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

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 проекта 23-27-00395

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

Руководитель Родкин 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

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 слова прогноз 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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. 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)
10.1007/978-3-031-40728-4_34

2. 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)
10.7868/S0032874X23050022

3. 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)
10.20948/mm-2023-07-05

4. 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)

5. 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)
10.21046/21DZZconf-2023a

6. 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)

7. 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)

8. 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)
10.26006/29490995_2023_15_2_13

9. 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)

10. Родкин М.В., Новый подход к прогнозу землетрясений, логика построения и предварительные результаты IX Международный симпозиум «ПРОБЛЕМЫ ГЕОДИНАМИКИ И ГЕОЭКОЛОГИИ ВНУТРИКОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ОРОГЕНОВ» 24–29 июня 2024 г. , Бишкек, Тезисы докладов, IX Международный симпозиум «ПРОБЛЕМЫ ГЕОДИНАМИКИ И ГЕОЭКОЛОГИИ ВНУТРИКОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ОРОГЕНОВ» 24–29 июня 2024 г. , Бишкек, Тезисы докладов, стр.382 (год публикации - 2024)

11. Родкин М.В., Андреева М.Ю. Уточнение типовых предвестниковых аномалий и их проявленность в очагах отдельных сильных землетрясений, Камчатка-Северные Курилы тезисы докладов V Всероссийской научной конференции с международным участием, г. Южно-Сахалинск, 27– 31 мая 2024 г. [Электронный ресурс] / отв. ред. Л.М. Богомолов. – Южно-Сахалинск: Ин-т морской геологии и геофизики ДВО РАН, 2024. – 8.4 Мб : 160 с. , тезисы докладов V Всероссийской научной конференции с международным участием, г. Южно-Сахалинск, 27– 31 мая 2024 г. [Электронный ресурс] / отв. ред. Л.М. Богомолов. – Южно-Сахалинск: Ин-т морской геологии и геофизики ДВО РАН, 2024. – 8.4 Мб : 160 с. , c.77 (год публикации - 2024)
10.30730/978-5-6044483-5-9.2024-8

12. Родкин М.В. Earthquake forecast algorithm based on the set of typical anomalies obtained in the general vicinity of large earthquake Problems of Geocosmos—2024. ICS 2024. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham (год публикации - 2025)

13. Кислицын А.А., Орлов Ю.Н., Родкин М.В. Новые методы анализа характера нестационарности сейсмического режима Физика Земли (год публикации - 2025)

14. Родкин М.В., А.А. Кислицын, М.Ю. Кислицына АНАЛИЗ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ, НОВЫЕ СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ VII международной конференции Триггерные эффекты в геосистемах (2–5 июля 2024 г., Долгопрудный, МФТИ), VII международной конференции Триггерные эффекты в геосистемах (2–5 июля 2024 г., Долгопрудный, МФТИ), стр 105 (год публикации - 2024)

15. Липеровская Е.В., Родкин Spatiotemporal features of seismoionospheric anomalies in the F-layer, Japan region XV школа-конференция с международным участием «Проблемы Геокосмоса — 2024» 22 апр 2024 - 27 апр 2024, СПбГУ, XV школа-конференция с международным участием «Проблемы Геокосмоса — 2024» 22 апр 2024 - 27 апр 2024, СПбГУ, GC2024-STP055 (год публикации - 2024)

16. Родкин М.В., Орунбаев С.Ж. Новые подходы к оценке долгосрочной сейсмической опасности, грунтовым условиям и сейсмическому прогнозу Международная конференция "Прошлые достижения и будущие задачи прикладных исследований Земли в Центральной Азии" (08.10.2024), Центрально-Азиатский институт прикладных исследований Земли (ЦАИИЗ), Тезисы докладов., Международная конференция "Прошлые достижения и будущие задачи прикладных исследований Земли в Центральной Азии" (08.10.2024), Центрально-Азиатский институт прикладных исследований Земли (ЦАИИЗ), Бишкек, Кыргызстан. Тезисы докладов. (год публикации - 2025)

