В табл. 1 представлены данные, характеризующие уровень «сигналов» от различных полей этого рода для близких (<10 км) и далеких (1000—5000 км) расстояний от источника. Некоторые сейсмологи полагают, что темп накопления тектонических деформаций 10-7/год характерен для асейсмичных зон, а 10~5/год — для высокосейсмичных зон. Эти оценки получены по данным геодезической съемки и деформометров. Оценка 10-4 для изменения деформации при катастрофических землетрясениях основана на съемках, проведенных вблизи эпицентра. Эта величина соответствует скачку напряжений порядка 10—100 бар вблизи источника, если исходить из разумных значений жесткости пород. Величина удаленного «сигнала» 10-9 опирается на данные деформометров. Величина наклонов и смещений, сопровождающих заполнение и излияние лавы из неглубоких резервуаров магмы, была получена Итоном и Мурата [11], изучавшими извержение вулкана Килауэа. Уровень изменения деформаций-предвестников относится к землетрясению Ниигата 1964 г. и был зафиксирован многими приборами.
Табл. 1 не является полной. Мы можем надеяться, что в конце концов в нее войдет и уровень помех, обусловленных изменениями атмосферного давления и нагрузки океана, ветрами, термоупругим воздействием солнечной энергии, а также самими приборами. Предметом будущих изысканий явятся и такие источники «сигналов», как деформации и смещения, сопутствующие дрейфу континентов и конвекции в мантии.
Сейсмология сверхнизких частот предъявляет высокие требования при проектировании самой точной аппаратуры. Необходимо выявлять остаточные поля в условиях сильных возмущений, обусловленных полем источника. При этом надо оценить и исключить влияние температуры, атмосферного давления, дождевых осадков, изменений уровня моря и неоднородности горных пород, чего очень трудно добиться. Необходима также стабильность аппаратуры в течение длительного времени, чтобы регистрировать изменения, происходящие в интервалы от минут и часов до нескольких лет.
В табл. 2 дана характеристика аппаратуры, применяемой при различных измерениях в сейсмологии сверхнизких частот. Геодезическая съемка 1-го класса обеспечивает измерение расстояний с точностью до 1:105. Таким образом, для выявления региональных подвижек по разлому Сан-Андреас необходимо вести наблюдения в течение 10 лет. Новейшая электроннооптическая аппаратура для съемок обеспечивает при тщательно поставленных измерениях точность на один порядок выше. Фактически, используя лазерные дальномеры, можно довести точность съемки до 1:107, если применять методы внесения поправки на изменения атмосферного давления.
Хотя при кратковременных возмущениях чувствительность деформометров и наклономеров на несколько порядков выше указанного уровня, смещения нульпункта и влияние различных помех ограничивают возможность стабильной работы этих приборов в течение длительного времени.
При долговременных наблюдениях (больше 1 часа) гравиметры регистрируют уже не ускорения, а смещения и позволяют измерять изменения расстояния от центра Земли по изменяющемуся полю тяготения.
Сейчас проектируются сейсмографы для записи смещений, которые используют такие экзотические чувствительные элементы, как гироскопы и акселерометры с вибрирующей нитью (осуществляется двукратное интегрирование). Данные о пороге чувствительности, приводимые в табл. 2, соответствуют ожидаемым результатам, но еще не подтверждены в ходе работ.
Хотя измерение напряжений пород в естественном залегании позволяет судить об абсолютном уровне напряжений, соответствующие приборы используются преимущественно лишь в инженерных целях. Тензометры помещают в скважины; через определенное время их вынимают вместе с керном. По изменениям деформаций, зарегистрированным прибором, судят об абсолютном уровне напряжений, существовавшем до измерений.
С помощью жидкостных деформаторов измеряют изменения объема в подземных резервуарах, заполненных водой. Их чувствительность, по-видимому, такая же, как и измерителей деформаций типа тензометра, хотя эти приборы трудно калибровать; кроме того, не ясно, могут ли они длительное время обеспечивать стабильность измерений.
За последнее время сейсмологи оценили значение упругого поля сейсмических волн. Долговременные напряжения, деформации, наклоны и смещения, связанные с накоплением и высвобождением напряжений.— все это перспективная область исследований, которая нуждается в разработке п создании нового класса приборов. Нужна аппаратура, позволяющая регистрировать деформации, напряжения и наклоны в глубоких скважинах (удаленных от источников помех и близких к очагам возмущений). Хотя порог чувствительности приборов, указанный в табл. 2, и достигнут, имеется очень мало данных, отражающих регистрацию тектонических движений в течение ряда лет. Технически с помощью электронно-оптических дальномеров вполне осуществимо измерение региональных деформаций (вдоль линий) на протяжении многих километров, однако успешное проведение таких работ все еще дело будущего. Чтобы отделить региональные изменения изучаемого поля от изменений, обусловленных влиянием температуры, атмосферного давления, нагрузки океанов, ветров и т. д., необходимо группирование приборов, фиксирующих медленные изменения. Хотя существующая аппаратура позволяет провести сопоставление абсолютных напряжений в стабильных областях и тектонически активных зонах, эта важная работа все еще не выполнена.
Ниже приведен лишь неполный перечень проблем, ожидающих своего решения.
- 1. Динамическая характеристика твердого тела Земли, подвергаемого действию переменной нагрузки (атмосферной, океана и т. д.).
- 2. Накопление и высвобождение деформаций в сейсмичных зонах как функция сейсмичности зоны.
- 3. Механизм землетрясений и природа образования разломов по данным о поле деформаций, наклонах и смещениях, измеряемых вблизи и на большом расстоянии от очага.
- 4. Деформации, наклоны и смещения как предвестники землетрясений и извержений вулканов.
- 5. Крупномасштабные деформации и наклоны, связанные с конвекцией в мантии, фазовыми переходами вещества, дрейфом континентов, раздвиганием ложа океанов и изменениями радиуса Земли.