Для того чтобы предсказание имело практическую ценность, необходимо весьма точно определить время, место и магнитуду землетрясения. Землетрясения в корне отличаются от непрерывных или повторяющихся природных явлений. Они происходят внезапно и спорадически, что сильно затрудняет их предсказание.
Некоторые ученые довольно пессимистично смотрели на возможность успешного решения этой проблемы. Они полагали, что предсказание землетрясений будет носить лишь чисто умозрительный характер, до тех пор пока не будут получены исчерпывающие данные о природе явления, и что внимание, следовательно, должно быть сконцентрировано на основательном изучении самого явления. В настоящее время положение значительно изменилось; многие специалисты начинают верить, что в конечном счете могут быть достигнуты некоторые успехи в предсказании землетрясений. Этот довольно оптимистический взгляд основывается на достижениях современной науки и техники. Усовершенствованные приборы успешно регистрируют слабые землетрясения, малые деформации, наклоны и малые геомагнитные и гравитационные аномалии. Лабораторное изучение разрушения и крипа пород под влиянием давления и температуры позволяет выяснить механизм разрушения, открывая тем самым возможности для предсказания землетрясений. Длительные и тщательные наблюдения в сейсмически активных районах, проведенные с помощью ряда геодезических и геофизических методов, указывают на наличие необычных деформаций суши или необычных серий слабых землетрясений перед сильным землетрясением.
В 1962 г. группой японских ученых была опубликована работа «Предсказание землетрясений, результаты и пути дальнейших исследований» [5], в которой были изложены методы и намечены направления будущих исследований в области предсказания землетрясений. Эта работа привлекла внимание ученых всего мира и особенно ученых стран, пострадавших от землетрясений. После катастрофического Аляскинского землетрясения 1964 г. официальный комитет США в 1965 г. представил доклад, озаглавленный «Предсказание землетрясений — проект десятилетней программы исследований» [1]. В том же году Международное совещание по сейсмологии и инженерной сейсмологии, проведенное в рамках ЮНЕСКО, рекомендовало ЮНЕСКО поддержать дальнейшее расширение исследований по предсказанию землетрясений. В 1964 и 1966 гг. на конференциях ученых США и Японии развернулась обширная дискуссия по проблеме предсказания землетрясений. Исследования в этой области энергично ведутся в СССР и ряде европейских стран.
Современные представления и направление будущих исследовании
Многие ученые полагают, что перед сильным землетрясением могут проявляться деформации коры. В Японии отмечались заметные деформации суши вблизи эпицентра за несколько часов или десятков минут перед землетрясением. В этих случаях эпицентр располагался рядом с берегом, и люди, стоявшие на берегу, наблюдали заметное отступание моря. Следовательно, перед землетрясением суша медленно поднималась. Подобные явления подтверждают, что по крайней мере некоторые землетрясения предваряются специфическими деформациями коры. Поэтому в сейсмически активных районах для предсказания землетрясений целесообразно применять методы точных инструментальных измерений деформаций коры.
Аномальные деформации коры были обнаружены точной нивелировкой перед крупным землетрясением. В этих случаях повторные нивелировки были проведены по маршрутам, случайно пересекшим перед землетрясением эпицентральную площадь. Наиболее отчетливая деформация поверхности была установлена перед Ниигатским землетрясением 1964 г. в Японском море (М = 7,3). Точные нивелировки вдоль берега близ эпицентра были проведены в 1898. 1930, 1955. 1958 и 1961 гг. Съемки показали, что суша вблизи эпицентра медленно и с постоянной скоростью поднималась со времени первой нивелировки; за пять-шесть лет перед землетрясением скорость воздымания возросла, а при землетрясении поверхность быстро опустилась. Эти факты свидетельствуют о том, что землетрясения, по крайней мере с магнитудой Ниигатского, могут быть предсказаны с помощью повторных нивелировок в районах, подверженных разрушительным землетрясениям. Для этой цели можно с успехом использовать также геодезические съемки других типов, особенно с такими инструментами, как геодиметр. Японские ученые подчеркивают, что подобные работы, имеющие первостепенное значение, лежат в основе предлагаемого ими проекта.
В дополнение к геодезическим съемкам необходимо проводить некоторые виды обычных инструментальных наблюдений, дающих непрерывную информацию о деформациях коры во времени. Для этой цели пригодны грунтовые наклономеры и деформографы. Существует два типа наклономеров: старый маятниковый и более современный с водяной трубкой. Каждый из них имеет свои преимущества, но только последний может регистрировать медленные вековые вариации, так как данные маятниковых наклономеров подвержены искажениям при дрейфе положения нуля. Для регистрации вековых вариаций можно использовать также деформографы с кварцевым стержнем.
