CC BY
21
Рис. 2. Фрагмент фокусировки полученных вершин в вершину, определяющую текущую для данного шага вывода ситуацию проблемной среды.
Таким образом, согласно предложенному алгоритму вывода в формируемом плане исключается рост неперспективных ветвей пространства вывода, т.е. формируемый алан не содержит избыточной информации не связанной с решением поставленной задачи.
Библиографический список
1. Берштейн Л.С., Мелехин В.Б. Структура процедурного представления знаний интегрального робота. 1. Расплывчатые семантические сети// Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. - 1988.- № 6.
2. Берштейн Л.С., Мелехин В.Б. Планирование поведения интеллектуального робота.-М.: Энергоатомиздат, 1994.
3. Берштейн Л.С.,Мелехин В.Б. Структура процедурного представления знаний интегрального робота. 2. Фрейм-микропрограммы поведения // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. -1988. -№5.
УДК 550.348.436
А.А. Гаджиев, Н.Ш.Газанова К ВОПРОСУ О ПРОГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАТИВНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ VP/VS СОБЫТИЙ ФОРШОКОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЛОКАЛЬНОМ УЧАСТКЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ (НА ПРИМЕРЕ ВОСТОЧНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ)
А.А. Gadjiev, N.Sh. Gazanova TO THE QUESTION ABOUT PROGNOSTIC INFORMATION CONTENT A CHANGE OF ATTITUDE VP/VS EVENTS ACTIVITIES IN THE LOCAL DIVISION OF THE EARTH'S CRUST (ON THE EXAMPLE OF THE EASTERN CISCAUCASIA)
В статье рассматривается возможность использования изменения отношения скорости продольной волны к скорости поперечной волны (Vp/Vs) форшоковых событий в качестве предвестника для прогноза времени совершения сильного землетрясения.
Изучены особенности изменения отношения Vp/Vp для района Восточного Предкавказья.
Ключевые слова: землетрясения, предвестники, скорость продольной полны, скорость поперечной волны, отношения скоростей, дилатантная модель.
In article possibility of use of change of the relation of speed of a longitudinal wave to speed of a cross-section wave (Vp/Vs) foreshock events as a harbinger for the forecast of time of fulfillment of strong earthquake is considered.
Features of change of relation Vp/Vp for area of East Ciscaucasia are studied.
Keywords: earthquakes, harbingers, speed longitudinal are full, speed of a cross-section wave, the relation of speeds.
1. Постановка задачи
Как известно, характер изменения отношения Vp/Vs сейсмических сигналов по наблюдениям событий за длительное время может указывать на время совершения ожидаемого сильного землетрясения (ЗТ) и его силу.
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4. -\-
Анализ наблюдений ученых в разных странах позволил установить, что характер изменения отношения Ур/УБ проявляется различным образом в зависимости от геологических и тектонических особенностей сейсмоактивного района Земли. Поскольку ФШ деятельность в локальном участке ЗК представляет собой промежуток времени, в течение которого геофизические процессы приурочены непосредственно к подготовке и совершению ГТ нас будет интересовать вопрос о возможности использования изменения отношения Ур/УБ событий форшоковой (ФШ) деятельности в качестве предвестника краткосрочного прогноза времени совершения ЗТ.
2. О характере изменения отношения Ур/УБ в различных регионах
В 60-е годы прошлого века в Советском Союзе проводились активные исследования по прогнозу землетрясения, в частности на Гармском (Таджикистан) полигоне АН СССР. Результаты этих исследований были доложены на симпозиуме по предсказанию землетрясений в Цюрихе в 1967 г и Генеральной ассамблее Международного геодезического и геофизического союза в Москве в 1971 г, а также опубликованы в научной периодике [1,2,3]. Основным результатом этих исследований был вывод о том, что перед сильным или умеренным ЗТ скорость сейсмических волн, проходящих через очаговую область готовящегося ЗТ, заметно меняется - отношения скорости продольных волн Ур к скорости поперечных волн Уб уменьшается на 10-15% от его нормального значения, равного 1,75, сильное ЗТ происходит, когда это отношение возвращается к своему нормальному значению. При этом пониженное значение отношения Ур/УБ сохраняется постоянным в течение некоторого промежутка времени, от которого, как было установлено, зависит сила ожидаемого сильного ЗТ.
