Сильные землетрясения разделяют с тайфунами печальное первое место в ряду наиболее разрушительных стихийных бедствий. Более слабые землетрясения, инициированные человеческой деятельностью, не менее опасны. Например, горные удары  - землетрясения, вызванные выборкой породы в шахтах, - ежегодно уносят десятки человеческих жизней. В связи с этим, важнейшая задача современной сейсмологии - развитие физической основы прогноза землетрясений.
Первый шаг в решении этой проблемы уже сделан. Сейсмологи умеют прогнозировать для каждого сейсмоактивного района силу максимального землетрясения, указывая ее с приемлемой для практических целей вероятностью.
Второй шаг прогноза - предсказание времени землетрясения. Вот здесь пригодного для практики научного результата пока нет. Этому имеется много причин, но основная из них  - отсутствие ясности в физической картине сейсмического процесса. Дело в том, что сильное землетрясение не является обособленным актом разрушения литосферы Земли. Обуславливающие его напряжения и прочность вещества существенным образом зависят от сейсмической обстановки в окрестности готовящегося землетрясения в предшествующий ему период времени. Поэтому для того, чтобы оценить вероятность землетрясения необходимо рассматривать ансамбль из большого количества влияющих друг на друга сейсмических событий. Физические закономерности, присущие такому ансамблю, и составляют предмет научных исследований, проводимых в лаборатории сейсмологии.
В физическом отношении землетрясение является процессом разрушения сильно неоднородного вещества Земли, а проблема выяснения физики сейсмического процесса сводится к проблеме прочности неоднородных структурированных сред. Для решения этой проблемы используются современные методы описания сложных нелинейных неравновесных систем, такие как синергетическая концепция, теория фракталов, теория детерминированного хаоса и другие физические подходы к описанию эволюции подобных систем.
Для приложения теории землетрясения к конкретному региону необходимо как можно более детально знать его строение и действующие в нем силы. Поэтому в лаборатории ведутся исследования строения Земли, применяются и разрабатываются методы, позволяющие получать новую информацию о структуре реальной среды. Приложение теории упругости к современным сейсмологическим данным позволяет также выяснить структуру основных тектонических сил, деформирующих литосферу Земли и приводящих, в конечном счете, к землетрясениям. В лаборатории активно развивается исследование этих сил и вызванных ими движений.
Эмпирической базой для исследования физики сейсмического процесса являются научные результаты и данные мирового сейсмологического сообщества и собственные натурные наблюдения, проводимые в экспедициях кафедры физики Земли в различных регионах России и мира.
В процессе обучения и при выполнении научных исследований студенты кафедры получают теоретическую и практическую подготовку, позволяющую им работать и учиться в системе академии наук, продолжать свое образование за рубежом, а также успешно работать в смежных отраслях, занимающихся анализом многокомпонентных и многофакторных систем (экология, экономика, социология и др.).

Образовательные и научные цели лаборатории
Современное образование в области сейсмологии.

1. Обучение студентов, магистрантов и аспирантов теоретическим основам и практическим навыкам по всем основным разделам сейсмологии:
2. теория сейсмических волн
3. физика очага землетрясения
4. теория сейсмометрии и сейсмических сетей
5. строение Земли по сейсмологическим данным
6. механические свойства и напряженно-деформированное состояние оболочек Земли
7. физика сейсмического процесса и физические основы прогноза землетрясений
8. Научные исследования в наиболее актуальных областях сейсмологии.

Теоретические, эмпирические и лабораторные исследования проводятся в следующих направлениях:

1. физика очага землетрясения
2. физика сейсмического процесса
3. закономерности и природа напряженно-деформированного состояния геологической среды
4. сейсмическая статистика
5. физические основы прогноза землетрясений
6. теория и аппаратура высокоточных сейсмометрических наблюдений
7. теория и методы мониторинга сложных объектов строительства и городской территории

Научное сотрудничество

1. ИФЗ РАН
2. Institut de Physique du Globe de Paris
3. National Geophysical Research Institute, Hyderabad, India
4. Institute of Geophysics, Czech Republic
5. GeoForschungsZentrum, Potsdam
6. Institute of Earthquake Science, China Earthquake Administration, Beijing

Некоторые основные результаты научных исследований

1. Цикл разрушения литосферы - оценка 'времени жизни' среды

70% of values of are in the interval of 300 - 30000 years.

