С августа 2000 г. Институтом вулканологии ДВО РАН проводятся непрерывные скважинные геоакустические наблюдения в диапазоне частот от 3 Гц до 2 кГц. Пункт наблюдений был создан на базе скважины Г-1 (“Хлебозаводская”), имеющей глубину 2542 м, расположенной на территории г.Петропавловска - Камчатского. Интерес к скважинным геоакустическим наблюдениям был обусловлен, в первую очередь, высокой чувствительностью геоакустической эмиссии к изменениям напряженно – деформируемого состояния земной коры, вызванных различными геодинамическими процессами. Однако, как показывает опыт проведения геоакустических наблюдений, изучение закономерностей изменений характеристик геоакустической эмиссии в связи с тектоническими процессами и приливными воздействиями требует использования систем наблюдений с чувствительностью порядка (10^-9 ¸10^-12) м. Очевидно, что реализация наблюдений с таким уровнем чувствительности на поверхности Земли наталкивается на серьезные трудности из-за высокого уровня сейсмических шумов различного происхождения, особенно в случае использования широкополосной аппаратуры. Наиболее эффективным решением в этом случае является размещение датчиков в достаточно глубоких скважинах (700 м и более) - там, где уровень регистрируемого геоакустического излучения определяется, в основном, естественными процессами в литосфере Земли.

В созданной системе геоакустических наблюдений применен трехкомпонентный скважинный геофон с сенсорами на основе магнитоупругих кристаллических ферромагнетиков. Важной особенностью указанных сенсоров, является то, что крутизна их амплитудно – частотных характеристик составляет 60 дБ на декаду изменения частоты (велаксметрическая характеристика, измеряемый параметр – скорость ускорения). Такая характеристика обеспечивает адекватную компенсацию затухания уровня естественного геоакустического фона в зависимости от частоты, что позволяет, в отличие от традиционных сейсмометров и акселерометров, измерять уровень естественного геоакустического фона с амплитудами сигналов менее 10^-12 м в диапазоне частот до 5 кГц. Для снижения уровня регистрируемых шумов техногенного происхождения геофон был установлен на глубине 1035 м. Сигналы с выходов предварительных усилителей геофона по бронированному кабелю передаются к устью скважины, где осуществляется их усиление, полосовая фильтрация и детектирование (выделение огибающей исходного сигнала). Общая полоса частот, составляющая 3^¸2000 Гц, полосовыми третьоктавными фильтрами для каждого из трех каналов геофона разделяется на четыре полосы. Сформированные таким образом сигналы

12-ти измерительных каналов поступают на входы микропроцессорного контроллера, специально разработанного для этих целей. Преобразованные в цифровую форму сигналы (частота квантования 32 Гц на канал) обрабатываются контроллером в реальном масштабе времени. При этом для каждого измерительного канала производится вычисление среднего значения огибающей сигнала на интервале в одну минуту.

Анализ полученных данных дает основания для следующих выводов.

1. Размещение геофона в глубокой скважине на глубине около 1000 м позволило снизить уровень регистрируемых шумов техногенного происхождения примерно на два порядка.

2. Для эндогенной составляющей шумов характерны суточные вариации уровня с необычно крутыми (длительностью 5-10 мин.) фронтами, синфазных солнечной компоненте земного прилива S₁ с периодом 24,00 час. (рис.1б,в). При этом вариации уровня геоакустических шумов могут совпадать по фазе или с “дневной”, или с “ночной” суточными составляющими прилива, сдвиг фазы между которыми составляет (12 часов).

3. Очень крутые фронты суточных вариаций геоакустических шумов свидетельствуют о том, что процесс развития микротрещин в среде, являющийся источником фоновых геоакустических шумов, развивается лавинообразно при превышении пороговых напряжений за счет внешнего дополнительного воздействия. Это соответствует теории Гриффита, согласно которой неустойчивое развитие трещин начинается при превышении критических напряжений в среде.

4. Достаточно значимых откликов уровня геоакустических шумов на лунные и лунно – солнечные компоненты земного прилива при этом не было отмечено. Это дает основания для вывода о том, что сам по себе солнечный прилив и вызываемые им земноприливные деформации в данном случае не могут являться первопричиной суточных вариаций геоакустических шумов. Ответ на вопрос о физической природе синхронизации геоакустических шумов с периодом, равным средним солнечным суткам, требует отдельного изучения.

5. За период с 1 января 2001г. по 31 мая 2002 г. произошло 19 землетрясений с М_с 5.0, с эпицентральными расстояниями до 480 км и глубиной очага до 580 км. Перед всеми землетрясениями, кроме двух, имевших глубину очага более 500 км, наблюдались значительные нарушения суточного хода уровня геоакустических шумов. Во всех случаях, за исключением одного, нарушения суточного хода уровня геоакустических шумов выражались в полном его исчезновении и значительном уменьшении среднего уровня шумов (рис.1). Восстановление суточного хода в этих случаях происходило после землетрясений. Продолжительность периода восстановления зависела от магнитуды землетрясения и эпицентрального расстояния. При этом в ряде случаев восстановление суточного хода после землетрясений происходило с изменением фазы на (12 часов). В одном случае землетрясение (М_с =5.2, Н=31 км) предварялось уменьшением амплитуды суточного хода без его полного исчезновения и произошло через четверо суток на фоне восстановившегося суточного хода. Эти данные позволяют говорить о том, что изменения в характере суточного хода уровня геоакустических шумов в значительной мере являются следствием изменений напряженно – деформированного состояния среды. Уменьшение амплитуд суточных вариаций шумов вплоть до полного исчезновения суточного хода шумов можно интерпретировать как следствие сжатия среды, что приводит к повышению пороговых напряжений и соответственно к уменьшению количества образующихся микротрещин. Согласно полученным результатам, данные геоакустических наблюдений на скважине Г-1 отражают изменения напряженно – деформированного состояния среды в зоне радиусом до 500 км.

6. За время наблюдений произошло три близких сильных землетрясения (М_с 5.8, эпицентральные расстояния до 160 км). В этих случаях, кроме исчезновения характерного суточного хода, землетрясения предварялись бухтообразными аномалиями уровня шумов. В частности, перед землетрясением с М_с=6.5, произошедшим 8 октября 2001 г. в Авачинском заливе, аномальное увеличение уровня шумов началось за 21 сутки перед землетрясением и достигло максимума по амплитуде через 11 суток. Землетрясение произошло спустя 10 суток на фоне снижения уровня шумов (рис.1).

7. Вышеуказанные результаты позволили с января 2002 г. перейти к пробным краткосрочным прогнозам землетрясений в реальном времени. При этом, в частности, были успешно предсказаны по всем пяти параметрам (оценки времени, широты, долготы, глубины, магнитуды или класса) следующие землетрясения:

• Землетрясение 12 февраля 2002 г. (юг Авачинского залива, М_с=5,1). Прогноз был дан за одни сутки;
• Землетрясение 15 марта 2002 г. (север Курильских о-в, М_с=5,0). Прогноз был дан за 15 суток;
• Землетрясение 26 апреля 2002 г. (юг Кроноцкого залива, М_с=5,8). Прогноз был дан за восемь суток.

8. В целом полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что проведение непрерывных скважинных геоакустических измерений дает возможность организации эффективного мониторинга напряженно – деформированного состояния геологической среды. Это, в свою очередь, может явиться основой для достаточно надежных методов среднесрочного и краткосрочного прогноза землетрясений.