасности населения и инфраструктуры сейсмоактивных территорий.Геодинамическая опасность – это величина воздействий в результате геодинамическихпроцессов ожидаемых в данном пункте, и вероятность их появления в ожидаемоевремя. В данном конкретном случае рассматриваются преимущественно эндогенные геодинамическиепроцессы. К основным задачам в проблеме оценки (прогноза) геодинамическойопасности можно отнести:• Сейсмическое районирование (общее, детальное, микрорайонирование);• Среднесрочный и краткосрочный прогноз.Сбор, обработка и интерпретация геолого-геофизической информации играютключевую роль при решении данных задач.Геодинамический мониторинг – комплекс мероприятий предназначенных для накоплениядостоверной, продолжительной по времени информации о развитии естественныхи техногенных сейсмотектонических процессов на исследуемой территории. Геодинамическиймониторинг, выполняемый в настоящее время различными организациями вКрасноярском крае и прилегающих территориях включает в себя регистрацию сейсмических,электромагнитных, газгидрогеохимических, гидрогеодеформационных и др. полей.Организация и проведение геодинамического мониторинга на конкретной территорииили объекте предполагает создание и эксплуатацию наблюдательных сетей, центровсбора, обработки и хранения информации. Каждая из этих составляющих, на практике,включает в себя большой объем технических, технологических, научноисследовательскихработ, в частности:21

работ. Тем более что данные работы включают в себя не только методологические аспекты,но и большой набор аппаратурно-технических и технологических задач, от различногоподхода к которым могут получаться принципиально разные оценки геодинамическойопасности строительных площадок, и применятся различные конструктивные решениядля их минимизации при проектировании зданий и сооружений.Последний, но не менее важный вопрос – это среднесрочный и краткосрочный прогнозгеодинамической опасности для территорий и конкретных объектов. Несмотря на то,что эта задача, очевидно является с точки зрения обеспечения безопасности особо ответственныхи опасных объектов, таких как ГЭС, химические и радиоактивные производства,крайне важной, данному направлению уделяется значительно меньше внимания чемперечисленным выше. Официально разработанные и признанные методики прогноза землетрясений,как правило, имеют долгосрочный характер. Кроме методологической проблемысуществует также организационная. Для средне- и краткосрочного прогноза развитияопасных процессов в геологической среде необходим высокоточный комплексныймониторинг геодинамических полей в режиме близком к реальному времени, но решениеподобной задачи сопряжено с дополнительными финансовыми затратами, которые не хотятбрать на себя ни государство ни собственники опасных промышленных объектов.Усиление промышленного освоения территории Центральной Сибири на фонесейсмотектонической активизации земной коры требует, в условиях ограниченных ресурсов,усилить научно-техническую, технологическую и организационную интеграцию системмониторинга, обработки информации, а также ускорения исследований в областикраткосрочного прогноза землетрясений.АКТУАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКТА КАРТ ОБЩЕГО СЕЙСМИЧЕСКОГО РАЙОНИ-РОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОСР-2012Перетокин Сергей Анатольевич – к.т.н., руководитель отдела геодинамической иэкологической безопасности СКТБ «Наука»Комплекту современных карт ОСР-97, созданных в 1991-1997 гг. в Институте физикиЗемли им. О.Ю.Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН, В.И. Уломов и др.),исполнилось 12 лет. Свыше 10 лет они уже используются в качестве официальных нормативныхдокументов. Тем не менее, согласно сложившейся в нашей стране традиции, картыОСР, в среднем каждые 10-12 лет, регулярно обновляются. Подлежат актуализации икарты ОСР-97, хотя они и выдержали все «сейсмические испытания», имевшие место в1998-2009 гг.Основанием для начавшихся в 2009 г. сейсмологических, сейсмогеологических иинженерно-сейсмологических исследований на территории Российской Федерации, в томчисле по актуализации баз данных и карт ОСР-97, явилась Федеральная целевая программа(ФЦП) «Повышение устойчивости жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспеченияв сейсмических районах Российской Федерации на 2009 – 2013 годы», утвержденнаяпостановлением Правительства Российской Федерации от 23 апреля 2009 г. №365 и дополнением к нему, изложенному в постановлении Правительства РФ от30.07.2009 N 615.В рамках программы, кроме большого числа других задач выполняются следующиетемы:1. «Развитие методов и технологий общего сейсмического районирования (ОСР) территорииРоссийской Федерации для уточнения исходной сейсмичности и сейсмическойопасности»;23

2. «Актуализация баз данных и карт ОСР-97 общего сейсмического районирования территорииРоссийской Федерации и создание комплекта макетов карт сейсмическогорайонирования следующего поколения - ОСР-2012».Первую тему выполняет Лаборатория континентальной сейсмичности и прогнозасейсмической опасности ИФЗ РАН (под руководством профессора, д.ф.-м.н. В.И. Уломова),а вторая разрабатывается совместно со специалистами ПНИИИС и нескольких академическихинститутов, принимавших участие в исследованиях по ОСР-97.Концепция, методология и технология создания карт ОСР-97 во всех отношенияхявились сменой парадигмы в сейсмическом районировании. Карты ОСР-97 не только концептуальноотличаются от всех карт, созданных в прежние годы, но и не имеют пока прецедентаиспользования всего комплекта (а не одной карты) в мировой практике сейсмостойкогостроительства. Благодаря конкретным вероятностным оценкам, эти карты впервыепозволили реалистично оценивать степень сейсмического риска на конкретных территорияхи для конкретных объектов.В основу исследований по сейсмогеодинамике и сейсмическому районированиюСеверной Евразии, охватывающей территорию России и сопредельных регионов, положеныпредставления о структурно-динамическом и энергетическом единстве геофизическойсреды и развивающихся в ней сейсмогеодинамических процессов. Это единство ярко выраженов глобальном, региональном и локальном масштабах, в иерархической упорядоченностисейсмоактивных структур и в направленности их геодинамического развития.При создании карт ОСР-97 была создана унифицированная электронная база сейсмологическихи других геолого-геофизических данных, отображенная в единой географическойинформационной системе (ГИС). Была разработана единая, внутренне согласованная,модель зон возникновения очагов землетрясений для всей территории Северной Евразии(рис. 1).Благодаря компьютерному моделированию и ГИС-технологиям, позволившим «активизировать»модель источников землетрясений, стало возможным составлять картыпрогнозной сейсмичности на любой разумный интервал времени и изучать сейсмическийэффект, создаваемый виртуальными очагами на земной поверхности.В основу создания модели зон ВОЗ и сейсмического районирования Северной Евразииположена линеаментно-доменно-фокальная (ЛДФ) модель (рис. 1). В соответствии спринятой концепцией, в ЛДФ-модели рассматриваются четыре масштабных уровня источниковземлетрясений – крупный регион, с интегральной характеристикой его сейсмическогорежима, и три основных структурных сейсмогенерирующих элемента: линеаменты,в генерализованном виде представляющие оси трехмерных сейсмоактивных разломныхили сдвиговых структур, отражая структурированную сейсмичность и являясь основнымкаркасом ЛДФ-модели; домены, охватывающие квазиоднородные в геодинамическомотношении объемы геологической среды и характеризующиеся рассеянной сейсмичностью;потенциальные очаги землетрясений, указывающие на наиболее опасные участки(фокусы) линеаментных структур.24

Рис. 1. Модель зон возникновения очагов землетрясений на территории Северной ЕвразииКартирование сейсмической опасности осуществляется в две стадии компьютерногомоделирования. Сначала конструируется и параметризуется ЛДФ-модель зон ВОЗ, затемпосле её компьютерной активизации рассчитывается по регулярной сетке сейсмическийэффект на земной поверхности с заданным периодом повторяемости, определяющимвероятность возникновения сейсмических воздействий и возможного их превышения.Одним из главных достоинств модели зон ВОЗ, разработанной для ОСР-97, являетсято, что впервые в отечественной практике общего сейсмического районирования территориистраны для всей обширной территории Северной Евразии по единой методике созданавнутренне согласованная модель источников землетрясений, положенная в основувсех последующих компьютерных расчетов сейсмической опасности.В настоящее время для всех расчетов и построений используется программноматематическоеобеспечение (ПМО) «ВОСТОК ® », актуализированное на основе ПМОPRB, разработанного ранее для ОСР-97. Название ПМО «ВОСТОК ® » соответствует аббревиатуре«EAST ® », образованной от словосочетания «Earthquake Adequate SourcesTechnology» (Технология адекватных очагов землетрясений), и отражает одно из главныхдостижений методологии ОСР-97, заключающееся в использовании во всех расчетах и построенияхне точечных, а протяженных очагов землетрясений.Методология, разработанная для ОСР-97 и получившая признание на и государственноммеждународном уровне, единая база данных (БД) и другие новации, положительноотличающие эту методологию от всех предыдущих приёмов и способов составленияпрежних карт сейсмического районирования, а также применение не одной детерминистской,как прежде, а комплекта вероятностных карт сейсмического районирования, должныбыть в целом сохранены и развиты с целью уточнения сейсмической опасности.Согласно программе исследований по созданию Единой информационной системы(ЕИС) «Сейсмобезопасность России», планируется выполнить следующее:• усовершенствовать методы и программно-математическое обеспечение оценкисейсмической опасности и сейсмического районирования территории Российской Федерации;• актуализировать цифровые базы данных, необходимые для идентификации исейсмогеодинамической параметризации зон возникновения очагов землетрясений, уточнениясейсмичности и сейсмической опасности на федеральном, региональном, территориальномуровнях;25

• создать комплект цифровых тематических карт, представленных в векторной формев масштабе 1:2.500.000 и необходимых для решения комплекса задач сейсмическогорайонирования:- макеты карт общего сейсмического районирования (ОСР-2012), характеризующиесейсмическую опасность на четырех уровнях риска (10%, 5%, 1% и 0,5%) возможногопревышения сейсмического эффекта, указанного на картах территории всей страны(масштаб 1:8.000.000 или 1:5.000.000) и основных регионов - Европейская часть России,Сибирь, Дальний Восток (масштаб 1:2.500.000):- макет карты очаговой сейсмичности территории страны (в специализированнойлегенде;- макеты карт общего сейсмического районирования территории страны и регионовв пиковых ускорениях (в долях g - ускорений силы тяжести) колебаний в среднихгрунтовых условиях для четырех уровней риска (10%, 5%, 1% и 0,5%);;- макеты карт общего сейсмического зонирования территории страны и регионов вполубалльном представлении для четырех уровней риска (10%, 5%, 1% и 0,5%);- макеты карт периодов повторяемости сейсмических воздействий интенсивностью6, 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64 на территории страны и в основных регионах(в более крупном масштабе).• составить список городов и населенных пунктов, расположенных в сейсмических зонах,с указанием для них прогнозируемого сейсмического эффекта в баллах и ускорениях покаждой из карт комплекта ОСР-2012, а также по данным ОСР-97;• составить список городов и населенных пунктов с указанием для них расчетных периодовповторяемости прогнозируемого сейсмического эффекта в 6, 7, 8 и 9 баллов на основеактуализированных данных ОСР-2012, а также по данным ОСР-97.ВНУТРЕННЕЕ ПРИЛИВНОЕ ТРЕНИЕ КАК ПРОЯВЛЕНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИ-ЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В ПЛАНЕТАРНОМ МАСШТАБЕКабанов А.А., Перетокин С.А., Сибгатулин В.Г., Салагаева А.В., Хлебопрос Р.Г.Известно, что материалы, из которых состоит поверхность земной коры, подвергаютсядеформациям растяжения и сжатия. Подобную деформацию можно обнаружить благодаряпьезоэлектрическому эффекту [1]. Пьезоэлектрический эффект проявляется в планетарноммасштабе. Наличие гидросферы и приливного воздействия со стороны Луны должныприводить к явлению нелинейного пьезоэффекта в лунный полдень. Это новое явлениебыло зарегистрировано на измерительных станциях Байкальская площадь (52,17 0 с.ш.,104,18 0 в.д.), Минино (57,56 0 с.ш., 45,53 0 в.д.), Аскиз (53,80 0 с.ш., 90,25 0 в.д.), Табат (52,56 0с.ш., 90,29 0 в.д.), Кызыл (51,43 0 с.ш., 94,27 0 в. д.). Вследствие диссипации энергии выражениедля силы приливного трения содержит член второго порядка, т.е. явление имеетнелинейный характер. Наличие внутреннего трения благодаря приводит к запаздываниюприливной волны деформаций относительно лунного полдня. Следовательно, внутренниетрение искажает естественную картину деформаций поверхности литосферы. Данное явлениепозволяет определить коэффициенты затухания α и β взаимодействия земной корыс жидким ядром. Пьезоэффект [1] позволяет регистрировать деформации литосферы наразных участках поверхности Земли. В общем случае эффект имеет нелинейный характериз-за наличия внутреннего трения. Из экспериментальных данных следует, что максимумыэлектромагнитного излучения отстают на некоторый временной интервал относительнолунного полдня. Рассмотрим подробнее воздействие Луны на твердую и водную26

