Мониторинговая оценка землетрясений в Ошской области с применением ГИС-технологий

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

Настоящее исследование сосредоточено на использовании интегрированного дистанционного зондирования и подхода географической информационной системы (ГИС). используются спутниковые данные, данные о землетрясениях и геологические данные. Были признаны важные факторы, связанные с землетрясениями — уровневые и относительные уровни входных данных (цифровая элемент-модель землетрясения, уклон, магнитуда землетрясения, расположение эпицентра, линеаменты, неисправности, расстояние до активной f своды и эпицентр). Для интеграции данных в ГИС предусмотрена схема числового ранжирования.

Карта индекса сейсмического потенциала делит исследуемый регион на различные соответствующие классы потенциала: высокий, средний, низкий, и очень низкий. Карта потенциала землетрясений, составленная для региона демонстрирует хорошую и детальную оценку зон потенциального землетрясения по сравнению с предыдущими картами сейсмической опасности полученные на основе традиционных методов.

Землетрясение является одним из самых серьезных стихийных бедствий, с которыми сегодня сталкивается человечество. Поэтому мониторинг и прогноз землетрясений в настоящее время является наиболее актуальной и сложной задачей всех наук о Земле, которая наносят громадный экономический ущерб и приводят к гибели людей. Недавние землетрясения 5 октября 2008 г. в Ошской области — село Нура полностью разрушено, погибло 74 человека. 6 февраля 2023 года с интервалом в 9 часов на юго-востоке Турции произошли два мощных землетрясения, которые привели к гибели свыше 50 500 человек, а в Сирии — 8 476 человек, ещё десятки тысяч пострадали. Поэтому для борьбы с опасностью землетрясений, необходимо разработать планирование предотвращения землетрясений. Прогноз сейсмической опасности является одним из основных методов предотвращения землетрясений.

Географическая информационная система (ГИС) — это компьютерная система, которая может собирать, хранить, анализировать и отображать информацию с географической привязкой. Широко используется для мониторинга и прогнозирования землетрясений, они также позволяют улучшить предотвращение ущерба от землетрясений, оценку ситуации, оказание экстренной помощи после землетрясения и т. д. Своевременное выявление и мониторинг сейсмической активности, указывающей на вероятные землетрясения, имеют важное значение для раннего обнаружения землетрясений. Ученые и власти могут улучшить свои возможности по выявлению предвестников землетрясений, изучению закономерностей и принятию соответствующих мер по смягчению последствий, применяя технологии ГИС.

Прогноз землетрясений включает в себя систему мероприятий по определению вероятности сильных землетрясений, их масштаба и возможных последствий для конкретного региона, находящегося в зоне их влияния. Прогноз землетрясений предполагает решение трех основных задач: прогнозирование места или района, где может произойти землетрясение; оценка вероятной величины (или силы) ожидаемого события; определить вероятное время ожидаемых землетрясений.

При этом самой сложной и важной задачей является прогнозирование точного времени ожидаемой сейсмической катастрофы, а общепринятых методов решения этой проблемы до сих пор нет, поскольку очаги сильных землетрясений располагаются на большой глубине (535 км) и склонны к разрушению горных пород, занимают огромный объем (от 100 до 106 км), который невозможно смоделировать традиционными методами.

Область исследования

Область исследования — Ошская область, площадь — 29,0 тыс. км2, или 14,5% территории Кыргызской Республики. Областной центр — город Ош, один из древнейших среднеазиатских городов [1]. Административно область делится на 7 районов: Алайский, Араванский, Кара-Кулжинский, Кара-Сууский, Ноокатский, Узгенский, Чон-Алайский (Рисунок 1).

Территория Ошской области характеризуется интенсивным развитием опасных природных процессов, связанных с геолого-структурными особенностями, рельефом, климатическими и гидрогеологическими условиями, сейсмической активностью, техногенными и другими факторами.

Рисунок 1. Область исследования

Материалы и методы исследования

Деятельность по мониторингу чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера является многоплановой. Она осуществляется многими организациями (учреждениями) с использованием многих методов и средств. Сейсмические наблюдения и прогноз землетрясений в стране осуществляется системой сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений Институт сейсмологии НАН КР и Департамента мониторинга, прогнозирования ЧС при МЧС КР.

Использованы топографические, геологические и сейсмические данные Института сейсмологии НАН КР и Министерства чрезвычайных ситуаций Кыргызской Республики по 2023 год. Данные содержат землетрясения магнитудой от 3 до 7,8 и глубиной в пределах от 10 до 100 км (Рисунок 2, 3).

