КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-27-00395

НазваниеКомплекс аномалий в обобщенной окрестности сильного землетрясения; физика процесса и использование в целях прогноза.

РуководительРодкин Михаил Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской академии наук (ИТПЗ РАН), г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-402 - Механизмы возникновения землетрясений, очаг, предвестники землетрясений

Ключевые словапрогноз сильных землетрясений, обобщенная окрестность сильного землетрясения, комплекс предвестниковых аномалий, программный комплекс

Код ГРНТИ37.31.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Научная и социальная значимость решения проблемы прогноза землетрясений вполне очевидны. Известно, что лучшие методы прогноза обеспечивают результаты существенно лучше случайного угадывания, но и существенно хуже, чем это нужно для эффективного использования прогноза в практических целях. Трудности решения задачи прогноза обусловлены как отсутствием на настоящий момент развитой физической теории сейсмического процесса (общеизвестно существование ряда парадоксов сейсмичности), так и очень сильной изменчивостью (случайностью?) сейсмического режима. Метод построения и анализа обобщенной окрестности сильного землетрясения, ООСЗ (Родкин, 2008; 2021; Rodkin, 2012; и др.) позволяет резко снизить (иногда практически убрать) случайную компоненту и выявить типичные закономерности развития фор- и афтершокового процесса. В ООСЗ явственно и в деталях видны как известные закономерности фор- и афтершокового поведения (закон Омори-Утсу, форшоковый степенной каскад), так и целый ряд других ранее не известных или дискуссионных особенностей фор- и афтершокового режима сейсмичности. Заметим, что вполне явственное выявление в ООСЗ признаков начала развития сейсмической неустойчивости примерно за 100 дней до момента обобщенного сильного землетрясения (ОСЗ) не дает оснований сомневаться в существовании довольно длительного процесса подготовки сильного землетрясения. ООСЗ и иные методы анализа (Rodkin, 2022) позволили также показать различие в процессах подготовки и реализации разноглубинных землетрясений. Тем самым, в определенной степени, находят разрешение упомянутые выше парадоксы сейсмичности. В ООСЗ «прогноз» места и времени обобщенного сильного землетрясения (ОСЗ) как бы вполне тривиален; форшоковый каскад нарастает к моменту ОСЗ степенным образом, и ошибка прогноза времени ОСЗ ничтожна. Естественно, встает задача использования этих наработок для прогноза не ОСЗ, а реальных землетрясений. В рамках проекта предлагается использовать комплекс выявленных в ООСЗ характерных закономерностей сейсмического режима в качестве идеального сценария развития сейсмической неустойчивости и для продолжения исследования физики сейсмического процесса (как уже было показано, [Rodkin, 2022], различной для событий разной глубины). В этот идеальный сценарий, при возможности, будут добавлены иные статистически достоверные признаки подготовки землетрясения (в частности, изменения параметров ионосферы). По сравнению с другими методами прогноза предлагаемый подход обладает следующими преимуществами. Прогноз будет осуществляться не по тем или иным предположительно предвестниковым признакам, а по комплексу аномалий, статистически достоверно выделенных в ООСЗ. Прогноз будет базироваться на комплексе прогнозных признаков, что повышает устойчивость результатов прогноза. Мы планирует отслеживать величину условного расстояния между текущим сейсмическим режимом и полученным в ООСЗ идеальным сценарием развития сейсмической неустойчивости. Вполне ожидаемо, как следствие результатов анализа ООСЗ, что интервалам времени подготовки сильных событий будут соответствовать минимумы величин этого условного расстояния. В рамках проекта ретроспективным образом будет установлено насколько эти минимумы велики, и насколько часто появляются ложные минимумы. Одновременно исследование ООСЗ, полученных для различных типов землетрясений (обычные неглубокие землетрясения, глубокие землетрясения, землетрясения зон СОХ) позволит продвинуться в понимании физики сейсмического процесса и детализации параметров прогнозируемого события. Прогноз сильных землетрясений может рассматриваться как пример задачи прогноза резкого изменения состояния сложной нестационарной динамической системы. Имея это в виду, мы предполагаем, для сравнения, использовать также методику выделения интервалов времени наиболее сильного развития нестационарности в режиме динамических систем, разработанную в ИПМ им. М.В.Келдыша РАН.