Мы располагаем, особенно для Японии, многочисленными сообщениями о наблюдавшихся перед сильными землетрясениями аномальных изменениях наклонов и деформаций; однако не все эти данные достаточно надежны. Необходимо более тщательное изучение, прежде чем можно будет констатировать. что такие изменения действительно являются предвестниками землетрясений. На точность таких наблюдений часто влияют климатические условия, и нулевая линия на записи, особенно для маятниковых наклономеров, обычно нестабильна. Одно из наиболее надежных наблюдений заметного изменения наклона перед землетрясением относится к землетрясению Тоттори 1943 г. (М = 7,3). Маятниковый наклономер, установленный в глубокой шахте на расстоянии 60 км от эпицентра, зарегистрировал постепенное, но большое изменение наклона с уклоном в сторону от эпицентра, начавшееся за шесть часов до землетрясения.
Если станция предназначена для непрерывных наблюдений за деформацией и наклоном, было бы желательно установить ряд отметок уровня реперов в окрестностях и повторять точные нивелировки и измерения геодиметром для контроля за результатами наблюдений.
Предполагают, что активность слабых землетрясений связана в какой-то степени с возникновением сильных землетрясений. Следовательно, накопление данных по активности слабых землетрясений имеет большое значение для исследований, связанных с предсказанием землетрясений. Имеется несколько сообщений о проявлении необычно частых землетрясений перед разрушительным землетрясением. Однако сильные землетрясения, как правило, не предваряются подобными предупреждающими сигналами. Заметные успехи в технике наблюдений, использующей высокочувствительные сейсмографы, позволили обнаруживать слабые землетрясения, называемые микроземлетрясениями. Естественно ожидать аномальной активности микроземлетрясений перед сильным землетрясением; поэтому следует рекомендовать систематическое наблюдение над слабыми землетрясениями в сейсмически активных районах.
Полезную для прогноза землетрясений информацию дал рой Мацусирского землетрясения. Этот рой возник в центральной части Японии в августе 1965 г.; постепенно площадь его действия расширилась. В сочетании с обычными станционными сейсмологическими наблюдениями внутри этой площади и вокруг нее были проведены наблюдения над слабыми землетрясениями. Слабые землетрясения начались за несколько месяцев перед более сильными землетрясениями, среди которых отмечались и разрушительные.
Предполагают, что упругие свойства земной коры вблизи гипоцентра, где породы находятся в условиях высоких напряжений, испытывают некоторые изменения. Имеются сообщения об изменении скорости сейсмических волн перед катастрофическими землетрясениями, однако все эти данные базируются на наблюдениях над естественными землетрясениями и, следовательно, не отличаются высокой точностью. Для получения более точных сведений необходимы исследования с использованием искусственных взрывов. Недавно ученые США в зоне разломов Сан-Андреас в Калифорнии провели предварительные сейсмологические полевые исследования, направленные на развитие методов предсказания землетрясений. В результате выяснилось, что время первых вступлений сейсмических волн от повторяющихся в одной скважине взрывов может определяться с точностью более 1 мс при расстоянии до 40 км.
Детальные лабораторные эксперименты по разрушению пород показали несомненное значение явлений, предшествующих вспарыванию основного разрыва. При деформации внешними силами пород, слагающих большую часть земной коры, скорость деформации обычно увеличивается по мере приближения к моменту разрушения. Увеличение скорости деформации происходит как в случае постоянных внешних сил, так и сил, возрастающих во времени. Такие экспериментальные данные подчеркивают значение непрерывных наблюдений за земной корой для предсказания землетрясений. В ходе тех же лабораторных экспериментов возникали группы упругих толчков (микрошоков). Чувствительный виброграф, прикрепленный к образцу, фиксировал многочисленные узкие трещины, возникавшие в образце породы перед образованием основного разрыва. Частота появления таких микротолчков зависит от хрупкости и структурной неоднородности породы. Если порода очень однородна, то главное нарушение развивается внезапно, не сопровождаясь заметными упругими толчками. Напротив, в случае неоднородной структуры, которая и характерна для земной коры, могут регистрироваться частые упругие толчки. Эти эксперименты свидетельствуют о возможности предсказания сильных землетрясений на основании данных наблюдений над слабыми форшоками с использованием высокочувствительных сейсмографов.
Тщательный анализ геомагнитных данных указывает, что землетрясения средних магнитуд могут сопровождаться изменениями магнитного поля Земли, достигающими величины 10γ. К этому заключению приводят наблюдения с помощью внедряемых сейчас протонных; прецессионных; магнитометров и оптических маятниковых магнитометров, практически не подверженных дрейфу нуля. Опыты по сжатию базальтовых пород также свидетельствуют об изменении как магнитной восприимчивости, так и остаточной намагниченности примерно на 10-4/бар. Поэтому не лишено смысла предположение, что изменения геомагнитного ноля такого порядка могут быть связаны с изменениями давления в земной коре на 100 бар.
Имеется ряд сообщений о локальных изменениях магнитного поля перед землетрясениями; однако эти сведения нуждаются в подтверждении. Если бы в ряде стран установить необходимое количество современных магнитометров для регистрации сейсмомагнитного эффекта, можно было бы, по-видимому, с высокой точностью наблюдать изменения магнитного поля перед землетрясениями.