Обобщение на научните резултати получени по
Договор ДН14-1/11.12.2017

  1. На базата на физико-математичното моделиране, анализа и комплексната количествена интерпретация на локалните и регионални напрежения и деформации в различните сеизмични зони е съставен непротиворечив геодинамичен модел изследвания район като основа за изясняване на реалните геодинамични процеси в централната част на Балканите. Този модел е използван за основа на една средносрочна оценка на сеизмичния потенциал на сеизмичните зони на територията на България и прилежащите земи.

  2. Резултатите от количествения анализ на фракталните свойства на разломната мрежа и пространствено-времевото разпределение на сеизмичността на Балканите ни дават основания да говорим за количествено сходство между йерархичната блокова структура на земната кора и пространствената структура на разпределението на епицентрите на земетресенията, т.е. предполага се взаимна пряка връзка между сеизмичния процес и активните разломи в района. Получената обща корелационна зависимост между b-параметъра и фракталните свойства на сеизмичността и разломната мрежа в Балканския регион може да се разглежда като отправна база при прогностичните изследвания на b-стойността от графика за повтаряемост на земетресенията в локалните му геодинамични системи.

  3. Резултатите от количествения сравнителен анализ между някои геодинамични характеристики на земните недра (като топлинния поток и термичните особености на литосферата) и пространственото разпределение на сеизмичността на територията на България и прилежащите земи показа наличие на генетична или парагенетична връзка на съответните геодинамични параметри . Този факт още веднъж потвърждава необходимостта от комплексно разглеждане на геодинамичните и геофизичните данни при оценка на сеизмичния риск в активните геодинамични зони.

  4. Мониторинга на сеизмичността и анализа на сеизмичния режим на територията на България и прилежащите земи през четирите години от периода на Договор ДН14-1/11.12.2017 показаха много ниско ниво на сеизмична активизация – микроземетресенията (магнитуд М<3) са около 98% от всички трусове, а само 3 земетресения са с М>4. В обстановка на отсъствие на силни (М>6) или дори умерено-силни (М>5) земетресения на територията на нашата страна, резултатите от проведения мултифрактален анализ на данни от регистрацията в наши станции на микросеизми преди по-силни земетрсения в съседни страни доказаха добрите сеизмопрогностичните свойства на микросеизмичния шум – получени са аномални стойности на специфични спектрални характеристики преди няколко по-силни земетресения в близки до нашата страна съседни райони.

  5. Картографирането и анализа на пространствено-времевите вариации на статистическите параметри на сеизмичността ( a- и b- параметрите от графиците на повтаряемост, Z-стойността на сеизмично затишие) преди 5 земетресения с магнитуд М>6 на Балканския полуостров показаха, че намаляването на стойността на b-параметъра и сеизмичните аномалии на затихване могат да бъдат индикатор за силно освобождаване на напрежение, и тези промени могат да бъдат интерпретирани като предиктори на силни сеизмични събития.

  6. Изследването с мощен математичен апарат на евентуално скрита или неявна периодичност в „потока“ от множеството по-силно въздействащи земетресения (М>4) в централната и южната част на Балканския полуостров показа, че в сеизмичния поток от множество земетресения има колебания с различни периоди, които се проявяват както в дългосрочен план, така и в кратки интервали от време. Идентифицирането на често срещащите се периоди може да способства за създаването на трендоустойчив мултихармоничен модел, позволяващ да се определи ненулевия „хоризонт за прогнозиране на сеизмични събития“ .

  7. Обобщените изследвания на вариациите на компонентите на тензора на магнитотелуричното поле по данни от българските геомагнитни обсерватории Панагюрище и Плана, както и по данни от различни магнитотелурични полеви проучвания доведоха до създаването на инверсен модел на възможните геоелектрични нехомогенности в земната кора на България, които се идентифицират с някои прояви на локалната сеизмичност в страната. Установените връзки със прояви на сеизмичността показват, че магнитотелуричните проучвания биха могли да бъдат полезни за усъвършенстване на комплексния подход при сеизмопрогностичните изследвания.

