УДК 550.34.044 + 551.466.62

РАЦИОНАЛЬНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ О ЦУНАМИ НА ТИХООКЕАНСКОМ ПОБЕРЕЖЬЕ КАМЧАТКИ

Работа выполняется при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 97-01-96010 (Камчатка), “Теоретические исследования и численное моделирование камчатских цунами, вопросы совершенствования единой дальневосточной системы предупреждения о цунами”.

Введение

Существующая на Дальнем Востоке России Система предупреждения о цунами (СПЦ) безусловно нуждается в совершенствовании, о чем свидетельствует, в частности, пример Шикотанского землетрясения и цунами 4 октября 1994 года [9], когда ближайшие к источнику населенные пункты на Малой Курильской гряде (о-в Шикотан) и на юге Большой Курильской гряды (о-ва Кунашир и Итуруп), где эффект цунами был весьма сильным, не были своевременно предупреждены из-за выхода из строя средств связи, а предупреждение, полученное на севере Курил было в определенном смысле излишним, так как эффект цунами оказался незначительным.

Помимо огромной технической отсталости Российской СПЦ, объяснимой, в какой-то мере, общим состоянием российской экономики, в ее работе есть методические недостатки, которые ярко проявились при упомянутом цунами. Так, по рассказам очевидцев, цунами 1994 года на океанском побережье Шикотана началось сразу после землетрясения, практически, одновременно с ним. В этих условиях никакая СПЦ не в состоянии заблаговременно предупредить об опасности прикрываемый участок берега. Поскольку такие ситуации, как оказалось, иногда возникают, необходимо определить общие условия их возникновения, или, что то же самое, - условия заблаговременности получения в прикрываемых пунктах предупреждения о цунами. Это совершенно необходимо для уточнения границ ответственности СПЦ за вынужденный пропуск цунами на конкретных участках берега, и для определения того, что же должен делать в таких случаях “потребитель” - население подвергающихся опасности берегов.

Проведенный анализ условий заблаговремености обнаружил определенные возможности уменьшения времени реакции российской СПЦ на опасное событие в районе Камчатки по сравнению с действующими нормативами за счет специального расположения сейсмических станций в ее составе. При этом оказалось, что даже максимальное сокращение сроков обработки записи землетрясения, при условии, что станции располагаются в наиболее выгодных местах, не исключают полностью возможность вынужденного пропуска цунами в некоторых пунктах.

Кроме того выяснилось, что существующая нормативная база (узаконенные нормы времени, необходимого СПЦ для выработки прогноза цунами в случае регистрации близкого землетрясения, связи для доставки тревожного сообщения в прикрываемые пункты, населению - для эвакуации) разработана недостаточно и не вполне соответствует реальной обстановке в зоне ответственности Российской СПЦ в регионе тихоокеанского побережья Камчатки.

При анализе условий заблаговременности предупреждения о цунами особенно четко обозначилось следующее, в общем, очевидное обстоятельство, что обеспечение безопасности населения прибрежной полосы суши при цунами определяется не только действиями СПЦ, но и скоростью реакции населения на тревожное сообщение и работой местной администрации по обеспечению возможностей быстрой эвакуации. И ускорение темпа работы СПЦ не всегда даст ожидаемый эффект увеличения безопасности при цунами даже в случае согласованного увеличения темпа эвакуации. Поэтому для обеспечения безопасности необходимо предусмотреть профилактические меры, которые могла бы предпринять администрация прикрываемых пунктов, на случай, когда не заблаговременное предупреждение о цунами при обычном и даже ускоренном темпе работы СПЦ становится весьма вероятным. (Жизнь подсказывает, что необходимо делать населению - глава администрации Южно-Курильского района Покидин, основываясь на собственных ощущениях и личном опыте, по собственной инициативе объявил тревогу цунами после Шикотанского землетрясения 1994 года). Одной из таких мер могло бы стать официально узаконенное использование макросейсмического критерия цунамиопасности землетрясения [6, 7].

1. Заблаговременность самого раннего предупреждения о цунами.

Реальная полезность всякой Системы, предназначенной для предупреждения об опасных для человека явлениях, определяется тем, насколько предупреждения оправдываются и насколько они заблаговременны, то есть доставлены потребителю заранее, до наступления опасного события.