Эти результаты были с интересом восприняты сейсмологами других стран, которые активно стали разрабатывать теорию, объясняющую физические механизмы этого явления. Так, в 1973 г Шольц и др. опубликовали статью под названием «Прогноз землетрясений: физические основы» [4], в которой авторы попытались объяснить изменения величины Ур/УБ перед ЗТ раскрытием микротрещин и притоком подземных вод в эти трещины. Так появилась влажная дилатантно - диффузионная модель, объясняющая изменения отношения Ур/УБ. Позже была сформулирована сухая дилатантная модель этого явления.
Однако, более поздние исследования советских ученых, проведенные на Камчатском полигоне АН СССР [5,6], показали, что убывание отношения Ур/УБ от нормального значения до момента совершения главного толчка (ГТ) происходит постепенно. Следовательно, характер изменения отношения Ур/УБ зависит от геологических и тектонических особенностей локального участка земной коры (ЗК): Гармский полигон располагается в континентальной части ЗК - между хребтами Тянь-Шань на севере и Памирским высокогорным плато на юге, а Камчатский полигон - в зоне субдукции Тихоокеанского желоба на западном побережье океана.
Анализ этого явления на примере района Восточного Предкавказья, характеризующегося уникальными геологическими и тектоническими особенностями так называемого Дагестанского клина [7,8,9], показал, что в этом районе изменение отношения Ур/УБ совершенно иное - носит колебательный характер. Анализ сейсмических статистических данных наблюдений изменения отношения Ур/УБ за период с 1980 по 1999 годы, выполненный с применением математического аппарата вейвлет-преобразования, показал, что колебательных характер изменения отношения Ур/УБ обусловлен влиянием феномена колебаний уровня Каспийского моря и субдукцией в геологическом строении Восточного Предкавказья.
Подробный анализ этого явления - изменения отношения Ур/УБ - для различных по геологии и тектонофизике сейсмоактивных районов Земли, проведенный учеными Дагестанского научного центра РАН, Дагестанского государственного технического университета и сейсмостанции г. Махачкала, приведены в работе [10]. В данной работе
А-
мы попытаемся показать, что параметры изменения отношения Vp/Vs сейсмических событий ФШ деятельности могут быть использованы в качестве одного из предвестников готовящегося сильного ЗТ в районе ВПК, где эти изменения носят случайный и колебательный характер.
3. О характере изменения отношения Ур/УБ событий ФШ деятельности Дагестанского ЗТ 1999г
Относительно момента совершения ГТ Дагестанского ЗТ 1999г мы будем рассматривать следующие временные интервалы ФШ деятельности:
Т1 - с 01.12.1998г по 31.01.1999г 05ч 07мин 10,7сек (ГТ1) - время ФШ деятельности, относящееся к ГТ1;
Т2 - с 31.01.1999г 05ч 30мин по 31.03.1999г - время АШ процесса ГТ1. Заметим, что АШ процесс ГТ1 продолжался и после 31.03.1999г вплоть до сентября 1999г, когда сейсмический режим ВПК пришел в нормальное («спокойное») состояние.
Для анализа динамики сейсмической активизации зоны Дагестанского клина перед ГТ1 в указанных выше интервалах времени использовались статистические данные ГС РАН о наблюдениях сейсмических событий и значения отношения Vp/Vs этих событий.
В качестве случайной величины xi рассматривается отношение Vp/Vs сейсмических событий. Для количественной оценки случайной величины и анализа ее вариаций, приуроченных к ГТ1 (31.01.99г) и АШ ГТ2 (21.02.99г) были вычислены следующие числовые характеристики [11]:
- математическое ожидание случайной величины mx;
- дисперсия случайной величины Dx;
- среднее квадратическое отклонение случайной величины 5х;
- асимметрия (скошенность) распределения вероятностей случайной величины " =
Цэ/5х3 ;
- эксцесс (крутость) распределения вероятностей случайной величины = (ц^5х4)-3 ;
- центральные моменты ц3 и ц4.
