ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 5, с. 38-50
УДК 550.344
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СКОРОСТНОГО СТРОЕНИЯ ФОКАЛЬНОЙ ЗОНЫ КАМЧАТКИ НА УЧАСТКЕ АВАЧИНСКИЙ
ЗАЛИВ - КРОНОЦКИЙ ЗАЛИВ
© 2009 г. Л. Б. Славина1, Н. Б. Пивоварова1, В. И. Левина2
1Институт физики Земли РАН, Москва, 123995 2Камчатский Филиал Геофизической Службы РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006 Поступила в редакцию 01.11.2008 г.
Представлены результаты расчетов трехмерного поля скорости Р-волн участка фокальной зоны землетрясений Камчатки: от 51.5° северной широты - Авачинский залив - м. Шипунский - Кроноцкий залив. По данным времен пробега Р-волн от региональных землетрясений рассчитаны и построены трехмерные модели поля скорости этого участка фокальной зоны. Проведен анализ особенностей скоростного строения и их интерпретация при сопоставлении с морфоструктурами новейшей тектоники. Расчеты показали сложную структуру поля, наличие неоднородностей, как по простиранию зоны, так и вкрест нее. Особенно интересны результаты, полученные в области Авачинской и Кроноц-кой котловин, где под слоями низких скоростей, залегающих в верхней части разреза, наблюдается подъем высокоскоростных масс до не свойственных им глубин. Это создает резко градиентные зоны, к которым могут быть приурочены сильные землетрясения.
ВВЕДЕНИЕ
Фокальная зона землетрясений у берегов Камчатки неоднородна на всем своем протяжении, от мыса Африка на севере до мыса Лопатка на юге. Проявления сейсмической активности связаны и отражают сложную структуру ее геологического и тектонического строения. Землетрясения распределены неравномерно по площади, глубине и во времени. Поэтому мы рассматриваем структуру и особенности поля скорости Р-волн фокальной зоны Камчатки раздельно по отдельным ее участкам. В работе [7] были представлены результаты исследования структуры УР - юга Камчатки и Авачинского залива. В настоящем исследовании мы продолжили и расширили расчеты поля скорости для Авачинского залива, а также провели расчеты скорости УР севернее, для района п-ова Шипунский и Кроноцко-го залива. Следует отметить, что в Кроноцком заливе нами ранее было исследовано поле скорости очаговой области сильного Кроноцкого землетрясения 1997 г, М = 7.8 [5-6]. В работах были рассмотрены особенности скоростного строения очаговой зоны и их изменения во времени в период развития сейсмического процесса.
Полученные результаты восстановленного поля скорости представлены в виде карт-срезов для определенных интервалов глубин и разрезов вкрест и вдоль фокальной зоны. Интерпретация полученных особенностей поля скорости проведена с учетом строения дна прикамчатских акваторий и карты новейшей тектоники по Н.И. Селиверстову [3]. Им обобщены результаты многолетних морских
геофизических работ, включающих сейсмоакусти-ческие исследования, данные глубинного сейсмического зондирования и НСП, проводившихся в акватории у берегов Камчатки.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РАСЧЕТА Исследования трехмерного поля скорости проводились на основе исходных данных о параметрах гипоцентров и временах пробега сейсмических Р-волн от региональных землетрясений, зарегистрированных цифровыми телеметрическими сейсмическими станциями и обработанных Камчатским филиалом Геофизической службы РАН (КФ ГС РАН). Первичные данные переопределению не подвергались.
Исходными данными служили параметры гипоцентров и данные о временах прихода Р-волн землетрясений за 1999-2004 гг. энергетического класса К > 6.0 по С.А. Федотову. Использованные при обработке данные телеметрических сейсмических станций позволяют считать минимальными ошибки в определении вступлений Р-волн, а возможные ошибки в определении параметров гипоцентров малы и нивелируются методикой расчета скорости сейсмических волн.
Расчеты поля скорости проводились по методике обращенной волны, позволяющей восстанавливать скоростную структуру поля внутри области концентрации очагов землетрясений [2, 4].
Особенность используемой методики расчета скорости сейсмических волн состоит в аппроксима-
54
53
52
51
50
155 157 159 161 163 Z = 70-100 км Z = 101-200 км
155 157 159 161 163 155 157 159 161 163 Z = 5-15 км Z = 16-35 км Z = 35-45 км Z = 46-70 км
ж 1 -----2
Рис. 1. Распределения очагов землетрясений по данным каталога КФ ГС РАН за 1999-2004 г., в окрестности которых была рассчитана скорость продольных волн Vp на разных интервалах глубин: а - Z = 5-35 км; • - Z = 35-70 км; в - Z = 70-200 км. Условные обозначения: 1 - вулканы; 2 - желоб.