Под заблаговременностью предупреждения о цунами конкретного населенного пункта i мы понимаем интервал времени T(i,заб.) между моментами tt(i) подхода цунами к пункту i и получения в этом пункте сообщения о нем t_w(i,сооб.):

T(i, заб) = tt(i) - tw(i, сооб.) (1)

Основным профилактическим мероприятием после получения тревожного сообщения о цунами является эвакуация населения из примыкающей к береговой черте полосы суши и моря в безопасные места. Эвакуация требует определенного времени T(эв), считая от момента получения тревожного сообщения, поэтому не всякий интервал заблаговременности предупреждения T(i, заб) будет достаточен для ее реального выполнения, а лишь такой, что

T(i, заб) >= T(эв). (2)

Последнее неравенство есть условие достаточной (для эвакуации) заблаговременности предупреждения о цунами в пункте i. Тревожные сообщения, удовлетворяющие этому условию, мы и будем, в дальнейшем, называть сообщениями, доставленными заблаговременно или просто заблаговременными, а все сообщения, не удовлетворяющие ему, - не заблаговременными. Заметим, что не заблаговременное предупреждение необходимо квалифицировать как пропуск цунами, так как при этом резко возрастает риск гибели людей.

Система предупреждения о цунами может выдать самый ранний сигнал тревоги в систему связи лишь по истечении определенного интервала времени - реакции сейсмической подсистемы СПЦ на землетрясение - T(реак.с.п.), - считая от момента возникновения цунамигенного землетрясения. Этот интервал складывается из

1. времени распространения сейсмической (продольной - p) волны от очага землетрясения до ближайшей к нему сейсмической станции tp,
2. интервала времени, необходимого для регистрации полезного сейсмического сигнала T(рег.с.с.), равного интервалу времени между вступлениями продольной волны и максимумом поперечной (поверхностной) волны на ближайшей к эпицентру сейсмической станции в составе СПЦ,
3. интервала времени, необходимого для обработки его и принятия решения о подаче тревоги цунами T(об.с.с.)].

Передача тревожного сообщения по каналам связи также требует определенного времени (включая время на передачу соответствующего текста в каналы связи) - T(св).

Пусть T(i) время пробега цунами от источника до пункта i. Тогда условие заблаговременной доставки тревожного сообщения в пункт i:

T(i) >= T(реак.с.п.) + T(св) + T(эв). (3)

Иными словами, выполнение условия (2) возможно лишь в случае выполнения условия (3). Сумму, стоящую в правой части рассматриваемого неравенства, назовем минимальным временем пробега цунами, прогнозируемого заблаговременно, при фиксированных значениях временных нормативов работы СПЦ, связи и эвакуации населения, и обозначим T_min. Тогда

T(i)  >= T_min > T(эв).

Условие (3) допускает прозрачную геометрическую (географическую) интерпретацию. Очевидно, что ему не удовлетворяют те точки акватории, которые находятся в пределах области, ограниченной изолинией времени добегания цунами, равного T_min, от воображаемого - “пробного” - точечного источника, располагающегося вблизи выбранного пункта. Эту область мы будем ниже называть сейсмической зоной молчания СПЦ для этого пункта или, сокращенно, СЗМ. Размеры ее будем характеризовать величиной максимального расстояния от пункта до ее границы D(i,T_min) - диаметром. Пересечение СЗМ какого-либо пункта с областью наиболее вероятного возникновения цунами (цунамигенной зоной) означает, что возможны случаи вынужденного пропуска цунами Системой предупреждения в этом пункте.

Это условие позволяют легко классифицировать возможные ситуации, в которых может оказаться любой, прикрываемый СПЦ, населенный пункт.

Ситуация первая, неблагоприятная: условие (3) не выполняется. Землетрясение произошло в пределах СЗМ для рассматриваемого населенного пункта. СПЦ не в состоянии заблаговременно предупредить население о катастрофе и, поэтому, не может нести ответственности за возможный пропуск цунами.

Ситуация вторая, благоприятная: условие (3) выполняется. Землетрясение произошло за пределами СЗМ для i-го населенного пункта. СПЦ в состоянии доставить предупреждение о цунами заблаговременно. Только в этой ситуации наступает (юридическая) ответственность СПЦ за своевременное предупреждение о цунами.