оболочки планеты. Т.к. неупругость мантии дает небольшой вклад в запаздывание (около2 · 10 -4 рад) [2], то им можно пренебречь.Представим силу приливного трения в виде:2F =αυ+βυ (1)где α и β – коэффициенты трения, зависящие от географической широты; υ – линейнаяскорость на данной географической широте. Линейную скорость в данной точке Землиможно представить как:υ=ω⋅Rcos( ϕ )(2)где ω – угловая скорость; R – cредний радиус Земли; φ −географическая широта. Положим,что ω= = const .dϕdtТогда легко определить запаздывание ΔT относительно географического лунного полдняТ LG .Δ T=α+βωRcos( ϕ )(3)Местный лунный полдень определяется следующим образом:TLG= T +ψ (4)0LGгде где Т 0LG – лунный полдень на гринвичском меридиане; ψ – географический меридиан.Исходя из средних значений ΔТ, определим методом наименьших квадратов коэффициентыприливного трения α и βω. Таким образом, α=1, βω = 0,9391е-5.Ниже приведены (Рис.1.) теоретическая кривая запаздывания ΔТ относительно лунногополдня и экспериментальные точки. Видно, что максимальное запаздывание соответствуетэкватору, минимальное – географическим полюсам. Кривая (1) имеет симметричныйвид. Это обусловлено тем, что мы предположили ортогональность оси вращения Земли.Реальная картина запаздывания относительного лунного полдня будет смещена относительноначало координат в зависимости от лунного времени годаВидно, что максимальное запаздывание соответствует экватору, минимальное – географическимполюсам. Кривая (1) имеет симметричный вид. Это обусловлено тем, чтомы предположили ортогональность оси вращения Земли. Реальная картина запаздыванияотносительного лунного полдня будет смещена относительно начало координат в зависимостиот лунного времени года.27

Рис.1. Запаздывания максимального электромагнитного сигнала ΔТ относительно лунногополдня как функция географической широты φ рассчитанное по формуле (3) и экспериментальнымданным (G – землетрясение в Гаити).Рассчитаем поправки к тензору напряжений со стороны приливного тренияF 202515= = 210 ⋅9σ 10yyF 202515= =7 10σ 310 ⋅xy−2−4(7)Из выражения (7) видно, что поправки к литостатическому напряжению со стороны внутреннеготрения составляет приблизительно 10 -4 , к сдвиговому напряжению – 10 -2 . Такимобразом, можно предположить, что приливное воздействие Луны на гидросферу Землиспособно уменьшить, хотя и незначительно, сопротивление движению плиты, что косвенноспособствует землетрясениям.В случае землетрясений с высокими баллами данная поправка может стать решающейвследствие нелинейности эффекта. Например, запаздывание начала землетрясения произошедшегона Гаити 12 января 2010 года в 17 часов по местному времени относительнолунного полдня соответствует 50 0 , т. е. относительная погрешность равна приблизительно14%. Ниже представлен график (Рис. 2) запаздывания относительно лунного полднясильных землетрясений как функция географической широты φ.28

Рис. 2. Запаздывание относительно лунного полдня землетрясений с магнитудой М>6баллов в зависимости от географической широты φ.Анализ запаздывания максимума пьезоэлектрического эффекта относительно лунногополдня на разных измерительных станция позволил предварительно определить коэффициентызатухания α и β и построить график запаздывание ΔТ от географической широты φК сожалению, недостаток данных и значительные помехи со стороны внешней среды непозволяет определить коэффициенты α и β с высокой точностью.Влияние приливного воздействия на сейсмическую активность, скорее всего, незначительно,но в случае очень сильных землетрясений данный эффект может стать решающим.Обнаруженное новое явление можно также использовать для обнаружения нефти и газаи поиска полезных ископаемых.Литература1. Д.Х. Расулов, М.Ф. Рахматуллаева. //Геология и минеральные ресурсы. – 1999, – №4.2. В.Н. Жарков. Внутреннее строение Земли и планет. – М.: Наука, – 1983, – с. 89–94.3. Donald L. Turcotte, Gerald Schubert. Geodynamics. Applications of continuum physicsto geological problems. – New York.: John Wiley & Sons, – 1985, – p. 122–125, 130.29

ПЛАНЕТАРНАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ В ПОСЛЕДНЕЕ СТОЛЕТИЕ.АНАЛИЗ И ПРОГНОЗ НА БЛИЖАЙШИЕ ГОДЫВ.М. КиселевСибирский федеральный университет, kvm@akadem.ruЕще в 1976 г. в качестве характеристики планетарной сейсмичности нами было предложеноиспользовать величину выделившейся за год в теле Земли энергии землетрясений[1]. Однако в отличие от А.Д. Сытинского, который последовательно развивалидею о солнечной обусловленности сейсмичности [2], мы в те годы ограничились толькоеще одной работой на эту тему [3]. Слишком коротким и не достаточно однороднымказался нам построенный тогда ряд изменений сейсмической энергии.За последние три десятка лет мировая система сейсмических служб перешла на качественноновый уровень регистрации и обработки данных о землетрясениях. В качествехарактеристики землетрясений мы использовали магнитуду Ms, определяемую по поверхностнымволнам. Были использованы данные о всех сильных землетрясениях с 1903 годапо каталогам NOAA, NEIC USGS и HRV. С 1977 г. для описания сильных землетрясенийсейсмологи отдают предпочтение моментной магнитуде Mw. С целью построения однородногоряда все магнитуды Mw были пересчитаны в магнитуды Ms в соответствии суравнением регрессии, полученным для интервала 1977–2006 гг. Для пересчета магнитудв величину выделившейся в результате землетрясения энергии (в Джоулях) была использованаформула М. Бота: lg E = 1,44 ⋅ Ms + 5, 24 . Результат вычислений представлен нарис.1. Абсолютная погрешность вычисленных годовых значений энергии E по нашейоценке в среднем составляет (1-2)⋅10 16 Дж.Рис.1. Изменения сейсмичности Земли в 1903–2009 гг.Ряд E(t) можно проанализировать в рамках модели случайного процесса. Матема-16тическое ожидание E(t) равно M( E) 40,5 ⋅1016= , стандартное отклонение (СКО)σ = 42,2⋅10. В качестве гипотезы H 0 была выдвинута гипотеза о том, что функция плотностираспределения энергий по величине имеет вид: ( )1 ⎛ E( ) ( ) ⎟ ⎞f E = exp⎜− . Для проверкиэтой гипотезы был использован критерий χ 2 , в соответствии с которым оказалось,M E ⎝ M E ⎠что для уровня значимости 0,05 гипотеза H 0 не может быть отвергнута.Спектральный состав ряда E(t) был исследован методом максимальной энтропии[4], который наиболее удобен при анализе коротких реализаций.На рис.2 представлен нормированный энергетический спектр изменений E(t).30

Рис.2. Спектр изменений E(t) в 1903-2009 гг.Рис.2 свидетельствует о сложности временного ряда E(t). В спектре этого ряда присутствуютгармоники с периодами 60,6; 11,6; 5,9; 4,4; 3,6; 3,0; 2,3 года. Легко видеть, чтосуммарная амплитуда высокочастотных гармоник заметно больше амплитуды гармоникис периодом 11,6 года и сравнима с амплитудой низкочастотной гармоники с периодом60,6 года.Много работ посвящено исследованию статистической связи сейсмичности Земли исолнечной активности, в качестве характеристики которой чаще всего рассматриваютчисла Вольфа (W). Главной особенностью изменений W от года к году является 11-летняя цикличность, которая, как видно из рис.2, дает сравнительно небольшой вклад визменения планетарной сейсмичности. Тем не менее, некоторые исследователи нетолько доказывают значимость 11-летнего цикла в сейсмичности, но и предлагают использоватьего в прогнозах сейсмичности [5,6].Выделить в явном виде 11-летний цикл из E(t) можно методом наложения эпох по всемциклам солнечной активности (от 15-го до 23-го), которые попадают в интервал 1903–2009 гг. Оказалось, что средняя амплитуда изменения сейсмической энергии в 11-летнем цикле порядка 20⋅10 16 Дж. Это в два раза меньше СКО функции E(t) в рассматриваемоминтервале. Поэтому говорить о том, что 11-летний цикл солнечной активностизаметно проявляется в вариациях планетарной сейсмичности, нет достаточных оснований.Рис.3. Вековые изменения чисел Вольфа (верхняя кривая) ипланетарной сейсмичности(нижняя кривая).Если же все-таки в качестве характеристики солнечной активности рассматривать числаВольфа, то следует обратить внимание на их вековые изменения, на вековой цикл вW(t) [4]. На рис.3 показаны вековые изменения в W(t) и E(t), полученные сглаживанием11-летними скользящими средними исходных рядов. Коэффициент корреляции в этомслучае равен –0,57, т.е. сейсмичность Земли возрастает с уменьшением амплитуды 11-31

летних циклов солнечной активности. Нетрудно заметить, что отрицательная корреляциямежду вековыми изменениями W(t) и E(t) нарушалась в середине XX века (примернов 1940–1970 гг.). Не затрагивая проблемы происхождения «загадочного» вековогоцикла солнечной активности, причину изменения корреляции между W(t) и E(t)можно поискать в том, что сейсмичность является лишь одним из эндогенных процессов,на которые может воздействовать солнечная активность.Если рассматривать годовое значение E как случайную величину, то нетрудно получитьвероятностный прогноз этой величины, скажем, на 2010 год. Из анализа ряда E в1903-2009 гг. следует, что из 106 событий изменения энергии ее величина возрастала 2года подряд всего 16 раз, т.е. вероятность такого события равна 0,15. Вероятность противоположногособытия равна 0,85. Тогда вероятность того, что в 2010 году в результатеземлетрясений выделится энергии не больше чем 141⋅10 16 Дж (это значение энергиив 2009 г.) равна14116 1 ⎛ x ⎞( 141 ⋅ 10 ) = 0,85 ⋅ exp⎜− ⎟dx= 0,85⋅0,97 = 0, 82P E

