Geum.ru

Оглы статические и кинематические основы сейсмической геодинамики очаговых зон землетрясений и пространственно-временного прогнозирования

Вид материалаАвтореферат
Глава 5. Сейсмологические модели геодинамики масштабных процессов подготовки очаговых зон землетрясений.
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6
Глава 4. Сейсмический потенциал и сейсмологический мониторинг локальных динамических процессов очаговых зон. Вопрос о возможности определения прогнозных долговременны (за сотни лет и более) значений показателей сейсмичности (, А, Мmax ) посредством математической корреляции наблюденных за короткое время (годы или десятки лет) значений этих характеристик с показателями геолого-геофизических полей, имеющих более долговременный характер был поставлен еще Ризниченко в 1962 и начал осуществляться позже на Восточном Кавказе и Каспии (Ризниченко, Бабазаде и др. 1973, 1974, 1975). Именно в этих работах задачи определения Мmax путем выяснения и установления взаимосвязей проявлений сейсмичности и параметров сейсмического режима с аномалиями наблюдаемых геофизических полей и особенностями строения в более широком плане для территории Азербайджана ставились впервые. Характеризовалось состояние изученности очаговой сейсмичности, глубинного строения, геофизических полей сейсмоопасных зон. Намечался план программы сейсмологических и геолого-геофизических исследований возможности расчетного установления долговременных средних показателей сейсмичности А и Мmax по максимальному комплексу признаков и реализованный впоследствии для данной территории.

Более полно данные о сейсмичности освещаются в (Бабазаде и др., 1996). Уже к тому времени представлялось иметь дело со слабой сейсмичностью наряду с сильной, исследовать сейсмичность в акватории Каспия. Выделены районы, подверженные разрушительным землетрясениям. Очаги землетрясений в пределах территории Азербайджана располагаются в интервале глубин от 6 до 75 км. Основной максимум соответствует глубине порядка 25 км. – в коре, побочный  52км. – подкоровые. Сделан вывод также о наличии в земной коре отдельных сейсмотектонических областей Азербайджана сейсмогенных этажей (мощностью 20-40 км.), характеризующихся разным уровнем сейсмической активности. Серия сильнейших землетрясений очаговых зон имеют глубины до 40-100 км. Наклон графика повторяемости в разных местах области и за разные сроки наблюдений изменяется незначительно, за исключением некоторых участков -  0,57 – 0,6. Выбиралось среднее значение  = 0,5, как и для Кавказа в целом. В работе представлена карта сейсмической активности Азербайджана и прилегающей акватории Каспия, построенная по инструментальным данным за 1951-1982гг., наиболее полно отражающая все известные сейсмоактивные зоны. Значения А10 в этих зонах приводится из серии карт А10 за 1931-1976гг. Все определения Мmax для Азербайджана только по сейсмологическим данным являлись весьма ограниченными. Они явно занижали возможные значения Кmax для большей части территории и не удовлетворяли требованиям получения объективных и полноценных карт сейсмической опасности. Поэтому для устранения недостатков сейсмологической информации и установления средних показателей сейсмичности А и Кmax в очаговых зонах были привлечены косвенные структурированные параметры геолого-геофизических факторов (Бабазаде, 1980, 1990). Комплекс данных вводился в расчеты Кmax вначале путем сопоставления тех или иных факторов (всего до 15) с сейсмической активностью А.

Затем на основе рассчитанной средней «прогнозной» величины А определяли Кmax . Это делалось посредством количественных методов парных и многомерных корреляций с применением надлежащей математической статистики. Из элементов общей программы определения Мmax по широкому комплексу данных в качестве примеров в работе рассматриваются результаты парных корреляций сейсмической активности с показателями моделей рельефа по срезам на уровне 20,30,40 км. ниже уровня поверхности консолидированной коры для территории Азербайджана с рассчитанными на их основе картами теоретической долговременной сейсмической активности. Рассмотрение карт срезов показывает, что зона наибольшей изменчивости по скорости распространения продольных волн и образования в ней инверсии скоростей отмечается в интервале глубин от 20 до 30 км.(Ахсу-Сабирабарская эпицентральная зона). В точке КК сейсмогенной зоны, характеризующейся резкой дифференциацией вещества коры или блоковым дроблением толщиной около 10 км. Гипсометрически эта зона располагается в основном в пределах слоя «Б» в разрезе Куринской впадины. Этот слой, соответствующий сейсмологическому базальту, можно считать наиболее сейсмичным, где возникают и реализуются силы, вызывающие процессы приводящие к землетрясениям. Для сопоставления с параметрами сейсмичности были использованы особенности показателей рельефа «Б», глубины залегания hБ и градиенты глубин /grad hБ /. Карту поверхности слоя «Б» по сейсмическим данным удалось построить только для ограниченной территории ( Кюрдамир – Сальяны – Агджабеды) площадью около 15 000 км2. На остальную часть территории Азербайджана карта была наращена по материалам гравиметрии на основе полученного корреляционного графика Δg = Δg (hБ), где Δg – значение силы тяжести. Пересчет градиентов глубин обобщенной поверхности слоя Б для всей территории Азербайджана с методикой построения карты сейсмической активности производился способами постоянной детальности и постоянной точности. Полученная карта градиентов значений глубин и использованные для этого формулы двух соответствующих видов приводятся в работе. Величины градиентов глубин hБ колеблются от 0,03 до 0,9. Корреляция /grad hБ / с АД и АТ проводилась как по всей территории Азербайджана, так и по отдельным областям высокой активности. Представлено корреляционное поле АД ; /grad hБ /. Приводятся уравнения рассчитанных корреляционных связей, описываемых линейными уравнениями регрессии, а также уравнение средней линии вероятной кривой зависимости А10 от /grad hБ /. Сравнительно высокие коэффициенты корреляции 0,55-0,56 получены в пределах отдельных зон (Гянджа-Агдамская зона) и для всей рассматриваемой площади при корреляции /grad hБ / с АТ с коэффициентом r = 0,66. Фактор градиента глубин залегания поверхности слоя «базальта», выделяемый по параметрам скоростной модели, оказался одним из наиболее информативных среди многих геолого-геофизических полей при многомерной их корреляции с сейсмичностью. Придавая большое значение информации о глубинных разломах для определения сейсмической опасности, в работе предложен и реализован корреляционный метод прогнозирования долговременной средней сейсмической активности, основанный на количественной оценке связи сейсмической активности А с различными параметрами (Бабазаде, 1975, 1977, 1978, 1990). Результаты качественной корреляции элементов глубинных разломов Азербайджана по геофизическим аномалиям с данными сейсмологии землетрясений приводились ранее(Бабазаде,1973). В работе для наглядности корреляционной связи значений сейсмической активности А со значением горизонтальных градиентов grad U магнитного поля, отражающего разломы, даны полученные характеристики из работы (Ризниченко и др.,1982). Коэффициенты корреляции, полученные способами определения сопоставляемых величин, колеблются от 0,53÷0,12 до 0,6÷0,12. Для реализации корреляционного метода при исследовании связи показателей разломов с сейсмичностью в качестве исходной использовалась модель пространственного прогноза глубины разломов зон подготовки землетрясений Азербайджана по геофизическим аномалиям и данным сейсмологии взрывов. Предварительно информация о разломах с этой модели для введения в количественное сопоставление с сейсмической активностью изображалось и представлялись изолиниями на картах в числовом виде. Определялись и картировались плотности длин разломов – DL , плотности узлов пересечений разломов - Dуз и плотности разломов с учетом амплитуд смещений по ним - DLH . Процедура картирования указанных показателей разломов сводилась к осреднению исходных данных суммирующими квадратами, а также методами постоянной детальности и точности. Анализ сравнения показателей разломов и параметров сейсмичности осуществлялся на основе отдельно парного и многомерного корреляционного анализа. Корреляция логарифмов величин активности и показателей разломов позволила установить статистические средние зависимости, с использованием которых были определены условия сейсмической активности по каждому соотношению и долговременная сейсмическая активность по их комплексу. При сопоставлении величин активности и показателей разломов, рассчитанных идентично способами постоянной детальности и постоянной точности, значимая связь устанавливается между сейсмичностью и плотностями длин и узлов пересечения разломов. Приводятся линейные уравнения регрессии и величины коэффициентов корреляции. Наиболее высоким оказался коэффициент r =0,63 при корреляции АТ с DL . Связь можно считать полученной на относительно хорошем уровне значений при корреляции АТ и Dуз . В результате расчетов были получены многомерные математические модели связей сейсмической активности с геофизическими и другими комплексными факторами, в том числе рассмотренными в работе. Детали результатов построения прогнозных карт максимально возможных землетрясений за различные интервалы времени, карт сейсмической сотрясаемости, а также карт ДСР получили свое отражение в настоящей работе и в картах СР-1978;1980 и ВСР-1989 (Ризниченко, Сейдузова, Кулиев, 1979; Бабазаде, Гасанов, 1996). Торжество и ограниченность вышеизложенных идей в их дальнейшем развитии подчеркивал Шебалин, 1991. Сами лишь отметим, что в этих идеях и методах используются все землетрясения с равным весом, а среди учтенных преобладающее большинство составляют слабые и умеренные по магнитуде толчки. Поэтому в следующих разделах работы нас будут интересовать сильнейшие сейсмические события.

