ГЕОФИЗИКА
528.2]
ДИНАМИКА СЕИСМИЧЕСКОИ АКТИВНОСТИ ЗЕМЛИ
ЗА 120 ЛЕТ
© 2015 г. Член-корреспондент РАН Б. В. Левин, Е. В. Сасорова
Поступило 21.08.2014 г.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 461, № 1, с. 82-87
УДК [550.34:.
Б01: 10.7868/8086956521507018Х
Известно, что сейсмическая активность Земли демонстрирует отчетливую неравномерность (неоднородность) как в пространстве, так и во времени. Периоды усиления сейсмической активности (СА) сменяются периодами ее спада. И эти периоды по-разному проявляются в различных регионах Земли. Усиление СА в одном регионе может сопровождаться ее уменьшением в другом регионе.
Цель данной работы состоит в выделении обоснованных пространственно-временных закономерностей и взаимосвязи широтной и временной зональности в двумерных распределениях плотности сейсмических событий и их энергии (для всей Земли, для ее Северного и Южного полушарий и отдельных регионов Тихоокеанского сегмента).
Поиск глобальных закономерностей в широтном распределении землетрясений (ЗТ) даже в эпоху становления сейсмологической науки продемонстрировал отчетливую неоднородность распределения эпицентров ЗТ.
В работе [1] показано, что широтные распределения плотности ЗТ и выделенной энергии характеризуются устойчивой бимодальной формой распределения. В районе полюсов и высоких широт плотность ЗТ близка к нулю. В средних широтах Северного и Южного полушарий эта величина имеет по одному ярко выраженному максимуму, а вблизи экватора образует локальный минимум.
Однако одной из наиболее интересных проблем остается проблема пространственно-временных распределений сейсмических событий на нашей планете.
Впервые неравномерность распределения событий по широтам была отмечена в работе [2]
Институт морской геологии и геофизики
Дальневосточного отделения
Российской Академии наук, Южно-Сахалинск
E-mail: levinbw@mail.ru
Институт океанологии им. П.П. Ширшова
Российской Академии наук, Москва
(рассматривались ЗТ с М > 7). В работах [3, 4] автор анализировал распределение сильных землетрясений с М > 7 одновременно по широтам (в диапазоне от 60° с.ш. до 60° ю.ш.) и по временной шкале. Он обнаружил "сгущения" в таких распределениях в районе средних широт, ослабление активности в районе экватора и практически полное ее отсутствие на высоких широтах.
Для пространственно-временного анализа сейсмичности Земли и отдельных ее регионов необходимо иметь протяженный ряд достоверных наблюдательных данных по сейсмическим событиям (рабочие каталоги ЗТ). Поэтому для анализа динамики сейсмической активности на данном этапе мы выбирали ЗТ с 1895 г. по настоящее время. На конец XIX века и начало XX приходится возникновение инструментальной эпохи наблюдения за сейсмическими событиями и происходит очень резкое увеличение количества регистрируемых событий.
Для получения корректных статистических результатов каждый рабочий каталог должен содержать представительный набор событий. По оценкам разных авторов, для первой половины XX в. представительными могут считаться события, у которых магнитуда М > 7.5. Оценка представительной магнитуды для каждого региона имеет большое значение. Она осуществлялась по рабочим каталогам, очищенным от афтершоков, и независимо для всей Земли и каждого выбранного региона.
Для формирования рабочего каталога сильных ЗТ за период с 1895 по 2013 г. использовались два подмножества баз всемирного каталога МЕ1С/Ш08 [5]: каталог Ш08/МЕ1С с 1973 по 2013 г. и каталог значительных ЗТ с 2150 до н.э. по 1994 г. н.э., скомпилированный МЕ1С на основе базы данных агентства МОАА.
В каталоге значительных ЗТ магнитуда событий описывается в шкале агентства МОАА (Мпоаа), а в каталоге МЕ1С с 1973 г. магнитуда каждого события может быть представлена одновременно несколькими значениями МЬ, М, Мм и другими. Магнитуды Мм начинают активно использовать с
1985 г., а в настоящее время эта шкала становится основной для описания сильных событий. Для рабочего каталога сильных событий с 1895 г. мы использовали магнитудную шкалу так как для периода с 1895 по 1980 г. не было возможности получить диаграммы рассеивания для шкал Мпоаа и ММ.
Для подготовки рабочих версий каталогов сначала были проведены: несколько этапов предварительной обработки (исключение дублей, выделение и правка записей с пустыми полями), стандартизация магнитудных шкал и удаление афтершоковых последовательностей.
Для построения пространственных распределений очагов ЗТ использовали разбиение поверхности Земли на 18 широтных поясов с размером широтного пояса 10°. Рассматривалось и разделение событий, произошедших в Северном и Южном полушариях Земли. Для анализа временных распределений весь интервал наблюдений разбивали на пятилетние интервалы и рассматривали суммарное количество событий и суммарную выделенную энергию в каждом пятилетнем интервале.
Так как большинство сейсмических событий приурочено к границам литосферных плит, то в работе для оценки сейсмической активности использовали плотность событий и плотность энергии (количество ЗТ и выделенной энергии, нормированное на длину границ литосферных плит в каждом широтном поясе). Такое нормирование позволяет оценить мощность данного участка границы плиты (среднее число ЗТ, генерируемое на каждые 100 км плитовой границы). Использование этой характеристики, имеющей ясный физический смысл, позволяет сравнивать сейсмическую активность широтных поясов и различных частей земного шара.
