ИСТИНА

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ОБЛУЧЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ МОЩНЫМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ Тарасов Н.Т., Тарасова Н.В. Тел.: +7 (499) 254-90-42, факс: +7 (499) 766-26-54, E-mail: tarasov@ifz.ru Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук, Москва, Россия В последние 10-20 лет геофизики уделяли большое внимание изучению инициированной сейсмичности. Было обнаружено, что естественные и техногенные факторы разной физической природы могут вызывать заметные изменения сейсмического режима в результате их триггерного воздействия на области подготовки землетрясений. Такой интерес обусловлен тем, что исследования триггерных явлений имеют большое значение как для понимания физики очага землетрясений и более полного представления о сейсмическом процессе в целом, так и для изучения принципиальной возможности их использования для прогноза и предотвращения катастрофических землетрясений. В докладе представлены результаты большого цикла работ, посвященных, в основном, изучению влияния на сейсмичность электромагнитных полей. Изучены изменения сейсмичности двух наиболее сейсмоактивных областей Средней Азии - Гармского района Таджикистана и Северного Тянь-Шаня после облучения их коры мощными электромагнитными импульсами (ЭИ) магнитогидродинамических генераторов (МГД), применявшихся в качестве источников при проведении глубинного электрического зондирования коры на Гармском и Бишкекском прогностических полигонах ИФЗ РАН и ОИВТ РАН. Впервые показано, что облучение коры ЭИ вызывает заметную статистически значимую активизацию сейсмичности этих областей, которая возникает с задержкой 2-5 суток после сеансов зондирования и продолжается 5–20 суток. Повышение суммарной сейсмической энергии оказалось при этом на 5-6 порядков больше энергии ЭИ, откуда следует, что их воздействие является триггерным и инициирует дополнительное излучение накопленной в коре энергии упругих деформаций в виде серии относительно слабых землетрясений [1, 2]. Помимо активизации, в периоды проведения экспериментов по облучению коры ЭИ в обеих областях наблюдалась перестройка пространственно-временной структуры сейсмичности, которая имела сходные черты в Гармском районе Таджикистана и на северном Тянь-Шане. В обеих областях было обнаружено статистически значимое уменьшение фрактальной размерности пространственного распределения гипоцентров землетрясений d2 и возрастание показателя Херста H в периоды облучения их коры ЭИ. Следовательно, в результате облучения возникает временная и пространственная кластеризация сейсмичности [3], что должно приводить к возрастанию радиуса ее корреляции и синхронизации. Последнее обстоятельство позволяет объяснить наблюдаемую активизацию сейсмичности и перестройку ее пространственно-временной структуры на значительных расстояниях от источника облучения. Чтобы проверить это, было изучено изменение во времени кросс-корреляции пар карт плотности потока землетрясений, полученных для каждого из двух смежных годичных интервалов. При этом в обеих рассматриваемых областях была уверенно выявлена 5 - летняя периодичность этой функции, что свидетельствует о циклическом характере пространственного перераспределения сейсмичности во времени. Во время проведения экспериментов по облучению коры ЭИ значения корреляции резко возрастают, а периоды ее осцилляций уменьшаются до 2.5 лет, т.е. воздействие облучения коры приводит к пространственной синхронизации сейсмичности и одновременно ускоряет циклы ее перестройки в 2 раза. Подобное поведение рассмотренных параметров, характерно для сложных нелинейных динамических систем, находящихся у порога бифуркации. Радиус корреляции таких систем резко возрастает, что приводит к их синхронизации. В то же время они становятся чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям. В обеих рассматриваемых областях это проявилось в статистически значимом росте сейсмической активности в периоды их облучения и повышению скорости высвобождения сейсмотектонических деформаций, вносящих свой вклад в процесс квазипластического