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ПРЕДВЕСТНИКИЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ЛЕДОВЫХ УДАРОВБорняков С.А.Институт земной коры СО РАН, bornyak@crust.irk.ruВведение. Инструментальный мониторинг на геодинамических полигонах прямоили косвенно показывает, что перед сильными, достаточно удаленными землетрясениями,в горных породах в локальных пунктах наблюдений происходит увеличение деформацийи напряжений. Их причиной считают приходящие из очаговой области кратковременныетектонические импульсы [1-3 и др.].В настоящей статье на примере результатов разных видов мониторинга показано,что фиксируемый деформационный эффект, является вторичным и может рассматриватьсяв качестве краткосрочного предвестника землетрясения или горного удара. Он не связанс простой механической передачей деформации на большие расстояния, а представляетсобой опосредованный результат реакции атомной структуры минеральных веществна особое энергетическое возмущение, распространяющееся из очага незадолго до актасейсмогенерации.С целью поиска новых эффективных средне- и краткосрочных предвестников землетрясенийпроведен инструментальный деформационный мониторинг в двух наземныхпунктах наблюдений в южной части Байкальской сеймоактивной области, и в одномпункте в ледовом покрове оз.Байкал.В наземных условиях первый вид мониторинга проводился в штольне, расположеннойна территории сейсмостанции «Талая» Байкальского филиала Геофизическойслужбы СО РАН. Штольня пройдена в мраморах Слюдянской серии и характеризуетсяпостоянными влажностью и температурой воздуха.Измерения деформаций проводились с помощью штанговых датчиков с базой 1,8метра в трех взаимно перпендикулярных направлениях, - поперек (датчик №1) и вдольштольни (датчик №2) (простирание 60º и 150º соответственно) и по вертикали (датчик№3) (рис.1).Рис.1. Схема расположения штанговых датчиков в штольне.Датчики были установлены на участках массива горных пород с однороднойструктурой не нарушенного крупными разрывными нарушениями. Датчики №2 и №3 закрепленныена одной стенке штольни фиксировали прямые эффекты растяжения или сжатиягорных пород, что сопровождалось их удлинением или укорочением соответственно(рис.1). Датчик же №1, расположенный поперек штольни и закрепленный своими конца-33

Деформация, n х 10 -5 мми на противоположных её стенках, за счет их встречного движении при эффекте растяжениягорных пород показывал укорочение, или наоборот удлинение при их удалениидруг от друга при наличии в породах эффекта сжатия (рис.1). Рабочими элементами датчиковявлялись тензодатчики балочного типа фирмы «Scame». Их опрос с 30-ти секунднойдискретизацией, накопление и хранение цифровой информации осуществлялось регистратором«Сдвиг» [4].Второй вид наземного мониторинга в проводился в 100 км от сейсмостанции «Талая»в поселке Листвянка посредством сейсмодетектора авторской разработки. Сейсмодетекторсостоит из герметизированной трубы из термостойкого кварцевого стекла диаметром9,5 см и длиной 0,85м, заполненной специальным наполнителем, реагирующим изменениемобъема на энергетическое возмущение, распространяющееся от очага сильногоземлетрясения. Вариации объема фиксировались высокочувствительным тензодатчиком,соединенным со штоком подвижной мембраны. Как и в предыдущем случае, для опросадатчика и записи данных использовался регистратор «Сдвиг» [4]. Сейсмодетектор был установленвертикально в шурфе двухметровой глубины, пройденном в коллювиальнопроллювиальныхотложениях, имеющем земляное перекрытие с дополнительным теплоизоляционнымматериалом. Последнее обеспечивало в нем постоянство температуры.Любое боковое контактное механическое воздействие на сейсмодетектор было исключено,что позволяет связывать вариации объема его наполнителя только с действием физическихполей.Во втором варианте мониторинг проведен на ледовом покрове оз.Байкал в районеп. Листвянка в весеннее время 2009г, когда из-за резкого повышения дневных температурпроисходит разрушение льда в стволовых трещинах, сопровождающееся сильными ледовымиударами (льдотрясениями) [5]. Штанговый датчик был установлен в 10 метрах отстановой трещины в крест её простирания в нише, выпиленной во льду. Рядом через лункупод лед на подвесе был установлен сейсмодетектор на глубине 1 метр от его нижнейграницы. В статье приводится фрагмент данных мониторинга 14 марта 2009г , когда имелместо ледовый удар.Результаты. На рисунке 2 графически представлены результаты двух видов мониторингас 15 по 22 мая 2009г. В этот период (20 мая 2009г) на Ю-З побережье Байкала врайоне устья р.Баргузин произошло Усть-Баргузинское землетрясение с М = 5.2. Времяего реализации отмечено на одноименных шкалах графиков стрелкой. Эпицентр этогоземлетрясения находился в 200 километрах от п.Листвянка и в 300 километрах от сейсмостанции«Талая».4321АДатчик №1Датчик №2Датчик №3017 мая 18 мая 19 мая 20 мая 21 маяВремя, дниИзменение объема, мл1,00,90,80,70,60,50,40,30,20,1017 мая 18 мая 19 мая 20 мая 21 мая 22 маяВремя, дниРис. 2. Вариации деформаций горных пород в штольне с/с «Талая» (А) и объема наполнителясейсмодетектора в п.Листвянка (Б). Стрелкой отмечен момент реализации Усть-Баргузинского землетрясенияБИз первого графика (рис.2, А) видно что, начиная с конца дня 17 мая, происходитзаметное увеличение деформаций горных пород по горизонтальным направлениям (датчики№1 и №2). Если до этого дня их абсолютное приращение составляло не более 2мкм/сутки, то в последующие 18 и 19 мая оно возросло до 10 мкм/сутки, то есть в 5 раз.Этот аномальный режим горизонтального растяжения просуществовал до 20 мая, испытав34

кратковременную 5-6 часовую инверсию на сжатие, сменившуюся снова растяжением запервые часы до землетрясения. Через 10-15 часов после землетрясения эффект растяжениягорных пород в горизонтальных направлениях исчезает сменяясь слабым сжатием.Вертикальная деформация (датчик №3) увеличилась 17 мая по сравнению с предшествующимифоновым значением 2 мкм/сутки в 2 раза и в этом режиме развивалась до19 мая, после чего, испытав двенадцатичасовую незначительную инверсию на сжатие,снова немного подросла и стабилизировалась.Второй график (рис.2-Б) отражает временные вариации объема наполнителя всейсмодетекторе, проявившиеся в его небольшом возрастании и стабилизации 15-16 мая споследующими резкими уменьшением на 0,72 миллилитра 17 мая и увеличением на 0,95миллилитра 18 и 19 мая. Эти вариации измеряемого параметра, по сравнению с предшествовавшимиим фоновыми, являются аномальными.В целом приведенные графические данные показывают, что за двое суток до Усть-Баргузинского землетрясения в пунктах мониторинга, удаленных от его эпицентра на тристаи двести километров соответственно, зафиксированы аномальные изменения измеряемыхпараметров. Эти изменения однозначно указывают на наличие объемного расширениягорных пород и наполнителя сейсмодетектора за 2-3 дня до момента сейсмогенерации.На рисунке 3 графически представлены результаты мониторинга на ледовом покровеоз.Байкал.АБДеформация, мм1,41,21,00,80,60,40,2015ч02мин15ч31мин15ч52мин14ч00мин 15ч00мин 16ч00мин 17ч00мин 18ч00минВремя, часыИзменение объема наполнителя, мл0.30.20.1015ч02мин15ч31мин15ч52мин14ч00мин 15ч00мин 16ч00мин 17ч00минВремя, часыРис.3 Деформации ледового покрова (А) и наполнителя сейсмодетектора (Б) в условныхединицах 14 марта с 15ч до 19ч. Первая сверху стрелка указывает момент ледового удара,вторая и третья сверху стрелки указывают моменты последующих двух подвижек по становойтрещине.Сопоставление графиков показывает элемент согласованности в поведении деформационныхпараметров. Видно, что основному ледовому удару, произошедшему на фонероста деформации сжатия ледового покрова, предшествовало сначала тридцатиминутноеувеличение объема наполнителя сейсмодетектора, сменившееся тридцатиминутным болеесущественным его уменьшением. Те же тенденции в поведении деформационных параметровнаблюдаются и перед последующим двум небольшим подвижкам по магистральнойтрещине за 5-10 минут до их реализации.Обсуждение результатов и выводы. Известные примеры синхронизации геофизическихпроцессов перед сильными землетрясениями [6 и др.], позволяют утверждать,что одновременно проявившиеся в пространственно разобщенных пунктах мониторингаобъемные деформационные эффекты порождены одной причиной, - влиянием очага готовившегосяУсть-Баргузинского землетрясения. Принимая во внимание технические условияпроведения мониторинга с помощью сейсмодетектора, можно констатировать, что этовлияние не связано с прямой механической передачей деформаций и напряжений из очаговойобласти за счет релаксационных процессов, а обусловлено распространяющимся изнеё за два-три дня до момента сейсмогенерации особым энергетическим возмущением.Вопросы его физической природы и механизма пространственной передачи в литосферена сотни-первые тысячи километров пока остаются открытыми. Это возмущение обладает35

высоким энергетическим потенциалом и влияет на атомную структуру горных пород идругих веществ, переводя её из основного в возбужденное состояние. Переход в новое болеевысокое энергетическое состояние сопровождается увеличением радиуса атомныхэлектронных орбит и межъядерных расстояний за счет деформационной поляризации [7].Макроскопическим следствием этих микроскопических превращений является незначительное«разуплотнение» подверженного энергетическому воздействию вещества с увеличениемего объема. Непосредственно перед актом сейсмогенерации увеличение объемаминеральных веществ сменяется резким его уменьшением (рис.2,3). Эти деформационныеэффекты поддаются инструментальной регистрации и могут выступать в роли краткосрочныхпредвестников. Как показали представленные выше результаты мониторинга, вслучае землетрясения они проявляются за первые дни до него, а при ледовом ударе запервые минуты-десятки минут. В последнем случае, реакция сейсмодетектора на разрушениемалого масштаба позволяет предполагать возможность его использования не толькодля прогноза землетрясений, но и для прогноза горных ударов в различных подземныхсооружениях.Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках проектов Отделения наук оЗемле РАН (ОНЗ-7.7), СО РАН (ИП №61 и ИП №20), Госконтракт 02.740.11.0446.Список литературы1. Б.Коштяк, С.Цацонь, Н.Д.Добрев и др. Наблюдения за тектоническими микросмещениямив Европе в связи с землетрясениями в Иране и Турции в 1997г и 1999 г //Физика Земли. - 2007.- №6.- С.66-80.2. Г.И.Долгих, А.В.Купцов, И.А.Ларионов и др. Деформационные и акустическиепредвестники землетрясений // ДАН. 2007. - т.413. - №1. - С.96-100.3. А.В.Купцов. Изменение характера геоакустической эмиссии в связи с землетрясениямина Камчатке // Физика Земли. - 2005. - №10. - С.59-654. Ружич В.В. Высокоточный измерительный комплекс «Сдвиг» // Научный ипромышленный потенциал Сибири. Инвестиционные проекты, новые технологии разработки.Международный каталог. – Новосибирск: ЗАО «Новосибирский биографическийцентр», - 2004. – С. 90-91.5. С.Г. Псахье, Е.В. Шилько, С.В. Астафуров, А.В. Димаки, В.В. Ружич1, А.Ю.Панченко. Модельные исследования процессов возникновения и развития деформационныхструктур субдукционного типа в ледовом покрове озера Байкал // Физическая мезомеханика.- 2008. - т.11. №1. - С.55-65.6. Соболев Г.А., Любушкин А.А.,Закржевская Н.А. Ассиметричные импульсы,периодичность и синхронизация низкочастотных микросейсм // Вулканология и сейсмология.- 2008. - №2. - С. 153-167.7. Потапов А.А. Деформационная поляризация. Поиск оптимальных моделей // Новосибирск.Наука. - 2004. - 511с.ВНЕШНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ЗОНЕ СИЛЬНЫХЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙКашкин В.Б., Симонов К.В.Сибирский федеральный университет,Институт вычислительного моделирования СО РАНВ настоящее время установлено, что сейсмическая активность имеет связь сразличными геофизическими явлениями: атмосферными процессами, атмосферным36