17. Липеровская Е.В., Родкин М.В. Spatiotemporal features of earthquake-related ionospheric anomalies in the F-layer, Japan region Problems of Geocosmos—2024. ICS 2024. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham , Problems of Geocosmos—2024. ICS 2024. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham (год публикации - 2025)

18. Родкин М.В. On Fluid-Metamorphic Regime of Deep Fault Zones, in Connection with “Topical Issues in Hydrogeology of Seismogenic Fault Zones” by G. G. Kocharyan and I. V. Shatunov Izvestiya, Physics of the Solid Earth, © Pleiades Publishing, Ltd., 2024., Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 2024, Vol. 60, No. 4, pp. 694–701. (год публикации - 2024)
10.1134/S1069351324700605

19. Родкин М.В. О режиме вызванной сейсмичности VII международная конференция триггерные эффекты в геосистемах. 2–5 июля 2024 г., Долгопрудный, МФТИ. Тезисы докладов., VII международная конференция триггерные эффекты в геосистемах. 2–5 июля 2024 г., Долгопрудный, МФТИ. Тезисы докладов, 103-104. (год публикации - 2024)

20. Липеровская Е.В. Предвестники землетрясений в F-области ионосферы по материалам станций вертикального зондирования Токио, Вакканай, Ямагава VII международной конференции ТРИГГЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ГЕОСИСТЕМАХ (2–5 июля 2024 г., Долгопрудный, МФТИ), ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, VII международной конференции ТРИГГЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ГЕОСИСТЕМАХ (2–5 июля 2024 г., Долгопрудный, МФТИ) ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, с.74 (год публикации - 2024)