Ожидаемые результаты
Предложенный и реализованный нами ранее метод построения и анализа обобщенной окрестности сильного землетрясения (ООСЗ) позволяет с недоступными иными способами подробностью и надежностью описать типовые особенности развития предвестникового и афтершокового процесса. При этом, пусть и менее подробные, ООСЗ могут быть построены для землетрясений разного типа (обычные неглубокие землетрясения, глубокие землетрясения, землетрясения зон СОХ, иные группы землетрясений), что позволяет перейти к исследованию различия физических механизмов землетрясений разного типа. В рамках проекта на основе данных построения и анализа ООСЗ для разных групп землетрясений будет (пока ретроспективным образом) решаться вопрос об эффективности использования этого подхода для прогноза сильных землетрясений. Будут уточнены характеристики ООСЗ для разных типов землетрясений и будут построены соответствующие им идеальные сценарии развития сейсмической неустойчивости. Сравнением с этими идеальными сценариями будет выявлено, в какой степени сильная случайная компонента сейсмического режима, доминирующая в каждом конкретном случае, мешает распознавать выявленные по результатам анализа ООСЗ систематические признаки подготовки сильного землетрясения. На основе использования этого комплекса признаков будет построен и опробован новый программный прогностический комплекс. Следует ожидать, что такой прогноз на основе всего комплекса реально наблюденных в ООСЗ предвестниковых аномалий окажется эффективнее существующих алгоритмов прогноза, но насколько существенным окажется это улучшение пока не ясно. Результаты такого подхода к задаче прогноза сильных землетрясений будут сопоставлены с результатами использования более общей методики выявления моментов времени изменения состояния сложных нестационарных динамических систем, разработанной в ИПМ им. М.В.Келдыша РАН. Построение ООСЗ для разных групп землетрясений и анализ изменения характерных черт сейсмического режима с глубиной позволит на основе этих новых данных подойти также к нерешенной на данный момент и весьма актуальной задаче уточнения (построения) физической модели сейсмического процесса (как известно, удовлетворительной теории сейсмического процесса в настоящее время не существует, но известен ряд парадоксов сейсмичности). Ожидаемые в случае реализации проекта улучшение точности прогноза сильных землетрясений и выявление различий в характере сейсмического процесса для разных групп землетрясений были бы весьма значимыми научными результатами. При этом получение значимого улучшения качества прогноза по ретроспективным данным явилось бы веским основанием для постановки в дальнейшем работ по прогнозу этим методом сильных землетрясений в реальном времени.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Принято полагать, что основной трудностью на пути реализации практически эффективного прогноза землетрясений является преодоление очень высокой фоновой изменчивости сейсмического режима, маскирующей проявление прогнозных признаков. Метод Обобщенной окрестности сильного землетрясения позволяет достаточно определенно описать прогнозные признаки в среднем. Причем этим методом выявляется, по-видимому, максимально полный и точно параметризованный комплекс предвестниковых аномалий. Возникает вопрос, насколько возможно выделение таких признаков в окрестности каждого отдельного готовящегося сильного землетрясения? Исследование этого вопроса и является основной задачей данного проекта. Решение этой основной задачи предполагает также рассмотрение ряда других вопросов. Так, в частности, широко распространено мнение, что задача прогноза не может быть решена, пока не будет понята физика сейсмического процесса. Действительно, давно известен парадокс сейсмичности, согласно которому сейсмическая подвижка по разлому невозможна начиная с глубин в несколько десятков километров. Для объяснения этого парадокса (в том числе и руководителем данного проекта) был выдвинут ряд моделей, связывающих более глубокие землетрясения с развитием высоких флюидных давлений и с фазовыми переходами. До недавнего времени эти модели, однако, не имели весомого подтверждения сейсмическими данными, так как характер очага разноглубинных землетрясений представлялся одинаковым. Различия параметров разноглубинных землетрясений, причем согласующиеся с ранее предложенными физическими моделями, были недавно представлены в (Rodkin, 2022; Родкин, Липеровская, 2023; Rodkin, 2023; и др.). Но если физика разноглубинных землетрясений различается, то следует ожидать, что могут различаться и их прогнозные признаки. И, действительно, в рамках работ по данному проекту, показано, что средние сейсмоионосферные эффекты (определяемые методом наложения эпох) для разноглубинных землетрясений различаются. Учет такого различия позволяет как существенно повысить статистическую значимость выделяемых средних сейсмоионосферных эффектов, так и, в перспективе, перейти к решению задачи прогноза также и глубины готовящегося землетрясения. Дополнительными, по сути более техническими, также рассматриваемыми в рамках проекта, являются задачи инкорпорации в алгоритмы прогноза новых, исходно чисто математических, методов выделения интервалов относительно большей нестационарности в режиме сложных динамических систем (наработки сотрудников ИПМ РАН им. Келдыша) и методы выделения стационарных аномалий на фоне высокой изменчивости поведения ионосферы (метод позволил убрать ложные аномалии). В проекте решается комплекс означенных выше вопросов. На настоящий момент (первый год выполнения проекта) рассчитаны одиночные ООСЗ аномалии для совокупностей сильных Mw7.5+ землетрясений по данным мировых ISC-GEM и GCMT каталогов (сотни событий) и для набора единичных сильных событий по данным более полных региональных каталогов. Показано, что вероятность выявления ожидаемой прогнозной ООСЗ аномалии в форшоковой области готовящегося сильного землетрясения в решающей степени зависит от числа событий, попадающих в эту область. Предложен и реализован алгоритм исключения случайных (но как бы статистически значимых) аномалий по данным ионосферных наблюдений. Применительно к данным каталогов землетрясений апробированы методики выделения более и менее относительно нестационарных режимов по методическим разработкам ИПМ РАН. Эти результаты предполагается в дальнейшем использовать в алгоритмах прогноза в качестве дополнительных признаков подготовки сильного события.