Эти ситуации, одна из которых обязательно реализуется при цунами в любом прикрываемом пункте, сохраняются и в случае не точечных (протяженных) источников цунами. Ситуация первая наступает для i-го пункта в случае, если хотя бы одна точка источника цунами принадлежит к его СЗМ. Ситуация вторая имеет место для тех пунктов, чьи СЗМ не содержат ни одной точки источника цунами.

С точки зрения безусловного обеспечения безопасности населения при цунами, первая ситуация допустима лишь в случае, когда само землетрясение является достаточно сильным, распознаваемым сигналом, свидетельствующем о большой вероятности предстоящего цунами. Поэтому необходимо определить понятие минимальной СЗМ, такой, что в случае пересечения ее очагом цунамигенного землетрясения, население будет иметь достаточные основания начать эвакуацию без сигнала от СПЦ.

Пусть J_пор - пороговое значение балла макросейсмической интенсивности для объявления тревоги цунами, а R(J_пор) - радиус соответствующей изосейсты. Тогда минимальная СЗМ будет характеризоваться двумя параметрами: диаметром D_min=R(J_пор) и минимальным временем ее пересечения волной цунами T(i,D_min). Очевидно, что, при фиксированных значениях M_пор и h_пор, D_min=const для всех населенных пунктов, а T(i,D_min) - индивидуальной их характеристикой.

2. Постановка задачи об оптимальном, с позиции заблаговременности предупреждения, размещении сейсмических станций в составе СПЦ.

Рациональная расстановка сейсмических станций в составе СПЦ предполагает сведение к минимуму числа вынужденных пропусков цунами при минимальном количестве самих станций.

Если исходить из того, что длительность информативного (для прогноза цунами) участка записи землетрясения, а, значит и минимальная длительность реакции сейсмической подсистемы T(реак.с.п.) пропорциональна разности (S-P) на ближайшей к эпицентру станции, то очевидно, что станции необходимо разместить в геометрическом центре каждой из СЗМ (или в геометрическом центре области пересечения СЗМ с цунамигенной зоной, если СЗМ выходит за пределы последней). В этом случае среднее расстояние от такой станции до точек, входящих в указанную область, будет минимально, а, значит, минимальной будет и средняя ожидаемая длительность информативного участка записи землетрясения, происшедшего в одной из них.

Если же ориентироваться только на сейсмические станции, расположенные на берегу, то оптимальными точками их размещения (по тем же соображениям) будут сами прикрываемые пункты. Таким образом, первый критерий оптимизации сейсмической подсистемы СПЦ состоит в том, что предпочтительные места установки новых береговых сейсмических станций в составе СПЦ есть сами прикрываемые пункты.

По ряду причин такая сейсмическая подсистема может оказаться избыточной (или слишком дорогостоящей). Например, установка станций в группе тесно расположенных пунктов не даст заметного уменьшения T(реак.с.п.) по сравнению со случаем, когда единственная станция установлена в одном их них. Ниже формулируются дополнительные критерии, позволяющие выбрать наиболее подходящие места под станции из множества предпочтительных в соответствии с первым критерием.

Второй критерий состоит в том, что для мест установки сейсмических станций выбираются такие пункты, которые находятся на концах наиболее высокоскоростных трасс распространения цунами, потому что именно в них вероятность вынужденного пропуска цунами при прочих равных условиях будет максимальной (эти пункты будут иметь самые обширные СЗМ при любом фиксированном значении T_min).

Третий критерий - социальная значимость и подвижность (мобильность при тревоге цунами) населения прикрываемых пунктов. Согласно ему, сейсмические станции, в первую очередь, необходимо устанавливать в наиболее крупных, а значит и наименее мобильных населенных пунктах (портах) и на объектах, чья производственная деятельность связана с длительным пребыванием персонала вблизи уреза воды.

Четвертый критерий - критерий максимальной безопасности при близком цунамигенном землетрясении. Он состоит в том, что, при выборе мест под сейсмические станции в составе СПЦ, сразу исключаются пункты, у которых диаметр СЗМ, соответствующий принятому значению T_min, окажется меньше или равен диаметру минимальной СЗМ:

D(i,T_min) <= D_min

или, что то же самое,

T_min <= T(i,D_min). (4)

Будем считать, что такие пункты наилучшим образом обеспечены заблаговременными предупреждениями о цунами действующей службой.