Рассмотрены возможности моделирования пространственных структурных форм и объемов неоднородностей зон очагов и оценки их максимально возможных землетрясений по данным двухмерных скоростных моделей. В поисках решения важных практических задач сейсмического районирования вопросы установления геометрии и физических характеристик очагов землетрясений, их связи с особенностями глубинного строения коры, с составом, напряженным состоянием и др. характеристиками среды находятся до сих пор недостаточно исследованными. По современным представлениям зоны очагов землетрясений представляют собой локальные объемы в земной коре, характеризующиеся по сравнению с окружающей средой повышенной или избыточной упругой напряженностью. Накопление упругих напряжений в их пределах происходит в течении длительных отрезков времени исчисляемых многими годами и даже столетиями. Поэтому очаги сильных землетрясений характеризуются большой устойчивостью и стабильностью. Разрядка в их пределах в виде землетрясения происходит тогда, когда упругие напряжения достигают критической величины. Величина землетрясения относится к его очагу. Она определяется объемом собственного очага и связана с энергией землетрясения простым соотношением. Из него вытекает, что каждой зоне очага свойственно свое максимально возможное землетрясение («n» - некоторый коэффициент), при котором освобождается предельное количество упругой энергии, накопленной во всем ее объеме. Чем больше объем зоны очага, тем сильнее может быть ожидаемое землетрясение. Поэтому, определив объем очаговой области и зная коэффициент «n», можно заранее прогнозировать энергию, либо максимальную магнитуду ожидаемого возможного землетрясения. Пользуясь соотношением (Садовский,1983) зависимости между энергией, магнитудой и объемом очаговой области для кавказских землетрясений, и используя это выражение, приняв коэффициент n=3, дается формула для определения магнитуды. С целью получения более сведений о структуре и объеме очаговой зоны землетрясений приводятся результаты специальных работ по моделированию пространственных форм и объемов неоднородностей зон очагов и оценки их Мmax . Подробно изложены теоретические предпосылки с учетом главных напряжений геостатической части разностного поля упругих напряжений и методика прогнозирования локальных аномальных зон избыточных значений упругой напряженности или объемов очагов землетрясений по данным площадной сейсморазведки (КМПВ) о распределении продольных (пластовых) скоростей сейсмических волн. Рассмотрение приведенных в разделе соотношений, свидетельствует о том, что разностное поле упругой напряженности находится в функциональной зависимости от распределения физических параметров среды: удельного веса, скоростей распространения продольных и поперечных волн, их отношения, а также мощности. Поэтому возможность выделения локальных аномальных зон повышенных или избыточных значений напряженности может быть сведена к выявлению зон повышенных значений физических параметров среды в некотором объеме земной коры сейсмоактивной области. В качестве исходных для моделирования были использованы материалы профильно-площадных наблюдений КМПВ, расположенных в пределах систем разломов южного склона Б. Кавказа и смежных территорий, включая зоны Закаталы-Шеки-Огуз-Мингечаур-Исмаиллы и Шемаха. Все материалы профилей представлены с использованием алгоритма преобразования всего поля отраженных волн в скоростную модель среды с достаточной степенью точности определения пластовых скоростей. Эти модели, по-существу, представляют распределение разномасштабных скоростных неоднородностей среды. Они позволяют в изученном разрезе выделять ряд комплексов пород с определенным диапазоном изменения скоростного параметра. Кровля их отбивает уровни, дифференцирующие разрез в плоскости обработанного профиля на различные комплексы. Это дает возможность представлять среду, как систему отдельных образований, каждый из которых характеризуется еще своей внутренней неоднородностью. Здесь впервые приводится также новая двухмерная скоростная модель разреза по профилю через Исмаиллинскую и Шемахинскую зону землетрясений (Бабазаде, 1982) по материалам профиля КМПВ-1-1979 года. Полученные двухмерные скоростные модели в пределах глубин до  405 км. позволили выделить несколько комплексов. На их основе были построены графики изменения интервальных скоростей вдоль линии наблюдения. В качестве примера приводятся графики по двум профилям. Графики показывают латеральную изменчивость скоростного состава каждого комплекса с появлением на них локальных аномальных зон повышенных скоростей со скачком скорости в 200 м/с и более. Совместное рассмотрение кривых графиков по каждому из профилей в отдельности и по их совокупности показывает, что локальные зоны повышенных скоростей проявляются на определенных участках, коррелируясь по глубине и по латерали. Эти участки или зоны образуют объемы, которые отличаются от вмещающей среды достаточной контрастностью физических свойств, обусловливающих сравнительно высокую жесткость среды (Бабазаде,1988). На основе анализа и расчетов по формулам определяется, что жесткость есть характерная способность твердых тел испытывать при действии больших напряжений сравнительно малые деформации. При заданной плотности и толщине пласта отличие скорости уже на 200м/с является достаточным для усиления контрастности локальной зоны и повышения ее жесткости по сравнению с вмещающей средой. Объемы среды с такими свойствами представляют собой зоны повышенной или избыточной напряженности. В них происходит накопление упругой энергии, процесс которого может контролировать механизм подготовки землетрясения. В пределах рассматриваемой территории такие зоны оказались безинверсионными. Однако здесь они подстилаются относительно однородным слоем со скоростями 7,7-7,9 и мощностью в среднем 10 км. Наиболее контрастными свойствами объемов земной коры отличаются зоны Исмаиллинских и Шемахинских землетрясений. Для них выделяются единый в общем конусообразно сужающийся с глубиной до 10-15 км объем, переходящий далее в два дополнительных высокоскоростных объема с контрастными свойствами. Эти локальные объемы, надо полагать, отражают крупные петрографические неоднородности земной коры. Высокая прочность земного вещества, характеризующая эти объемы, способствует накоплению и нарастанию в их пределах упругих напряжений. Поэтому эти объемы земной коры, увязывающиеся с областями существования эпицентров произошедших и происходящих землетрясений, отличаются постоянством, «долгоживучестью» и повторяемостью. По данным всех профилей в Шеки-Варташенской зоне очагов выделялась коррелирующаяся по глубине локальная зона повышенных значений интервальных скоростей. Анализ полученных данных показывает, что ширина локальных аномальных зон повышенных значений скоростей каждого профиля с глубиной уменьшается. Это приводило к представлению сечения очаговых зон в плоскости профиля в виде усеченного конуса, сужающегося с глубиной. Выявленный конус, представляющий собой контрастный объем земной коры, характеризуется также относительно высокой плотностью земного вещества, что способствует накоплению в его объеме упругой энергии. Таким образом, была определена модель среды формирования очаговой зоны землетрясений, объясняющая взаимосвязанность скоростных параметров среды с показателями сейсмичности. Собственно очаговая область, характеризуемая в пространстве скоплением эпицентров землетрясений ( в отдельные же периоды областями сейсмического затишья), выделяется в виде локального объема, отличающегося от вмещающей среды своей контрастностью по физическим свойствам. Эта контрастность, коррелирующаяся по глубине, представляет объем среды в виде усеченного конуса, с которым увязываются и области эпицентров местных землетрясений. Внутри таких объемов выявлены полосы пониженной скорости сейсмических волн с изменяющейся мощностью на разрезах от 5 до 20 км. и шириной 2-8 км. Эти дилатансионно-разуплотненные полосы примыкают к поперечным внутри очаговым зонам разломов, как например в пределах Шемаха-Исмаиллинских очагов они располагаются вблизи в контакте с Западно-Каспийским глубинным разломом. Принцип вышеизложенной методики построения и районирования территорий очаговых зон по скоростным (или многопараметрическим) моделям зависит от степени изученности земной коры в этом смысле. Представления о пространственном изображении очаговых объемов физических неоднородностей среды получены также для Картлийского, Мцхетского, Ахалкалакского и др. очагов в пределах изученных глубин М. Кавказа с внутриинверсионными полосами вблизи внутренних разломов. Обнаруженные в этих случаях очаговые объемы подстилаются дилатансионно-инверсионным слоем регионального характера над границей Мохоровичича. По установленным моделям форм локальных очаговых объемов в виде усеченного конуса, шара, цилиндра в работе предложены расчетные возможности оценки ожидаемой магнитуды землетрясения. Получаемая модель очаговой зоны в виде усеченного конуса, сужающегося с глубиной, на дневной поверхности будет отображаться в виде кругов с малыми и большими радиусами. Приводится плановое расположение выделенных аномальных зон с высокой прочностью – Закаталы-Алазанская и Мингечаур- Шекинская. Последняя имеет ширину около 50 км. и протяженность 85 км. Верхняя граница ее уровней проходит в среднем на глубине около 2 км. от дневной поверхности. Конкретно по этой модели и на основе ее параметров вычислена максимальная магнитуда возможного землетрясения (Бабазаде,1996). В пределах области подготовки, которая много больше собственно очаговой области, максимальные напряжения могут мигрировать, вследствии колебаний, свойственных блочным системам. Из результатов расчетов видно, что даже при значительных изменениях параметров модели очаговой зоны, значение максимальной магнитуды изменяется относительно слабо, оставаясь в среднем равной 7,15.

