научная статья по теме ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ С ЦЕЛЬЮ ФОРМИРОВАНИЯ ИСХОДНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ С ЦЕЛЬЮ ФОРМИРОВАНИЯ ИСХОДНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ»

ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2015, № 5, с. 57-67

УДК 550.34

ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ С ЦЕЛЬЮ ФОРМИРОВАНИЯ ИСХОДНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

© 2015 г. В. И. Джурик, А. Ф. Дреннов, С. П. Серебренников, Е. В. Брыжак, А. Ю. Ескин

Институт земной коры СО РАН 664003 Иркутск, ул. Лермонтова, 128, e-mail: dzhurik@crust.irk.ru Поступила в редакцию 04.08.2014 г.

При использовании записей акселерограмм землетрясений, зарегистрированных в течение последних 10 лет сетью сейсмических станций Байкальского филиала ГС СО РАН, рассмотрены динамические параметры сейсмических сигналов и установлены диапазоны их изменений для относительно сильных землетрясений Байкальской рифтовой зоны (БРЗ). Реализован пример прогноза записей акселерограмм для различных эпицентральных расстояний и магнитуд, направленный на возможность их использования при формировании исходных сейсмических сигналов, с учетом наиболее опасных зон возникновения очагов землетрясений (ВОЗ), на примере г. Иркутска.

Б01: 10.7868/8020303061505003Х

ВВЕДЕНИЕ

Задание сигналов, отвечающих установленной исходной сейсмичности, в настоящее время реализуется различными подходами, но большинство из них основано на использовании синтетических акселерограмм или взятых из базы данных каталога сильных землетрясений мировой сети. При таком подходе они не отражают особенностей сильных землетрясений из местных зон ВОЗ [Чернов, 1989]. Особое внимание уделяется спектральным характеристикам и получению средних спектров Фурье для ускорений сильного движения грунта [Гусев и др., 2006; Петухин и др., 2004], характеризующих ту или иную сейсмически опасную зону. Поскольку для инженерных расчетов необходимо знать не только спектры ускорений при сильных землетрясениях, но и сами акселерограммы, все большее значение приобретает прогнозное направление получения таких акселерограмм [Аптикаев, Эртелева, 2002; Махдавиан и др., 2005], которые отражают особенности всех зон ВОЗ, опасных для исследуемого района по частотному и амплитудному составу. В соответствии с этим, в настоящей статье рассмотрена принципиальная возможность прогноза спектров ускорений в зависимости от магнитуды и эпицен-трального расстояния и показана вероятность применения этого способа в инженерных целях. В результате для конкретного района (г. Иркутск) реализовано задание исходных сигналов, отвечающих параметрам исходной сейсмичности территории, для конкретных зон ВОЗ.

АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

В настоящей статье использованы записи акселерограмм землетрясений, зарегистрированных в течение последних 10 лет сетью сейсмических станций Байкальского филиала ГС СО РАН (http://www.seis-bykl.ru). Рассматривались землетрясения с магнитудами (М) от 4 до 6.3 и эпицен-тральными расстояниями (А) от 28 до 140 км (рис. 1). Магнитуды землетрясений определялись по формуле Т. Г. Раутиан [1960], через энергетический класс Кр, который брали из каталога БФ ГС СО РАН.

Все отмеченные на схеме землетрясения были ощутимы в пределах Байкальской рифтовой зоны (БРЗ), а Култукское землетрясение 27.08.2008, очаг которого находился на глубине 16 км, ощущалось далеко за ее пределами. Последнее дало возможность сопоставить некоторые основные параметры спектров землетрясений и балльности (I). Байкальская рифтовая зона вытянута в направлении с ю-з на с-в на 700—800 км (см. рис. 1). Очаги землетрясений расположены в различных геологических условиях: большинство землетрясений центральных районов БРЗ формируется в условиях растяжения, на флангах рифтовой зоны — в условиях сдвига. Нами рассматривались землетрясения юга, среднего и северного Байкала раздельно. При этом были задействованы кусты сейсмостан-ций, расположенные в соответствующей близости к эпицентрам наиболее сильных землетрясений. Все зоны, за исключением южного Байкала, характеризуются приблизительно одинаковыми энергетиче-

Рис. 1. Карта-схема расположения сейсмических станций и эпицентров рассматриваемых землетрясений БРЗ с К > 13 (код станции соответствует табл. 1).

Гг~---

56° >

К

о12-6 - 13.6

о 13.6 - 14.6

О 14.6 - 15.6

15.6 - 16.6

Л

к

\ \

о

дБодайбо

' И \

I ^ Чара

ДНелятЪГ--^ Уакит1

48°

скими параметрами (магнитудами). То же можно сказать и об эпицентральных расстояниях. Нами использованы землетрясения с глубиной 8 < к < 20 км. Всего обработано около 60 землетрясений (табл. 1).

Одна из форм задания сейсмических воздействий сводится к прогнозу спектра с использованием частотно-зависимых функций рм (/) и затухания яэф(/) [Штейнберг и др., 1993]:

Рм (/) = аШ+Ъ, «эф(/) = с(/)й. (1)

Прежде всего, коротко рассмотрим основные характеристики спектров акселерограмм, использованных в настоящей статье.

