Несмотря на то, что число известных предвестников землетрясений перевалило уже за 300 [1], не выработано еще надежных алгоритмов практического прогноза землетрясений, под которым подразумевается предопределение с приемлемой точностью силы, места и времени будущего толчка, т. е. простое увеличение числа контролируемых предвестников не приводит к адекватному повышению надежности прогноза. Основная причина такой ситуации, которую по упомянутому признаку можно назвать кризисной, заключается в том, что большинство известных предвестников землетрясений, включая сейсмические, геофизические, геохимические и гидрогеологические, несут по сути трансформированную геологической средой вторичную информацию о предвестниковых деформациях земной коры. Она осложнена неоднородностью самой среды, выражающейся в широком разбросе значений, случайном распределении в пространстве и изменчивости во времени коэффициентов трансформации (тензочувствительности) среды, и фоновыми асейсмическими физико-химическими процессами. Вследствие этого сигналы-предвестники как по величине, так и по знаку неадекватны энергетическим и пространственно-временным характеристикам готовящегося землетрясения, что предопределяет их статистический характер, а также сугубо вероятностный характер основанного на них прогноза.

1. Газо-жидкостный гравиметр. В нем роль рабочего тела играет ртутный столб, занимающий нижние части двух широких резервуаров, разнесенных по высоте, и соединяющую их трубку. Верхний резервуар вакуумирован, а нижний заполнен газом. В первом варианте [4] во ртуть в верхнем резервуаре частично погружен цилиндрический груз, подвешенный к струне частотного преобразователя. Во втором [5] индикация уровня ртути осуществляется емкостным преобразователем перемещений.

Основные преимущества перед известными аналогами: наличие эффективной термокомпенсации [6] в сочетании с термостатированием, независимость показаний от малых наклонов, частотный выходной сигнал, высокая степень демпфирования, отсутствие дрейфа нуля. Ожидаемая погрешность ± (1 ё 0,1) мкГал, диапазон измерений 5000 мГал.

2. Вертикальный гравитационный градиентометр [7]. В нем пробное тело выполнено в виде жестко связанных между собой поплавка и сосуда со ртутью, метацентры которых разнесены по вертикали. Поплавок погружен во ртуть в верхнем сосуде и связан со струнным преобразователем, измеряющим разбаланс между действующими на пробное тело в противоположных направлениях гидростатическими силами, обусловленный вертикальным градиентом силы тяжести.

Основные преимущества перед известными аналогами: независимость показаний от малых наклонов, высокая степень демпфирования, большая производительность съемочных работ, частотный выходной сигнал, наличие эффективной термокомпенсации. Ожидаемая погрешность ± 0,2 Е в диапазоне 2Ч 10 ⁴ Е.

3. Гравитационный вариометр [8]. Для измерения вторых производных гравитационного потенциала в нем используются три разнесенных по координатным осям двухкоординатных наклономера, установленных в одном корпусе. Влияние наклона корпуса устраняется составлением разностей показаний разнесенных по каждой координате датчиков, а влияние неидентичности установки датчиков в корпусе устраняется повторными измерениями с поворотом корпуса на 180° и составлением алгебраических сумм показаний прибора при двух взаимно противоположных ориентациях. Вариометр впервые позволит измерять компоненты W_xx и W_yy раздельно и по уравнению Лапласа вычислять вертикальный градиент W_zz. Ожидаемая погрешность ± (1ё 0,1) Е.

4. Двухкоординатный наклономер-сейсмограф [9]. В этом варианте наклономера пробное тело выполнено в виде сферического резервуара со ртутью. Для уменьшения требуемого количества ртути и расширения функциональных возможностей в него помещена без механического контакта со стенками жесткая полая сфера, которая связана с чувствительной системой, настроенной на другой динамической диапазон, например сейсмический. Таким образом, устройство выполняет функции наклономера-сейсмографа с широким динамическим диапазоном. Ожидаемая погрешность измерения наклонов ± 5" · 10 ^-5 в диапазоне до 5" .