Локальные особенности динамики очаговых зон по данным интерпретации детальных сейсмических мониторинговых наблюдений на Шемахинском полигоне относятся к очень важному разделу по исследованию процессов подготовки землетрясений. Причиной значимости полученного весьма ценного материала по микросейсмичности в виде продольных и поперечных волн от местных и близких землетрясений является то, что он охватывает периоды предшествующие серии довольно сильных событий, случившихся на исследуемой площади в ноябре-декабре 1981 г. Шемахинская очаговая зона с ее Исмаиллинской и другими подзонами характеризуется сильнейшими землетрясениями прошлого и постоянной многолетней сейсмической активностью. Было получено свыше 1300 сейсмограмм с качественной записью. Полученные исключительно ценные материалы этих наблюдений были использованы для определения гипоцентров слабых землетрясений, районирования очаговой области по плотности расположения эпицентров землетрясений в пространстве, установления динамических простанственно-временных структур в вариациях уровня группируемости плотностного сгущения и сейсмической активности по слабым землетрясениям перед относительно сильными землетрясениями, связи собственных структур сейсмичности с разломами, а также для поиска особенностей и деталей геодинамики режима микросейсмичности, характеристик временного хода параметров высокочастотного поля микросейсм, анизотропии упругих параметров и напряженного состояния среды, особенно в процессе подготовки сильных землетрясений. Определение координат гипоцентров микроземлетрясений осуществлялось с применением локальных сейсмических годографов, построенных с учетом блокового скоростного и глубинного строения земной коры района. В результате интерпретации материалов локальных исследований станциями "Черепаха" построены схемы расположения эпицентров землетрясений, зарегистрированных в пределах Шемаха-Исмаиллинского района и сопредельных с ним территорий. Предельная ошибка построения эпицентров 1,5-2 км. Эти схемы эпицентров послужили основой для составления карт изолиний их плотности за период I979-I980, 1881 г, до возникновения сильных Шемаха-Исмаиллинских землетрясений и период после этих землетрясений до апреля 1982 г. За первый период отчетливо выделяются три обособленные области локального сгущения эпицентров, которые в пространстве образуют кольцо, окружающее очаговую область будущего Исмаиллинского землетрясения 29.11.1981 г. с М=5,4 и характеризующаяся затишьем по изолиниям общего поля слабых толчков. В следующий период перед главным событием дифференцированное поле плотности эпицентров стягивается к уровню плоскости его разрыва и затишье охватывает большую территорию. Описано также, выделяемое по кольцевому распределению шести сейсмоактивных зон с A10=0,5-1,0, сейсмическое затишье в области Шемахинского землетрясения 19.11.1981 г. Таким образом, ясно распознаны сдвоенные области затишья, предваряющие происшедшие, почти в одно время два сильных землетрясения. Изучение структуры поля напряжений перед .Шемаха-Исмаиллинским землетрясением 1981 г. осуществлялось с использованием величины различия во временах прихода к точкам наблюдений поперечных S- волн разной поляризации. С разных компонент записи сейсмограммы снимались времена прихода волн S от землетрясений с разными азимутами и определялись их разности Δts1-s2 , характеризующие анизотропию скоростей сейсмических волн. Приводится построенная схема изохрон максимальных величин Δts1-s2, характеризующая распределение анизотропии скоростей S- волн. Преобладающие ориентации осей максимальных значений Δts1-s2 на ней подразделяются на три типа в зависимости от азимута подхода колебаний -CЗ-ЮВ и СВ-ЮЗ направлении для всей территорий и субширотном для ее западной части. Выделялись два участка, с-повышенным значением Δts1-s2 ≥0,9: один в юго-восточной части района, другой в северо-западной. 0тносительно большая анизотропность ( > 1,4 с) наблюдалась на юго-восточном Шемахинском участке. Эти участки трактовались как зоны повышенной трещиноватости и концентрации напряжений.