электричеством, уровнем воды в скважинах, газовыми выделениями из них и т.д.Современные спутниковые технологии на основе интерпретации данных измеренийуходящего излучения позволяют определять вертикальные профили давления итемпературы, а также другие параметры атмосферы.В ходе выполнения исследований по этой тематике создана база спутниковыхданных из архива станции по приему спутниковой информации HRPT для сейсмическиактивных очаговых областей Алтае-Саянского региона и Прибайкалья, полученные спомощью космических аппаратов NOAA. На этих метеорологических спутникахустановлен радиометр TIROS (Television Infrared Observation Satellite) - TIROS OperationalVertical Sounder (TOVS) - комплекс трех независимых систем, предназначенный длявертикального зондирования атмосферы.Спутниковые данные о состоянии атмосферы представлены в виде неравномернойсетки точек, для которых рассчитаны параметры:- характеристики поля ветра (видимый диапазон);- вертикальный профиль температуры и температура подстилающей поверхности(полосы поглощения СО 2 4,3 и 15 мкм; О 2 при λ= 0,5 см; окна прозрачности 8-12, 3-4 мкми в микроволновом диапазоне спектра);- состав атмосферы - водяной пар (полосы поглощения 20-50 и 6,3 мкм, отдельныелинии в микроволновом диапазоне), озон (полоса поглощения 9,6 мкм), малые газовыесоставляющие –окислы азота,СН 4 , NH 3, CО 2 и д.р.- количество и другие характеристики облачности (окна прозрачности атмосферы винфракрасном и микроволновом диапазонах спектра).Вертикальные профили атмосферы получены 6-8 раз в сутки в 100-150 точкахАлтае-Саянского региона с пространственной привязкой к сейсмически активнымочаговым областям этого географического региона. 18 сентября 2009 г. в России былосуществлен успешный запуск космического аппарата дистанционного зондированияМЕТЕОР-М № 1, принадлежащего к новому поколению метеорологических спутниковЗемли. Радиометрическая аппаратура МТВЗА этого спутника позволяет в полном объемеосуществлять вертикальное зондирование атмосферы. В конце октября 2008 г. в СФУбыла установлена приемная станция АЛИСА. Станция способна принимать данные соспутников серии NOAA, в том числе информации с приборов TOVS. После ввода впостоянную эксплуатацию российского спутника МЕТЕОР-М и получениясоответствующего программного обеспечения, станция АЛИСА будет использовать такжеинформацию с приборов МТВЗА.К важным достижениям космического дистанционного зондирования относитсяоперативное определение поля вертикальных профилей земной атмосферы (параметры:температура, влажность и др.). Соответствующие исследования проведены во многихстранах, в том числе в России. В настоящее время аппаратура TOVS для исследованияполя вертикальных профилей атмосферы установлена на спутниках серии NOAA.Радиометр TIROS Operational Vertical Sounder (TOVS) представляет собой комплекс изтрех независимых систем, данные которых могут быть использованы для восстановлениявертикальных профилей температуры, влажности воздуха, поля ветра, концентрацииозона и других параметров:- 20-канальный сканирующий ИК спектрофотометр HIRS/2I; имеет 19спектральных каналов в инфракрасной области спектра и один в видимой, разрешение вподспутниковой точке 17,4 км, полоса обзора 2600 км;- 3-канальный сканирующий стратосферный ИК спектрофотометр StratosphericSounder Unit (SSU); имеет три спектральных канала в полосе поглощения углекислогогаза, разрешение в подспутниковой точке 147,4 км, полоса обзора 1470 км;- 4-канальный сканирующий радиометр Microwave Sounder Unit (MSU)микроволнового диапазона 50…58 ГГц; имеет четыре канала в полосе поглощениякислорода, разрешение в подспутниковой точке 109,0 км, полоса обзора 2350 км.37

Приборы инфракрасного диапазона успешно определяют профили атмосферы научастках, где нет облачности. Наличие облачности усложняет задачу. Для ее успешногорешения используются новые длины волн, совершенствуется методика измерений. Еслина спутниках первого поколения измерения проводились в полосе поглощения СО 2 на 15мкм и в окне прозрачности атмосферы 8…12 мкм, то в настоящее время наряду срасширением измерений в ИК диапазоне на спутниках NOAA привлекается радиометрияв СВЧ диапазоне. Аппаратура МТВЗА российского спутника МЕТЕОР-М № 1 длятемпературно-влажностного зондирования атмосферы использует только СВЧ диапазон.26-канальная аппаратура МТВЗА позволяет восстанавливать вертикальныепрофили температуры, влажности воздуха, поля ветра и других параметров. МТВЗАперекрывает спектральный диапазон 18,7 ÷ 183,31 ГГц, обеспечивает полоса обзора в2800 км, имеет пространственное разрешение в 9-50 км. Данные со спутника МЕТЕОР-М№ 1 будут использоваться после ввода его в постоянную эксплуатацию. В настоящеевремя возможно использование данных со спутников NOAA.В состав программного обеспечения Красноярской станции HRPT входит пакетвертикального зондирования атмосферы TOVS ITPP версии 3.0. Пакет содержитпрограммы для выделения из потока данных информации TOVS, радиометрическойкалибровки, географической привязки, собственно определения вертикальных профилейатмосферы. С помощью этого пакета можно вычислить вертикальное распределениетемпературы воздуха, температуру точки росы, значение общего содержания озона ватмосфере, температуру и давление на поверхности Земли и на верхней границеоблачности. Поле вертикальных профилей атмосферы определяется на неравномернойсетке точек (до 600), выбираемых из условия получения заметной разницы в значенияхпараметров атмосферы между соседними точками. Объем получаемых данных с одногопрохода спутника составляет около 250 кбайт.Расположенные на различной высоте слои атмосферы имеют разную температуру идавление, при этом вертикальное распределение концентрации некоторых газовыхсоставляющих, например СО 2 и О 2 , можно считать известным и неизменным. Дляизмерения характеристик атмосферы используются методы спектроскопии газов. Элементатмосферы излучает, поглощает, рассеивает радиацию во всех направлениях.Интенсивность и длина волны линий в спектрах ряда газов, например СО 2 , зависит отпараметров состояния элемента атмосферы (температуры, давления, концентрации газов).Производя измерения на различных длинах волн внутри конкретной полосы поглощения,удается выполнять вертикальное сканирование атмосферы в определенном диапазоневысот, т. е. измерять высотные профили температуры или удельной концентрации газовыхсоставляющих атмосферы (в зависимости от выбранной полосы поглощения).Совокупность процессов излучения, поглощения, рассеяния радиации элементоматмосферы описывается уравнением радиационного переноса, которое в общем видеимеет сложный характер. В инфракрасном диапазоне можно пренебречь рассеянием иупростить уравнение. Это уравнение или его модификации лежат в основе интерпретацииспектральных измерений, используемых для дистанционного зондирования атмосферы.Вид функций пропускания, входящих в уравнение переноса, определяетсяхарактеристиками конкретных спектральных линий или полос: интенсивностью, формой ишириной контуров линий.Количественная информация о распределении основных метеорологическихпараметров получается в результате интерпретации спектральных измерений в полосахпоглощения углекислого газа (линия 4,3 мкм, полоса 15 мкм), водяного пара (6,3 мкм, 18мкм, 0,8 см и 1,35 см). Предположение о том, что вертикальное распределение СО 2 и О 2известно и неизменно, позволяет разделить переменные в выражении для уходящегоизлучения, зафиксировать все параметры, кроме температуры, и найти профильтемпературы.Главная трудность нахождения функций T(p) и q(p) заключается в том, чтопроцедура обращения полученного интегрального уравнения относится к классу38

некорректных задач математической физики. Обратный оператор задачи неограничен, арешение является неединственным и неустойчивым по отношению к возмущениям.Поэтому для нахождения решений, адекватных реальному состоянию атмосферы,привлекается априорная информация, в качестве которой используются реперныесреднеклиматические профили температуры T 0 (p) и влажности. В частности, в пакетеTOVS ITPP версии 3.0 использована стандартная модель атмосферы NOAA.Уравнение относительно температуры нелинейное. Для его линеаризации можноискать не Т(р), а разность Т(р)–T 0 (p). Полученные путем решением обратной задачипрофили температуры и влажности являются основой для вычисления других параметроватмосферы. Интегрируя уравнение состояния влажной атмосферы при известном профилетемпературы, получают профиль геопотенциала – потенциальной энергии тяготения,отнесенной к единице массы.Геопотенциал является характеристикой поля давления и зависит от температуры ивлажности слоев атмосферы. При этом учитывается, что ускорение силы тяжестиразлично в разных точках на поверхности и над поверхностью Земли. Геопотенциальнойповерхностью поля силы тяжести принято называть поверхность, перемещение покоторой в любом направлении не требует затраты работы против этой силы. Вметеорологии единицей геопотенциала считается геопотенциальный метр (гпм), которыйчисленно приблизительно равен обычному метру, но имеет размерность [Дж/кг].При обработке данных HIRS в качестве характеристики влажности воздухаопределяется зависимость точки росы и её дефицита от высоты. Предварительный анализполей геопотенциала и температуры показал, что эти поля наиболее изменчивы на уровне500 гПа. Предлагаемая методика оценки изменчивости метеорологических параметров взависимости от сейсмической активности заключается в построении карт геопотенциала итемпературы на уровне 500 гПа на район исследований за три последовательных дня ианализа динамики геопотенциала и температуры за день до сейсмического события, в деньсобытия и в день после события.27 сентября 2003 года в 15 час 33 мин московского времени (в 11 час 33 мин UTC)произошло сильное землетрясение с магнитудой М=7.3, силой в эпицентре 9 баллов ввысокогорном районе Алтая, координаты эпицентра 50° с.ш., 88° в.д. В работе приводитсякарта геопотенциала на уровне 500 гПа по данным TOVS спутник NOAA-12, съемка 27сентября 2003 года в 11 час 56 мин, через 23 минуты после события, а также картатемператур за это же время. Условия съемке были такими, что точка эпицентраземлетрясения оказалась на краю кадра. По этим данным можно оценить динамикугеопотенциала на уровне 500 гПа за 24-30 сентября 2003 г. в точке с координатами 50°с.ш., 88° в.д. и динамику температуры в той же точке за 24-28 сентября 2003 г. Насоответствующих рисунках стрелкой отмечен момент землетрясения и показаназависимость геопотенциала и температуры атмосферы от давления в точке скоординатами 50° с.ш., 88° в.д.Анализ показывает, что Алтайское землетрясение не сопровождалосьсущественным изменением геопотенциала на уровне 500 гПа в период времени с 06:0024.09.2003 до 12:00 27.09.2003 изменение его соответствует уменьшению давления на 5гПа. Температура на этом же уровне увеличилась с 12.09.2003 до 12.09.2003 на ~ 5°С,причем наибольший рост произошел за сутки до землетрясения.27 августа 2008 г. с 1:35 до 03:29 UTC зафиксированы толчки в районе Байкала(координаты эпицентра 52° с.ш., 104° в.д.) силой в эпицентре до 9 баллов. Выполненанализ изменения геопотенциала на уровне 500 гПа в эпицентральной области в периодвремени с 26.08.2008 по 29.08.2003, причем геопотенциал начал увеличиваться за 12 часовдо события. Наблюдавшееся изменение геопотенциала соответствует уменьшениюдавления на 50 гПа или на 5%. На графиках изменения температуры на уровне 500 гПа вэпицентре в период времени с 26.08.2008 по 29.08.2003 показано, что за 9 часов доземлетрясения температура увеличилась на ~ 5°С.39