  8. Като резултат от изследване на смутеността на геомагнитното поле, наблюдавано в геомагнитна Обсерватория‚ Панагюрище“, е предложен подход за отделянето на външните от вътрешно-земните източници на смущения в геомагнитното поле . Експерименталните изследвания на времевите редове на компонентите на геомагнитното поле, изчистени от външноземни въздействия, разкриха известна корелация на установени геомагнитни аномалии с периоди преди повишена активизация на слабите земетресения на територията на страната. В регионален мащаб е получена аналогична корелационна зависимост между времената на установени геомагнитни аномалии в 19 обсерватории и времевите периоди преди силни земетресения на Балканите и прилежащи земи. Както при локалните, така и при регионалните изследвания аномалии са установени само за вертикалната Y-компонента на геомагнитното поле. Нелинейният статистически анализ на взаимовръзките показа, че в преобладаващата си част амплитудите на денонощната вариация на геомагнитната Y-компонента не зависи от магнитуда на земетресението , а зависимостта от разстоянието до епицентъра на земетресението е слаба. Установена е достатъчно отчетлива зависимост от дълбочината на земетресенията.

  9. Резултатите от проведените изследвания в по-ниско честотния спектър на геомагнитното поле показаха наличие на сигнали идентифицирани като еднополярни импулси на геомагнитното поле. Униполярните геомагнитни импулси са със средна широчина на импулса от няколко секунди до десетина секунди и се появяват на групи в периоди преди някои по-силни регионални земетресения. Освен това, импулсният характер на наблюдаваните предземетръсни импулси предпоставя наличието не само на магнитни, но и на електрични импулси, които се наблюдават предимно на хоризонталните компоненти на земното електромагнитно поле и са с по кратка продължителност в сравнение с геомагнитните.

  10. В поредица от ретроспективни анализи е опробвана методика за прогнозиране на силни земетресения чрез откриване на скрити или неявни краткотрайни геомагнитни импулси в записите на високочестотни геомагнитни вариометри и корелирането им с влиянието на земните приливи в определени райони с по-силни земетресения. Точността на прогнозата зависи от стойностите на дълбочината, координатите, времето и магнитуда на предстоящото земетресение, броя на пунктовете за наблюдение, геологията на района и от параметрите на получената неопределена нелинейна алгебрична система. Ярък пример за успешна ретропрогноза по тази методика са представените резултати от интерпретацията на геомагнитните данни и приливните движения преди з еметресението в Тихи океан на 11 март 2011 г., предизвикало трагични последствия за жителите на град Фокушима и околностите в Япония.

  11. Резултатите от построяване на линеаменти по линейни индикатори на аномалното геомагнитно поле и установените качествено връзки с разпределението на епицентрите на земетресенията показват, че относително по-силните земетресения са привързани по-скоро към положителните магнитни линеаменти на територията на България и прилежащите земи. Връзките между амплитудите Y на геомагнитните аномалии и координатите на по-силните земетресения в регионален план (Балканите и съседни територии) са изследвани с линейния мулти-регресионен метод, в който независими променливи са магнитуда, дълбочината и разстоянието до епицентралните координати от всяко земетресение до геомагнитните аномалии. Установено е, че аномалиите на магнитната Y-компонента зависят най-вече от дълбочината на сеизмичното огнище. Положителните аномалии се срещат предимно в централната и южната част на Балканите, както и по граничната Егейско-Анадолска област, като тяхната амплитуда нараства с дълбочината - надолу до изотермата на Кюри и намалява при земетресения генерирани на по-големи дълбочини.

  12. Установените аномалии при мониторинга на концентрацията на радона и приразломните движения в пещерите Съева дупка и Лепеница не демонстрират ясно изразена корелация със силната тектоно-сеизмичната активност в Балканския обширен регион. Само няколко значително по-слаби локални земетресения могат да се свържат с определени аномалии на наблюдаваните микроекстензии и еманации на радон най-вече в пещерата Лепеница. През първия етап на Проекта има установена пряка връзка между сеизмичната активност, аномалиите в концентрациите на радон и приразломните микродвижения най-вече за пещерата Бачо Киро. През втория етап по-активни епизодични тектонични движения са отчетени от екстензометрите в пещерите Бачо Киро, Ухловица и Бисерна. За пещерата Бачо Киро се установи, че тези движения имат връзка с ъс локалната сеизмична активност и режима на радона, , което подчертава стратегически в ажното значение на тази пещера като референтна подземна станция за изследване на връзките н ай-вече между концентрациите на радона и земетръсната активност в централната част на България. Видими връзки съществуват и между приразломните движения в Ухловица и сеизмичната активност през лятото на 2019 г. в Местенската сеизмична зона и нейното продължение в Гърция, през май 2020 г. в района на Пловдив и Раковски, през май 2021 г в Хасковско. В стратегически план трябва да отбележим, че оборудваните подземни станции в моделните пещери могат да бъдат важни източници за моделиране процесите на сеизмогенезис и евентуално прогнозиране на земетресенията след натрупване на достатъчно данни и опит за това.