Исследованиями пространственно-временных процессов подготовки землетрясений в анализируемом районе выявлены эффекты парных, синхронных и миграционных явлений, в том числе – землетрясения - извержения грязевого вулкана на удалении ~200 км друг от друга с разницей во времени одни сутки. Для Исмаиллинских местных землетрясений по данным форшоков и афтершоков демонстрируется обнаружение кольцевой активизации и затишья, заполненного событиями после главных толчков. Детально исследованы явления сейсмического шума и гидрогеодинамического режима перед Спитакским землетрясением 7.XII.1988, удаленным от места наблюдений на расстояние ~400 км. Обнаружены высокоамплитудные эффекты в важных временных рядов, изменений уровня подземных вод по 4 наблюдательным скважинам. Представлены данные наблюдений ВСШ, записанные за двухнедельный период с 29.XI по 9.XII.1988 г. шестью автономными станциями в Шемахинском районе Азербайджана, а также анализ огибающих этих шумов. Гидрорежимные аномалии явились также предвестниками другого Рудбарского землетрясения в Иране. Вообще сильные события в Каспийском море 1986 г., и Спитакское 1988 и Рудбарское землетрясения 1990 г. порождают сейсмический шум.

Рассмотрение пространственного распределения землетрясений позволила установить характерные особенности формирования областей уже происшедших сильных землетрясений за I971-I986 гг. и наметить место и время начала формирования еще не реализовавшихся процессов. Среди трех выделенных областей затиший в виде "бухт", ярко проявляется процесс формирования Исмаиллинского землетрясения с М=5,4 (29.11.1981 г.). Выявлены две не реализовавшие себя зоны затишья, прогнозируемые предположительно как зоны будущих вероятных землетрясений в районе Варташен и Шеки, где целесообразно расширить геофизические и геохимические режимные наблюдения. Далее приводятся результаты изучения хода развития сейсмического процесс по слабым землетрясениям с К=8-10 и определения предвестников типа сейсмического затишья второго рода для относительно сильных землетрясений за исследуемый период по данным обработки параметров. Выбор нижнего предела информативных по затишьям событий производится в процессе работы относительно каждого из сильных событий соответственно их величинам, исходя из положения, что аномальные изменения сейсмического режима проявляются в статистике землетрясений энергетических классов 3-4 порядка ниже прогнозируемого. Оценивались размеры областей затишья, времена подготовки, а также выявлялась зависимость величины и времени образования области подготовки от энергии основного толчка. В результате исследований получены размеры областей подготовки(S) землетрясений на суше Азербайджана и временные интервалы аномального падения уровня сейсмической активности (Тан). Построенные графики зависимости K=f(S) - размеров областей подготовки и K=f(Т) – времен их формирования от энергии землетрясений носят экспоненциальный характер. Причем, в диапазонах более низких энергетических классов времена аномалий близки, а сростом энергий землетрясений времена аномалий резко увеличиваются. Для исследованных землетрясений выявлены кольцеобразные формы областей их подготовок, характеризуемые затишьем и повышенной сейсмчностью в прилегающих к ним территориям вокруг. Наблюдается разрастание областей затиший во времени пред сильными землетрясениями. Более подробно был исследован режим перед Каспийским землетрясением 6.03.1986 г. (φ=40,06°; λ=51,63; М=6,2), поскольку вопрос о существовании сейсмического затишья, его значимости и информативности для сейсмоактивных частей Каспийского моря не изучался. Определение сейсмического затишья здесь осуществлялось с учетом режима в области очага и вне него на прилегающих обширных территориях, тем самым использовалась контрастность сейсмичности в разных областях изучаемого района. Размеры исследуемой области вокруг изучаемого эпицентра землетрясения за 10 лет до и 1 год после него определялись в пределах круга радиусом 464 км в соответствии с теоретическими оценками указанных значений для зоны подготовки толчка такой силы. За исследуемый временной период 1976-1986 гг. выявлялось и описано пять этапов особенностей проявления сейсмичности перед возникновением сильного события. Обнаруженное сейсмическое затишье сходно с возникновением зоны покоя по средним и слабым землетрясениям (сейсмическое затишье II рода по Моги К.). Формирование очаговой зоны по полученным границам затишья на уровне землетрясений II-го класса за разные периоды сравнивались с таковыми для землетрясений суши в пределах Кавказа. В отличии от последних, в морских условиях, образующаяся зона затишья группируемости землетрясений уменьшается в пространстве в процессе подготовки главного толчка.

Далее приводятся результаты анализа особенностей проявления процессов подготовки землетрясений в вариациях протяженных реализаций временных рядов геофизических параметров Шемаха-Исмаиллинской очаговой зоны. По методике и критериям Уломова (1979), Добровольского (1980) и др. приведены сведения о радиусе зон эффективного проявления предвестниковых дефорамаций. Используя эти сведения из 359 происшедших землетрясений за I98I-I986 гг., в пределах Шемаха-Исмаиллинской зоны были отобраны 52 землетрясения с К≥9, которые теоретически должны были влиять на наблюдаемые вариации геофизических и геохимических полей в пределах территории исследований. С целью выявления причинно-следственных связей между глубинными процессами и изменением геофизических и геохимических. полей были проведены в течение 1980-1986 гг. режимные наблюдения за вариациями геоэлектрического, геомагнитного полей и гидрохимией минеральных вод. Сопоставление и систематизация результатов режимных наблюдений с сейсмичностью, позволили выделать по величине и форме вариаций пять периодов, которые коррелируют между собой во времени. Сейсмически высокоактивным периодам (П и У) с XI.1981 г. по XII.1982 г. и с VI.1985 г. по VIII.1986 г. соответствует высокие частота и флуктации геофизических и геохимических полей. В предшествующее этим периодам время (I, IV) с I.I98I г. по XI. 1981 г. и с 04.1984 г. по VI.1985 г. наблюдается сравнительное оживление сейсмичности и флуктации геофизических и геохимических полей, В промежутке времени между указанными периодами наблюдается сейсмически не активный участок (Ш) с ХП.1982 г. по IV.1984 г., в течении которого изменение геофизических и геохимических полей носит спокойный характер. На фоне отмеченной периодичности отмечаются многочисленные высокочастотные отклонения. Для выявления скрытых периодичностей в этих вариациях использован метод интегрального преобразования Фурье. В результате расчетов в вариациях геофизических, геохимических и сейсмических полей были выделены единые периоды равные: 449-392, 369-306, 285-251; 217-196, 185-163, 148-133, 118-112, 109-95, 87-77, 68-60, 58-51, 48-46,. 44-43, 38-36, 33-31, 28-27 суткам. Совпадение спектральных составляющих кривых изменения геофизических и геохимических полей не является случайным, а свидетельствует об общности порождающих их причинах. Ряд периодов совпадают с периодами характерных для: приливов Земли, вариациями космических лучей, температур и др. Вместе с установленными периодическими вариациями геофизических и геохимических полей, в них присутствуют и непериодические вариации связанные с землетрясениями. Детально рассмотрено отражение девяти землетрясений с К > II в вариациях геофизических и геохимических полей. Анализ фактического материала режимных наблюдений показал, что в пределах Шемаха-Исмаиллинской зоны геофизические и геохимические поля достаточно четко отражают периоды сейсмической активизаций и отдельные землетрясения. Высокочастотные вариации удовлетворительно коррелируются с сейсмически активными периодами. В абсолютном большинстве случаев моментам сейсмической разрядки в земной коре предшествуют аномальные понижения этих полей. При этом в вариациях полей находят отражение как относительно сильные (К>П). так и слабые (9<К<П) местные землетрясения. Сильные сейсмические толчки обычно предваряются стабильными долговременными (1-2 месяца) бухтообразными аномальными минимумами, а слабые - краткосрочными (2-10 дней) скачкообразньми вариациями. Наибольший аномальный эффект фиксируется в тех случаях, когда сейсмический очаг приурочен к структуре, в пределах которой расположена конкретная точка режимных наблюдений, или сейсмическая разрядка происходит в зоне разлома, В ряде случаев сейсмические толчки значительной силы, в зависимости от местоположения гипоцентра, фиксируются в аномалиях поля на одном пункте и не отражается возмущениями на других пунктах наблюдения и наоборот, удается засечь аномальный эффект достаточно слабого землетрясения, очаг которого расположен на значительном расстоянии от точки наблюдения. Таким образом, отражение сейсмического события в эмпирических кривых для различных землетрясений и пунктов наблюдений подчас носит различный характер. Попытка скоррелировать аномалии электрической проводимости горных пород с землетрясениями показала, что из анализа построенных азимутальных диаграмм выявляется зависимость знака вариации рк от взаимного расположения пунктов наблюдений и очагов землетрясений.