5. Двухкоординатный скважинный деформограф [10]. Он представляет собой цилиндрический корпус из нержавеющей стали, разделенный перегородкой на воспринимающий и измерительный отсеки. В воспринимающий отсек коаксиально ему помещен инварный цилиндр. Зазор между цилиндрами разделен на 3 разноориентированные секции и заполнен рабочей жидкостью (силиконовым маслом). Каждая секция сообщается с отдельным сильфоном в измерительном отсеке, снабженным емкостным преобразователем перемещений его свободного конца. Сопоставляя показания датчиков деформаций трех разноориентированных секций, можно определить величины и направление приращений главных напряжений в исследуемом объекте. Расчетная чувствительность прибора ~ 2Ч 10^-12, диапазон измерений ~ ± 10^-3 (без перестройки шкалы).

6. Емкостный преобразователь перемещений для геофизических приборов [11]. Он относится к типу преобразователей с изменяемой площадью перекрытия статорных и роторных обкладок, которые выполнены в виде множества параллельно соединенных поперечных полосок с промежутками, причем для наиболее полного использования преимуществ дифференциального метода измерений предусмотрена возможность автоматического подбора числа полосок каждого ряда, включаемых в плечи дифференциальной схемы исходя из требования максимальной близости их емкостей. По соотношению чисел этих полосок осуществляется грубый отсчет значения фазы перекрытия статорных полосок роторными, а по измеряемой дифференциальной схемой разности емкостей - тонкий отсчет. Расчетная погрешность ± 5Ч 10^-5 мкм в диапазоне ± 100 мм, что позволяет отказаться от всех других преобразователей, используемых в геофизических приборах. При измерении угловых разворотов, например в теодолитах, соответствующая погрешность преобразователя при диаметре лимба 10 см составит ± 1" · 10^-5 против ± 1" в известных кодовых теодолитах. Конструктивно теодолит с вышеописанным емкостным преобразователем несравненно проще существующих кодовых теодолитов.

7. Проволочный экстензометр [12]. В нем между постаментами натянуты три одинаковых параллельных проволоки, свободные концы которых перекинуты через блоки. Один из блоков установлен на первом постаменте, а два других - на втором постаменте. Смежные концы, соответственно, первой - второй и второй - третьей проволок попарно скреплены между собой, а свободный конец третьей проволоки проходит через регистрирующее устройство, например емкостный датчик перемещений. Специальным подбором весов грузов, подвешенных к концам проволок, обеспечивается полная компенсация их крипа, а подбором объемов грузов – компенсация барических изменений длины проволоки L за счет всестороннего сжатия – расширения. Для учета изменений L за счет термического расширения проволоки параллельно, на тех же постаментах, устанавливается второй экстензометр с проволокой из материала с другим коэффициентом термического расширения, например из графита.

Таким образом, в предлагаемой системе ПЭ все основные инструментальные погрешности поддаются или прецизионной компенсации, или аналитическому учету. При L = 100 м относительная погрешность измерений составит ± 5Ч 10^-13 в диапазоне ± 10^-3.

8. Гидростатический нивелир [13]. Он представляет собой замкнутую герметизированную систему, состоящую из двух цилиндрических гидростатических сосудов (ГС) и двух эластичных трубок, соединяющих соответственно нижние и верхние части ГС. Нижняя трубка и нижние части ГС заполнены тяжелой жидкостью, а верхняя трубка и верхние части ГС - более легкой непроводящей жидкостью, не смешивающейся с тяжелой. Путем подбора параметров, в предлагаемом ГН практически устранены влияния градиентов температуры по трассе нивелирования, колебаний интегральной температуры измерительной системы и перепадов атмосферного давления между станциями (за счет герметичности системы и отсутствия в ней свободных объемов), локальных изменений температуры ГС и их наклонов (за счет специального расположения соединительных трубок вблизи ГС и подвешивания статорных обкладок к корпусу), гидродинамических помех (за счет автоматической установки уровней) и погрешностей индикации уровней (за счет использования предложенного нами емкостного преобразователя перемещений).

