УДК 550.34.042(4+43)
ЭПИЗОДЫ ВЫСОКОЙ КОРРЕЛЯЦИИ ГОДОВЫХ ЧИСЕЛ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ
© 2011 г. А. В. Ключевский
Институт земной коры СО РАН 664033 Иркутск-33, Лермонтова 128, e-mail: akluchev@crust.irk.ru
Поступила в редакцию 04.08.2008 г.
Методами корреляционного анализа исследованы вариации годовых чисел N представительных землетрясений с энергетическим классом КР > 8, происшедших с 1964 по 2001 годы в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ), трех входящих в нее районах и шести участках. Корреляционный анализ различной длины реализаций годовых чисел Землетрясений позволил обнаружить два статистически значимых эпизода кратковременной синхронизации сейсмических процессов в БРЗ — в конце 1960-х и в конце 1970-х—начале 1980-х. Эпизод в конце 1970-х—начале 1980-х годов выделяется продолжительностью и максимальным уровнем корреляции, что дает возможность рассматривать его в качестве доминирующего явления в синхронизации сейсмичности Байкальского рифта. Наблюдаемые синхронизации годовых чисел землетрясений свидетельствуют, что активизации сейсмического процесса происходили примерно в одно время в различных областях БРЗ, формируя в пространственно-временном распределении сейсмичности кратковременное когерентное повышение скорости потока толчков.
ВВЕДЕНИЕ
Мониторинг сейсмичности является важным и чувствительным инструментом при изучении современных геодинамических процессов и работах по прогнозу сильных землетрясений. Так, в соответствии с моделью сейсмического затишья, увеличение средней скорости потока землетрясений в большой области вокруг ожидаемого сильного толчка [Keilis-Borok et al., 1988; Sykes, Jaume, 1990] происходит при уменьшении скорости потока в пределах очаговой зоны землетрясения [Соболев, 1999; Wi-emer, Wyss, 1994]. Исследования средней скорости потока землетрясений показали связь вариаций угловой скорости осевого вращения Земли и изменений интенсивности сейсмического процесса [Горь-кавый и др., 1999]. Сейсмологические наблюдения и лабораторные эксперименты свидетельствуют, что пространственно-временные вариации сейсмичности, предшествующие и сопутствующие геодинамическим перестройкам и сильным землетрясениям, являются одним из наиболее характерных геофизических явлений [Соболев, Пономарев, 2003]. На феноменологическом уровне такие процессы обычно ассоциируются с приближением к критическому значению некоторого "управляющего параметра", характеризующего эволюцию напряженно-деформированного состояния среды. Приближение к критическому значению приводит нагружаемый объект в неустойчивое состояние, которое может закончиться катастрофой определенного масштабного уровня, разрывом соответствующей длины и переходом среды в состояние релаксации. С приближением во времени к критическому
значению увеличивается корреляционное расстояние, на котором можно наблюдать сопутствующие предвестниковые и когерентные явления. Эффект разнесенных в пространстве пар сильных землетрясений, происшедших на территории Памира и Тянь-Шаня [Прозоров, 1990], Центральной и Южной Азии [Копничев и др., 2002] и в Байкальском регионе [Ключевский, 2003], может быть обусловлен ростом корреляционного расстояния. Изучение разномасштабных процессов синхронизированных кооперативных деформаций в неоднородных средах выполняется в рамках физической мезомехани-ки, синергетики и нелинейной динамики систем [Николис, Пригожин, 2003; Панин, 2000; Смирнов и др., 2005; Соболев, Любушин, 2006]. Для исследования и выявления подобных эффектов в литосфере Земли необходимы, в первую очередь, надежная информация о сейсмичности как функции пространства, времени, энергии и детально отработанные физически обоснованные методики ее обработки [Завьялов, 2006]. В настоящей работе выполнено исследование корреляции годовых чисел землетрясений с КР > 8 (скорости потока толчков), происшедших в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ), трех входящих в нее районах и шести участках с 1964 по 2001 годы. Эти крупные геологические области следует рассматривать как различные уровня иерархии неоднородностей литосферы [Садовский, 1979]. Разделение БРЗ на три района и шесть участков и использование выборок данных различной длины позволило установить два эпизода синхронизации скорости потока землетрясений на пространственно разделенных территориях.
Рис. 1. Карта эпицентров землетрясений Байкальского региона с Кр > 8 за 1964—2001 гг. и схема деления на три района и шесть участков.