В табл.1 приведены значения указанных характеристик случайной величины.
Таблица 1.
Значения количественных характеристик случайной величины Ур/УБ
Интервал Т Продолжительность интервала шх Бх 5х Цз Ц4 "2
Т1 01.12.98г - 31.01.99г 1,646 0,055 0,235 0,087 2,15 -6,69 -2,28
(ФШ ГТ1) 1,749 10-3
Т2 31.01 - 21.02 1,68 0,014 0,116 0,001 0,077 0,64 0,41
(ФШ ГТ2) 10-3
Т3 (АШ ГТ1, 31.01 - 28.02 1,67 0,059 0,243 - 0,7 -7,86 -2,80
ГТ2) 0,111 10-3
Уменьшение математического ожидания (наиболее вероятного значения) тх с 1,75 на интервале Т1 до 1,67 на Т3 свидетельствует о геофизических процессах ФШ перед ГТ1 и АШ после ГТ 1, которые приводят к разуплотнению геологических блоков в аномальной зоне, что в свою очередь, обусловливает, как известно, понижение скорости продольных волн Vp и уменьшение значения отношения Vp/Vs. Другими словами, дилатантная модель подготовки очага ЗТ находит свое подтверждение, но выраженное при ином, колебательном характере процесса изменения отношения Vp/Vs.
Дисперсия (рассеяние случайной величины около математического ожидания) на интервале Т2 в три раза выше, чем на Т1. Это увеличение дисперсии связано с тем, что интервал Т2 характеризуется активными дислокациями в аномальной (и очаговой) зоне,
связанными с неустойчивым в динамике самоорганизации среды АШ процессом после ГТ1, который, как правило, обуславливает второй сильный толчок, но меньшей силы (здесь ГТ2) [10].
Третий центральный момент служит для характеристики асимметрии
(скошенности) распределения вероятностей случаной величины Дх) относительно математического ожидания тх. Но для этого используется не |!3, а безразмерный коэффициент асимметрии ^ = ц3/5х3. При ^>0 - имеет место положительная асимметрия, т.е. в выборке случайной величины ее значения, меньшие тх, встречаются чаще (с большей вероятностью), а при ^<0 - отрицательная асимметрия, т.е. значения случайной величины, большие тх, встречаются с большей вероятностью. Как видно по данным табл. 1, коэффициент асимметрии на интервалах Т1 и Т3 имеет отрицательные значения, значительно большие по абсолютному значению, чем положительный коэффициент асимметрии для интервала Т2.
Эксцесс характеризует степень крутости распределения вероятностей случайной величины Г(х) относительно нормального распределения, для которого ^2н =3, поэтому =0.
При положительном эксцессе (^2>0) график распределения вероятностей случайной величины имеет более крутой характер (островершинный), чем нормальное распределение. При отрицательном экцессе (^2<0) график распределения вероятностей случаной величины имеет более пологий характер (плосковершинный), чем нормальное распределение, т.е. распределение вероятностей случайной величины ближе к равномерному распределению вероятностей. Другими словами, значения случайной величины встречаются почти с одинаковой вероятностью, т.е. имеют «почти» равные значения.
На рис.1 и 2 изображены графики изменения ФШ (декабрь 98 - январь 99г) и АШ (февраль - март 99г) процессов соответственно Дагестанского ЗТ 31.01.99г. Эти графики свидетельствуют о заметном изменении характера вариации отношения Ур/УБ событий, происшедших до и после ГТ 31.01.99г, т.е. заметно качественное различие этих графиков. Однако, без критериев для количественной оценки различия невозможно использовать для решения задачи прогноза ЗТ.
Рис. 1. Изменения отношения Ур/УБ ФШ процесса Дагестанского ЗТ 31.01.1999г
(декабрь 98г - январь 99г)
Рис. 2. Изменения отношения Vp/Vs АШ процесса Дагетанского ЗТ 31.01.1999г
(февраль - март 99г)
Для построения критериев количественной оценки различия ФШ и АШ процессов при анализе всех событий ФШ и АШ процессов (К(ФШ+АШ)=304) изменения отношения Ур/Ув мы разделили на три диапазона: 1) события с повышенными значениями отношения Ур/Ув (N1, Ур/Уз= 1,8-Н2,243), 2) события с пониженными значениями отношения Ур/Ув (N2, Ур/У8=1,307-М,59) и 3) события с значениями отношения Ур/Ув между первым и вторым диапазонами (N3, 1,59<Vp/Vs<1,8).