  13. Резултатите от изследването на пред-сеизмичните и не-сеизмичните извадки на температурата на приземния въздух, почвената температура на дълбочина 3 м., на озона на 100 hPa, както и на концентрацията на водните пари към тропосферния слой показаха звестна взаимна синхронизация, както и с установените преди земетресенията геомагнитни аномалии във всяка от 19те магнитни обсерватории в Балканския регион и съседните му територии. Малко неочаквано анализите показват, че влиянието на тектонските пред-сеизмични процеси е по-добре изявено в температурата на приземния въздух, отколкото в температурата на почвата – най-горния слой на средата на развитие на тези процеси. Прилагайки различни статистически оценка на вариациите на всяка променлива установихме, че съществуват статистически значими различия между пред-сеизмичната и не-сеизмичната извадки за всеки от разглежданите атмосферни и геомагнитни параметри. Установено е, че локалните геомагнитни вариации – натрупани под въздействието на тектонската компресия или декомпресия по време на подготовката на земетресенията - са в състояние да модулират плътността и дълбочината на проникване на GCR, както и концентрацията на озона в ниската стратосфера. Това обяснява наблюдаваните прилики в пространственото разпределение на озона и геомагнитното поле , установено на различни времеви скали – както в дълго-периодичните изменения на магнитното поле и озона, така и в промените наблюдавани непосредствено преди земетресенията (около седмица преди събитията).

  14. Изследване на разпространението на високочестотни радиовълни (VHF вълни, 1.8-3.5 GHz) на близки разстояния около известното със разрушителния си сеизмичен потенциал Крупнишко сеизмично огнище бяха силно затруднени поради много слабата му активност през 4 годишния период на изследване. В същото време наблюденията на радиосигналите в двете местни наблюдателни станции (Мощанец и Марулево, Благоевградско) показаха определена корелация със силни земетресения от съседните страни, където стават много по-силни трусове (с магнитуд М>5). Наблюдавани са съществени увеличения на броя аномални импулси с амплитуди над средното ниво преди десетина, предимно гръцки земетресения (с магнитуди от М3.6 до М7), с различна продължителност на периода на повишение, пропорционална на магнитуда М и обратно пропорционална на разстоянието (от 40 до 460 км) до епицентъра на земетресенията. Амплитудата на модулация и нарастване на сигнала варира до 10 - 15 пъти в зависимост от нивото на базовия сигнал. Регистрацията на радиовълновите аномалии преди разрушителното земетресение с магнитуд М=7.0 от 30.10.2020 г в района на о-в Самос и Измир (усетено в цяла Южна България) е добър пример както за прогностичните възможности на метода, така и за често съпътстващите ни проблеми с регистрацията. Записът на аномалиите на VHF вълните е изключително значим в Марулево, в Мощанец отсъства поради повреда, а в отскоро инсталираната станция на Витоша записът е съвсем откъслечен поради ветрови аномалии и спиране на тока. Макар и само в една станция, многократно увеличения пиков брой на импулсите около 6 дни преди разрушителното земетресение в района на о-в Самос е еднозначно определим като прогностичен признак. В този случай, както и при другите силни гръцки земетресения, най-вероятно наблюдаваното увеличение на интензивността е пряк резултат от промяната на атмосферните свойства и проводимостта на атмосферния граничен слой, задействан най-вече от миграцията на радон и други подземни газове в процеса на подготовка на земетресенията.