1 — разломы, 2 — впадины, 3 — озера, 4 — базальты, 5 — номера и границы районов, 6 — энергетический класс Кр по шкале Т.Г. Раутиан и эпицентры сильных землетрясений с магнитудой М> 6, 7 — границы участков.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Первичные фактические материалы взяты из отчетов "Каталог землетрясений Прибайкалья", в которых собраны основные сведения о землетрясениях Байкальского региона. Эти отчеты подготовлены сотрудниками группы сводной обработки сейсмических наблюдений Байкальского филиала ГС СО РАН. На рис. 1 приведена карта эпицентров землетрясений Байкальского региона (ф = 48°—60° с.ш., X = 96°—122° в.д.), на которой представлены данные инструментальных наблюдений с 1964 по 2001 гг. (п = = 41205), когда в БРЗ без существенных пропусков регистрировались толчки с энергетическим классом КР > 8 [Голенецкий и др., 1993]. На рис. 1 видно, что эпицентры землетрясений концентрируются в виде полос преимущественно северо-восточной и субширотной ориентировки. Сопредельные территории, окружающие рифтовую зону, по сейсмичности существенно отличаются от БРЗ, и на карте эпицентров землетрясений достаточно четко выделяется высокосейсмичная рифтовая зона, ограниченная почти асейсмичной Сибирской платформой и слабосейсмичным Забайкальем. На рис. 2а показано распределение годовых чисел N землетрясений с КР > 8 в Байкальском регионе и трех входящих в него районах (см. рис. 1) — на юго-западном (район 1, ф = = 48.0°—54.0° с.ш., X = 96.0°—104.0° в.д.) и северо-восточном (район 3, ф = 54.0°—60.0° с.ш., X =
= 109.0°—122.0° в.д.) флангах и в центральной части БРЗ (район 2, ф = 51.0°-54.0° с.ш., X = = 104.0°-113.0° в.д.), и шести участках (см. рис. 2б), которые формируются делением территории районов примерно пополам по долготе Х12 = 100.0°, Х34 = 108.0° и Х56 = 116.0°, а отсчет номеров участков (1-6) ведется с юго-запада на северо-восток. Такая схема регионализации обычно используется при исследовании напряженно-деформированного состояния литосферы и сейсмичности в Байкальском регионе [Ключевский, 2000; 2007, Ку-исИеУ8кй, 2004]. На графиках (см. рис. 2) наблюдаются флуктуации годовых чисел землетрясений N, а наиболее значительные максимумы скорости потока толчков выделяются в 1991-1992 гг., а также в 1999 г., и обусловлены афтершоками Бусингольского (27.12.1991; КР = 16.2; ф = 50.98° с.ш., X = 98.08° в.д.), Южно-Байкальского (25.02.1999; КР = 14.6; ф = = 51.64° с.ш., X = 104.82° в.д.) и Кичерского (21.03.1999; КР = 14.5; ф = 55.83° с.ш., X = 110.34° в.д.) землетрясений.
Корреляционный анализ относится к наиболее распространенным методам изучения отношений между элементами сложной динамической системы. При исследовании корреляции скорости сейсмического потока использованы временные ряды годовых чисел землетрясений N с КР > 8, происшедших с 1964 по 2001 гг. в пределах БРЗ и входящих в нее трех районов и шести участ-
ков. Годовые ряды чисел N разделены на выборки длиной в три года (L3), пять (L5) и десять (L10) лет: временной сдвиг между выборками N сравниваемых пар территорий равен нулю, шаг расчетов равен одному году. По реализациям одной длины вычислены коэффициенты парной корреляции годовых чисел землетрясений р сравниваемых территорий, а полученное значение р приписывается середине временного интервала каждой реализации. Используемый подход позволяет выделить периоды синхронизации скорости сейсмического потока различных территорий, которые указывают на когерентность сейсмических процессов в БРЗ при положительных высоких коэффициентах корреляции, наблюдаемых в это время. Для представления результатов в обобщенном виде и статистической оценки значимости корреляций в сейсмическом процессе вычислены суммы годовых значений коэффициентов корреляции S, нормированные на число коррелируемых пар п. Участки графиков с высоким уровнем нормированной суммарной корреляции S/n детерминируют эпизоды синхронизации и когерентности скорости потока землетрясений на территории БРЗ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
На рис. 3 представлены вариации р выборок годовых чисел землетрясений трех районов БРЗ. При L3 графики имеют сложный колебательный характер, а коэффициент корреляции варьирует в пределах —1 < р < 1 (см. рис. 3а). Высокие положительные значения коэффициента корреляции (р > 0.8) одновременно во всех трех парах сравниваемых территорий наблюдаются в 1967—1968 и 1981—1982 гг. и формируют максимумы на графике S/3. При увеличении длины реализации графики смещаются в область положительных значений р, и при L5 уровень р > 0.7 наблюдается на всех графиках в 1966— 1967 и 1981—1982 гг., и совпадает с максимумами на графиках S/3 (см. рис. 3б). При L10 р > 0.5 во всех парах территорий в 1968—1969 и 1983—1984 ге, а максимумы S/3 наблюдаются в 1968-1970 и 1980-1984 гг (см. рис. 3в). На графиках нормированной суммарной корреляции максимумы S/3 наблюдаются в конце 1960-х и начале 1980-х годов (см. рис. 3г).
Поскольку обобщение и сжатие информации (см. рис. 3а-3в) представлено на графиках нормированной суммарной корреляции (см. рис. 3г), то для упрощения анализа на рис. 4-8 показаны только графики нормированной суммарной корреляции S/n соответствующих территорий. На рис. 4 представлены графики нормированной суммарной корреляции S/3 выборок годовых чисел землетрясений БРЗ и трех районов. При L3 высокие положительные значения S/3 наблюдаются в 1967-1968 и 1981-1982 гг. При длине реализации L5 высокий уровень S/3 выделяется максимумами в 1966-1969
N
10000 Г
1000 г
100 [i
1
2
-О- 4
10
1968 1976 1984 1992 2000 1964 1972 1980 1988 1996 2004
год
N б
10000 е"
1000 Г
100
1 2
3
4
5
6
10
1968 1976 1984 1992 2000 1964 1972
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.