It is in agreement with paleoseismological data q in average is close to zero

Difference of Pacific trench ring and rift ring around Africa

Aftershocks

During the decay of aftershocks the failure is redistributed from larger to smaller scales (so named direct cascade)

Earthquake preparation

In the earthquake preparation mode the failure develops from smaller to larger scales (so named inverse cascade)

2. Лабораторное моделирование сейсмического процесса

В рамках совместных исследований лаборатории сейсмологии и Института физики Земли РАН проводятся лабораторные исследования в области физики сейсмического процесса
Лабораторное моделирование позволяет выявить принципиальные физические закономерности исследуемых процессов, что составляет основу для развития адекватных физических представлений и определяет обоснованные направления, подходы и методы натурных исследований.

Лабораторное моделирование :

• Лабораторное моделирование процессов разрушения, применительно к проблемам сейсмологии имеет свои сильные и слабые стороны.
• Лабораторные условия позволяют многократно повторять опыты при известных и контролируемых параметрах, что необходимо для получения воспроизводимых результатов и исследования закономерностей при целенаправленных вариациях параметров.
• Лабораторное моделирование позволяет выявить принципиальные физические закономерности исследуемых процессов, что составляет основу для развития адекватных физических представлений.
• Лабораторный эксперимент не позволяет в полной мере воспроизвести натурные условия, оставаясь лишь качественной или полуколичественной (подобной не по всем параметрам) моделью.
• Конструктивным в этой ситуации является совместное изучение натурных переходных процессов и их лабораторных моделей

Борок
Пресс с сервоконтролем геофизической обсерватории "Борок" ИФЗ РАН (слева) и основной измерительный блок с исследуемым образцом внутри (внизу)

GFZ, Potsdam (Oct. 2009)

Большой пресс ИФВД РАН

3. Натурное 'моделирование' сейсмичности
(в рамках международного сотрудничества)

IPGP, Paris

NGRI, Hyderabad

Soultz-sous-Forets
European Communities Hot Dry Rock site

Location of the Soultz hot dry rock (HDR) test site near the centre of the Upper Rhine graben. The 3.6-km-deep borehole GPK1 penetrates a basement horst structure at a depth of approximately 1400 m.
Evans et al., GJI, 2005

Soultz-sous-Forets HDR site

Water injection Experiment in the borehole GPK1 (September 1993)

1. Induced microseismicity at Soultz, Sept. 1993 experiment. Vertical, EW cross-section. 4601, 4616, 4550 - 3 component stations; HYDR - hydrophone; GPK1 - main injection borehole.
2. 3600 m depth borehole; 2850 m cased and 750 m open.

Bourouis & Bernard, GJI, 2007

Regularities of seismic response

1. Water injection induces swarm-like seismicity
2. Activity reaches maximum value after finishing of water injection rate step
3. Delay of relaxation beginning increases with series number and consequently with water pressure
4. The value of activity (maximum of earthquake rate) increases with series number (water pressure) too

Statistics for series

Delay of relaxation beginning increases with differential pressure (with local stress level)
b-value decreases with differential pressure: relative number of large events increases
d-value increase slightly
q-value decreases from positive to near-zero value

Induced seismicity Koyna-Warna seismic zone

• Koyna, 1962. 1967, M=6.3
  Induced seismicity in aseismic region
• Warna, 1985.
  Seismicity migrates to Warna after finishing of filling of Warna reservoir in 1993

Koyna dam, 1962 1967 M6.3

Water level variations

RTL-anomaly

Bay-like anomalies of seismicity

Сейсмические рои Коринфского залива

Исходные данные:
Каталог 34122 землетрясений, полученный сейсмологической сетью CRL за период с 2000 по 2006 гг. (http://crlab.eu), состоящей из 12 станций, оборудованных 2Гц сейсмометрами со временем записи 125 Гц, CRL - Corinth Rift Laboratory - натурная физическая лаборатория (Bernard et al, 2006). Основная гипотеза - рои инициируются водой (Pacchiani et al, 2009; Bououris et al,2009 )
- поверхностной
- гидрогеологической

Различия между роем 2001 г. и роем 2004 г.