Приведенные предварительные результаты показывают, что спутниковаяинформация о вертикальных профилях тропосферы, совместно с другими геофизическимиданными, может указывать на предвестники землетрясений. В отличие от наземнойинформации о температуре и давлении, спутниковые данные не привязаны к точкамустановки метеорологических станций, они позволяют практически постоянно следить засостоянием атмосферы, причем не только на поверхности Земли. В некоторых случаяхинформативными являются данные о средних слоях тропосферы. Получать такие данныена ожидаемые очаги подготовки сильных землетрясений можно только с использованиемискусственных спутников Земли.Изменчивость температуры в верхних слоях атмосферы (в ионосфере)неоднократно обсуждалось в литературе как предвестник землетрясений. Здесь напримере двух крупных землетрясений в Сибири показано, что такая изменчивостьвозможна и в тропосфере перед сильным сейсмическим событием.ОПЕРАТИВНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОБЛАСТИ D ИОНОСФЕРЫРАДИОСРЕДСТВАМИ КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯП.М. Нагорский, В.В. ЗуевИнститут мониторинга климатических и экологических систем СО РАНnpm_sta@mail.ru, vvzuev@imces.ruВведениеК настоящему времени накоплено большое количество экспериментальных данных,свидетельствующих о существовании сейсмо-ионосферных связей, включая измененияв различных областях ионосферы в периоды подготовки сильных землетрясений [1-3].В основном эти данные касаются областей E и F . Данных по изменениям параметровобласти D – существенно меньше. Последнее связано с тем, что область D , как ни однадругая область ионосферы, является недостаточно исследованной. Это обусловлено как еёсоставом и динамикой, так и отсутствием методов, позволяющих вести регулярный мониторингв районах с высокой сейсмической активностью [4, 5].1. Постановка задачиПри зондировании ионосферы с борта космических аппаратов анализ данных ионозондовограничивается полосой частот от критической частоты области F ( foF2) до частотплазменных резонансов. Информация, заключенная в сигнале с частотой f > fo,xF2,дважды прошедшем через ионосферу и отраженном от земной поверхности, фактическиостается без должного анализа. Плазменная частота ωeв области D много меньше частотзондирования, для которых область F – радиопрозрачна. Наличие столкновений и геомагнитногополя приводит к тому, что показатель преломления в плазме становится комплекснойвеличиной n= kc ω = μ+ iχ, где k – длина волнового вектора, μ,χ – реальная2 2 2и мнимая части n , μ − χ = ε′ , 2μχ = ε′′ .Поглощение необыкновенной компоненты вобласти D больше обыкновенной, а поглощение обыкновенной компоненты меньше, чемв отсутствие магнитного поля. Информация об интегральном поглощении в области Dзаключена в разнице уровней принятых сигналов.2. Модельное описание влияния области D на уровень зондирующего сигналаПоложим: – на выходе передатчика спутникового ионозонда существует волна линейнойполяризации, расщепляющаяся в плазме на две магнитоионных компоненты с ам-40

o oплитудами Ax= Ao; – результирующее поле вдоль луча, связывающего передатчик, областьотражения от земли и приемник, имеет вид Ao,x= exp ⎢−2 ξo,xdh,ohотрA ⎡ ⎤o,xF∫ ⎥ где F –⎢⎣h ⎥c ⎦геометрическая расходимость; – земная поверхность является плоской, а магнитоионныекомпоненты распространяются по совпадающим траекториям. Тогда отношение амплитудобеих компонент будет изменяться только из-за поглощения и дисперсионного расплывания,и отношение уровней зарегистрированных сигналов R равно:hотрA⎡⎤xR = =Θx,o ⋅exp ⎢−2 ( ξx ξo) dh ,A∫ − ⎥o ⎢⎣h⎥(1)c⎦где ξ = ω c Im & ε – коэффициент затухания, Θx,o– коэффициент, учитывающий различноепадение амплитуды обеих магнитоионных компонент зондирующего импульса вследствиедисперсионного расплывания в ионосфере. Аналогичное соотношение получаетсяпри использовании зондирующих импульсов одной круговой поляризации, но с различнымичастотами. Таким образом, для модельной оценки времени запаздывания и потерьпри зондировании необходимо распределение n( ωe, νe, Ωe)и χ( ωe, νe, Ωe). В качестве моделиионосферной плазмы воспользуемся моделью ионосферы IRI [6], а для определениянейтрального состава области D – моделью термосферы MSIS [7].Роль дисперсии в изменении амплитуды и длительности регистрируемых сигналовhотр2 ⎛ 1 1 ⎞оценим по соотношению Δ τи= dhc∫⎜−n( h, f ) ( )cнn h,f ⎟, где fни fв, верхняя и нижняяh ⎝в ⎠частоты спектральной полосы зондирующего импульса, и для Θx,oзапишем:ох( τ τ ) ( τ τ )Θx,o=и+Δи и+Δи. Здесь τи– начальная длительность импульса. В результатеполучим соотношение, позволяющее оценить поглощение сигнала в D -области:hотр⎡о1 A ( τи+Δτи)⎤o( ξx ξo)dh ln ⎢ ⎥х ln ⎡x.oR ⎤∫ − = ⋅ = Θ2 ⎢Ah( )cx τи +Δτ⎥ ⎣ ⎦. (2)и⎣⎦Проведем оценку величины R в случае появления локального возмущения в областиD . Положим, что гелио и геомагнитная активности – невысоки: F10.7= 107 , Ap = 4 .Расчеты проведем для летнего солнцестояния в точке с координатами 42.25 0 с.ш., 145 0 в.д,для 06UT и частоты зондирования ft = fхF2 ( θϕ , ) + 0.1 [МГц]. Сейсмо-ионосферное возмущениевеличины Ne ⋅ νeпредставим в следующем виде:2⎡ ⎧ 2 2 2 2 ⎤3⎪( 1 − ( xk − xko)Δ xk) , ( xk − xko)Δ xk≤ 1Ne ⋅ νe = Ne0⋅νe0⋅ ⎢1 + Am⋅ ⎥.⎢ ∏ ⎨k=12 ⎥(3)2⎢ ⎪⎣ ⎩0, ( xk − xko)Δ xk> 1⎥⎦Здесь x r – текущие координаты, – координаты местоположения центра возмущения,( , , )x roΔ x= Δh Δθ Δ ϕ – пространственные размеры возмущения. При моделировании полагалось:Δ θ = 8 , Δ ϕ = 11 , Δ h = 20 км, Am = 10. Результаты расчетов даны на рис. 1. Плав-00ное уменьшение величины R с юга на север в невозмущенных условиях обусловленыуменьшением критической частоты слоя F 2 с широтой. Аналогичное уменьшение R свостока на запад связано с перестройкой ионосферы в вечернее время суток. Стрелкой натой же карте указано местоположение возмущения.Рассмотрим зависимость поглощения от относительной амплитуды возмущения ичастоты зондирования. Моделирование проведем для тех же параметров. Результаты моделированияпредставлены на рис. 2. Анализ данных показал, что частотный интервал, в41

котором данный метод позволяет проводить измерения, определяется значениями Am иft: при малых Am и ft, значительно превышающих fxF2, обе магнитоионные компонентыиспытывают слабое поглощение, а оценка поглощения в области D – проблематична,в случае больших Am отношение амплитуд R → 0 и оценка поглощения такжестановится затруднительной. Оптимальный для измерений диапазон значений R указан нарис. 2 вертикальной полосой J .Рис. 1. Распределение R , рассчитанноедля высоты h = 1000 км.Рис. 2. Зависимость дифференциальногопоглощения R от Am и ft.Выполнено при поддержке проектов СО РАН № VII.63.3.1, Президиума РАН №16.10 и АВЦП № 2.1.1/544.ЗаключениеНа основе модельного анализа данных спутникового ионосферного зондирования вполосе частот, превышающих частоту отсечки fxF2, показана перспективность использованияэтой полосы частот зондирования для текущего контроля состояния области Dионосферы.Наличие отражающей поверхности (земли) не требует увеличения мощности бортовогопередатчика, а расположение аппаратуры на спутнике позволяет осуществить оперативныймониторинг области D , расположенной над сейсмоактивными регионами планеты.Список литературы1. Чернявский Г.М., Скребушевский Б.С., Скрипачев В.О. Бортовая аппаратуракосмических аппаратов мониторинга предвестников землетрясений // Исследование Землииз космоса. – 2004. – № 6. С. 50 – 58.42

2. Липеровский В.А., Похотелов О.А., Мейсткр К.-В., Липеровская Е.В. Физическиемодели связей в системе литосфера-атмосфера-ионосфера перед землетрясениями //Геомагнетизм и аэрономия. – 2008. – Т.48. – № 6. С. 831 – 843.3. Pulinets S.A., Boyarchuk K.A., Hegai V.V. et al. Quasielectrostatic model of atmosphere-thermosphere-ionospherecoupling // Adv. Space Res. – 2000. – V.26. – № 8. P. 1209 –1218.4. Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В.Д. Лазерное зондирование средней атмосферы.Томск: Раско. 2002. – 352 с.5. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. – 527с.6. Rawer K., Bilidza D., Ramakrishnan S. Goals and Status of the IRI // Rev. Geophys.Spase Phys. – 1987. – V.16. – № 2. P. 177 – 181.7. Hedin A.E. Neutral Atmosphere Empirical Model from the surface to lower exosphereMSIS90 // J. Geophys. Res. – 1991. – V.96. P. 1159 – 1172.ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКА НИЗКОЧАСТОТНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙЭНЕРГИИ ОТ СТРУКТУРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ЗЕМНОЙ КОРЫПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ1 Ляхов А.Н., 1 Козлов С.И., 2 Нагорский П.М.1 Институт динамики геосфер РАН2 Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАНnpm_sta@mail.ruВведениеМежду зарегистрированными уровнями электромагнитных полей в ионосфере надструктурными неоднородностями земной коры и теоретическими моделями распространенияэлектромагнитных волн выявлено явное противоречие. С одной стороны, существуютпрямые наблюдения на спутниках, фиксирующих переменные поля в диапазоне отединиц Гц до долей МГц над разломами, с амплитудами полей до 1мВ/м. С другой, теоретическиемодели дают величины полей в диапазоне 1-10 мкВ/м. Существует еще один эмпирическийфакт – наблюдения полей над разломами в ионосфере слабо или вообще несвязаны с сильной сейсмической активностью (они наблюдаются и в отсутствие сильныхземлетрясений с М> 4.5), в то же время эти поля фиксируются не на каждом пролете надразломом, даже при очень близких орбитах.В работе обсуждается возможный механизм переноса к основанию ионосферыэлектромагнитного излучения под воздействием грозовой активности.Постановка задачиПредположим, что вне зоны разлома поверхность земной коры представляет собойидеальный проводник, а сам разлом, имеющий длину l Rи ширину Δ ( l R>> Δ), заполненидеальным диэлектриком. В том случае, если по поверхности земной коры поперек разломатечет ток с частотой f = ω 2π, задача оценки напряженности электромагнитногополя у основания ионосферы сводится к задаче расчета поля от элементарной щели. Электрическоеполе волны от разлома имеет только азимутальную компоненту E & φ.Предположим, что в атмосфере над (или вблизи) разломом (щелью) существуютпроводящие каналы, созданные молниевыми разрядами. В зависимости от ориентации каналамолнии и электрической компоненты поля от разлома E & φ, эффективность возбужденияканала прямо пропорциональна cosγ = ( E& φ⋅n rM ) E& φи обратно пропорциональна расстоянию.Здесь nr M- единичный вектор, совпадающий с осью канала молнии.43