ции фронта обращенной волны в некоторой области О вокруг фиксированного очага и вычисления его скорости перемещения в этой области по информации о разностях времен пробега сейсмической волны до некоторой станции. В данных расчетах область О представляла вертикальный цилиндр, радиус которого выбирался равным 12.5 км при глубинах гипоцентров 0-70 км и 15 км для очагов глубже 70 км. Высота области О составляла ±10 км. Подбор параметров расчета скорости проводился на основе исходного распределения точек гипоцентров и теоретических времен пробега сейсмической волны для каждой станции, вычисленных при заданной модели скорости с введением случайной ошибки [2]. В реальных расчетах скорости продольных волн, полученные по экспериментальным временам, усреднялись в точке по результатам расчета скорости для всех станций, зарегистрировавших это землетрясение. Количество точек в области О требовалось не менее 6. На рисунках приводится распределение точек-гипоцентров, в которых была вычислена скорость продольных волн. При построении изолиний значения скорости усреднялись в узлах равномерной сетки в области очагов. В зависимости от расположения точек и количества станций точность полученных значений скорости оценивается в пределах 0.1-0.3 км/с, что позволило проводить изолинии скорости в плоскостях с шагом 0.5 км/с.
Отметим основные особенности используемого алгоритма:
• Скорость сейсмических волн определяется только в области концентрации очагов землетрясений.
• Методика использует только разности времен первых вступлений от группы очагов на фиксированной станции, что позволяет снять влияние осо-
бенности среды под станцией и на пути движения сейсмической волны.
• В расчетах используются только разности координат группы очагов, за счет чего уменьшается влияние систематических ошибок в координатах очагов.
• Скорость сейсмических волн предполагается достаточно гладкой функцией, так чтобы в области усреднения О ее можно было считать постоянной.
Итак, с помощью данного алгоритма вычисляются значения скорости сейсмической волны в областях сгущения землетрясений. Далее исходные значения скоростей Р-волн в окрестностях очагов сглаживались путем построения изолиний в различных плоскостях, как горизонтальных, так и вертикальных, вдоль и поперек фокальной зоны.
Для расчетов значений скорости в данном районе введена декартовая система координат с центром в точке ф0 = 52.67 N Х0 = 160.34 Е. Положительное направление оси ОУ на юго-запад параллельно простирания фокальной зоны и проходит через точку ф1 = 51.93 N Х1 = 159.465 Е. Ось ОХ направлена вкрест фокальной зоны, с положительным направлением в сторону материка. Особенности распределения очагов землетрясений на разных интервалах глубин показаны на рис. 1, а также приведены на разрезах поля скорости.
Фокальная зона в рассматриваемой нами области представляет собой полосу землетрясений шириной около 100 км, вытянутую с севера-востока на юго-запад, погружающуюся под материковую часть Камчатки под углом около 50°. Плотность распределения гипоцентров не постоянна по простиранию зоны и глубине. Отмечаются области сгущения гипоцентров и отдельные участки их отсутствия.
Рис. 2. Карты-срезы Ур в горизонтальных сечениях; а - Ъ = 5-35 км; б - Ъ = 35-70 км; в - Ъ = 70-200 км.
Еще одной особенностью этого отдела фокальной зоны являются периодически возникающие рои землетрясений. Во временной период нашего исследования, с 1999 г., имели место 5 роевых последовательностей в Авачинском заливе, наиболее значительные из которых происходили в октябре 2001 г. и в марте 2003 г. Исследование особенностей поля скорости в роевых последовательностях в Авачинском заливе приведено в [7]. В данной работе данные времен пробега от гипоцентров из роевых последовательностей из расчетов поля скорости не исключались.
Заметим, что облако землетрясений расположенное восточнее желоба (рис. 16) с глубинами гипоцентров 35-45 км, не было использовано в расчете скорости.
Особенности в распределении гипоцентров по площади и глубине накладывают свой отпечаток на восстановленную структуру поля скорости.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ТРЕХМЕРНОГО ПОЛЯ СКОРОСТИ
Результаты восстановленного 3-х мерного поля скорости Р-волн представлены в виде карт-срезов на определенных интервалах глубин и вертикаль-
ных разрезов вкрест и вдоль фокальной зоны. Горизонтальные сечения в плоскости ХУ рассчитаны для трех интервалов глубин и представлены в виде карт-срезов на рис. 2. Полученное поле скорости неоднородно. Рассмотрим последовательно результаты расчетов.
Карта-срез на глубине 5-35 км показана на рис. 2а. Низкие значения скорости на уровне 5.06.0 км/с наблюдаются к юго-востоку от п-ова Ши-пунский (область А) и в центральной части Кроноц-кого залива (область Б). Выделяется район относительно повышенных скоростей на уровне 6.57.0 км/с, он располагается на подводном продолжении п-ова Шипунский, охватывая и южную часть Кроноцкого залива (область В).
Следующий срез на глубинах 35-70 км представлен на рис. 26. Основной фон поля характеризуется значениями скорости УР 7.0-7.5 км/с. На этом фоне выделяются несколько минимумов скорости, достигающих значений 6.0-6.5 км/с. В Авачинском заливе, на интервале 25 < У < 125 км и -25 < X < 25 км (область Г); и на интервале -50 < У < 0 км и -50 < < X < 0 км (область А). На этом срезе также сохраняется пятно низких скоростей в центральной части Кроноцкого залива (область Б). Высокие скорости
У, км
Авачинская котловина Кроноцкая котловина
Ур, км/с ; ; 9.0
У, км
200 150 100
1 I г
-50 -100 -150
мыс. Шипунский
-50 -100 -150
50
100
150
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.