Распределения сильных ЗТ (с М> 7.5) по пятилетним интервалам за период с 1895 по 2013 г. представлены на трех фрагментах рис. 1 (а — для всей Земли, б — для Северного полушария, в — для Южного полушария). Всего было зарегистрировано 621 событие, в том числе 393 в Северном полушарии и 228 — в Южном. Последний пятилетний интервал (2011—2015 гг.) включен в графики, но в настоящее время он заполнен событиями лишь частично.
Следует отметить, что значительный пик сейсмической активности в начале XX столетия наблюдается на всех трех фрагментах рис. 1, но наиболее значительная разница в сейсмической активности за исследуемый период наблюдается в Северном полушарии. Здесь за период с 1896 по 1920 г. (5 пятилетних интервалов) зарегистрировано 190 событий, что составляет в среднем 38 событий за каждый пятилетний интервал. В то же время с 1925 по 2015 г. (19 пятилетних интервалов) произошло 198 событий, что составляет в среднем
0.12 0.08 0.04
0 0.20
0.16
0.12
0.08
0.04
0 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02
0
(а)
(б)
П.П.1 ШлЛлЛЛЛ.пл.п.п.П
1П1П1
сло^нсчт^гтчог^оосло^н 00 слслслслслслслслслслоо
Рис. 1. Распределение сильных землетрясений (с М > > 7.5) по пятилетним интервалам с 1895 по 2013 г.: а — для всей Земли, б — для Северного полушария, в — для Южного полушария. По горизонтальным осям отмечены верхние границы пятилетних интервалов; по вертикальным — относительное количество земле-N:
трясений
И:
-, где N1 — количество событий в
1-м интервале, а Nшт — суммарное количество событий по всем временным интервалам.
10 событий за каждый пятилетний интервал (т.е. практически четырехкратное уменьшение). Еще большее уменьшение количества событий наблюдается с 1986 по 2010 г. (6 пятилетних интервалов), когда произошло 39 событий, что составляет в среднем около 6 событий за каждый пятилетний интервал.
Анализ динамики сейсмической активности во времени в Южном полушарии за период с 1895 по 2013 г. (рис. 1в) дает иную картину. Здесь можно отметить небольшое увеличение СА в начале XX столетия: в среднем 10 событий за пять лет для периода с 1896 по 1920 г. и в среднем 9 событий за пять лет для периода с 1925 по 2010 г. Однако график показывает и ярко выраженную периодичность последовательного увеличения и уменьшения СА. Можно выделить три таких периода: с 1895 по 1925 г. (30 лет), с 1930 по 1960 г. (30 лет), с 1965 по 1990 г. (25 лет). На рис. 1в эти периоды отмечены черными вертикальными линиями. Уменьшение количества событий в интервале 2011—2015 гг. может быть связано с незаполненностью этого интервала в настоящее время.
Дж
Рис. 2. Распределение энергии, выделившейся от сильных землетрясений, по пятилетним интервалам с1895 по 2013 г.: а — для всей Земли, б — для Северного полушария, в — для Южного полушария. По горизонтальным осям отмечены верхние границы пятилетних интервалов; стрелками помечены локальные максимумы энергии.
Известно, что в начале XXI столетия произошло несколько очень сильных событий (с Мм около 9), которые сейчас в литературе иногда называют мегаземлетрясениями. Поэтому далее для анализа СА мы рассматриваем и распределение энергии, выделенной от ЗТ по пятилетним интервалам за полный период наблюдений. Он представлен на рис. 2 (а — для всей Земли, б — для Северного полушария, в — для Южного полушария). На трех фрагментах отмечаются пики выделенной энергии в начале XX и XXI столетий. Они отмечены серыми стрелками с цифрами. Можно выделить также два локальных максимума для Северного полушария за периоды 1930—1950 и 1950—1970 гг. и для Южного полушария за периоды 1935-1955 и 1970-1990 гг.
Интересно отметить, что пики наиболее активного выделения энергии в Южном полушарии (5, 6и 7на рис. 2в) сдвинуты относительно пиков наиболее активного выделения энергии в Северном полушарии (1, 2, 3 и 4на рис. 2б) на 5-10 лет. Максимумы в начале XXI в. обусловлены серией мегаземлетрясений. На рис. 2б номером 3 помечено индонезийское ЗТ (26.12.2004 г.), номером 4 ЗТ в Тохоку, Япония (11.03.2011 г.), а на рис. 2в отмечено чилийское ЗТ (27.02.2010 г.). Максимумы выделенной энергии в начале XX столетия, отмеченные цифрами 1, 2, 5 и 6, обусловлены тем, что в эти пятилетние интервалы происходило по несколько ЗТ с М> 8.0 (от 6 до 10 событий за один-два года, 1897-1899 гг., 1906 г. и 1917-1919 гг.).
Как показано ранее [1], наиболее информативным и наглядным является представление данных о сейсмической активности в виде двумерных распределений (в данном случае пространственно-временных распределений). На рис. 3 дано двумерное распределение плотности сейсмических событий (с М> 7.5) по широтам и времени за период с 1895 по 2013 г. для Тихоокеанског
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.