Глава 5. Сейсмологические модели геодинамики масштабных процессов подготовки очаговых зон землетрясений. Изложено исследование по моделированию процессов подготовки очаговых зон землетрясений на основе наблюденных вариаций скоростей сейсмических волн. Данные о месте и времени появления различных предвестников могут способствовать оценке размеров области подготовки сильного землетрясения, где перед ним происходит изменение напряженного состояния. При создании моделей очаговых зон сильных землетрясений необходимо учитывать более длительные и крупномасштабные процессы, связанные с движениями крупных геотектонических единиц и перестройкой напряженного состояния в большом объеме. С появлением дилатансионно-разрушаемых объемов отождествляются также области очагов форшоков, которые должны фиксироваться как зоны пониженных сейсмоскоростей. Явление "сейсмоскоростной аномалии" явилось одним из важных прогностических признаков готовящегося землетрясения. Изменения скоростей сейсмических волн обусловлены, как полагают, приращениями мелкой трещиноватой пустотности или иначе дилатансионных неупругих деформаций массива под воздействием тектонических напряжений. Все значимые вариации величины отношения скоростей упругих волн Vp , Vp / Vs получены при наблюдениях за слабыми землетрясениями, возникающими в окрестности сильного толчка, с которым и пытаются связать эти вариации.

Здесь рассмотрены вопросы изучения пространственно-временных вариаций отношения скоростей упругих волн VP/VS при наблюдениях за слабыми землетрясениями Восточного Кавказа в связи с подготовкой сильного толчка.

Кратко дается обзор методов определения значений отношения VP/VS и обосновывается применение в настоящем исследовании способа Вадати. Исходными для проведения этих исследований послужили данные о временах первых вступлений ТР, ТS и разность их времен от более, чем 3000 событий с K=6 -13 за период I979-I990 гг. В среднем в каждый год использовались данные свыше 250 землетрясений. Систему наблюдений составляли 17 стационарных и 5 временных станций в разные годы на территории Азербайджана, а также 13 станций соседних республик. Привлекались также данные сети "Черепаха" по определенному количеству землетрясений Шемаха-Исмаиллинского района за 1979-1982 гг. Графики Вадати cтроились по данным не менее четырех станций. База графика составляла не меньше 5 сек. Максимальныe значения S-P не превышали 20 сек. Точки на графиках апроксимировалиcь прямой методом наименьших квадратов. Погрешность определения VP/VS по графикам Вадати на основе расчетов по формуле абсолютной ошибки оценки скоростей по данным двух станций принята  =  0,02. Анализ неконтролируемых вариаций величин VP/VS типа ошибки в определении глубин очагов землетрясений в сочетании о зависимостью величины VP/VS от глубин, показал, что эти причины в данном случае хотя и не существенные, должны будут сильно уменьшены путем рассмотрения средних значений VP/VS , оцениваемых по достаточно большим выборкам слабых землетрясений. В данной ситуации с определенной вероятностью можно считать, что вариации средних значений параметра VP/VS находится в пределах ошибки.

Для получения статистически устойчивых в пространстве величин VP/VS, использовался метод площадного осреднения. При этом за элементарную площадку выбирался участок площадью Δ х Δ =0,5°  0,3°, что согласуется с плотностью распределения эпицентров. Площади перекрывались между собой с шагом 0,25° по широте и 0,15° по долготе. Осредненные значения параметра относились к узлам сетки. С использованием процедуры статистического площадного ос­реднения были построены карты распределения отношений поля VP/VS в изолиниях с сечением 0,02 для всей территории за годовые, полугодовые сроки и сводную карту за долговременный период. Достаточное число данных для статистической обработки обеспечивал годовой временной интервал. Приводятся рассчитанные среднегодовые значения параметра, относительно которых условно на картах за каждый год выделены аномальные диапазоны областей параметра с низкими и высокими значениями. Среднегодовые значения на самом деле, непостоянны для всей территории и могут обуславливать некорректную интерпретацию значений аномалий сейсмоскоростей в зонах перехода от одного района к другому. С целью устранения этого недостатка предложены и построены карты параметра:

Δ (VP/VS) = (VP/VS)i - (VP/VS)СВ ,

где (VP/VS)СВ - значения параметра на сводной карте (VP/VS)i - значения параметра в той же точке на годичной карте. Полученные годичные карты в изолиниях Δ (VP/VS) содержат зоны отрицательных и положительных значений почти соответствующие зонам низких и высоких значений на картах VP/VS . Зона средних значений соответствует изолиниям (0,02)0,02. На этих картах обнаруживаются пространственные образования - линейные или кольцеобразные, создающие временные структуры сейсмоскоростного поля. В расположении осевых линий этих временных структур сейсмоскоростей отмечается упорядоченность, контролируемая положением и простиранием дуговых, кольцевых и линейных тектонических разломов. Приводится результат анализа распределения положения эпицентров землетрясений (2839 событий) со структурным полем параметров отношения скоростей каждой из карт за весь период наблюдений. Выявлено, что эпицентры землетрясений с К= 8-10 располагаются в областях средних значений параметров, а с К  10 попадают высокие (положительные) значения. Причем для карт параметра Δ(VP/VS )процент совпадения эпицентров с областями средних и высоких значений выше, чем для карт параметра VP/VS (86,6 % против 76,7 %). Временные ряды параметра VP/VS изучались для двух наиболее сейсмоактивных полигонов. Для Шемаха-Исмаиллинского полигона, ограниченного координатами min = 39,8°; max = 41,3; min = 47,3; max=49,2 за период 1979-1990 гг. было проанализировано 1200 графиков Вадати для землетрясений 6-13 энергетическиx классов. Построенная временная последовательность индивидуальных значений параметра за весь период показывают, что они изменяются в преде­лах 1,5-2,3. Фоновые значения параметра для исследуемой территории в различные годы составили (1,72 -1,75)  0,02.

Рассматриваются результаты изучения длиннопериодных составляющих временного ряда вариаций значения VP/VS за 1979-1991г. С этой целью исследовались корреляционные связи между уровнями суммарных A (выраженное в процентах отношение числа очагов с аномальными значениями VP/VS к общему), отрицательных Аотр и положительных Апол аномалиями параметра с энергией Кmax самого сильного за этот период землетрясения, происшедшего на донной территории или в ее окрестностях. Подробности процедуры исследования излагаются по Меджитовой З.А. Полученные коэффициенты корреляции свидетельствуют о высокой достоверности существования связей между этими величинами.

Из полученных соотношений для Шемаха-Исмаиллинского полигона выбраны критические уровни значений аномалий параметра A - 59 %, Аотр – 33 %, Апол - 27%, при достижении которых вероятно возникновение землетрясений с К ≥ 11.