  15. Ефект на миграция на подземни газове е наблюдаван и в акваторията на северно черноморското ни крайбрежие преди едно умерено силно земетресение (Мs=4.9, 5 август 2009 г) в близост до нос Калиакра. Този ефект е изследван и анализиран с наше участие под ръководството на колектив от Института по океанология на БАН. Предложен е нов подход към проблема за краткосрочното предизвестяване на земетресения, основаващ се на концепцията за особената роля на подземните газове като бърз и лесно установим за акваторията вестител на пред-сеизмичните процеси в североизточната част на българското Черноморско крайбрежие. Предложена е и начална зона за сателитен мониторинг на метановите газови извори (плиткото газово находище "Зеленка") в близост до Калиакренската разломна система , която е потенциален източник на много силни бъдещи земетресения (М>7). На този етап взаимовръзката между активността на подводните газове и земетресенията в района на Калиакра са установени чрез изследвания на сателитн снимки на района около Зеленка няколко дни преди земетресението от 5 август 2009г. На фона на тъмносиньозелената морска вода на сателитните снимки за района на "Зеленка" се наблюдават новопоявили се широки крайбрежни водни ивици - значително по-светли, с елементи на светложълто оцветяване. Най-вероятно тези ивици са провокирани от плитките водни газови извирания в района на "Зеленка", като са допълнително оцветени от седименти, повдигнати от повишените газови емисии. Бъдещите проучвателни дейности включват дългосрочен комплексен мониторинг в района н а „Зеленка“: създаване на геодинамичен и океанографски полигон за продължаващи измервания in situ; дистанционни (дронове и сателитни) наблюдения в инфрачервения и видимия спектър; числено моделиране. Разработен е план за идентифициране на други подобни обекти и организиране на сложна мрежа от полигони край известните ни местоположения на метанови извирания в по-голяма площ около Калиакренското сеизмично огнище.


Получени научни резултати от етап 1 на проекта


Постигнатите резултати от изпълнението на отделните пакети от първия етап на Проекта са анализирани в 18 доклада изнесени на различни научни форуми - 11 оригинални доклада на Международни Асамблеи в Европа (EGU , ESC) с хиляди участници и 7 доклада на международни и национални конференции в България. Високото качество на резултатите позволи приемането на 4 статии в списания с импакт фактор, а още 6 статии са включени в просидинги на конференции.


Резултатите по работните пакети са свързани с анализа и интерпретацията на аномалиите в:

  • РП1 Напрегнатото състояние и деформация на средата, Вариации в сеизмичния режим и микросеизмичния шум;

  • РП2 Слънчевата и магнитосферната активност като пречещ фактор. Геомагнитните вариации получени със стационарна магнитна станция в ГМО“Панагюрище“ и с полева магнитотелурична станция. Статистическите пространствени аномалии в магнитното поле, наблюдавани в кратък срок преди 1780 земетресения. Униполярните магнитни импулси в аномалиите на ULF сигналите свързани със земетресения;

  • РП3 Резултатите от анализа на данните от мониторинга на радона и тектонската активност в пещерата Бачо Киро позволи установяване на значими корелации между вариациите в концетрацията на радона и тектонската активност в района;

  • РП4 Анализ на почвената и приземната температура, озона и специфичната влажност преди избрани земетресения позволи намирането на потенциални индикатори за подготвящите се земетресения. Разработени и опробвани са и методи за изключане на вариациите породени от други източници. Разпространението на VHF вълните в Югозападна България в диапазона 1.8-3.5 GHz позволи установяване на прогностични аномалии за две земетресения;

  • РП5 Освен чрез многобройните научни форуми, разпространението на получените резултати сред научната общност и широката общественост се осъществява и чрез неколкократни телевизионни предавания в НИГГГ и интервюта по време на периоди със засилен обществен интерес към сеизмичната опасност на Балканите, по света и у нас, както и чрез интернет страницата на Проекта - http://geoapreq.stil.bas.bg/



Eвристичния характер на получените резултати по Проекта определят приоритетното място на разработваните въпроси в научно-приложната проблематика, свързана с оценката и корелацията на наблюдаваните геолого- геофизични аномалии в процеса на подготовка на земетресенията на Балканите и прилежащите земи. Пълноценният модерен количествен сравнителен и корелативен анализ на времевите редове от разнородни данни в отделните работни пакети е от изключително значение за откриване на „невидими“ на пръв поглед връзки между аномалиите на разнородните гео- параметри и наблюдаваната сеизмичност в района на изследване, което отразява една перспективна научно-приложна потребност. Освен със чисто прогностичната си научно-приложна насоченост, получените резултати са полезни и за оценката на сеизмичната опасност на Балканите и прилежащите земи като цяло и оттам за намаляване на социалния риск от бедствия в региона.