Условие (4) можно назвать условием максимальной безопасности населения при близких цунами. Соблюдение его исключает случаи незаблаговременного предупреждения о цунами, когда цунамигенное землетрясение, возникшее достаточно близко к какому-то пункту, ощущается в нем с интенсивностью ниже пороговой. Так как обе эти величины являются свободными параметрами нашей задачи, всегда можно их подобрать так, чтобы условие (4) выполнялось для каждого из прикрываемых пунктов. Если при фиксированных значениях T_min и D_min для каких-то пунктов условие (4) не выполняется, необходимо уменьшить первый из названных параметров или (и) увеличить второй. При этом полезно помнить очевидное следствие из условия (4). Если при каком-то фиксированном T_min для каких-то i оно не выполняется, его новое (необходимое для выполнения условия (4)) значение определяется однозначно: T_min(i)=T(i, D_min). Произвол в выборе необходимой длительности эвакуации по тревоге при этом сильно ограничивается, так как теперь строго

T(эв) < T(i, D_min). (5)

Относительно выбора значений указанных свободных параметров необходимо сказать следующее. Допустимые значения параметра T_min, который сам по себе является суммой трех независимых слагаемых, зависят от быстродействия СПЦ, связи и темпа эвакуации населения после объявления тревоги. Необходимо отметить, что соответствующие нормативы разработаны недостаточно полно.

Последнее замечание относится, прежде всего, к длительности T_эв эвакуации населения по тревоге. Она нигде не определена и не узаконена. А между тем, эта величина является важнейшей характеристикой готовности населенных пунктов встретить опасность цунами без человеческих жертв.

Норматив T(реак. с. п.) при близких землетрясениях определяет только верхнюю границу этой величины (решение о подаче тревоги цунами должно быть принято не позднее 10 минут после начала регистрации землетрясения на ближайшей к эпицентру станции).

С учетом сказанного, для определения “пристрелочного” значения T_min мы ниже принимаем следующие значения слагаемых, составляющих эту величину: T(реак. с. п.)=10 мин, T(св)=2 мин (действующий норматив связи в режиме “цунами”), T(эв)=15 мин (достаточно произвольный интервал, основанный на личных впечатлениях автора о возможностях эвакуации населения курильских населенных пунктов без использования средств транспорта). В итоге мы получаем значение T_min = 27 минут - минимальное время пробега цунами от источника до прикрываемого пункта, который еще может быть предупрежден действующей СПЦ об угрозе цунами заблаговременно (не менее, чем за 15 минут до подхода волны).

В работах [5,6,7] с использованием фактических данных о тихоокеанских землетрясениях, происшедших вблизи Курил Камчатки и Сахалина, показано, что опасные волны цунами, способные вызвать подтопление ближайших к источнику участков берега высотой 1 м или более, возбуждаются землетрясениями, имеющими силу сотрясений в эпицентральной области J₀ ? 9 баллов по макросейсмической шкале. Если при этом, землетрясение ощущается на каком-либо берегу силой J? 7 баллов, волна цунами подойдет к этому берегу с вероятностью, близкой к единице (при меньших значениях балла сотрясаемости вероятность подхода цунами резко уменьшается). Поэтому, следуя цитированным работам, примем значение J=7 в качестве порога для объявления тревоги цунами по ощущаемости землетрясения.

С другой стороны, в работе [1] убедительно показывается, что камчатские и курильские неглубокофокусные землетрясения преимущественно возникают на глубинах 35<h<55 км, а толща, лежащая выше этого интервала практически асейсмична. Воспользовавшись этой информацией, примем, что минимальная глубина, на которой может начаться сильное цунамигенное землетрясение h=35 км. С помощью макросейсмической формулы, рекомендованной для Камчатки [3], связывающей интенсивность сотрясений с магнитудой, глубиной очага и эпицентральным расстоянием точки наблюдения, можно определить, что, при этой глубине очага, магнитуда землетрясения, способного вызвать сотрясения в эпицентре силой J_0? 9 баллов, M? 7.25, а радиус изосейсты 7 баллов R_7? 106 км. Минимальное значение этого радиуса принято нами в качестве “пристрелочного” значения диаметра минимальной СЗМ.

3. Характеристика сейсмических зон молчания на тихоокеанском побережье Камчатки и рациональное размещение сейсмических станций в составе СПЦ

Рис 1. Карта эпицентров цунамигенных землетрясений и батиметрии акватории Тихого океана, примыкающей к Камчатке. Показаны изобаты 50,100,200,500,1000,2000,5000 м.