Построены ряды вариаций временного хода уровня Аотр, Апол и A , a также m = Nвыc/Nниз за полугодовые интервалы времени для Шемаха-Исмаиллинского полигона за I979-I991 гг. Анализ соотношений вариаций этих рядов с моментами возникно­вения землетрясений с К ≥ 11 показал, что подготовка и возникновение сильных событий как на территории полигона, так и в сопредельных районах вызывает возрастание годовых уровней суммарных аномалий VP/VS . В случае возникновения местных и морских землетрясений аномалии возрастают за счет увеличения отрицательных аномалий. В случае же удаленных - за счет положительных. В годы, связанные с подготовкой местных и морских землетрясений m0,84 , в годы же связанные с подготовкой и возникновением удаленных землетрясений m0,84. Таким образом, возрастание уровня аномалий на полигоне является сигналом о возможной подготовке сильного землетрясения, или прогностическим признаком, а отношение Nвыc/Nниз= m позволяет распознать местные или далекие готовящиеся события. Выявлено, что на территории полигона в ближайшее время сильного землетрясения не ожидается. В этом же разделе показано, что точки временного хода последовательностей индивидуальных значений VP/VS , флуктуации которых образуют отдельные аномальные уменьшения или "бухты" в период подготовки сильных землетрясений, располагаются в пространстве вдоль круговых траекторий вокруг очагов главных событий. С использованием аномальных изменений исходного временного ряда реализаций шести сильных землетрясений ретроспективно в пространстве выделялись области их подготовки. Построенные графики зависимости размеров областей подготовки и времен их формирования от энергии землетрясений носят экспоненциальный нелинейный характер. Особый интерес представляют результаты по обнаружению и выделению динамических пространственно-временных концентрически зональных структур полей отношения скоростей задолго перед сильными землетрясениями. Они представляют собой объемы различных порядков с распределением низких значений в их центральной области, коррелирующейся с очагом, и одновременным проявлением ряда высоких аномальных зон в кольцевом контуре по периферии этой области. В последующем к моменту сильного землетрясения временные структуры поля скоростей видоизменяются и затем прекращают существовать в местах их образования. Сильные события реализуются по границам областей с противоположными знаками аномалий поля или, как показала детализация в областях с высокими значениями параметра. Подобные образования возникают в процессе подготовки сильного землетрясения и могут обладать прогнозной значимостью.

Далее в этой главе с целью составления модели миграции очагов сильных землетрясений исследуется тенденция миграции очагов сильных землетрясений в определенном направлении в пределах сейсмических поясов Кавказско-Копетдагско-Иранского региона, рассматриваются вопросы статистического обоснования их реальности и определяются прогностические характеристики. Исходная информация по землетрясениям охватывала период 1900-1990 гг. Систематизировался обильный разнородный материал по сильным событиям этого столетия. На основе объединения разных каталогов, в том числе и для разных стран, входящих в исследуемый регион, составлен сводный каталог сильных землетрясений с М≥5,6. Всего представлено 250 событий. С использованием поля эпицентров схемы с М≥4,5 за 1961- 1987 гг. и с учетом сгущенной плотности их распределения на ней представляется новый вapиант выделения восьми генетически связанных сейсмических поясов. Все сильные землетрясения располагаются в пределах этих поясов. Ширина этих поясов ~ 200-350 км. Нижний представительный порог магнитуд в поясах М=5,6-6,0.

Анализ пространственно-временного распределения и миграционной формы связи сильных землетрясения в пределах сейсмических поясов осуществлялся с применением трех разных методов - определения функции «качества», наименьших квадратов и годографов последовательностей события. Описывается первый метод и его применение. Процедура заключается в проектировании эпицентров землетрясений на осевую линию пояса с последующей обработкой систем параллельных прямых на плоскости X, Т через эту линию, покрывающих точки эпицентров наилучшим образом. Миграция исследовалась с помощью функции "качества", вычисляемой по формуле

,

где  - угол наклона прямых к оси абсцисс на графике зависимости Т = f (Х) ( Т - время возникновения землетрясения, X – эпицент- ральные расстояния),  -характеризует степень близости точек Хi , Ti к прямым наклона, L - натуральное чиcло. Скорость миграции определяется по формуле V = c  ctg  ( c = 1531) . Осуществляется также количественная интерпретация, опирающаяся на представление о взаимодействии двух землетрясений, если область и время «последействия» первого перекрывается о областью и временем подготовки последующего. В работе приводятся все конкретные результаты по вычисленным параметрам. Значения скоростей миграции по первому методу по поясам 15-112 км/год. Принцип применения метода наименьших квадратов связан с проведением систем прямых через эпицентры на плоскости графика Х= f (Т) с интервалом шага увеличивающимся по ширине. Определялись положительные и отрицательные наклоны и соответствующие коэффициенты корреляции между временем и расстоянием. Направления миграций устанавливаются по большему количеству линий того или иного наклона. Приводятся временные интервалы в годах и их количества по каждому поясу, число линий регрессий, направление миграции, до­верительный интервал, уровень значимости, а также скорость по наиболее значимым коэффициентам корреляции миграции в поясе (37-163 км/год). И, наконец, приводятся полученные параметры миграций методом годографов последовательностей землетрясений. Функцией рассмотрения является порядковый номер сейсмического события, которые образуют на плоскости Х, Т последовательность распределения сильных землетрясений вдоль оси сейсмического пояса. Через эти последовательности эпицентров проводились прямые линии осреднения, выступающие в качестве «годографов» волн. Скорость миграции определялась по каждой прямой способом кажущихся скоростей в сейсморазведке. Полученные их значения – 26-80 км/год. Фактическая значимость рассматриваемых эффектов миграции, как следует из обоснования, выше приводимых оценок.

Исследуются закономерности динамики энергетически максимальных удаленных и близких форшоковых последовательностей в процессах подготовки очаговых зон сильных землетрясений. Проблемы обнаружения динамических пространственно-временных структурных образований, состоящих в причинно-следственной связи с сильными землетрясениями и возникающие в процессе его подготовки, стоят на пути создания моделей землетрясений и сейсмичности, обладающих прогнозной значимостью при оценке пространственных размеров очаговых блоков, их формы, объема, границ и максимальной магнитуды или "сейсмического потенциала" и возможного периода времени их ожидания. Поэтому одним из главных выходов на новые методические возможности моделирования сейсмического процесса подготовки очаговой зоны сильных землетрясений видится в отказе от априорной пуассоновости и переходе к изучению внутренних связей этого процесса. Формализованные методы пространственно-временной организации сейсмичности разработаны еще мало из-за отсутствия адекватной надежной теоретической модели. Из-за этого поиск алгоритма моделирования осуществляется в основном феноменологически на основе определенных концепций очаговой зоны путем ретроспективного анализа явлений, предварявших сильные землетрясения прошлого. Основу концепций очаговой зоны настоящего моделирования составляли следующие положения. Крупнейшие землетрясения – физически взаимосвязанные события и подчиняются закономерностям проявления сейсмических брешей и циклов повторяемости в областях потенциального разрушения. Пространственно-временные объемы соразмерны с площадями выборок, ответственными за подготовку землетрясения соответствующего ранга магнитуды. В пределах этого объема сейсмичность рассматривается как система динамического непуассоновского процесса с локальной и региональной взаимосвязью разновременных субочагов между собой и с будущим главным очагом. В настоящем разделе за основу моделирования зоны очага крупного землетрясения, зон его подготовки, оценки магнитуды и временного интервала ожидания главного землетрясения, а также методов оконтуривания прогнозных зон развития процессов подготовки были приняты известные сейсмологические принципы, отработанные в районах Тихоокеанского и Альпийского подвижных поясов с использованием предложенных новых специфичных процедур для исследуемого ККИ региона (Бабазаде, 1991). При этом руководствовались первым положением концепции моделирования очаговой зоны, сформулированным в начале этого раздела.