Все многообразие ориентаций молниевых каналов представим в виде двух большихгрупп. К первой группе отнесем квазивертикально ориентированные каналы: «облакоземля»,«облако-ионосфера» и «незавершенный разряд». Нетрудно убедиться в том, чтоэффективность возбуждения таких каналов минимальна над разломом ( γ ~ π 2)и в непосредственнойблизости него (область телесных углов 1) и возрастает с увеличениемрасстояния y (области 2). При дальнейшем увеличении расстояния эффективность возбужденияснова падает, поскольку с увеличением расстояния убывает амплитуда Eφ(области3). Схематично эти области показаны на рис. 1.Ко второй группе отнесем межоблачные и внутриоблачные горизонтально ориентированныеканалы. Число разрядов второй группы в единицу времени в несколько раз(до порядка) больше числа разрядов первой группы. Горизонтальные молниевые каналы,ориентированные вдоль щели (ось X), не возбуждаются. Эффективность возбуждения горизонтальныхканалов ориентированных вдоль оси Y (перпендикулярно разлому и параллельноE ) максимальна над разломом и уменьшается с увеличением расстояния yφEφс увеличением расстоя-вследствие увеличения угла γ и уменьшения амплитуды поляния r .Рис. 1. Расположение областей эффективноговозбуждения молниевых каналов.Рис. 2. Интерференционная схема в случаевозбуждения молниевого канала.В общем случае электрический вектор поля электромагнитной волны в текущейточке rИ( x, y,hИ)на высоте основания ионосферы hИявляется суперпозицией поля прямойволны E & φот щели с координатами rR = rR( x= 0, y = 0, z = 0), поля вторичной волныE & , рассеянной на молниевом канале с координатами r r ( x , y , h )МКMR=M M M M, и поля вторичнойволны от молниевого канала, отраженной от земной поверхности E &МП. Здесь высотамолниевого канала для незавершенных разрядов равна высоте центра разряда (симметричныйдиполь), для горизонтальных разрядов она совпадает с высотой разряда (симметричныйдиполь), а для разрядов облако-земля – её следует положить равной нулю (несимметричныйдиполь). Рассмотрим влияние земной поверхности на формирование электрическоговектора электромагнитного поля у основания ионосферы.Мгновенное значение напряженности прямой компоненты вторичного поляраспространяющегося по пути AB, в точке B с координатамиИ( , ,И)E& = E& r exp( −jk r ) ,МК1 МК0 1 r1 144r x y h имеет видE & МК,

а напряженности поля волны, распространяющегося по пути ACB, равнаE& = E& r R exp −jk r − jΘ,где R exp( j )( )МК2 МК0 2 r 2 2− Θ - комплексный коэффициент отражения от земной поверхности,E& МК0= ZСП lМЭФФ Δr P0R Σ- напряженность электрического поля, переизлучённая каналом,рассчитанная через по оценке эффективной площади линейных антенн, ZСП = 120π-волновое сопротивление свободного пространства, l МЭФФ< l М- эффективная длина каналамолнии, Δ r - расстояние между центрами излучающего разлома (D) и переизлучающегоканала молнии (A), P 0- излучаемая разломом мощность, R Σ- сопротивление излученияканала молнии, r 1, r 2- длины отрезка AB и ломаной ACB (рис. 2).В случае, когда канал молнии вертикален, соотношение для амплитуды результирующегополя имеет вид:hME& ⎛⎞МКΣ= 2E& МК1sinα cos⎜4π cosα⎟. (1)⎝ λ ⎠При выполнении условия h λ M> входящий в формулу множительcos( 4πhMcosα λ ) указывает на возможность существование интерференционных максимумов.В случае разряда облако-земля мы имеем дело с источником, для которого hM= 0 ,и ( πh)Mcos 4 cosα λ = 1. Максимум диаграммы направленности излучения от возбужденногомолниевого канала лежит в горизонтальной плоскости, а вверх в направлении ионосферыизлучение отсутствует.Рассмотрим горизонтально ориентированный молниевый канал и ограничимся случаем,когда канал ориентирован перпендикулярно оси разлома, а середина молниевого каналанаходится над серединой щели. Для амплитуды результирующего поля запишем:hME& ⎡ ⎛⎞⎤МКΣ= 2E& МК12 ⎢1 −cos⎜4π cosα⎟λ⎥ . (2)⎣ ⎝⎠⎦В этом случае излучение отсутствует в горизонтальном направлении. При выполненииусловия ((2n+ 1) 4) ⋅ ( λ hM) = 1, где n = 0,1, 2,... , максимум излучения направленвертикально вверх – в сторону ионосферы. Нормированная диаграмма направленностиизлучения в вертикальной плоскости, совпадающей с экваториальной плоскостью каналапереизлучателя,представлена на рис. 3.Проведем оценку коэффициента направленного действия (КНД) такой антенны.КНД элементарного излучателя в направлении максимума диаграммы направленности равенD ~1.5 0. С учетом отражения от земли, напряженность поля, по сравнению с изотропнымпереизлучателем, может возрасти в более чем в два раза, а поток энергии – болеечем в 5 раз. В случае широкополосного возбуждающего поля для различных спектральныхсоставляющих у основания ионосферы будет наблюдаться сложная картина пространственногораспределения поля, связанная с подавлением одних спектральных компоненти усилением других.45

Рис. 3. Диаграмма направленности излучения в зависимости от отношенияh λ . MЗаключениеС точки зрения перераспределения электромагнитной энергии к основанию ионосферы,наиболее эффективными являются горизонтальные разряды (включая К-изменения), происходящие над разломом и ориентированные поперек него. Для определенныхсоотношений между высотой разряда и длиной волны, возможно увеличение в несколькораз амплитуды поля в вертикальном направлении. Так как высота разрядов лежитв диапазоне от 1-2 до 10-15 км, то увеличение потока электромагнитной энергии в вертикальномнаправлении будет эффективно в диапазоне от 5-8 до 40-75 кГц.КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОПОЛЗНЕ-ВОГО СКЛОНА МЕТОДОМ РЕГИСТРАЦИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРОМАГ-НИТНЫХ ШУМОВГордеев В.Ф., Малышков С.Ю., Малышков Ю.П., Шталин С.Г., Поливач В.И.Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН,msergey@imces.ruВпервые применение методов регистрации естественного импульсного электромагнитногополя Земли (ЕИЭМПЗ) при решении задач инженерной геологии и, в частности,оценки оползневых процессов было предложено в 1983 году [1, 2], но мало использовалосьиз за большого числа помеховых импульсов в структуре ЕИЭМПЗ. Импульсыэлектромагнитного поля, несущие информацию о строении земной коры возникают в массивахгорных пород вследствие естественного, постоянно существующего геодинамическогодвижения земной коры в результате механоэлектрических преобразований энергии,вызванных этим движением. Интенсивность и амплитудно-частотный состав этого поляопределяется структурным и литологическим строением подстилающих пород, их напряженно-деформированнымсостоянием [3]. Однако, при интерпретации результатов возникаютсложности, поскольку в общем числе регистрируемых импульсов лишь небольшаячасть несет информацию о напряженно-деформированном состоянии (НДС) объекта исследования.Подавляющая часть регистрируемых импульсов генерируется далекими источниками,литосферного, атмосферного происхождения и техногенными помехами, ненесущими информации об интересующем объекте.При выполнении работ по заказу ООО «Газпром трансгаз Чайковский» с цельюоценки НДС и выбора мест расположения регистрирующей в режиме мониторинга аппаратурыв 2006 году были проведены площадные измерения пространственно-временныхизменений ЕИЭМПЗ на оползневом склоне в месте перехода газопровода Уренгой-Помары-Ужгород через р. Кама. В качестве регистрирующей аппаратуры использовался46

многоканальный геофизический регистратор МГР-01 [4]. В целях выделения импульсногопотока, связанного с НДС и активностью оползня один из регистраторов располагался недалекоот объекта работ на плато, не затронутом оползневыми процессами, и использовалсяв качестве реперной станции. При построении карты аномалий электромагнитногополя (рис. 1.) учитывалась лишь разница в интенсивности импульсного потока реперной имаршрутных станций.Рис.1. Карта аномалий ЕИЭМПЗ на оползне.Результаты площадной съемки показали высокую активность оползня в его верховойчасти (правая часть рис. 1) и относительно устойчивое состояние ниже по течениюреки. В этом месте река делает поворот и подмывает правый берег. Следует отметить, чтоза время эксплуатации газопровода в период до 2006 г. произошло более 10 порывов труб,связанных с подвижками оползня и все из них именно в верховой и центральной части береговогосклона.В настоящее время Институтом мониторинга климатических и экологических системсовместно с ООО «ГЕОТЭК» (г. Москва) создана и эксплуатируется в непрерывномрежиме экспертная система защиты магистрального газопровода на участке активногооползня. В основе системы лежит сеть из 8 регистраторов МГР. Бункеры со станциямиразмещены на участках с явно выраженными аномалиями напряженно-деформированногосостояния горных пород (рис. 2.). Аппаратура работает в автономном режиме, а данныепередаются по GSM – каналу на FTP сервер «Газпром трансгаз Чайковский».Рис. 2. Места расположения МГР на оползневом склонеЗа время эксплуатации системы более 10 раз наблюдались аномалии в интенсивностиимпульсного потока ЕИЭМПЗ на различных участках оползня. Аномалии проявлялисьв виде искажения суточного хода интенсивности ЕИЭМПЗ в течение нескольких47

дней и появлении существенной разницы в показаниях станций, находящихся на различныхучастках оползня. На рис. 3а приведен пример, когда показания реперной станции истанции, установленной на участке оползня хорошо коррелируют между собой, это типичнаяситуация и типичный для летних месяцев суточный ход. На рис. 3б приведен случай,когда показания станции, установленной на активном участке оползня начинают резкоотличаться от показаний реперной станции. Эти примеры приведены для 6 и 8 июня2008 г., соответственно, тогда как полная длительность аномалии в данном случае составилаодну неделю.Рис. 3. Пример типичных (а) и аномальных (б) показаний станций на склоне оползяВ случае появления аномальных показаний станций транспортировка газа с ниткигазопровода, вблизи которой наблюдалось изменение НДС горных пород переводилась нарезервную линию. На рис. 4 приведен пример записи ЕИЭМПЗ рядом с ниткой газопровода,на которой размещен датчик деформации трубы (интеллектуальная вставка). Из записивидно, что 9 марта произошло изменение типичного суточного хода интенсивностиимпульсного потока. Оно предшествовало подвижкам грунта 13 марта, которые проявилисьв скачкообразном изменении деформации трубы. В конце представленной записи суточныйход ЕИЭМПЗ восстановился.Рис. 4. Пример нарушения суточного хода ЕИЭМПЗ (вверху)и показания датчика деформации трубы (внизу).За время эксплуатации экспертной системы защиты магистрального газопровода (4года), не произошло ни одной аварии на обслуживаемом участке. В настоящее время согласуетсятехническое задание на установку аналогичной системы на другом участке вПермском крае.48

Список литературы1. Защинский Л.А., Саломатин В.Н., Мастов Ш.Р. Методические рекомендации поприменению метода регистрации естественного импульсного электромагнитного поляЗемли при изучении оползневого процесса./ Симферополь, -1983. - 75 с.2. Мастов Ш.Р., Саломатин В.Н., Яворович Л.В. Выявление степени деформацииучастков оползня методом регистрации импульсов электромагнитного поля // Инженернаягеология. - 1983, - № 2. - С. 98-101.3. Малышков Ю.П., Малышков С. Ю. Периодические вариации геофизических полейи сейсмичности, их возможная взаимосвязь с движением ядра Земли. // Геология иГеофизика, -2009, -Т.50, С. 152-1724. Многоканальный геофизический регистратор МГР-01./ Государственный реестрРФ «Средства измерения» №31892-06 от 22.06.06 г.БИФУРКАЦИИ ПРИ ГИСТЕРЕЗИСЕ НЕЛИНЕЙНОГО РЕЗОНАНСАВ ЛИТОСФЕРЕ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ СИСТЕМЫ:ПАРЫ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙА.В. Ключевский 1 , Р.Г. Хлебопрос 21 Институт земной коры СО РАН, akluchev@crust.irk.ru2 Институт земной коры СО РАНВ сейсмологии разработаны различные подходы к прогнозу сильных землетрясенийоснованные на статистике сейсмичности и изменениях геолого-геофизическихсвойств литосферы [1–4]. В последнее время некоторые аспекты “теории сложностей” [5]оказывают существенное влияние на понимание процессов разломообразования и генерациюсильных толчков – существуют многочисленные примеры открытых геофизическихсистем, в которых из хаотического состояния возникают пространственные, временные ипространственно-временные структуры. Мы относим к ним структуры-аттракторы рифтогенеза(САР), играющие ключевую роль в формировании современной геодинамики, тектонофизики,напряженно-деформированного состояния и сейсмичности литосферы Байкальскойрифтовой системы (БРС) [6]. Для реконструкции напряженно-деформированногосостояния литосферы БРС активно применяется статистика динамических параметровочагов многочисленных землетрясений с магнитудой M LH ≥2.0, что позволило уточнитьего структуру и эволюцию. Установлено, что с середины 1960-х по 1994 год в литосфереБРС произошли три эпизода инверсии осей главного и промежуточного напряжений [7], аэволюция напряжений вписывается в рамки модели бифуркации трехкратного равновесия[8]. Корреляционный анализ показал, что под влиянием перестроек напряжений скоростьпотока слабых толчков в литосфере БРС синхронизируется [9], а сильные толчки происходятвслед за перестройками [10].Чтобы объяснить природу, распределение и периодичность парных сильных землетрясенийБРС, в данной работе современная геодинамика и тектонофизика литосферырассматриваются в приближении кубического нелинейного осциллятора с диссипацией.Поскольку перестройки напряжений в САР формируют импульсные квазипериодическиевозмущения в литосфере региона [6], то систематические генерации пар пространственноразнесенных, но близких во времени сильных землетрясений с M LH >5.5 могут быть обусловленыбифуркациями при гистерезисе нелинейного резонанса. Для анализа нелинейногорезонанса в осцилляторе с кубической нелинейностью при учете диссипации используетсяуравнение [11]23& x&+ ω0 x = −2γx&− βx+ f cosωt. (1)Члены, фигурирующие в правой части, отвечают за диссипацию, нелинейность и внешнеевоздействие. После преобразований (1) приводится к уравнению резонансной кривой49