Публикации

1. Кислицын А А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРАФОВ БЛИЖАЙШИХ СОСЕДЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ НЕЗАВИСИМОСТИ ВЫБОРОЧНЫХ ДАННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, том 35, номер 7, стр. 63-82 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.20948/mm-2023-07-05

2. Липеровская Е.В., Родкин М.В. The Distant Response of the Earthquake Precursory Process in foF2 as Inferred from Data of Vertical Sounding Stations Tokyo, Wakkanai and Yamagawa, 1957–2020. Conference proceedings © 2023, Problems of Geocosmos—2022 Proceedings of the XIV Conference and School. Ed.:Andrei Kosterov et.al., Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences., International Conference and School — Problems of Geocosmos ICS 2022: Problems of Geocosmos—2022 pp 443–453 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/978-3-031-40728-4_34

3. Родкин М.В. Новый алгоритм прогноза землетрясений – подходы и вопросы. Материалы III Всероссийской конференции с международным участием «Современные методы оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений», 25-26 октября 2023 г., ИТПЗ РАН, Москва, Материалы III Всероссийская научная конференция с международным участием «Современные методы оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений» (25-26 октября 2023 г., ИТПЗ РАН, Москва), 2023, 215-219 (год публикации - 2023)

4. Родкин М.В., Ирмак Т.С., Таймаз Т. Дуплет Турецких землетрясений 6 февраля 2023 года: вопросы и уроки Природа, Природа, 5 (1293), 13-21 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.7868/S0032874X23050022

5. Родкин М.В., Липеровская Е.В. О выделении систематической компоненты в изменчивости параметров динамических систем Динамические процессы в геосферах, ИДГ РАН, Москва, Т. 15, № 2, С. 13–22. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.26006/29490995_2023_15_2_13

6. Липеровская Е.В., Родкин М.В. Предвестники землетрясений в F-области ионосферы, статистика сейсмоионосферных эффектов по данным станций вертикального ионосферного зондирования Японии тезисыXIII Международной конференции «Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений» 25 - 29 сентября 2023 г. с. Паратунка, Камчатский край. 2023, Сборник тезисов XIII Международной конференции «Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений» 25 - 29 сентября 2023 г. с. Паратунка, Камчатский край. 2023, С.118 (год публикации - 2023)

7. Липеровская Е.В., Родкин М.В. Статистика и моделирование сейсмоионосферных эффектов в F-области по данным станции вертикального зондирования Токио Материалы 21-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» Москва, ИКИ РАН, 13–17 ноября 2023 г., Материалы 21-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» Москва, ИКИ РАН, 13–17 ноября 2023 г., С.313 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.21046/21DZZconf-2023a

8. Родкин М.В., Е.В.Липеровская Е.В. Проблемы и новый подход к прогнозу сильных землетрясений Программа IX Всероссийской научно- научно-техническая конференции «Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов» 24 – 30 сентября 2023 г. Петропавловск-Камчатский. 2023 г., Программа IX Всероссийской научно- научно-техническая конференции «Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов» 24 – 30 сентября 2023 г. Петропавловск-Камчатский. 2023 г., С. 24 (год публикации - 2023)

9. Родкин М.В., Ирмак Т.С., Таймаз Т. Дублет сильных землетрясений в Турции 6 февраля 2023 г. обозначил ряд проблем Программа и тезисы докладов IX Всероссийской научно-техническая конференции «Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов» 24 – 30 сентября 2023 г. Петропавловск-Камчатский. 2023 г., Программа и тезисы докладов IX Всероссийской научно-техническая конференции «Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов» 24 – 30 сентября 2023 г. Петропавловск-Камчатский. 2023 г., с.23 (год публикации - 2023)