На основании многочисленных данных, свидетельствующих о том, что жесткость фронтальной части островной дуги, ограниченной вулканическим поясом, больше жесткости вулканического пояса, было предположено, что под давлением океанской плиты перед сильным землетрясением фронтальная часть островной дуги изгибается так же, как изгибается бесконечно длинная балка на упругом основании под действием поперечной силы. Расчеты показали, что в районе очага сильного землетрясения и на расстоянии от него вдоль сейсмофокальной зоны в обе стороны до ста километров фронтальная часть островной дуги будет прогибаться в направлении вулканического пояса, а на расстоянии от ста до трехсот километров - в направлении океанской плиты. Прогиб фронтальной части островной дуги в сторону вулканического пояса создаст в последнем напряжение сжатия, а прогиб в сторону океанской плиты - напряжение растяжения. Следовательно, чтобы доказать явление изгиба фронтальной части островной дуги перед сильным землетрясением, достаточно зафиксировать появление в вулканическом поясе перед близким землетрясением напряжения сжатия, а перед удаленным - напряжения растяжения.

В результате анализа данных напряжений было найдено, что в системе координат с горизонтальными осями X и Y и вертикальной осью Z под действием напряжения сжатия в скальном массиве возникнут вертикальные градиенты горизонтальных смещений и , имеющие вид:

а под действием напряжения растяжения в рыхлых отложениях возникнут вертикальные градиенты горизонтальных смещений и , имеющие вид:

где - коэффициенты, зависящие от свойств среды;

, - средние вдоль осей X и Y в окрестности точки наблюдения напряжения сжатия , ; - средние вдоль осей X и Y в окрестности точки наблюдения напряжения растяжения ; - время.

Из (1) и (2) следует, что по градиентам смещения и можно судить о появлении в вулканическом поясе напряжений сжатия и напряжений растяжения . Но изменение указанных градиентов происходит на фоне изменяющихся во времени градиентов смещений и , обусловленных силой тяжести. Поэтому сначала был изучен характер изменения последних. С этой целью на Камчатке в устье реки Налычева, в районе поселка Лесной и на утесе Авачинской губы были созданы геомеханические датчики, представляющие собой прочно связанную со средой на глубине около пятидесяти метров жесткую вертикальную гильзу, в которой установлен скважинный наклономер модели НИВ-1 [3] С помощью этих датчиков были проведены наблюдения за медленными изменениями углов между продольной осью гильзы и отвесной линией 0Z в плоскости меридиана (плоскости X0Z) и в плоскости первого вертикала (плоскости Y0Z). Данные углы можно считать равными градиентам смещения соответственно и . Наблюдения показали, что в поле силы тяжести градиенты смещения и являются линейными функциями времени.

Градиенты смещения (1) и (2) в общем случае изменяются во времени нелинейно и появление их нарушит линейный ход градиентов смещения, обусловленных силой тяжести. Значит, непрерывно наблюдая за вертикальными градиентами горизонтальных смещений в скальном массиве и в рыхлых отложениях можно зафиксировать появление в вулканическом поясе перед близким землетрясением напряжения .сжатия, а перед удаленным - напряжения растяжения. Для выполнения этой задачи в Петропавловске-Камчатском, расположенном в вулканическом поясе, были созданы на глубине около пятидесяти метров два геомеханических датчика. Один - в скальном массиве, другой - в рыхлых отложениях.

Наблюдения в скальном массиве начались осенью 1990 года. Во время этих наблюдений 2 марта 1992 года в Авачинском заливе произошло землетрясение с М=7.1. Это было самое сильное землетрясение в районе Петропавловска-Камчатского за последние тридцать лет. Кроме того, это было близкое землетрясение, так как расстояние его области афтершоков до геомеханического датчика было существенно меньше ста километров [2]. Полученные временные ряды до момента этого землетрясения изменялись нелинейно, а после - в течение многих лет - линейно. Такой ход временных рядов означает, что перед сильным землетрясением 2 марта 1992 года вблизи его очага в вулканическом поясе возникло напряжение сжатия.

Наблюдения в рыхлых отложениях начались весной 1992 года. В период наблюдений, а именно 5 декабря 1997 года, у тихоокеанского побережья Камчатки недалеко от Кроноцкого полуострова произошло самое сильное в этом районе за время детальных сейсмологических наблюдений землетрясение с М=7.9. Это землетрясение было удаленным. Его область афтершоков имела вид вытянутого вдоль островной дуги эллипса с осями длиной двести и сто километров и располагалась от точки наблюдения на расстоянии порядка ста шестидесяти километров [1]. Медленные изменения полученных временных рядов в течение многих лет, за исключением 1996 и 1997 годов, были линейными. В 1996 году изменение рядов стало нелинейным и оставалось таким до конца 1997 года. Это означает, что перед землетрясением 5 декабря 1997 года на удалении от его очага в вулканическом поясе возникло напряжение растяжения.

Проведенные наблюдения показали, что явление изгиба фронтальной части островной дуги, ограниченной вулканическим поясом, перед сильным землетрясением, как и предполагалось, действительно имеет место. Однако наблюдения дали более значительные результаты. Оказалось, что временные ряды градиентов смещения в скальном массиве перед землетрясением 2 марта 1992 года и производные временных рядов градиентов смещения в рыхлых отложениях перед землетрясением 5 декабря 1997 года сначала изменялись в одном направлении, а достигнув некоторой максимальной величины, начинали плавно изменяться в противоположном направлении. Это означает, что возникающие в вулканическом поясе перед сильным землетрясением напряжения сначала увеличиваются до максимума, а затем плавно уменьшаются. Но эти напряжения пропорциональны прогибам фронтальной части островной дуги, а те, в свою очередь, пропорциональны нагрузке океанской плиты. Следовательно, нагрузка океанской плиты перед сильным землетрясением сначала увеличивается до максимума, а потом постепенно уменьшается. Так же, как известно, изменяется нагрузка при вязком разрушении, если скорость деформации постоянна, причем уменьшение нагрузки после достижения ею максимального значения свидетельствует о начале процесса разрушения. Поскольку скорость деформации в сейсмофокальной зоне под давлением океанской плиты можно считать постоянной, а разрушение при землетрясении вязким, то обнаруженный характер изменения нагрузки океанской плиты, очевидно, открывает возможность геомеханического прогноза времени и места сильных землетрясений. Путем непрерывного наблюдения за изменением вертикальных градиентов горизонтальных смещений с помощью геомеханического датчика можно зафиксировать момент, когда нагрузка океанской плиты становится максимальной, и, следовательно, сделать надежный прогноз времени землетрясения. Линейная сеть геомеханических датчиков позволит определить очаг землетрясения, так как соответствующая ему в вулканическом поясе область сжатия с обеих сторон вдоль сейсмофокальной зоны ограничена областями растяжения.

1. Гусев А.А. и др. Сильное Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 года: основные данные, сейсмичность очаговой зоны, механизм очага, макросейсмический эффект. В сб.: Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. П-К, 1998, С. 32-49.
2. Зобин В.М. и др. Камчатское землетрясение 2 марта 1992 года (Магнитуда MLH=7.1) в Авачинском заливе и связанные с ним явления. Вулканология и сейсмология, 1996, № 6, С.48-61.
3. Ившин В.М. Скважинный наклономер НИВ-1. Вулканология и сейсмология, 1993, №5, С. 105-112.