Под сейсмическими брешами или областями затишья согласно Моги понимаются ненарушенные площади в сейсмических поясах, остающиеся после нанесения на карту очаговых областей за длительный период. Иначе эти ненарушенные площади называют брешами I рода, в отличие от тех зон затиший, которые были исследованы относительно умеренных землетрясений. Приводятся примеры классического обнаружения сейсмических брешей для Северо- и Восточно-Анатолийских систем разломов в зонах очагов, где впоследствии там возникли сильнейшие землетрясения в 1999 г. Поиск закономерностей пространственно-временного распределения землетрясений с выделением очаговых зон по сейсмическим брешам осуществлялся в пределах установленных поясов сейсмичности ККИ региона с привлечением доступных исторических данных о землетрясениях с М ≥ 6,2 за длительный период (с 400 г. и выше). Принципы составления каталога для всего региона с использованием уточненных материалов отдельных территорий аналогичны тем, которые использовались при подготовке к исследованиям моделей миграции. Анализ особенностей пространственного, временного и энергетического распределения землетрясений проводился на плоскости их проекции для построенных диаграмм вдоль осей каждого из 8 сейсмических поясов региона. При этом на диаграммах зависимости времен возникновения крупных землетрясений характеристиками зон сейсмических брешей являются изменения промежутков времен между сильными событиями в одном и том же месте и периоды спокойствия со времени последнего землетрясения. Наблюдается чередование периодов активности с фазами покоя вдоль поясов, продолжающиеся от 100 до 200-250 лет. Положение же выявленных зон сейсмических брешей в плане определялось и наносилось с привлечением соответствующих координат распределения используемых эпицентров землетрясений прошлого. Действия в направлении последующих исследований предопределялись задачей уточнения диагностики данных о первичной бреши. Эта задача требовала в свою очередь установления предшествующих землетрясению явлений для построения новых моделей подготовки очаговых зон. Среди ряда изученных явлений, представляющих в современной практике ценность как предвестники, сейсмические "бреши второго рода" вида кольцевой сейсмичности Mogi "doughnuts" и их модификации затиший играют главную роль в большинстве успешных прогнозов землетрясений сделанных на сегодня. Подобные явления были обнаружены и изучены в связи с умеренными землетрясениями Азербайджана и прилегающей акваторий Каспия. Способы обнаружения таких явлений основываются на анализе вариаций общей фоновой сейсмичности в периоды подготовки главного толчка. Недостатком при этом является неопределенность в построении границ объема собственно сейсмического очага и внешних границ объема его подготовки. В этом смысле последовательность самих землетрясений содержат наиболее непосредственную информацию о процессе подготовки сильного землетрясения. Среди исследований подобного рода большое место занимает поиск эмпирических закономерностей, которые могли бы дать необходимые ограничения для построения модели последовательности землетрясений. Далее рассматривается одна из таких закономерностей новой формы группирования землетрясений в период подготовки главного сильного события, проявляющаяся в больших интервалах времени, пространства и энергии как последовательность максимальных форшоков в широком и узком смысле. В отличие от известных методологических подходов, предложенный способ выделения областей подготовки сильного землетрясения можно считать наиболее адекватным и детальным в смысле анализа пространственно-временной структуры сейсмичности. Он ориентирован на установление характеристик структурного образования, возникающего в процессе подготовки сильного землетрясения. При этом обособляются и привлекаются временные последовательности максимальных предшествующих толчков с нижним порогом магнитуд на 3-4 порядка ниже прогнозируемого с теоретически-эмпирическим представлением об увеличении "корреляционной длины" временного и пространственного интервала подготовки от объема и величины относительно исследуемого очага землетрясений. В связи с переходом к такому новому аргументу как "событийная шкала", возникает новая функция, зависящая от номера сейсмического события. Сейсмический процесс последовательностей землетрясений в очаговой зоне рассматривается независимо от его поведения в астрономическом времени, а как бы отсчитывая его ход на его «внутренних часах». Исходя из этого, анализ с целью отбора взаимосвязанных с главным толчком событий из обычных каталогов проводился с использованием принципа иерархичности методом последовательного исключения, связанных с каждым из этих форшоков и афтершоков, а также событий относящихся к другим сильным землетрясениям региона, подготовка которых в пространстве и времени перекрывается с изучаемым. Основой исходного материала являлись глобальные, региональные и местные каталоги землетрясений Кавказ – Каспийское море – Копетдаг – Иранского региона, а также каталоги отдельных авторов для разных частей региона. Поиск явлений впервые был осуществлен ретроспективно относительно Рудбарского сильного землетрясения 21.06.1990 г., произошедшего в Иране, путем исследования пространственно-временной эволюции последовательностей предшествующих событий на большом пространстве площади по указанному выше способу и принципам анализа общих каталогов (Бабазаде,1991). Совокупность выделенных максимальных толчков в широком временном и пространственном интервале классифицировалась как форшоковые в широком смысле. Их временная последовательность проявлялась в пространстве в виде двух разделенных и вложенных один в другой орбитальных траекторий распределения кольцевых изометрических структур распределения. Конфигурацию первой траектории образует последовательность близких форшоков с М = 5,4-6,2 за интервал времени 1978-1983 г. Эта траектория совпадает с ограничениями объема области затишья, включающего деформации и будущий очаг разрушений. Вторую внешнюю орбитальную траекторию составляла последовательность удаленных сильных максимальных форшоков с М 5,6-7,0 за два наиболее активных интервала времени 1963-1976 и 1983-1989 г.г. Она окаймляет область предшествовавшей сейсмической активности вокруг первой траектории и зону подготовки будущего главного землетрясения. Данная траектория включает серию эффектов синхронных толчков, возникающих на противоположных отдаленных местах. Спитакское землетрясение М = 6,9 1988 г. также было частью активности траектории этой орбиты. Характерным в нашем примере является отсутствие сильных форшоков в строгом смысле непосредственно перед главным толчок в зоне его очага. Последний такой толчок наблюдался в 1983 г. с М = 5,6. Наиболее близким по времени является сильный глубокий толчок (М = 6,0; h = 60 км) происшедший 16.09.1989 г. на удалении от очага в районе Каспийского моря в пределах нынешней траектории. Это явление, по видимому, определяется взаимодействием асейсмичной области Южного Каспия и зоны подготовки самого землетрясения. Места предваряющих толчков и очага сильного землетрясения генетически взаимосвязаны своим расположением в пределах единой региональной кольцевой структуры, обрамляющей Южно-Каспийский блок. Вышеупомянутые орбитальные траектории форшоков в виде большого и малого кругов вырисовывают на обширной площади нетипичную кольцевую форму. Внешняя область этого кольца искажена тектонической ситуацией за счет ограничения со стороны Евроазиатской плиты и ассейсмичного жесткого блока восточно-центрального Ирана. Хотя последнее искажение возможно и за счет процесса наложения подготовки другого сильного землетрясения во второй сопредельной бреши. Алгоритм выделения таких эффектов был ретроспективно проверен также на ряде ситуаций предваряющих сильные землетрясения Кавказа и сопредельных регионов. Во многих из них наблюдалось закономерное появление двух орбитальных траекторий последовательностей взаимосвязанных сильных форшоков, завершившееся возникновениями главного толчка в центре. В работе приводятся проанализированные случаи 14 землетрясений с магнитудами от 6,3 до 8,2. Наиболее детальный анализ по новой методике представилось возможным осуществить относительно главного сильного Шамахинского землетрясения с М ~ 7,0 на Кавказе (Азербайджан) 13 февраля 1902 г. Значения радиуса R max вокруг эпицентра сильного землетрясения, где перед землетрясениями еще имело место состояние подготовки, изменялись от 15 - 40 до 500 км. В 1998 г. (Bowman et al, 1998) была получена зависимость этого радиуса от магнитуды: lg R max ∞ 0,44 M . Соболев, Пономарев в 2003 г. отмечали, что эта зависимость близка к полученной на совершенно других принципах в работе Добровольского и др., 1980. В период подготовки главного события 1902 г. удалось обнаружить особенности фрактального иерархического распределения сейсмического режима ближних и пяти удаленных контуров последовательностей процесса событий, протекающих в окрестностях критической точки зоны "будущего" главного очага. Наблюдается вложенность выявленных собственных динамических кольцевых структур сейсмического процесса. В следующей главе будет дана геодинамическая интерпретация полученных закономерностей и стадий развития землетрясений и их очаговых зон с учетом энергонасыщенности, фрактальных неоднородностей их строения, совпадения с размерностью системы включенных в процесс разломов земной коры, а также наличия связей между процессами различной природы. Моделирование процессов подготовки магистрального динамического разлома самых крупных событий в натурных условиях по составленным каталогам подтверждает существование процесса иерархического образования оконтуренных систем круговых областей. Обнаруженный масштабный фактор видимо имеет больше методическую, чем физическую природу. Современные представления о самоорганизующейся критичности в приложении к сейсмологии описывают взаимодействия землетрясений разного ранга, кооперативное явление и ускорения их образования перед сильным главным землетрясением. Важным является то, что процессы готовящегося главного землетрясения не только проявляют иерархическое подобие по энергии, но и обладают иерархическими свойствами в пространственно-временном распределении, а также в образовании динамических структур. Эти особенности связанны с фрактальным строением неоднородностей разломов и блоков земной коры и реализуются иерархическим разломообразованием.

