Ученые научились определять зоны зарождения сильных землетрясений

Поднятый на поверхность тектонический разлом в п. Бугульдейка на Байкале. Рисунок: Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ, фото: Алексей Остапчук.

Землетрясения являются одним из наиболее опасных природных явлений, поскольку могут вызывать разрушения целых городов (Спитак, Армения, 1988) и серьезнейшие аварии, в том числе на атомных станциях (Фукусима, Япония, 2011). Их практически невозможно предсказать или предотвратить. Единственное, что известно точно, — землетрясения зарождаются на глубинах до десятков километров и связаны с движением разломов земной коры.

Разломы земной коры имеют сложную структуру и складываются из разных типов горных пород. Долгое время единственным способом изучения участков разломов, где в прошлом зарождались сильные землетрясения, были наземные полевые наблюдения. За миллионы лет эти места были подняты на земную поверхность.

«Сегодня есть методы и технологии, позволяющие фиксировать колебания от очень слабых землетрясений и определять эпицентр с точностью до десятков метров. Это дает нам возможность исследовать места разломов, где толчки зарождаются “здесь и сейчас”. При детальном рассмотрении отчетливо видно, что в одной и той же зоне разлома может произойти как очень слабое, так и очень сильное землетрясение. А так как слабые происходят в тысячи раз чаще, то мы решили использовать данные о местоположениях слабых землетрясений, чтобы понять, как устроены области зарождения сильных», — рассказал руководитель исследования Алексей Остапчук, заведующий лабораторией Института динамики геосфер РАН, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики геосистем МФТИ.

Геофизики разработали новый метод, который позволяет выявить глубинную структуру разлома и определить области, где зарождаются сильные землетрясения. Для этого ученые применили нестандартные математические методы к обработке результатов слабых землетрясений и выделили области концентрации слабых толчков — топологически плотные кластеры. Они отображают положение контактных пятен — мест зарождения сильных землетрясений. В сейсмических данных контактные пятна начинают проявляться уже через несколько лет после начала наблюдения, и информация о структуре контактных пятен, полученная по сейсмическим данным, хорошо согласуется с данными полевых наблюдений.

В дальнейшем, зная местоположение контактных пятен, можно надежно контролировать приближение сильных толчков по ряду косвенных признаков вблизи них. Одним из таких признаков может являться изменение спектра сейсмического шума в области контактного пятна. Так, в спектре сейсмического шума возникают характерные пики, частоты которых снижаются по мере приближения сильного землетрясения. Полученные в работе результаты помогают подойти к пониманию того, как зарождаются сильные землетрясения.