В табл.2 приведены данные о распределении всех событий ФШ и АШ процессов по диапазонам и по временным (месячным) интервалам.
Таблица 2.
Рапределения событий ФШ и АШ процессов Дагестанского ЗТ 31.01.1999г.
Месяц, год N1 N2 N3 N0 Общее кол-во событий
ФШ АШ
Декабрь 98г 36 11 64 111 152
Январь 99г 8 8 25 41
Февраль 99г 22 21 73 116 152
Март 99г 13 4 19 36
I 79 44 181 304 152 152
Данные табл. 2 позволяют оценить количественное различие ФШ и АШ процессов:
а) общее количество ФШ и АШ процессов (N^=N^=152) равны, при этом в декабре 98г ФШ событий было в 3 раза больше, чем в январе 99г, соотношение АШ событий в феврале и марте было такое же;
б) количество событий в первой группе (N1) в АШ процессе уменьшилось по сравнению с количеством событий этой группы в декабре-январе (44), количество событий второй группы (N2) в АШ процессе (25), наоборот, увеличилось по сравнению с количеством событий этой же группы в декабре-январе (19), эти изменения соотношения N1 и N2 в ФШ и АШ процессах свидетельствуют о дилатантно-диффузионной модели объяснения изменения отношения Vp/Vs. Однако, в геологических условиях Дагестанского клина (в ВПК), эта модель выражена не столь однозначно, как это наблюдалось в Гармском и Камчатском полигонах ГС РАН.
На рис. 3а,б изображены графики изменения отношения Ур/УБ по месяцам - январь-декабрь 98, январь 99 (ФШ), на рис. 4а,б - февраль-март 99г (АШ).
а)
а)
2,5
б)
1,5
0,5
■Ряд1 ■Ряц2
0 ||||||||||||||||||||||||||м|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||м||||||||||||||||||||||||||||||||||п
3 7 18313131311 12 2 3 3 4 5 7 12 21212122 22 22 23 24 26 28
Рис. 3. Изменения отношения Ур/УБ событий ФШ процесса Дагестанского ЗТ 31.01.99г: а) в декабре 98г, б) в январе 99г
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 20114.
А-
б)
Рис. 4. Изменения отношения Ур/УБ событий АШ процесса Дагестанского ЗТ 31.01.99г: а) в феврале 98г, б) в январе 99г.
В табл. 3 приведены данные об изменениях математического ожидания по месяцам ФШ и АШ процессов.
Таблица 3.
Изменение математического ожидания отношения Ур/УБ по месяцам ФШ и АШ
процессов
ФШ АШ
месяцы декабрь-98 январь-99 февраль- 99 март-99
М[Ур/УБ] 1,74 1,7 1,68 1,7
И качество изменения графиков рис. 3 и 4, и данные табл. 3 подтверждают дилатантно-диффузионную модель изменения отношения Ур/УБ. Мы хотим обратить внимание еще на одно обстоятельство, отраженное в данных табл. 3 - это снижение значения математического ожидания до минумума в АШ процессе в феврале (1,68) и восстановления к «норме» (1,7) при дальнейшем развитии АШ процесса в марте. В работе [10] показано, что АШ процесс затухает по экспоненциальному закону в течение времени, определяем коэффициентом затухания, зависящего от силы ГТ.
На рис. 5 приведен график изменения в реальном времени математического ожидания отношения Ур/УБ событий ФШ-АШ процесса Дагестанского ЗТ 31.01.99г.
Рис. 5. Изменения математического ожидания отношения Ур/УБ событий ФШ-АШ событий Дагестанского ЗТ 31.01.1999г (за период с 01.12.98г по 31.03.99г)
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4. -\-
На рис. 6 и 7 приведены графики изменения в реальном времени математического ожидания отношения Vp/Vs Дагестанского ЗТ 31.01.1999г для промежутков времени ФШ и АШ процессов соответственно.