Теперь перейдем к анализу конкретного материала. На рис. 1 показан рабочий планшет (батиметрическая карта), на котором, в дальнейшем, выполнялись все необходимые расчеты с помощью АРМ исследователя-океанолога [4, 8]. Этот планшет охватывает практически всю акваторию Тихого океана, примыкающую к Камчатке, на которой происходили близкие сильные цунамигенные землетрясения в период 1737 - 1984 годов.

Батиметрический планшет был подготовлен на основе глобальной батиметрии (TerrainBase, National Geophysical Data Center, Boulder), путем переинтерполяции на батиметрическую карту с шагом 5х5 км, вытянутую вдоль побережья Камчатки. Кинематические расчеты построены на схеме с 4-точечным шаблоном, где для вычисления локальной кривизны фронта использованы производные от разностей времен прихода волны в смежные точки по направлению.

Как видим, эпицентры этих (как, впрочем, и большинства нецунамигенных) землетрясений концентрируются в полосе акватории, ограниченной береговой чертой и изобатой 5000 метров, изредка попадая и на сушу (возможно из-за ошибок в определении координат эпицентра). Эту область (между береговой чертой и изобатой 5000 м) мы примем в качестве прикамчатской “цунамигенной зоны”.

Номерами 1 - 25 обозначены положения морских точек расчетной области, наиболее близко расположенных к прикрываемым Российской СПЦ населенным пунктам и другим экономическим, научным и культурным объектам на Камчатке. Список этих пунктов любезно предоставлен Камчатским УГМС (Ю. А. Заякин). Наименования этих пунктов вместе с другими данными, характеризующими их сейсмические зоны молчания приведены в таблице 1.

Таблица 1
Характеристики прикрываемых пунктов на тихоокеанском побережье Камчатки.

* гидрометеостанция Камчатского Управления гидрометеослужбы
** контрольно-наблюдательный пункт
*** рыбозасольная сезонная база
**** Кроноцкий Государственный заповедник

Батиметрия дна океана в окрестности прикрываемых пунктов заметно различается для разных пунктов, что и определяет, в конечном итоге, форму и размеры соответствующих СЗМ. Можно отметить, что к южной оконечности Камчатки со стороны океана примыкает обширная зона мелководья. Расстояние от линии берега до изобаты 2000 м, которая, в целом, повторяет основные особенности контура береговой линии Камчатки, составляет от ~98 км в окрестности пункта 1 до ~47 в окрестности пункта 3. Всюду к северу это расстояние заметно меньше, исключая, мелководный Кроноцкий залив, и, в окрестности пункта 25, оно составляет ~14 км. Глубоководные изобаты подходят довольно близко к берегу в окрестности пунктов 4-7, 9, 12, 18-25. Очевидно, что в тех местах, где имеется протяженное мелководье, СЗМ будут относительно малых размеров, и наоборот, в тех местах, где глубоководные изобаты подходят близко к берегу, СЗМ будут наиболее обширными. Эти места и будут оконечными пунктами наиболее высокоскоростных трасс распространения цунами.

Рис. 2. Коллективная СЗМ всех прикрываемых пунктов (1-25) для T_min=27 мин (заштрихована). Землетрясения, пропадающие в пределы СЗМ, создают для соответствующих пунктов неблагоприятную ситуацию - возможность получения не заблаговременного предупреждения о цунами

На рис 2 показаны СЗМ (заштрихованная область) всех прикрываемых пунктов Камчатки при T_min=27 мин. Конечно, здесь видны только самые обширные из них, так как малые СЗМ поглощаются ими. Цунамигенные землетрясения, эпицентры которых попадают в заштрихованную область создают для прикрываемых пунктов неблагоприятную ситуацию, когда тревога цунами обязательно запоздает хотя бы в один пункт.

Рис. 2 хорошо иллюстрирует тот факт, что принятое выше исходное значение параметра T_min=27 мин слишком велико для некоторой части прикрываемых пунктов. В их коллективную СЗМ попало 18 (60%) эпицентров из 30 определенных на акватории цунамигенных землетрясений.

Детальный анализ размеров СЗМ каждого из рассматриваемых пунктов, времен пересечения минимальной СЗМ в окрестности каждого из них (таблица 1) показал, что условию (4) при T_min=27 минут удовлетворяют пункты 1 - 3, 8, 10, 11, 13 - 17. Их СЗМ показаны на рис 3.