Популяризиране на резултати от проекта сред обществото

Освен на многобройните изяви (най-малко 36 на брой), на международни и национални научни форуми, поредицата изследователски дейности и нови резултати от изпълнението на работните пакети по Проекта бяха докладвани и на националната конференция „Седмица на бенефициентите на ФНИ“, проведена от 1-ви до 5-ти юли 2019 г. в София. Финансираните от Фонда за Научни Изследвания дейности по Проекта за изследване на геофизични аномалии преди земетресения многократно са анонсирани от ръководителя на Проекта в телевизионни предавания, статии и интервюта в масмедии по време на периоди със засилен обществен интерес към сеизмичната опасност на Балканите, по света и у нас.

Такива подобни интервюта са леснодостъпни в интернет пространството. Типичен пример в това отношение привеждаме по-долу:

Заглавие на едностранично интервю във вестник „24 часа“: Проф. Емил Ботев: Активна е сеизмичната зона в Гърция и Западна Турция, ние сме в период на затишие -10.08.2019 07:30; 36492; Яpocлaвa Пpоxазкова YProhкaѕkova@24сhaѕa.bg Копирано от https://www.24chasa.bg/mnenia/article/7599150 © www.24chasa.bg - - - - - -- Отговор на един от въпросите (по средата на интервюто): Какво точно правите с Министерството на образованието и науката, по който работите от година и половина? Оосновна цел на проекта е да изследва статистически значими връзки между наблюдавани нетипични изменения в някои геофизични полета и вариациите на геодинамичната (сеизмична) активност, предшестваща появата на по-силните земетресения в района на Балканите. Основната хипотеза е, че подготовката на едно по-силно земетресение е свързана с редица промени в литосферата, които рефлектират и в останалите обвивки на Земята- магнитосфера, атмосфера, йоносфера, хидросфера и пр. Напpавиxме cеpиозни изcледвания в по-виcоко сеизмични зони като в Благовградско, Симитлийския грабен . . . . . .

Специално внимание на Проекта е обърнато и в едно от последните едночасови предавания на Българската Национална Телевизия „История БГ“ с участието на проф. Емил Ботев – предаването е излъчено на 6-ти декември 2021 г. и е налично в архива на БНТ https://bnt.bg/ news/otvad-choveshkata-vlast-prirodni-bedstviya-po-nashite-zemi-300976news.html.



Повишаване на научния капацитет и подготовката на млади учени.

Повишен е капацитета на младите учени Валентина Протопопова, Цветелина Величкова и Румяна Божилова ( участници в Проекта), като крайния резултат се изразява в изнесянето на повече от 20 доклада в съавторство на международни форуми и публикуването на повече от 20 статии в списания или просидинги на конференции. През 2021 г Цветелина Величкова и Румяна Божилова защитиха успешно дисертационни теми за получаване на Образователна и научна степен "Доктор" , като почти всички приложени статии в материалите по защитата са статии от Проекта.



Развиване на международно научно сътрудничество.

В резултат на развиването на установено международно научно сътрудничество са извършени съвместни изследвания на територията на България с апаратура собственост на научна организация от Украйна. Установеното сътрудничество с отделни учени от Украйна, Македония, Турция, Грузия и Израел е доразвито чрез съвместни изследвания и анализи, като крайния резултат се изразява в изнасянето на 4 доклада в съавторство на най-големите международни форуми по геонауки. Публикувани са 4 съвместни статии в списания или просидинги с импакт фактор или импакт ранг. Подготвена е глава от монография в Лондонско издателство.



Участия в научни форуми, на които са представени резултати от проекта

Най-малко 36 доклада са изнесени на различни предимно международни научни форуми. Представени са публикуваните резюмета само за докладите от големите европейски научни форуми непубликувани в просийдинги. Докладите публикувани в просийдингите на съответните научни форуми са представени като публикации (статии) в пълен формат. Във всички представени в .pdf формат резюмета и доклади са означени благодарности към или финансиране от Фонда за научни изследвания.