21. Родкин М.В. Earthquake forecast algorithm based on the set of typical anomalies obtained in the general vicinity of large earthquake XV школа-конференция с международным участием «Проблемы Геокосмоса — 2024», 22 апр 2024 - 27 апр 2024,СПбГУ, XV школа-конференция с международным участием «Проблемы Геокосмоса — 2024», 22 апр 2024 - 27 апр 2024,СПбГУ, GC2024-SG060 (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Основной трудностью на пути получения эффективного прогноза землетрясений является очень высокая фоновая изменчивость сейсмического режима, маскирующая прогнозные признаки. Применение метода обобщенной окрестности сильного землетрясения (ООСЗ) позволяет в деталях описывать типовые прогнозные аномалии. В серии работ по анализу ООСЗ с большой подробностью описан комплекс типовых аномалий, наблюдаемых в форшоковых и афтершоковых областях сильных землетрясений. При этом учитывалось различие физических механизмов разрушения разноглубинных землетрясений. По результатам анализа мировых ISC-GEM и GCMT каталогов была показана невысокая вероятность выделения значимых аномалий в окрестности таких землетрясений, но при этом наблюдается четкая тенденция роста вероятности выделения ООСЗ аномалий при росте числа событий в форшоковой области сильного землетрясения. Эта тенденция проверялась по результатам анализа сейсмичности Камчатки и Курильских островов и отдельных важных случаев, в частности примера дублета Турецких землетрясений 06.02.2023. Было получено убедительное подтверждение: на основе регионального каталога Курило-Камчатки для случаев большого числа форшоковых событий в очаговых областях сильных землетрясений была продемонстрирована высокая вероятность ретроспективного прогноза по увеличению потока, увеличению средней магнитуды, иногда и по тенденции изменения средней глубины форшоков. Это же было подтверждено на примере дублета сильных Турецких землетрясений с наиболее детальной сетью наблюдений. В непересекающихся форшоковых областях этих обоих землетрясений были выявлены обе ООСЗ аномалии: по росту числа форшоков и по увеличению средней магнитуды. На основании полученных результатов было предварительно сформулировано требование на систему регистрации сейсмических событий, которая могла бы обеспечить выявление прогнозных аномалий для событий Мо+ с некоторой заданной вероятностью p. В частности, можно предположить, что для систематического выделения прогнозных аномалий от целевых событий Мо+ потребуется система наблюдений, обеспечивающая надежную регистрацию слабых землетрясений величиной не хуже Мо-(4÷5) единиц магнитуды. Отметим также проблему ложных тревог. В случае анализа данных мировых GCMT и ISC-GEM каталогов и регионального каталога Камчатки число ложных тревог оказалось довольно большим, однако аналогичная проверка для хорошо обеспеченного сейсмическими данными района очаговых областей турецких землетрясений количество ложных тревог оказалось несущественным. Можно предположить, что доля ложных тревог, особенно в случаях одновременного появления статистически значимых (на уровне 0.1) квазипрогнозных аномалий, (например, по числу форшоков и средней магнитуде землетрясений) для подробных каталогов землетрясений окажется небольшой. В проекте для описания изменчивости сейсмического режима рассматривалась возможность применения новых математических подходов, ранее успешно применявшихся для описания нестационарности и случаев «разладки» в поведении систем различной природы: в экономике, лингвистике, медицине. Удалось показать ряд особенностей характера нестационарности сейсмического режима на длительных интервалах времени (годы, десятки лет). Применительно к данному проекту основной целью применения новых математических подходов была надежда на возможность конструирования на их основе новых признаков нестационарности сейсмического процесса, имея в виду возможностью агрегирования этих признаков с набором известных ООСЗ аномалий с целью увеличения числа прогнозных аномалий. Это предполагает описание сейсмического режима на интервалах времени подготовки отдельных землетрясений (порядка сотен дней) и представляет задачу будущего. В постановке задач проекта важная роль отводилась уточнению особенностей процесса сейсмического разрушения на разных уровнях литосферы и верхней мантии. Наряду с землетрясениями с доминирующей ролью флюидного режима и наиболее глубокими землетрясениями с предположительно основным механизмом разрушения, связанного с фазовыми переходами, отмечалась ожидаемая специфика наиболее приповерхностных событий. Подойти к этому теоретически и практически важному вопросу позволило использование ряда локальных каталогов землетрясений приповерхностной вызванной сейсмичности и применение метода ООСЗ. Вызванная сейсмичность преимущественно приповерхностная, и эти районы иногда хорошо обеспечены системой локальных сейсмических наблюдений. В результате анализа была выявлена тенденция уменьшения вызванной сейсмичности со временем. Можно предположить, что этот процесс связан с релаксацией исходных тектонических напряжений при длительном и сильном антропогенном воздействии. Также, методом ООСЗ было показано иное, чем для обычных землетрясений отношение интенсивностей фор и афтершоковых каскадов для вызванной приповерхностной сейсмичности, а именно характерная относительная интенсивность форшокового и афтершоковых процессов вызванных землетрясений оказалась близкой. Полученные выводы важны как в плане уточнения характера сейсмического процесса на разных глубинных этажах, в данном случае для приповерхностных землетрясений, так и в практическом плане. Легко видеть, что тенденция уменьшения вызванной сейсмичности со временем при сохранении сильного антропогенного стресса важна для оценки локальной сейсмической опасности в районах развития антропогенной сейсмичности. Близость интенсивности форшокового и афтершокового каскадов указывает на относительно лучшую прогнозируемость более сильных приповерхностных событий. Выше для типичной сейсмичности было сформулировано вероятное соотношение между амплитудами целевых событий Мо+ и желательной детальностью используемого каталога. Предварительно можно предположить, что требования для приповерхностной сейсмичности на детальность каталога окажутся несколько менее жесткими. Скажем, требуется представительность используемого каталога не хуже Мо-(3÷4) единиц магнитуды. Легко видеть, что полученные результаты при их подтверждении новыми исследованиями представляют заметный практический интерес.

Публикации