Далее мы принимаем, что эти пункты, в число которых входит и областной центр - Петропавловск-Камчатский (пункт 8) наиболее полно обеспечиваются существующей камчатской СПЦ заблаговременными прогнозами цунами, они имеют самый большой резерв времени для эвакуации и, в дальнейшем не рассматриваются в качестве возможных мест установки дополнительных сейсмических станций в составе СПЦ.

Рис 3. СЗМ пунктов 1-3, 8, 10, 11, 13-17, удовлетворяющие условиям (3) и (4) при T_min=27. Эти пункты обеспечиваются действующей СПЦ заблаговременными предупреждениями о цунами (не менее, чем за 15 минут до подхода волны) если источник цунами находится за пределами показанных СЗМ. Если же он пересечет какую-то из них, то макросейсмический эффект землетрясения (силой 7 или более баллов) сам по себе будет хорошим предупреждением о предстоящем цунами и достаточным основанием для начала эвакуации.

Рис 4. Минимальные СЗМ пунктов 4-7, 9, 12, 18-25, построенные для случая, когда T_min=T(i, D_min) при D_min=106 км. Приведены значения T(i, D_min) или интервал их изменения для групп тесно расположенных пунктов. Это время есть важная характеристика прикрываемого пункта, так как оно определяет минимальный интервал, в течение которого необходимо выработать прогноз цунами и, в случае необходимости, выполнить эвакуацию населения при близком землетрясении. Пункты, имеющие наименьшие значения T(i, D_min), в первую очередь нуждаются в прикрытии дополнительными сейсмическими станциями в составе СПЦ.

В остальных пунктах, для того, чтобы выполнить условие (4), необходимо принимать T_min(i)=T(i, D_min) и, как видно из табл.1, эти интервалы для некоторых пунктов очень малы (по крайней мере для пунктов 24, 25). Соответствующие СЗМ приводятся на рис 4.

Результаты вычислений времен пробега цунами через минимальную СЗМ (D_min=R₇=106 км) и обмера СЗМ, соответствующих трем значениям T_min (27, 20 и 15 минут) для каждого из прикрываемых пунктов в отдельности представлены в табл. 1.

Реальные возможности действующей СПЦ доставлять заблаговременные предупреждения о цунами в прикрываемые пункты Камчатки, а также пункты, где в первую очередь следует располагать новые сейсмические станции в ее составе, становятся совершенно ясными при анализе содержания табл 1 и рис 4.

СЗМ пунктов 4-7, 9 большей частью перекрываются и поглощаются СЗМ пункта 5, которая является самой обширной из них, а время T(i, D_min) наименьшим в этой группе. Следовательно, для прикрытия данной СЗМ, необходимо установить сейсмическую станцию в пункте 5. Заметим, что эта сейсмическая станция будет контролировать также СЗМ пункта 9 (поселок Халактырка).

Наибольший диаметр СЗМ D(i,T_min)= 339 км (при T_min=27 минут) среди всех рассматриваемых пунктов и наименьшее время T(i,D_min) = 10 минут имеет пункт 25 (село Никольское). Последний находится на значительном удалении от остального побережья, прикрываемого камчатской СПЦ. Поэтому очевидна необходимость установки новой сейсмической станции в этом пункте.

Среди пунктов 18-24, располагающихся по берегам Камчатского залива и на мысах, его ограничивающих, наиболее обширную СЗМ с диаметром D(i,_min)=212 км и наименьшее время T(i,D_min) = 12 минут имеет пункт 24 (гидрометеостанция Камчатского УГМС), но наиболее значимым в социальном отношении и наименее мобильным при эвакуации по тревоге является пункт 23 (поселок Усть-Камчатск), являющийся к тому же морским портом. Поэтому именно его мы однозначно выбираем в этой группе для дислокации новой сейсмической станции.

Найденные места под новые сейсмические станции в составе СПЦ действительно являются наилучшими с позиции критериев, сформулированных в разделе 2. Однако полученное решение не отвечает на вопрос, насколько улучшит ситуацию введение в строй этих новых станций по сравнению с существующей. Кратко остановимся на этом вопросе.

