Геофизики МФТИ и Университета Иннополис разработали алгоритм SPAD (Seismogenic Patches Detection), который позволяет обнаружить наиболее опасные сейсмогенные участки тектонических разломов, на которых зарождаются сильнейшие землетрясения. Это поможет улучшить систему предупреждения катастроф и оценить сейсмические риски при строительстве домов, электростанций, газопроводов, мостов, горнодобывающих шахт и др. Исследование опубликовано в журнале Geosciences. Работа поддержана Российским научным фондом (проект № 22-17-00204-П).
«Сильные землетрясения зарождаются в зонах, где, как считалось раньше, на протяжении многих лет отсутствуют землетрясения. Мы изменяем это представление и показываем, что в зонах зарождения сильнейших землетрясений инициируется большое число слабых землетрясений. И теперь у нас есть способ увидеть зоны зарождения сильных землетрясений за много лет до главного удара», — рассказывает Алексей Остапчук, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики геосистем МФТИ.
Землетрясения застают человека врасплох, уносят жизни и за считаные минуты превращают многоэтажные дома в обломки. Их очаги скрыты глубоко под землёй и недоступны для прямых наблюдений, что затрудняет прогнозирование.
По данным NOAA, в результате только одной серии землетрясений в Турции и Сирии магнитудой 7.8 в 2023 году погибло более 56 тысяч человек.
Ученым давно известно, что разломы в земной коре имеют сложную структуру. На их поверхности формируются прочные тектонические контакты, которые за счет фрикционного сопротивления не позволяют берегам разлома смещаться. В этих зонах годами накапливается упругая энергия, которая затем внезапно высвобождается в виде мощного землетрясения.
До сих пор ученые могли определять расположение таких зон только постфактум, анализируя уже случившееся землетрясение. Новая разработка учёных МФТИ позволяет заглянуть вглубь разлома заранее, не дожидаясь катастрофы.
Алгоритм SPAD (Обнаружение сейсмогенных зон) анализирует фоновую сейсмичность — слабые и незаметные для людей толчки, которые происходят постоянно. Они несут в себе отпечаток глубинной структуры тектонического разлома, позволяют «прощупать» его различные участки и понять, какие из них копят энергию для удара.
Алексей Остапчук: «Сначала алгоритм «очищает» каталог землетрясений от взаимосвязанных событий и афтершоков — толчков, следующих после сильных землетрясений. Остается фоновая сейсмичность, которая отражает медленный, постоянный процесс деформации. Далее SPAD ищет зоны, где фоновые события группируются особенно плотно, и очерчивает их границы. Это и есть сейсмогенные зоны, где будут инициированы сильнейшие землетрясения».
SPAD работает без участия человека и экспертных подсказок о том, где ранее были сильные толчки. Он находит пространственные скопления событий, опираясь на два физических критерия: максимальное число кластеров и событий в них, а также характерное расстояние между фоновыми событиями.
Работу алгоритма проверили на реальных данных по Камчатке, которые содержат информацию о сейсмичности региона за последние 35 лет. В зоне полуострова Камчатка Тихоокеанская плита погружается под Охотскую, что приводит к накоплению упругой энергии на их тектонических контактах и порождает мощные толчки. Алгоритм SPAD выделил в этом регионе семь крупных сейсмогенных зон размером от 170 до 270 километров.
Когда на карту сейсмогенных зон нанесли эпицентры сильных землетрясений, оказалось, что 20 из 24 событий точно попали в очерченные границы. При этом алгоритм одинаково успешно выявил как старые толчки (13 из 16, произошедших до 1990 года), так и современные (7 из 8, случившихся после 1990 года). Это доказывает, что сейсмогенные зоны — долгоживущие структуры, которые сохраняются на поверхности разлома десятилетиями.
Алексей Остапчук: «Особенно показательны результаты сопоставления карты сейсмогенных пятен с очагов камчатского землетрясения магнитудой 8,8, произошедшего 29 июля 2025 года. Сейсмическая энергия выделялась сразу из трёх соседних сейсмогенных зон. Это подтверждает нашу догадку о том, что их границы определяют масштаб будущей катастрофы».
Зная размеры и границы сейсмогенных зон, инженеры могут точнее рассчитать риски при строительстве: заложить запас прочности при проектировании атомных электростанций, плотин, мостов и газопроводов. SPAD можно использовать при планировании сверхглубокого бурения: он подскажет, где бурить скважину, чтобы установить датчики непосредственно в очаге будущего землетрясения. Также разработка будет полезна для мониторинга сейсмичности в глубоких шахтах, чтобы выявить зоны напряжения и предотвращать их обрушение.
Работа над алгоритмом продолжается. Ученые планируют повысить его точность и уточнить для получения более детальной информации о неоднородности зон сейсмогенных пятен. Алгоритм эффективно работает и в других сейсмоактивных регионах планеты: на Курилах, в Японии, в зоне разлома Сан-Андреас. В перспективе метод может стать основой для глобального картирования тектонических контактов (англ. “tectonic asperity”) и более точной оценки сейсмической опасности в масштабах всей планеты.