222 2⎛3βa⎞0 f( γa 0) + a0⎜δ− =28ω⎟ . (2)⎝0 ⎠ 4ω0Здесь a0– амплитуда в условиях равновесия, а δ = ω −ω0– расстройка частоты. Для определенностипараметр нелинейности β принимается обычно положительным и вводятся2 3 3следующие обозначения: P = (3βf) /(32γω0) – безразмерный параметр, характеризующийинтенсивность внешнего воздействия, X = ( 3βa 02/(8γω0) – безразмерный параметр,характеризующий интенсивность вынужденных колебаний, Δ = δ / γ – безразмерная расстройкачастоты. Тогда соотношение (2) сводится к видуPX = . (3)( X − Δ)2 + 1Придавая различные значения параметру интенсивности воздействия P , можно построитьсемейство кривых X = X (Δ), представляющих собой резонансные кривые нелинейногоосциллятора в безразмерных координатах X и Δ . С ростом параметра P амплитуда растет,верхняя часть резонансной кривой постепенно отклоняется вправо, и кривая становитсявсе более асимметричной.При анализе бифуркаций уравнение резонансной кривой (3) дифференцируется поX и получается следующее соотношение [11]:2⎛ ∂Δ ⎞( Δ − X ) + 2X( Δ − X ) ⎜ −1⎟ + 1 = 0 . (4)⎝ ∂X⎠В области неоднозначности кривая имеет три ветви, границы между которыми определяютсяиз условия ∂Δ/ ∂X = 0 . Вся промежуточная ветвь резонансной кривой отвечает неустойчивымсостояниям равновесия, а верхняя и нижняя – устойчивым. Если постепенноувеличивать частоту воздействия, находясь первоначально вдали от резонанса, то на резонанснойкривой это отвечает движению вдоль левой ветви. Амплитуда колебаний увеличиваетсяс ростом частоты и вскоре после прохождения максимума происходит резкое изменениережима – жесткий переход, или катастрофа: амплитуда скачком уменьшается донекоторой небольшой величины и происходит переход на правую ветвь резонансной кривой.Если теперь уменьшать частоту воздействия, то движение происходит вдоль этойветви, в том числе, в области частот, где ранее наблюдались колебания большой амплитуды.Амплитуда при этом постепенно растет, и в некоторый момент происходит новая катастрофа– скачкообразный переход в режим большой амплитуды, возвращение на левуюветвь резонансной кривой. Таким образом, изменение частоты воздействия при достаточнобольшой его амплитуде приводит к гистерезису и такое поведение системы нелинейногоосциллятора литосферы БРС можно связать с генерацией пары сильных землетрясений.В соответствии с работой [12] в период с 1967 по 1994 гг. в Байкальском регионетри раза имел место эффект парных событий – разнесенных в пространстве, но близких вовремени сильных землетрясений (1967, 1981 и 1989 гг.). Статистическая значимость этогоявления может быть усилена, если принять во внимание, что в 1957 г. произошла параземлетрясений – Кяхтинское (06.02.1957; 20-34-58; M=6.5; ϕ=50.0° с.ш., λ=105.5° в.д.)южнее оз. Байкал и катастрофическое Муйское (27.06.1957; M=7.9; ϕ=56.1° с.ш., λ=116.4°в.д.) на северо-восточном фланге региона. Подобная пространственная комбинация событийбыла повторена в 1967 г., когда вслед за Могодским землетрясением (05.01.1967;M=7.8; ϕ=48.0° с.ш., λ= 103.0° в.д.) на северо-восточном фланге произошло Тас-Юряхское событие (18.01.1967; M=7.0; ϕ=56.6° с.ш., λ=121.8° в.д.) и в 1989 г., когда послеЮжно-Якутского (20.04.1989; MLH=6.6; ϕ=57.17° с.ш., λ=122.31° в.д.) было зарегистрированоСеверо-Монгольское землетрясение (13.05.1989; MLH=5.8; ϕ=50.17°с.ш.,λ=105.34° в.д.). Системность этих пар землетрясений, происходящих южнее оз. Байкал ина северо-восточном фланге региона, несомненна. В мае 1981 г. в центральной части БРЗпроизошла пара менее сильных землетрясений (22.05.1981; 09-51-20.5; M LH =5.6; ϕ=51.96°502

с.ш., λ=105.52° в.д.) и (27.05.1981; 21-26-07.8; M LH =5.5; ϕ=53.94° с.ш., λ=108.92° в.д.). В1999 г. под южной частью оз. Байкал произошло Южно-Байкальское землетрясение(25.02.1999; 18-58-29.9; M PSP =6.0; ϕ=51.64° с.ш., λ=104.82° в.д.), а вслед за ним на севернойоконечности Байкала – Кичерское землетрясение (21.03.1999; 16-16-03.1; M PSP =6.0;ϕ=55.83° с.ш., λ=110.34° в.д.), которые составляют пару сейсмических толчков. У этихчетырех событий также прослеживается системность в пространственно-временном имагнитудном распределении.Результаты работы дают возможность полагать, что часть наиболее сильных землетрясенийс M LH ≥5.5 генерируются под влиянием нелинейной геодинамики БРС с периодичностьюоколо 10 лет. Этот интервал позволяет указать в первом приближении времяпары сильных землетрясений, а среднесрочный прогноз этих толчков в Байкальском регионеможет быть уточнен по данным о параметрах сейсмических источников. Другаячасть сильных землетрясений региона не укладывается в предложенную схему. Это указываетна возможность влияния пока неучтенных в развиваемой модели геологогеофизическихпроцессов в литосфере БРС (в том числе и сдвигов по фазе нелинейныхосцилляторов трех САР, их разную мощность [6]), а также тектонофизических воздействийиз соседних сейсмоактивных регионов Монголии, Якутии и Алтае-Саянской области,влияющих на сейсмичность в Байкальском регионе.Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проект 09–05–00014_а,08–05–90201–Монг_а).Список литературы1. Журков С.Н., Куксенко В.С., Петров В.А. Физические основы прогнозированиямеханического разрушения // ДАН. – 1981. – Т. 259. – № 6. – С. 1350 – 1353.2. Соболев Г. А. Основы прогноза землетрясений. – М.: Наука, 1993. – 313с.3. Keilis-Borok V.I., Kossobokov V.G. Premonitory activation of earthquake flow. AlgorithmM8 // Phys. Earth Planet. Inter. – 1990. –V.61. – P. 73 – 83.4. Sykes L.R., Jaume S.C. Seismic activity on neighboring faults as a long-term precursorto large earthquakes in the San Francisco Bay area // Nature. – 1990. – V.348. – P. 595–599.5. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. – М.: Едиториал УРСС, 2003. –344с.6. Klyuchevskii A.V. Rifting attractors in the lithosphere of the Baikal Rift System //Journal of Geodynamics. 2010. (В редакции).7. Klyuchevskii A.V. Seismic moments of earthquakes in the Baikal rift zone as indicatorsof recent geodynamic processes // Journal of Geodynamics. – 2004. – V.37/2. – P.155 – 168.8. Klyuchevskii A.V. Nonlinear geodynamics of the Baikal Rift System: an evolutionscenario with triple equilibrium bifurcation // Journal of Geodynamics. – 2010. – V.49/1. – P.19– 23.9. Ключевский А.В. Корреляции скорости потока землетрясений Байкальского регионаи Монголии: эпизоды синхронизации // Физика Земли. – 2010. – №4. – С.35 – 45.10. Ключевский А.В. Напряжения и сейсмичность на современном этапе эволюциилитосферы Байкальской рифтовой зоны // Физика Земли. – 2007. – №12. – С.14 – 26.11. Кузнецов А.П., Кузнецов С.П., Рыскин Н.М. Нелинейные колебания. – М.: Издвофизико-математической литературы, 2005. – 292с.12. Ключевский А.В. Современная динамика Байкальского рифта и особенностипространственно-временного распределения сильных землетрясений // Вулканология исейсмология. – 2003. – №5. – С.65 – 78.51

ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ШЕЛЬФОВЫХ НЕФТЕГАЗОВЫХ РАЗ-РАБОТОК: ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 2А.И. Калашник, Н.А. КалашникГорный институт Кольского научного центра РАН, kalashnik@goi.kolasc.net.ruГеодинамическая безопасность шельфовых нефтегазовых разработок должна рассматриваться,прежде всего, с учетом геомеханических процессов эволюции геологическойсреды соответствующих природно-технических систем [1]. Непрогнозируемое и, соответственно,неуправляемое развитие геомеханических процессов может привести кформированию условий возникновения чрезвычайных ситуаций и реализации разрушающих(аварийных) геодинамических явлений, и, как следствие, выбросам нефтеуглеводородовв окружающую среду и крупномасштабным ее загрязнениям, а также к потерям инедоиспользованию запасов сырья. Опасные природные и техногенные геодинамическиепроявления могут также привести к чрезвычайным ситуациям и авариям добычных комплексов,сопряженных с геологической средой (повреждения донных комплексов: потеряустойчивости, крен, неравномерная просадка, потеря связи (сцепления) с породным основанием/ фундаментом и т.п.; деформирование и нарушение сплошности систем сбораскважинной продукции, повреждения и разрывы промысловых трубопроводов; смятие/сдвиг/срез обсадных колонн/скважин и др.)Эффективная и геодинамически безопасная разработка шельфовых нефтегазовыхместорождений должна базироваться на информационном обеспечении решения задачгеодинамической безопасности, включающем в себя формирование баз данных и знаний ипоследовательное построение концептуальной, геомеханической и расчетной моделейнефтегазовый природно-технической системы в комплексе исследований механизмовформирования и реализации опасных геодинамических проявлений [2].Когнитивная структура информационного обеспечения решения задач геодинамическойбезопасности при освоении нефтегазовых месторождений включает в себя три основныхмодуля (рис.1): ввод данных, первичная логическая обработка и структуризацияданных, анализ данных. При этом модуль «Анализ данных» акцентирован нами на геодинамическиеаспекты (оценка геодинамических рисков, геодинамическая безопасность) освоениянефтегазовых месторождений.Рис.1. Структура информационного обеспечения решения задач геодинамической безопасностишельфовых нефтегазовых разработокАвторами создана автоматизированная база данных [3], представляющая собоймногомерное хранилище инженерно-геологической и геомеханической информации по2 Исследования выполняются при финансовой поддержке РФФИ, проект № 08‐05‐00145а.52