Рисунок 2. Количество землетрясений в год

Для мониторинга поверхностных движений ЦАИИЗом (Центрально-Азиатский Институт прикладных исследований земли) по Кыргызской Республике была установлена 25 сеть GPS-станций. В настоящей статье используются данные четырех GNSS станций, расположенных в краевых частях исследуемого региона. Эти станции Ош (OHH), Салом-Алик (SALK), Суфи-Курган (SFK) и Дараут-Курган (DRK) (Рис. 2). Все станции оборудованы GNSS приемниками Topcon GB-1000. Потоки данных наблюдений автоматически передаются в ЦАИИЗ, где ведется их обработка с помощью программ Gamit/Globk (MIT, США).

Рисунок 3. Схемы сети сейсмические станции по Кыргызской Республике

В качестве средства реализации используется ГИС-пакет ArcGIS 10.7.1, в котором проводится сбор данных, а также анализ и оценка сейсмической ситуации, мониторинг и прогнозирование землетрясений. Для решения задачи используются картографическая база данных содержит цифровую топооснову Кыргызской Республики, включающую дорожную сеть, речная сеть, границы районов республики и населенные пункты. Для создания картографической базы данных использовались средства ArcGIS 10.7.1 и цифровая модель Кыргызской Республики масштабом 1:1250000. Цифровые космические снимки с различных спутников (Terra, Aqua и др.), используемые для изучения облачных структур с целью обнаружения признаков землетрясений с использованием визуальной компьютерной интерпретации, а также база данных сейсмомагнитных меридианов, которая используется для расчета потенциальной сейсмоопасной зоны. По этим данным выявляются предварительные зоны возможных землетрясений.

В 2023 г. на сейсмических наблюдательных пунктах зарегистрировано 501 землетрясение. На основании оценки текущего геодинамического состояния территории Чон-Алай и Алай сейсмоопасных регионов, по комплексу наблюдавшихся в 2023 г. показателей и сведений о современном сейсмическом режиме, возможная степень сейсмической опасности на 2024 г., в рассматриваемых регионах, может быть оценена как высокая (Рисунок 4).

Т. 10. №5. 2024

Рисунок 4. Карта-схема расположения эпицентров землетрясений, зарегистрированных сейсмическими станциями Ош (OHH), Салом-Алик (SALK), Суфи-Курган (SFK) и Дараут-Курган (DRK) и высотные отметки по Ошской области

Результаты исследования и их обсуждение

Из исследований наиболее опасным из районов ожидаемых землетрясений в Ошской области является Заалайский хребет, расположенный в зоне повышенной сейсмической активности. Эти зоны Сат-Шумкарский (СШ), Кызыл-Агынский (КА), Уулучатский (ГЧ) расположен в центральной части Гиссаро-Кокшаальской системы разломов на границе с Таджикистаном и Китаем (Рисунок 5).

Рисунок 5. Вероятной сейсмической опасности на территории Ошской области 2014–2025 гг. (Источник: Институт сейсмологии НАН КР)

По сейсмическому режиму в этой приграничной зоне по сравнению с другими регионами республики часто случаются сильные и слабые землетрясения. Эта зона является одним из самых опасных регионов Азии по частоте, плотности и силе землетрясений. Здесь интенсивность землетрясения может достигать 9 баллов, максимально возможная магнитуда Мmax = 8,0.

Ширина сейсмически активной зоны составляет до 30 км. В нее укладываются все плейстосейстовые области наиболее сильных событий. Например: Дараут-Курган, М=6,8 (1978 г.); Алайское, М=6,1 (1983 г.); Нуринское, М= 6,7 (2008 г.); Кызыл-Артское, М=6,5 (2016 г.); Карамыкское, М=6,5 (2017 г.) и другие, последствиями которых стали гибель людей, обрушение зданий и оползни [3, 4].

Частота особо сильных землетрясений на исследуемой территории может быть связана с непрерывным ростом структур Памиро-Алайской системы, их движение происходит как по продольным, так и по поперечным разрывам.

Кроме того, в густонаселенной части Ошской области II категории выявлены в ЮжноФерганском и Талас-Ферганском разломах. Среди этих РОЗ наиболее опасны Кызыл-Кия-Ош (КОШ), Узген (УЗ), Талдысу (ТД) и Гульчин (ГЧ), на территории которых, когда могут проявиться 6–8 бальные землетрясения с KR = 12.0–15.0.

На сегодня зона Заалайского хребта и прилегающие к ней районы являются наиболее сейсмоактивными на территории Кыргызстана.

Вывод

В геоинформационных системах необходимо оценивать возможные последствия, чтобы вовремя предупредить местные власти, различные службы и население. Это позволит существенно сократить потери населения, экологический и экономический ущерб. Для этого необходимо собрать в базе данных картографические источники информации об экологически опасных объектах, например, химических заводах и т. п., об объектах транспортной инфраструктуры: аэропортах, дорожных сетях и т. п., современные данные о населенных пунктах и численности населения в них.