Особый интерес также представляют динамические пространственно-временные структуры, обнаруженные в связи с подготовкой максимально сильного за рассматриваемый период Красноводского землетрясения 1895 г. М = 8,2 имевшего место на восточном побережье Каспийского моря в Туркмении, т.к. для него устанавливались также особенности проявления колебания уровня моря. Этому землетрясению предшествовали долговременные изменения уровня моря в виде бухты и непрерывного медленного поднятия по огибающей волне колебаний за 40 лет, а также заметное аномальное опускание его уровня за 5 лет. Аналогичные формы аномалий изменения уровня моря имели место также перед сильными землетрясениями на Японских островах. Наблюдаемые же на фоне поднятия огибающей аномалии положительных знаков временных вариаций коррелируются с удаленными событиями относительно низшего по силе порядка (М = 6-6,9), распределение которых в пространстве обнаруживает явление орбитальной траектории форшоков в широком смысле в виде дуги. Последняя окаймляет с юго-запада и юго-востока обширную область подготовки главного толчка, включающую территорию Южно-Каспийской и Западно-Туркменской впадин. Все эти результаты наводят на мысль возможности того, что орбитальные траектории движения последовательностей сильных форшоков относительно очага землетрясения являются долгосрочным предвестником предстоящего большого события. Предсказания времени землетрясения может быть основано на способе определения градиента регулярности возникновения сильных форшоков. Модель, объясняющая такие явления перед сильным землетрясением, основана на механизме формирования кольцевых структур земной коры в процессе развития вблизи вершины разлома или шероховатости на его бортах и на различиях характера одновременного изменения порового давления вследствие роста напряжений в пределах самого очага и в окружающем кольце. При этом деформационные упрочнения и разуплотнения, связанные с процессами сжатия и растяжения могут обуславливать соответствующую попеременную флюидизацию.

Рассмотрены выявленные закономерности пространственно-временной зависимости сильных глубокофокусных удаленных форшоков и сильнейших мелкофокусных землетрясений и генетические связи между ними в одном и том же поясе сейсмичности. Эти “всплывания” глубоких очагов землетрясений в областях их подготовки перед сильными поверхностными разрушительными землетрясениями можно отнести к одному из важных среднесрочных предвестников в подобных регионах. Наряду с этим именно “всплывание” свидетельствует о глубинном эндогенном происхождении и источниках деформационных волн.

Рассмотрены закономерности динамики последовательностей грязевулканических извержений в процессе подготовки очаговых зон землетрясений. Приводятся примеры разномасштабных миграционных проявлений динамики грязевулканической активности в процессах подготовки и осуществления главных землетрясений с магнитудой 5,0-9,0. На основе методов пространственно-временного анализа и в качестве открытия рассматриваются новые аспекты миграционного явления активности грязевых вулканов. Выявлены два типа направленной миграции грязевулканических извержений, обладающих свойством предвестников сильных землетрясений. До настоящего времени единственные сведения о миграции грязевой активности относились к случаю, когда центры извержений нескольких грязевых вулканов мигрировали в западном направлении вдоль линии одной из крупных систем разломов Каспийско-Главнокавказского сейсмического пояса (Бабазаде, 1985). На примере извержения грязевого вулкана Локбатан (31 марта 1980 г.) из указанной миграционной последовательности и землетрясения М=4,6 (1 апреля 1980 г.) случившегося в данном сейсмическом поясе, было обнаружено парное явление. Предполагается, что ответственным за их возникновение может быть общий механизм, так как оба события физически коррелируются между собой посредством синхронизированного проявления во времени. Вдоль указанного пояса по направлению к западу от вулкана Локбатана 29 октября 1981 произошло Шемаха-Исмаиллинское землетрясение (М 5,4) а также конечное грязевое извержение одновременно и в том же месте с ним. Скорость миграции этих извержений оценивалась примерно в 230 км/год, что схоже со значениями скоростей миграции краткосрочных предвестников сильных землетрясений. Основываясь на сейсмическом анализе данных за период 1810-2004 гг. в пределах Южного Каспия и прилегающей территории суши описываются некоторые значительные подобные и новые типы миграционных явлений грязевулканических извержений перед сильными землетрясениями с М>7. Новый тип миграции грязевых извержений служит примером другого процесса, а именно миграции грязевой активности вследствие миграции фронта деформации. Этот новый тип миграции происходит благодаря активности через фронт миграции, проявляясь в форме пространственного распространения возмущения на переднем участке движения этого фронта. В этих случаях достаточно ясно обнаруживается тенденция продвижения линий с извержениями за последовательные интервалы времени в направлении большого землетрясения. Характер подобных миграций грязевых извержений наблюдался в период подготовки и в момент большого Табасского землетрясения М 7,7 (1978). Другой пример второго типа миграции в виде перемещения фронтов извержения грязевых вулканов наблюдался в направлении Красноводского землетрясения с М 8,2 (1895). Методы вышеуказанного анализа позволили выявить также упорядоченную миграцию обоих типов грязевулканических извержений по реконструкции подготовительного этапа для землетрясений 25 ноября 2000 г. (М=5,8; 6,3) и 6 декабря 2000 г. (М=7,3), возникших соответственно несколько километров юго-восточнее и северо-западнее г.Баку в Каспийском море и в Западном Туркменистане. Особенно подробно рассматриваются масштабные проявления миграционной динамики грязевулканической активности в процессах подготовки главного Суматринского землетрясения и цунами с М 9,0. Обнаруженные неизвестные ранее миграционные явления грязевых извержений в направлении к будущему сейсмическому очагу с удалением намного превышающих его размеры и в период перед, и одновременного в момент самого главного землетрясения связываются с моделью распространения волн напряжения вдоль субвертикальных и горизонтальных зон и систем разломов осадочной части земной коры. В связи с этим выдвинута концепция осадочно-ярусной геодинамики блоков и обосновывающий эти проявления механизм совместного действия вертикальных и горизонтальных сейсмических и криповых движений по системам разломов, ограничивающих эти блоки.