Сейсмическая подсистема СПЦ на Камчатке в настоящее время состоит из единственной сейсмической станции, расположенной в г. Петропавловск-Камчатский, работающей в стандартном режиме, когда на обработку записи близкого землетрясения отводится не более 10 мин с момента начала его записи. Как показано выше (рис 3, табл 1), эта станция в состоянии обеспечить предупреждениями о цунами пункты 1-3,8,10,11,13-17 с заблаговременностью не менее, чем в 15 минут (при ручной обработке записи).

При автоматической или интерактивной (с помощью ПК) обработке записи длительность реакции единичной сейсмической станции на полезный сигнал может быть существенно сокращена. Действительно, местные Камчатские землетрясения (в Тихом океане) происходят на расстояниях D < 700 км от Петропавловска, что дает разность (S-P) < 70 с. Время пробега волны S на этих расстояниях будет t_S<170 c. Запаздывание обработки записи относительно регистрации составляет менее 10 с. Этим последним, при наших оценочных расчетах, можно пренебречь. Если для оценки магнитуды землетрясения использовать продольную волну, как это предлагается в [2, 10], то максимальная длительность реакции сейсмической станции Петропавловск на местное землетрясение составит T(реак.с.п.) < 3 мин. При таком темпе обработки записи землетрясения можно принять T_min=20 мин и сейсмическая станция Петропавловск сможет обеспечить тревожными сообщениями с 15-минутной заблаговременностью, помимо уже названных, пункты 4, 7, 9, 12 (табл 1).

Для большинства оставшихся пунктов исключая, возможно, пункт 5 (пункт водоснабжения в бухте Русская) и крупные населенные пункты 23 (Усть-Камчатск) и 25 (Никольское), по-видимому, можно без ущерба уменьшить длительность эвакуации до 10 минут, а для пункта 24 (ГМС на мысе Африка) до 8 мин. Это будет соответствовать T_min=15 мин. При таких нормативах сейсмостанция Петропавловск гарантировано обеспечит заблаговременными прогнозами цунами все рассматриваемые пункты (табл. 1) за исключением названных трех (5, 23, 25), которым, скорее всего, необходимо большее время (но не больше, чем T(i, D_min)) для выполнения эвакуации.

При установке сейсмических станций дополнительно в пунктах 5,23,25 для них T_min» t_S+T(эв)<T(i,D_min), так как обработка землетрясения практически заканчивается в момент вступления S, а на передачу тревожного сообщения в этом случае время вообще не расходуется. В наиболее неблагоприятном случае, когда землетрясение произойдет на расстоянии в ~100 км от одного из них, время пробега поперечной волны t_S» 24c или менее 1 минуты. Соответственно, длительность эвакуации может составить T_min» [T(i,D_min)-1] мин или 16 мин для пункта 5, 18 мин для пункта 23 и 9 мин для пункта 25.

4. Выводы.

Анализ понятия заблаговременности предупреждения о цунами с точки зрения обеспечения безопасности населения показал, что, в принципе, возможны случаи, когда СПЦ не в состоянии обеспечить заблаговременными предупреждениями те или иные прикрываемые пункты побережья в своей зоне ответственности.

Из условий заблаговременности сейсмического прогноза цунами вытекает, что в окрестности каждого прикрываемого пункта существуют сейсмические зоны молчания (СЗМ), такие, что для источников их пересекающих сейсмический прогноз окажется заведомо не заблаговременным.

Размеры СЗМ определяются из условия, чтобы время пробега цунами через нее T_min (минимальное время пробега цунами, прогнозируемого заблаговременно) равнялось сумме интервалов времен: реакции СПЦ на опасное событие, прохождения тревожного сообщения по каналам связи и эвакуации населения в безопасные места.

Нормативные документы, определяющие величину выше указанных интервалов разработаны не полностью. Так, нет информации о возможной минимальной длительности эвакуации населения на берегу в каждом из прикрываемых пунктов, которая может значительно варьировать от пункта к пункту.

Размеры СЗМ ограничиваются сверху диаметром минимальной СЗМ или величиной D_min=R(J_пор), где R(J_пор) - радиус ощущаемости цунамигенного землетрясения. Предлагается принять J_пор=7 баллам по макросейсмической шкале. Тогда для Камчатки соответствующий радиус равен ~100 - 110 км. В случае, если землетрясение ощущается в каком-либо пункте с силой J ? J_пор, оно, с большой вероятностью является цунамигенным, но предупреждение о цунами от СПЦ в этот пункт поступит незаблаговременно, поэтому население должно начать эвакуацию самостоятельно и немедленно.