деформирования коры, что должно было повлиять на ее напряженно-деформированное состояние. Поэтому были изучены пространственно-временные изменения скорости сейсмотектонических деформаций. Оказалось, что в обеих исследуемых областях в периоды облучения коры скорость сейсмотектонических деформаций значительно возрастает за счет активизации слабой сейсмичности, вызванной триггерным воздействием электромагнитных полей. Это вызывает дополнительное высвобождение упругих деформаций, которое достигает 3-13% от предельной деформации горных пород. Этот достаточно серьезный вклад в процесс квазипластического деформирования коры приводит к дополнительной релаксации упругих напряжений на 0.4-1.7 бар, что примерно соответствует 1-17% от сброса напряжений в очагах сильных землетрясений [4]. Изучены также пространственные изменения приращения скорости сейсмотектонических деформаций северного Тянь-Шаня во время облучения коры перед относительно сильным землетрясением с магнитудой с M=6.3, произошедшем в пределах этой области 24.01.87 г. В районе его эпицентра выявлена статистически значимая (с уровнем 0.05) пространственная аномалия, в пределах которой скорости деформаций возросли после начала облучения коры на 2-3 порядка. Ее линейные размеры и амплитуда хорошо согласуются с оценками, полученными с помощью известных из литературы соотношений, связывающих эти параметры с магнитудой землетрясения и длительностью его предвестников, что позволило интерпретировать эту аномалию как область подготовки события с M=6.3, в пределах которой происходила концентрация упругих напряжений [5]. Следовательно наиболее заметная активизация сейсмичности после облучения и связанная с ней релаксация упругих напряжений наблюдается в областях их наибольшей концентрации, что, по-видимому, может быть использовано для мониторинга напряженного состояния коры с целью прогноза землетрясений. Электромагнитные поля оказывают влияние на землетрясения одновременно с целым рядом природных и техногенных факторов и характер сейсмического отклика среды на облучение может нелинейным образом зависеть от их сочетания. Однако пока эти вопросы остаются мало изученными. В пределах рассматриваемых областей помимо облучения коры ЭИ, по видимому, наиболее заметное влияние на сейсмичность оказывали подземные ядерные взрывы (ЯВ), производимые на семипалатинском полигоне с 1962 по 1989 гг. Ранее авторами было показано, что их воздействие вызывало активизацию сейсмичности Гармского района Таджикистана [6]. Поэтому в данной работе особенности комбинированного воздействия электромагнитного облучения и подземных ядерных взрывов рассмотрено на примере этого района. Сначала, для исключения погрешностей связанных с длиннопериодными вариациями сейсмического режима, изменение сейсмичности этой области после ЯВ было изучено только в период проведения экспериментов по облучению коры ЭИ с 1975 по 1978 гг. Показано, что облучение коры, также как и сейсмическое воздействие ЯВ, вызывает заметную, статистически значимую активизацию сейсмичности и приводит к значительному росту суммарной сейсмической энергии (ССЭ) землетрясений рассматриваемой области. Причем, облучение коры вызывает более сильную активизацию сейсмичности, чем воздействие ЯВ. Интересно, что облучение коры перед ЯВ повышает эффективность их триггерного воздействия, тогда как взрывы, произведенные перед облучением, снижают эффективность воздействия ЭИ. Изменения ССЭ, инициированное каждым из этих факторов разной физической природы, сопоставлены с особенностями геологического строения рассматриваемой области, которая включает в себя структуры Южного Тянь-Шаня, Таджикской депрессии и Северо-Памирского поднятия. При этом выявлены две области аномально высокого повышения ССЭ после облучения коры и взрывов. Одна из них приурочена к активному Дарваз-Каракульскому разлому, разделяющему Таджикскую Депрессию и Дарвазский хребет, а другая - к второстепенному разлому в северной части депрессии. Обе они имеют сложную конфигурацию в виде двух "лепестков", расположенных на разных крыльях этих разломов, очень похожую на очертание областей остаточных