1. В рое 2001 г. есть сильное событие, а в рое 2004 нет
2. Рой 2004 мигрирует по области рифта
3. Рой 2001 г. произошел практически при вводе сети в эксплуатацию. Разная представительность. Потеря данных.
4. Рой 2001 г. возможно состоит из 2 роев. Первый рой инициирует второй с большей магнитудой

Определение роевых зон

Результат выделения пространственно-временных зон роевой активности по картам изменения сейсмичности во времени (вывод последовательно, по 500 событий)

Рассчитанные значения статистических параметров b d q L для роев 2001 и 2004 гг.

4. Мониторинг высотного здания МГУ

1. В 2005 году кафедра физики Земли выступила инициатором восстановления работ по мониторингу высотного здания МГУ

В 2007 году ректор МГУ академик В.А.Садовничий возглавил проект "Восстановление системы мониторинга высотного здания МГУ"

Цели работы
1. Мониторинг высотного здания МГУ на основе развертывания взаимосвязанных систем сбора данных и обработки информации для непрерывной оценки характеристик несущих конструкций, состояния фундамента и окружающих его геологических структур, построение математической модели высотного здания МГУ.
2. Параллельное накопление опыта измерений, развитие технологий и методик мониторинга иных высотных зданий, большепролетных сооружений, перекрытий и других конструкций, представляющих опасность в условиях возможных природных и техногенных катастроф.
3. Выработка предложений к принятию нормативных документов по методикам мониторинга строительных конструкций, большепролетных, высотных и других уникальных зданий и сооружений.

Наблюдения колебаний ГЗ МГУ

Измерения колебаний высотного здания МГУ в рамках задачи мониторинга состояния конструкций здания возобновились в 2005г. На сегодня проведено 10 серий измерений с продолжительностью записи от 10 минут до нескольких суток. На схеме показаны точки, в которых проводились наблюдения в 2005-2008 г.г.

Спектры мощности горизонтальных колебаний на разных этажах

• Заметно отличие частот основных мод от данных 1953 года
• Уменьшение собственных частот указывает на изменение механических параметров здания

 

 

Применение методов спутниковой интерферометрии (InSAR) для мониторинга высотного здания МГУ
InSAR = Interferometric Synthetic Aperture Radar
(Интерферометрическая радиолокация с синтезированной апертурой)

 

Спутниковая радарная интерферометрия позволяет:



-получить цифровые модели рельефа высокого разрешения (путем обработки двух снимков одного и того же участка местности, сделанных под разными углами);

-оценить смещения, связанные с землетрясениями, магматической активностью : (техника дифференциальной интерферометрии: 3 снимка или 2 снимка + априорная цифровая модель рельефа);

-оценить просадки почвы над шахтами, тоннелями и т.д.;исследовать движения ледников, океанических течений;

-проводить мониторинг деформаций почвы вдоль магистральных трубопроводов (целостность сети трубопроводов, охрана окружающей среды); мониторинг нефтегазовых месторождений (просадки -> контроль миграции нефти)

Модель высотного здания МГУ (высота 226 м)



Обозначение основных отражающих площадок



Графики смещений устойчиво отражающих площадок на главном здании МГУ (в проекции на направление на спутник, мм)









Графики смещений устойчиво отражающих площадок на крыльях Главного здания МГУ (в проекции на направление на спутник, мм)









_______________________________________________________

 

Недавно сотрудникам лаборатории сейсмологии кафедры физики Земли был вручен Диплом за участие в выставке проектов МГУ, направленных на поддержание безопасности и обороноспособности России