Байкал прекрасный и грозный
Планетарные зоны концентрации сейсмической активности приурочены к границам крупных литосферных плит. Одна из таких длительно живущих разломных систем - Байкальская рифтовая зона, которая расположена на стыке Амурской и Евро-Азиатской литосферных плит и является внутриконтинентальной зоной растяжения. Байкальский рифт имеет протяженность более чем на 2000 км и состоит из ряда рифтовых впадин. Озеро Байкал заполняет три крупных впадины-котловины и протягивается на 700 километров при средней ширине 40-60 километров.
Новейшая активизация нашего региона, по оценке академика Н.А.Логачева, произошла примерно 3,5 миллиона лет назад. Повышенная активность тектонических процессов сохраняется и в настоящее время. Ежегодно в пределах рифта фиксируется 5-8 тысяч землетрясений разной интенсивности. По имеющейся с 1725 года статистике в Байкальской рифтовой зоне произошло более двадцати землетрясений силой 9-11 баллов по 12-балльной шкале MSK-64, магнитудой 7-8 по шкале Рихтера.
В список катастрофических и сильнейших землетрясений последних 150 лет входят Цаганское (1862 г.), Среднебайкальское (1930 г.), Мондинское (1950 г.), Северо-Муйское (1957 г.), Сседнебайкальское (1959 г.) и др.
При Цаганском землетрясении 1862 года под воду ушло семь улусов (погибли 3 человека, а 1300 остались без крова в январскую стужу), образовался залив Провал. Имеются исторические свидетельства о возникшем при землетрясении цунами: «....волна /..../ устремилась на берег, снесла зимовье и прошла на две слишком версты вглубь земли, уничтожив стоявший на пути лесок и прорвав землю». Поэтому проблема цунами - это и проблема прибрежных байкальских территорий.
Самое сильное землетрясение в нашем регионе было зафиксировано в 1957 году вблизи поселков Муя и Усть-Муя (магнитуда- 7.9, интенсивность в эпицентре - 10-11 баллов). Муйское землетрясение произошло в области до тех пор считавшейся асейсмичной. Площадь 5-балльных сотрясений составила 600 тысяч кв. километров, обвалы и осыпи наблюдались на расстоянии до 350 километров, 6-7-балльные эффекты наблюдались на расстоянии 500 километров в районе Читы и Бодайбо.
При Среднебайкальском землетрясении 1959 года интенсивность в эпицентре составила 9 баллов, в Улан-Удэ - 7 баллов. «В многочисленных зданиях, находящихся в центральной части города, от сейсмического воздействия образовались сквозные трещины в капитальных кирпичных стенах, трещины и обвалы штукатурки, перекосы дверных и оконных рам, разрушены дымоходные трубы. Эти разрушения имели место в обследованных зданиях обкома КПСС, Совета Министров, Комплексного научно-исследовательского института СО АН СССР, гостиницы Советов, на сооружениях городского водопровода, втором участке ЛВРЗ, мастерских Театра оперы и балета, в Доме политпросвещения КПСС и др».
Человечеству присуще быстро забывать печальные страницы истории. Тем не менее, сейсмические катастрофы прошлого инициировали создание на Байкале одной из старейших сейсмологических сетей. Сейсмостанции в Иркутске, Кабанске и Чите были одними из первых в России, наисовременнейшими по тому времени и уже отметили свои 100-летние юбилеи. После Мондинского, Муйского и Среднебайкальского землетрясений была продолжена созидательная работа по развитию региональной сети Прибайкалья, насчитывающей в настоящий момент 28 сейсмологических станций. Наблюдения этой сети станций составляют основу системы оповещения о сильных местных землетрясениях и используются при составлении долгосрочного прогноза - карт сейсмического районирования разной детальности.
Прелюдия в стиле форшок
Процесс подготовки землетрясения из-за сложного взаимодействия геоблоков, характера напряжений и скорости деформаций может и должен иметь свои региональные особенности. Сценарии катастрофических землетрясений Прибайкалья отличаются от калифорнийских и даже монгольских. Сейсмостатистика свидетельствует, что для большинства катастрофических землетрясений Прибайкалья характерен сценарий: предваряющая (форшоковая) активизация - главный удар (само землетрясение) - последовательность затухающих толчков (афтершоков). По типовому «прибайкальскому» сценарию развивались и относительно недавние сильные события, произошедшие в 1999 году почти одновременно на севере (Кичерское) и юге Байкальского рифта (Южнобайкальское).
Южнобайкальское землетрясение имело два главных толчка: 10 февраля (5-6 баллов в эпицентре) и 25 февраля (8 баллов в эпицентре), предварявшихся форшоковой активизацией и завершающихся многочисленными афтершоками. Очаг землетрясения находился в 200 километрах от Улан-Удэ и в 80 километрах от Иркутска, где была довольно сильная паника. Непосредственно в очаговой области за период с 50-х годов XX века вообще не регистрировались сейсмические события. По характеру энерговыделения первая последовательность землетрясений 10 февраля была аномальной: обычно слабые толчки не имеют форшоков и афтершоков, что насторожило наших сейсмологов. Хотя локация эпицентров в 1999 г. была чрезвычайно приблизительной из-за ограниченного количества станций, оснащенных телеметрией, тем не менее, регистрация серии землетрясений из одного очага (за 14 дней!) свидетельствовала о повышенной вероятности сильного землетрясения на Южном Байкале. Форшоки были зарегистрированы и за 8 часов до главного толчка 25 февраля, вслед за которым произошло такое количество более слабых толчков, что были «перевыполнены» все годовые нормы регистрации землетрясений.