Общий график ФШ-АШ процесса (рис.5) и график ФШ процесса (рис. 6) свидетельствуют о том, что определение отношения Vp/Vs событий произошедших событий в реальном времени, могут быть использованы в качестве предвестников ожидаемого ЗТ в комплексе с другими предвестниками.
Рис. 6. Изменения математического ожидания отношения Vp/Vs событий ФШ процесса Дагестанского ЗТ 31.01.1999г (за период с 01.12.98г по 31.01.99г)
Рис. 7. Изменения математического ожидания отношения Vp/Vs событий АШ процесса Дагестанского ЗТ 31.01.1999г (за период с 31.01 по 31.03.99г)
Выводы:
1. Выполнен анализ изменения отношения Vp/Vs ФШ событий Дагестанского ЗТ 31.01.1999г как характерного для района Восточного Предкавказья.
2. Установлено, что изменения отношения Vp/Vs событий ФШ деятельности связаны с временем совершения сильного ЗТ.
3. В качестве количественной меры связи отношения Vp/Vs с ожидаемым сильным ЗТ может служить либо изменения среднего арифметического значения случайной величины, либо изменение значения среднеквадратичного отклонения, вычисленные на ряде временных интервалов.
4. В течение ФШ процесса значение отношения Vp/Vs повышается, и непосредственно перед совершением ГТ его значение понижается вследствие
А-
флюидизации межблочного пространства очаговой зоны ГЦ. После ГТ значение отношения Vp/Vs восстанавливается до прежнего уровня - «нормы» его значения.
5. Изменения отношения Vp/Vs ФШ событий несут определенную информацию о приближении момента совершения ГТ.
Библиографический список
1. Кондратенко А.М., Нерсесов И.Л. Некоторые результаты изучения изменения скорости продольных волн и отношения скоростей продольных и поперечных волн в очаговой зоне. //Сб. «Физика землетрясений и сейсмика взрывов». - М.: Изд. АН СССР, 1962.
2. Семенов А.Н. Изменения отношения пробега поперечных и продольных волн перед сильным землетрясением //Изв. АН СССР Физика Земли, 1969, №4. - С.72-77.
3. Нерсесов И.Л. Семенов А.Н. Симбирева И.Г. Пространственно-временное распределение времени пробега поперечных и продольных волн в Гармском районе. //В сб. «Экспериментальная сейсмология». - М.: «Наука», 1971.
4. Scholz C.H., Sykez L.R., Aggorwal Y.P. Earthquake prediction: physical basic, Science, 181,803-809,1973.
5. Славина Л.Б. Методика и результаты изучения Vp/Vs в фокальной зоне Камчатки. // В сб. «Исследования по физике землетрясений». - М.: «Наука», 1976. -С.217-236.
6. Соболев Г.А., Славина Л.Б. Пространственные и временные изменения Vp/Vs перед сильными землетрясениями Камчатки. //Изв. АН СССР Физика Земли, 1977. №7. - С.91-98.
7. Гаджиев А.А., Гаджиев Р.А., Казарьянц Г.С., Каспаров С.А. О прогностической информации дилатантной модели очага землетрясения. //Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические Науки. Выпуск 2. - Махачкала: 1998. - С. 161-166.
8. Гаджиев А.А., Казарьянц Г.С, Каспаров С.А., Пономарева Н.Л., Романов Н.Т. Об изменениях отношения Vp/Vs в сейсмоактивной зоне Дагестанского клина. //Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Выпуск 3. - Махачкала: 1999. - С.225 -230.
9. Гаджиев А.А., Гаджиев Р.А., Кобзаренко Д.Н. Вейвлет анализ колебаний уровня Каспийского моря и влияние на сейсмический режим Дагестанского клина. //Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Выпуск 3. - Махачкала: 1999. - С.230-236.
10. Гаджиев А.А. Предсказание ЗТ. Нетрадиционный подход к решению. -Махачкала: изд. дом «Эпоха», 2005. - 405с.
11. Справочник по вероятностным расчетам. - М.: «Воениздат», 1970. - 536с.