210 шельфовым нефтегазовым месторождениям и имеющая принципиально важный уникальныймодуль, содержащий информацию о более 450 чрезвычайных ситуациях и аварияхна нефтегазовых объектах. Фрагменты базы данных приведены на рис.2.Рис. 2. База данных «Шельфовые нефтегазовые разработки»Обеспечение геодинамической безопасности шельфовых нефтегазовых разработоктребует проведения специальных работ, включающих в себя [4]: оценку геодинамическогорежима региона, исследование исходного напряженно-деформированного состоянияпород коллектора и вмещающего массива и прогноз его изменений вследствие извлеченияфлюида, оценку геодинамических рисков, разработку превентивных геобезопасных мероприятий,геодинамический мониторинг регионов добычи, хранения и трубопроводноготранспортирования нефтеуглеводородов.Список литературы1. Мельников, Н.Н. Шельфовые нефтегазовые разработки: геомеханические аспекты/ Н.Н Мельников., А.И Калашник. -Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2009. - 140 с.2. Мельников, Н.Н. Геодинамические риски освоения нефтегазовых месторожденийБаренцрегиона и трубопроводного транспортирования углеводородного сырья /Н.Н.Мельников, А.И.Калашник // МурманшельфИнфо. Изд. ООО «Ресурсный центр». -2008. - №4. – С.13-17.3. Калашник, А.И. Автоматизированная база данных «Нефтегазовый шельф Баренцрегиона»/ А.И.Калашник, Н.А.Калашник // Газовая промышленность. – Изд. «Газоилпресс», «Газовая промышленность», – 2008. - №2. – С. 34-36.4. Мельников, Н.Н. Концепция обеспечения геодинамической безопасности освоенияшельфовых нефтегазовых месторождений Российского сектора Баренцрегиона /Н.Н.Мельников, А.И Калашник. // Междунар. Эконом. форум «Арктика XXI века – стратегияосвоения», 15-17 октября, 2009, Мурманск: ИД «Гелион», http://www.helionltd.ru/kalashnik53

КОНЦЕПЦИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НЕФТЕГАЗОВЫХОБЪЕКТОВ ЗАПАДНОГО СЕКТОРА РОССИЙСКОЙ АРКТИКИ 3А.И. Калашник, Н.А. КалашникГорный институт Кольского научного центра РАН, kalashnik@goi.kolasc.net.ruОрганизация геодинамического мониторинга нефтегазовых объектов западногосектора российской Арктики должна включать в себя следующие принципы (рис.1):- оценку геодинамического режима и соответствующее районирование региона;- формирование геомеханических моделей для выделенных зон;- выбор и оценка возможных значений контролируемых параметров;- формирование структуры системы геодинамического мониторинга;- оборудование наблюдательных пунктов (полигонов);- измерения (определения) контролируемых параметров в натурных условиях;- формирование базы данных натурных наблюдений и расчетных параметров;- первичная обработка и логическое структурирование данных;- сопоставление измеренных значений с нормативными или расчетными прогнознокритическими;- оценка текущего и прогнозного состояния контролируемого объекта;- принятие управленческих решений и превентивных мероприятий.Рис. 1. Принципы организации геодинамического мониторингаВ соответствии с этими принципами в Горном институте КНЦ РАН [1] разработанасистемная структура геодинамического мониторинга добычи, хранения и трубопроводноготранспортирования углеводородного сырья в западном секторе российской Арктики,учитывающая тектонофизические особенности региона и включающая комплексы натурныхизмерений потенциально-опасных зон соответствующими методами контроля, прогнозныхрасчетов, экспертных оценок природных и техногенных воздействий на нефтегазообъектыв целях прогнозирования и обнаружения на ранних стадиях признаков возникновенияопасных деформационных процессов для принятия управляющих решений и превентивныхмероприятий (рис. 2).3 Исследования выполняются при финансовой поддержке РФФИ, проект № 08‐05‐00145а.54

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГМониторинггеолого-геофизической средыМониторингдеформаций и наклоновМониторингсилового воздействияПараметрынеотектоническихпроцессовПараметрыэлектромагнитныхполейПараметрыфлюидоигазовыхэмиссийПараметрысейсмоакустическойэмиссииВертикальныеГоризонтальныеНаклоныОбъемные(интегральные)ЗначениягравитационныхсилГеодинамика блоковыхгеологическихструктурПараметры напряженнодеформированногосостояния породвмещающего массиваДавление газа, газоконденсатаилинефтиЗначения и направлениядействиятектонических силБ А З А Д А Н Н Ы Х И П А Р А М Е Т Р О ВОбработкаКритерииСортировка Группировка Агрегирование Вычисления Сопоставление,сравнениеОценка текущего и прогнозных состояний ПТСПринятие управляющих решений и превентивных мероприятийРис.2. Системная структура геодинамического мониторинга нефтегазообъектов западногосектора российской АрктикиСпециально следует отметить, что для геотехнических задач и геомониторинга намиприменяется подповерхностное зондирование горно-геологических сред на глубину до300 м современными высокотехнологичными георадарными комплексамиRamac GPR/X3M (рис.3) и «Лоза – 1Н» [2].Рис. 3. Георадарный комплекс Ramac GPR/X3MНа основе целенаправленных комплексных инженерно-геологических и георадарныхисследований подповерхностных структур массивов горных пород установлено, чтоприменение современных георадарных технологий, отличающихся от точечных определенийнепрерывным неразрушающим высокопроизводительным и информативным профилированием,позволяет уменьшить до 60% объем бурения скважин и значительно, в некоторыхслучаях до 3-4 метров, повысить детальность границ слоев пород при построениигеологических разрезов подповерхностных структур (рис.4).55

Рис. 4. Геологический разрез по данным георадарного зондированияСписок литературы1. Мельников, Н.Н. Геодинамические аспекты освоения шельфовых нефтегазовыхместорождений российского сектора Баренцрегиона / Н.Н. Мельников, А.И. Калашник //препринт. –Апатиты: ГоИ КНЦ РАН, 2009. – 40с.2. Калашник, А.И. Подповерхностное георадарное зондирование горногеологическихсред Кольского полуострова / А.И.Калашник, Д.В.Запорожец, А.Ю.Дьяков,А.Ю.Демахин // Вестник МГТУ: Тр. Мурман. Гос. Тех. Университета, 2009. – т.12. - № 4.– С.576-583.МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ИНФОРМАТИВНОСТИ И ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕК-ТИВНОСТИ МОНИТОРИНГА ГГД ПОЛЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙОБСТАНОВКИ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ В СЕЙСМОАКТИВНЫХ РЕ-ГИОНАХ.Г.В. Куликов 1 , А.А. Рыжов 1 , В.А. Гарифулин 11 Всероссийский научно исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии(ВСЕГИНГЕО)Многообразие процессов, одновременно протекающих в земной коре, сложеннойгеолого-тектоническими блоками различных размеров и свойств, проявляется в ее самоорганизации,возникновении у нее новых свойств. Теория катастроф дает универсальныйметод исследования всех скачкообразных переходов, разрывов, внезапных качественныхизменений. Она нашла применение при исследованиях различных объектов, в том числе вгеологии и гидродинамике. Катастрофы – это «скачкообразные изменения, возникающие ввиде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий» [1].Графики режима подземных вод, построенные по данным мониторинга ГГД поля,отражают общие черты скачкообразного изменения состояния геологической среды, когдаустойчивый геодинамический режим скачкообразно переходит в неустойчивый режим.При этом в момент перехода скорость конвергенции геологической системы бесконечновелика. В связи с этим трудно заблаговременно точно предсказать время проявлениясейсмического события, потому что, когда признаки становятся заметными, скорость егоприближения резко возрастает.56

После того как параметр, определяющий состояние геологической среды (когдаона уходит со стационарного режима скачком и перескакивает на иной режим движения)прошел через бифуркационное значение, зарождается новый цикл – геологическая системапереходит в автоколебательный режим. Зарождение нового цикла, в момент проявлениядеформационных процессов в земной коре, отчетливо отражается в гидродинамическомрежиме подземных вод.На рисунке видно, что геологическая среда (система) еще не успела окончательновыйти на стационарный режим, после деформации, как начался новый процесс дестабилизации,вызванный новым проявлением деформаций в земной коре, т.е. начался новыйцикл. Как показали результаты мониторинга ГГД поля волновой фронт, обусловленныйпереходом системы в новый режим, проявляется в наблюдательных пунктах не одновременно,а с определенным запаздыванием, в зависимости от их удаленности от очага землетрясения.Это дает возможность определить скорость прохождения волнового фронта ипо данным мониторинга ГГД поля ориентировочно указать на наиболее вероятное местозарождения очага будущего сейсмического события.Так, при анализе результатов мониторинга ГГД поля на Северном Кавказе при развитиидеформационных процессов, предваряющих землетрясение (10.11.2008 г., М-5,7, Н-10 км) в Щелковском районе Чеченской республики, скорость прохождения волновогофронта составила около 30 км в сутки.Перспективным, как показали результаты наблюдений, является прогноз временипроявления землетрясения по данным мониторинга ГГД поля, основанный на анализетренда точек бифуркаций и соответствующих им аттракторов. Время проявления сейсмическогособытия достаточно уверенно прогнозируется по аттракторам, проведенным поточкам, характеризующим экстремумы напорного режима подземных вод.Отметим, что под точкой бифуркации понимается критическое значение времени иконкретного местоположения землетрясения – координаты землетрясения, при которых(время и координаты) тектоническая обстановка выходит из положения равновесия. Совокупностьточек бифуркаций, расположенных на одной линии, образует аттрактор.57

Реакция некоторых скважин на Чеченское землетрясение в Северокавказском регионе.1 – среднемноголетние значения напора подземных вод; 2 – аттракторы;3 – изменение напора подземных вод относительно его многолетнего значения;4 – отклонение значений магнитуды от среднемноголетней интенсивностиземлетрясения.Анализ аттракторов уже на протяжении нескольких лет проводится В.Г. Сибгатулинымпри обработке длительных рядов магнитуд землетрясений [2], а анализ аттракторовпо данным мониторинга ГГД поля проводится во ВСЕГИНГЕО. В обоих случаях анализыпо разным показателям, как по магнитудам прошедших землетрясений, так и по данныммониторинга ГГД поля, дают одинаковые результаты. Это является основанием того,что по аттракторам ГГД поля можно уверенно прогнозировать время проявления землетрясенияс точностью до 2-3 дней.По регистрации времени прохождения волнового фронта через наблюдательныескважины, расположенные в различных структурных блоках региона можно, как показановыше, определить примерное место проявления землетрясения.Таким образом, используя каталог зарегистрированных землетрясений, по методуВ.Г. Сибгатулина удается определить время и магнитуду предстоящего землетрясения, апо данным мониторинга ГГД поля (метод ВСЕГИНГЕО) время и ориентировочно местоземлетрясения. Объединяя возможности этих методов можно в значительной мере повы-58

сить обоснованность оперативных прогнозов землетрясений. Следует отметить, что в настоящеевремя методика ВСЕГИНГЕО пока находится в стадии опытного применения.Она требует дальнейшего апробирования по данным многолетнего мониторинга ГГД поляв Северокавказском, Байкальском, Алтае-Саянском и Дальневостоном сейсмоактивныхрегионах. Необходимо протестировать ее по совокупности наблюдательных скважинГГД мониторинга (длительным рядам наблюдений). Представленная методика построенияаттракторов и отражения проходящих волновых фронтов во времени по показателям гидродинамическогорежима подземных вод, обеспечивает более высокую обоснованность идостоверность оценки сейсмической опасности. В конечном итоге повышает геологическуюэффективность мониторинга ГГД поля.Список литературы1. Арнольд В.И. Теория катастроф. Изд. 5-е. – М.: Едиториал УРСС, 2009. 136 с.2. Сибгатулин В.Г., Перетокин С.А. Синергетика процессов в сейсмических очагахи краткосрочный прогноз землетрясений. Международный семинар «Геодинамика исейсмичность Средиземноморско-Черноморско-Каспийского региона» / Тез. докл.-Геленджик: ККО ЕАГО, 2006. -90 с.59