9. Глубинный геодезический репер [14]. Он представляет собой полую инварную трубу нулевой плавучести, закрепленную в забое гидроизолированной водонаполненной скважины и проходящую вблизи ее осевой линии без механического контакта со стенками. Благодаря этому любые поперечные гравиинерциальные силы, действующие на репер, уравновешиваются противонаправленными гидростатическими (архимедовыми) силами, т.е. на репер не действует никаких изгибающих усилий. Верхний конец репера, выходящий в траншею с деформографами и гидронивелирами или на дневную поверхность (для геодезических наблюдений), в реальном масштабе повторяет движения породы в месте закрепления в скважине его нижнего конца. Кроме того, репер может быть использован как эталон длины вертикального штангового экстензометра, для чего достаточно снабдить его прецизионным измерителем вертикальных движений относительно обсадной трубы скважины, например емкостным. Таким образом, использование предлагаемого глубинного репера устраняет метеовоздействия на базы и постаменты измерительных приборов, избавляя от необходимости размещения их в глубоких подземных выработках, и тем самым устраняет также искажения деформационного поля за счет эффекта полости, т.е. существенно улучшают как метрологические, так и экономические характеристики ДС.

В целом ДС с описанным выше гравиинерциальным комплексом будет представлять собой проложенные в направлениях С-Ю и В-З две субгоризонтальные пересекающиеся траншеи с перекрытием длиной порядка 50-100 м и сечением около 2,5ґ 1 м ², в которых установлены проволочные экстензометры и гидростатические нивелиры (рис. 1). Для повышения информативности дополнительно может быть проложена и оборудована диагональная траншея. На пересечениях траншей пробурены три субвертикальные скважины глубиной 100-200 м (до скальных пород), в которых установлены двухкоординатные скважинные деформографы [10], наклономеры-сейсмографы [9] и глубинные геодезические репера [14], верхние концы которых выходят в траншею (к экстензометрам и гидронивелирам) или на дневную поверхность (для геодезических измерений) и в реальном масштабе повторяют движения пород в местах закрепления в скважинах их нижних концов. Одновременно репер, представляющий собой инварную трубу, служит эталоном длины вертикального штангового экстензометра, для чего он снабжен емкостным преобразователем вертикальных перемещений относительно обсадной трубы скважины.

По предварительным расчетам предлагаемая ДС в 20ё 50 раз дешевле известного аналога штольневого типа, что делает реальным создание в сейсмоопасных районах сети ДС с интервалами порядка 20-30 км . Создание такой сети существенно расширит круг контролируемых параметров земной коры, в число которых войдут [15]: 1) локальные объемные деформации пород; 2) локальные линейные деформации по двум горизонтальным координатам; 3) градиенты линейных и объемных деформаций (по разнесенным в плане скважинным деформографам);

4) локальные наклоны по двум ортогональным азимутам;) сейсмоакселерограммы по двум горизонтальным координатам в динамическом диапазоне 120 децибел; 6) длиннобазовые (~ 100 м) линейные деформации по трем ортогональным координатам; 7) градиенты среднемасштабных линейных деформаций (по разнесенным в плане ДС); 8) среднемасштабные наклоны земной коры в двух ортогональных азимутах (гидронивелиры); 9) крупномасштабные горизонтальные движения земной коры (по геодезическим измерениям с использованием глубинных реперов); 10) вертикальные движения земной коры (по гравиметрическим наблюдениям); 11)неприливные изменения силы тяжести; 12) амплитуды и фазы приливных гармоник во временных изменениях деформаций, наклонов и силы тяжести. Становится возможным регулярное разномасштабное картирование всех перечисленных параметров, что означает качественно новый уровень контроля за динамикой земной коры.

4. Математическая обработка площадных наблюдений для выделения в них кольцевых структур и определения по ним магнитуды и координат очаговой зоны готовящегося землетрясения (среднесрочный прогноз).

1. Основы прогноза землетрясений. Душанбе-Москва: Дониш, 1984. 216 с.
2. Латынина Л.А., Кармалеева Р.М. Деформографические измерения. М.: Наука,
1978. 154 с.
3. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.
4. Таймазов Д.Г. А.С. СССР № 1251701. Гравиметр Таймазова. 1986.
5. Таймазов Д.Г. А.С. СССР № 1241885. Гравиметр Д.Г. Таймазова. 1986.

16. Таймазов Д. Г. Наведенная сейсмичность и тектоника плит. –Там же,
С. 278-282.

18. Овчаренко А. В. ДАН. Т.342. №4, 1995. С.537-539.