Слушающие землю
Полученный в 1999 году опыт подтвердил принципиальную возможность среднесрочного прогноза места и силы местных землетрясений, важность организации детальных сейсмонаблюдений, необходимость оперативного сбора сейсмограмм со станций и их обработки в режиме близреального времени. Наши представления о принципиальной возможности среднесрочного прогноза были поддержаны академиками С.В.Гольдиным и А.С.Алексеевым, сформулировавшими концепцию, согласно которой мониторинг следует ориентировать не на поиск предвестников, а на изучение и отслеживание процессов, приводящих к землетрясению.
При поддержке Правительства Бурятии и Президиума СО РАН в 1999-2002 гг. была создана Селенгинская система активного и пассивного мониторинга. Не имеющая аналогов в России и в мире, эта система оснащена оборудованием мирового уровня, позволяющим реализовать уникальную технологию многовекторного - по нескольким направлениям - вибросейсмического просвечивания очаговых зон и с помощью мощного стационарного виброисточника ЦВО-100. Выполняемые на единой методической основе сейсмонаблюдения позволяют отслеживать изменения сейсмического потока и накапливать материал для фундаментальных и прикладных научных исследований. Первые результаты вполне обнадеживают. В 2001-2003 гг. прослежены стадии перехода Селенгинской зоны из спокойного в нынешнее метастабильное состояние. Доказана эффективность активного многовекторного мониторинга: с помощью вибратора ЦВО-100 удалось на протяжении почти трех лет отследить по снижению скорости сейсмических волн развитие множества трещин - дилатансии и обратный процесс восстановления скоростных характеристик в очаге сильного землетрясения в акватории оз. Байкал. Экспериментальные данные подтверждают, что очаги землетрясений наилучшим образом «проявляются» при их расположении в средней части «просвечиваемой» трассы. Для расширения возможностей нашей системы активного мониторинга необходимо приобретение передвижного вибратора, излучающего в двух-трех точках на западном берегу оз. Байкал. Новая конфигурация наблюдений позволит вывести из сейсмического «сумрака» и отслеживать очаговые процессы в наиболее сейсмоопасных краях и центре (район залива Провал) Селенгинской зоны.
Технический прогресс способен придать новый импульс сейсмологическим наблюдениям. Сибирское отделение РАН изыскало средства для оснащения нашей сети в 2006г. импортными цифровыми широкополосными сейсмодатчиками, что позволит изучать тонкую структуру записей землетрясений, восстанавливать движения в очаге и решать сложные научные и прикладные задачи, сформулированные сейсмологами и строителями. Имеется принципиальная возможность повысить оперативность сбора и обработки сейсмограмм, используя современные микропроцессорные системы регистрации, каналы передачи данных - от УКВ до спутниковых и сотовых. Конечно, все это - деньги и деньги, но как показывает опыт, целевые затраты на нашей территории повышенного сейсмического риска в будущем обязательно обернутся вполне реальной отдачей.
Сейсмология XXI: защита будет активной
Из-за принципиальной трудности краткосрочного прогноза - определения времени землетрясений - многие специалисты видят перспективы в создании методов разрядки накопившейся сейсмической энергии. Успех возможен при реализации технологической цепочки: эффективная система мониторинга для обнаружения и локализации наиболее подготовленных метастабильных структур - их сейсмическая разрядка. По такой стратегии актуальность прогноза времени снижается, т.к. предполагается, что «спусковая скоба» находится в руках специалистов. Физические эксперименты на моделях, исследование горных ударов в шахтах и рудниках демонстрируют, что инициировать микроземлетрясения можно разными способами, в т.ч. «смазкой» поверхности разлома, воздействием вибрации, импульсными нагрузками и т.д. В 2004 г. нам довелось, совместно с иркутянами и томичами, участвовать в опытах по управляемой разрядке. В ходе подготовки эксперимента на небольшом разломе в районе Листвянки была пробурена неглубокая скважина, в которую для «смазки» было залито несколько тонн воды. Для инициации подвижки в соседней скважине взрывались заряды небольшой мощности. Смещения по разлому до и после опытов контролировались высокоточными деформографами, регистрировались акустические трески, микросейсмические шумы. Первые результаты свидетельствуют, что наибольшие подвижки по разлому инициировались не взрывами, а воздействием вибрации при бурении нагнетательной скважины. Сами взрывы, несмотря на смазку водой плоскости скольжения, оказались менее эффективными, т.к. энергетический потенциал разлома на момент взрыва оказался уже сработанным. В будущем эксперименты по активной разрядке планируется продолжить, но уже с виброисточниками.