Время, в течение которого волна цунами пересекает минимальную СЗМ, является важной природно-географической характеристикой прикрываемого пункта, определяющей допустимую длительность эвакуации в случае близкого цунамигенного землетрясения. Для прикрываемых пунктов Камчатки оно варьирует в широких пределах от ~10 мин в Никольском до ~50 мин в районе расположения ГМС на мысе Лопатка. Пункты имеющие наименьшие значения T(i,D_min) имеют наименьший резерв времени для эвакуации в случае близкого цунамигенного землетрясения. Поэтому для его максимального использования новые сейсмические станции в составе СПЦ имеет смысл устанавливать именно в них. При этом необходимо учитывать также реальные возможности экстренной эвакуации по тревоге цунами, которые определяются мобильностью персонала объектов, располагающихся вблизи береговой черты. По этим признакам определены три наиболее предпочтительных места для первоочередной установки новых сейсмических станций в составе СПЦ: село Никольское (о-в Беринга), поселок Усть-Камчатск и пункт водоснабжения в бухте Русская.

Максимальная заблаговременность тревоги цунами для этих пунктов в случае близкого землетрясения достигается при условии, что необходимая информация о нем извлекается из интервала между вступлениями P и S-волн и обработка записи заканчивается сразу после регистрации волны S.

В заключение автор приносит благодарность В.Н. Храмушину за обучение и постоянные консультации по работе с использованным нами комплексом программ, с помощью которого удалось выполнить все необходимые для данной работы расчеты, Г.В. Шевченко, Л.Н. Поплавской за ценные замечания по содержанию и тексту данной статьи.

Данная работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 97-01-96010 (Камчатка), “Теоретические исследования и численное моделирование камчатских цунами, вопросы совершенствования единой дальневосточной системы предупреждения о цунами”.

Список литературы

1. Болдырев С.А. Преобладающая глубина очагов фокальной зоны курило-камчатских землетрясений по наблюдениям наземных и донных станций // Сейсмологические исследования Мирового океана. М., 1983. - С.94 - 103.
2. Константинова Н.П., Поплавский А.А. Оценка магнитуды по интервалу записи продольной волны // Доклады АН СССР. - 1990. - Том 312, № 6. - С.1344 -1347.
3. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г.-М.: Наука, 1977. - 535 с.
4. Оперативный прогноз цунами на морских берегах Дальнего Востока России / А.А. Поплавский, В.Н. Храмушин, К.И. Непоп, Ю.П. Королев // Южно-Сахалинск, 1977. - 273с.
5. Поплавская Л.Н. Параметры макросейсмического источника и интенсивность цунами (на примере Курило-Камчатской эпицентральной зоны) // Параметры очагов цунамигенных землетрясений и особенности цунами. - Владивосток, 1980. - С. 53-56.
6. Соловьев С.Л., Поплавская Л.Н. Оценка цунамиопасности близкого землетрясения // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1982а. - № 11. - с. 87-91.
7. Соловьев С.Л., Поплавская Л.Н. Прогноз цунамиопасности по макросейсмическим данным. Совещание по проблеме цунами (Новосибирск, 1-3 сентября): Тез.докл.- Новосибирск, 1982. - с.54-56.
8. Храмушин В.Н. Комплекс программ для решения задач о распространении волн цунами // Вычислительные технологии. Новосибирск, 1992. - Т.1, № 3. - С.281-295.
9. Шикотанское цунами 5 октября 1994 года/А.И.Иващенко, В.К.Гусяков, В.А.Джумагалиев, Г.Йех, Л.Д.Жукова, Н.Д.Золотухина, В.М.Кайстренко, Л.Н.Като, А.А.Клочков, Ю.П.Королев, А.А. Кругляков, Е.А.Куликов, В.Н.Куракин, Б.В.Левин, Е.Н.Пелиновский, А.А.Поплавский, В.В.Титов, А.А.Харламов, В.Н.Храмушин, Е.В.Шельтинг // Докл. РАН. - 1996. - Т.348, № 4. - с.532-538.
10. Witmore P.M., Sokolovsky T.J. Rapid sizing of potentially tsunamigenic earthquakes at regional distances in Alaska // Sci. Tsun. Haz. - 1987. - Vol. 5, № 2. - p.67-76.