деформаций после подвижки по левостороннему сдвигу. В обоих случаях один из "лепестков" проявляется после ЭИ, а второй - после ЯВ. Причем эти "лепестки" не пересекались и по глубине. После ЭИ сильный рост ССЭ возникал в приповерхностном (0-5 км) слое кайнозойских отложений, а после ЯВ на глубинах более 5 км. Таким образом, ЭИ и ЯВ вызывают активизацию разных геологических структур. Кажется разумным предположить, что каждая из этих двух "бабочек" представляет собой единую аномальную область, различные части которой активизируются триггерным воздействием определенной физической природы, что может быть обусловлено особенностями физико-механических характеристик вмещающих массивов горных пород. Выше уже говорилось, что наиболее заметная активизация сейсмичности после облучения коры ЭИ наблюдается в областях повышенной интенсивности тектонических напряжений. Следовательно наиболее сильная активизация сейсмичности после ЯВ также возникает в пределах областей повышенной концентрации напряжений. Этот вывод подтверждается и тем, что в периоды подготовки наиболее сильных землетрясений Гармского района эффективность триггерного воздействия ЯВ была существенно выше, чем в другие периоды времени. Тем не менее остается неясным, что в большей мере определяет возникновение таких областей - геологическое строение и физико-механические характеристики массивов горных пород или локальные изменения напряженно-деформированного состояния земной коры? Чтобы ответь на этот вопрос, триггеное воздействие ЯВ было изучено не только в период облучения коры ЭИ, но и за такие же периоды времени до начала и после завершения этих экспериментов. В результате оказалось, что до и после этих экспериментов этих аномальных областей не наблюдалось. Следовательно их появление в большей мере связано с аномальным напряженно деформированным состоянием земной коры, возможно, с подготовкой сильных землетрясений. Однако сильных событий в этих областях так и не произошло, что может быть связано с релаксацией упругих напряжений, вызванных облучением коры ЭИ. Интересно, что поле завершения экспериментов по облучению коры в радиусе 50-70 км от источника облучения вообще не наблюдалось областей повышенных напряжений. Следовательно облучение коры привело к релаксации аномально высоких напряжений на обширной территории рассматриваемой области площадью порядка 3500 км2. Однако судя по значительной активизации сейсмичности, вызванной ЯВ на ее юго-западной и восточной юго-восточной окраинах, это привело к повышению интенсивности напряжений на периферии облучаемой области. Авторы выражают свою глубокую признательность сотрудникам Научной станции РАН в Бишкеке и коллегам из ОИВТ РАН за помощь и предоставление данных о пусках МГД-генератора на Бишкекском прогностическом полигоне. Список литературы 1. Tarasov N.T. Crustal Seismicity Variation under Electric Action // Transaction (Doklady) of the Russian Academy of Sciences. Earth Science Sections. 1997, V. 353A, №. 3, Р. 445-448. 2. Тарасов Н.Т., Тарасова Н.В., Авагимов А.А., Зейгарник В.А. Воздействие мощных электромагнитных импульсов на сейсмичность Средней Азии и Казахстана // Вулканология и сейсмология. 1999. № 4-5. C. 152-160. 3. Tarasov N.T., Tarasova N.V. Spatial-temporal structure of seismicity of the North Tien Shan and their change under effect of high energy electromagnetic pulses // Annals of Geophysics. 2004. V. 47. № 1. P. 199-212. 4. Тарасов Н.Т. Влияние сильных электромагнитных полей на скорость сейсмотектонических деформаций. // Доклады РАН. 2010. т.433. № 5. С. 689-692. 5. Тарасов Н.Т., Тарасова Н.В. Влияние электромагнитных полей на скорость сейсмотектонических деформаций, релаксация упругих напряжений, их активный мониторинг // Физика Земли. 2011. № 10. С. 82–96. 6. Тарасов Н.Т., Тарасова Н.В. Активизация сейсмичности в области активного разлома под действием электромагнитных полей и взрывов. В книге: "Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле". Материалы докладов четвертой всероссийской тектонофизической конференции. Ответственный редактор Ю.Л. Ребецкий. М.: ИФЗ РАН. 2016. Т. 1. С. 571-577