Спектры рассчитывались методом Уэлча [Марпл-Мл., 1990] с разрешением по частоте 0.78 Гц и стандартной ошибкой е = 0.20. Хотя частота Най-квиста (при М = 0.01 с) позволяет рассчитывать спектры в полосе частот 0.05—30 Гц, мы были вынуждены реальные рабочие частоты ограничить полосами 0.5—10 и 0.5—20 Гц в соответствии со столообразными участками частотных характеристик используемой регистрирующей аппаратуры. Поэтому в дальнейших расчетах наиболее полно характеризуются спектры в диапазоне 0.5—10 Гц. Отношение сигнал/шум в диапазоне частот 0.5—20 Гц превышал 10 для спектров землетрясений всех маг-нитуд.

Для сейсмостанций, регистрирующие приборы которых находились на рыхлых отложениях,

находились амплитудно-частотные характеристики верхней толщи зоны разреза методом тонкослоистых сред по программе Л.И. Ратниковой [1983]. Для этой цели были предварительно изучены скоростные разрезы под сейсмостанциями. Спектры акселерограмм на этих станциях делились на полученную характеристику верхней зоны разреза. Понятно, что такой подход не дает полного представления о влиянии грунтовых условий на сейсмические воздействия из-за возникающих остаточных деформаций при сильных землетрясениях, но он учитывает основные волновые эффекты [Дреннов и др., 2010]. Недостатком указанного метода получения частотной характеристики является то, что использованные нами скоростные разрезы характеризуют только самую верхнюю зону до 100 м, скоростные характеристики ниже этой зоны не учитываются. Поэтому различия в спектрах могут быть обусловлены влиянием более глубоких горизонтов разреза. Таким образом, расчетные частотные характеристики слоя могут только номинально приводить к грунту I категории, а именно — по их скоростям Ур > 2 км/с, V > 1 км/с, р > 2.4 г/см3.

На рис. 2 приведены примеры спектров акселерограмм землетрясений, зарегистрированных сейсмическими станциями БРЗ.

На рис. 2 (5) показаны спектры для землетрясения с взбросовой подвижкой в очаге (М = 5.4), а

ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ Таблица 1. Основные параметры ощутимых землетрясений

1 2 3 4 5 6

№ дата и время (в скобках) координаты эпицентров Кр М сейсмостанция (код), эпицентральное расстояние (А, км), интенсивность (I, баллы)

Ф 1

1 25.02.1999 (18:58:9.9) 51.64 104.82 14.6 5.9 Иркутск (IRK), 77 км, 5—6 баллов

2 25.02.1999 (19:11:7.0) 51.65 104.80 13.7 5.4 Иркутск (IRK), 75 км, 4—5 баллов

3 28.07.2002 (20:28:3.4) 52.99 107.71 13.1 5.1 Тырган (TRG), 96 км, 4—5 баллов; Суво (SYVR), 170 км, 2 балла; Иркутск (IRK), 245 км, 3 балла

4 16.09.2003 (11:24:4.4) 56.05 111.34 14.3 5.7 Уоян (YOA), 25 км, 5—6 баллов; Кумора (KMO), 20 км, 5 баллов; Нижнеангарск (NIZ), 117 км, 4 балла; Северомуйск (SVKR), 139 км, 3—4 балла

5 17.09.2003 (02:59:6.0) 51.75 101.46 13.7 5.4 Монды (MOY), 38 км, 5 баллов; Аршан (ARS), 64 км, 4 балла; Орлик (ORL), 144 км, 2 балла; Иркутск (IRK), 196, 3-4 балла

6 28.06.2004 (14:22:6.5) 56.68 117.97 13.5 5.3 Чара (CRS), 38 км, 5-6 баллов

7 02.01.2005 (00:24:8.7) 56.66 118.01 13.8 5.4 Чара (CRS), 31 км, 5 баллов; Неляты (NLYR), 143 км

8 23.02.2005 (19:55:1.2) 52.35 101.59 13.6 5.3 Аршан (ARS), 86 км, 4-5 баллов; Монды (MOY), 74 км, 4 балла; Орлик (ORL), 123 км, 4-5 баллов; Иркутск (IRK), 285 км, 2-3 балла

9 04.12.2006 (09:14:04) 55.67 110.19 13.6 5.3 Нижнеангарск (NIZ), 46 км, 4 балла; Кумора (KMO), 66 км, 3-4 балла; Улюнхан (YLYR), 114 км, 3 балла; Уоян (YOA), 120 км, 3-4 балла

10 04.07.2007 (01:23:3.6) 55.42 110.42 14.1 5.6 Кумора (KMO), 72 км; Нижнеангарск (NIZ), 68 км, 3-4 балла; Уоян (YOA), 114 км, 3 балла

11 23.08.2007 (04:49:9.5) 55.93 113.49 13.3 5.2 Северомуйск (SVKR), 28 км, 4-5 баллов; Уакит (UKT), 50 км, 3 балла; Улюнхан (YLYR),188 км, 3 балла

12 20.05.2008 (20:42:43) 53.28 108.49 14.2 5.7 Онгурены (OGRR), 72 км, 4 балла; Суво (SYVR), 109 км, 4-5 баллов; Тырган (TRG), 155 км, 4 балла; Иркутск (IRK), 307 км, 3 балла

13 16.08.2008 (04:01:08) 52.14 98.32 15.1 6.2 Орлик (ORL), 110 км, 6 баллов; Иркутск (IRK), 407 км, 3-4 балла

14 16.08.2008 (04:06:41) 52.12 98.31 13.8 5.4 Орлик (ORL), 112 км, 4 балла; Иркутск (IRK), 405 км, 2 балла

15 27.08.2008 (01:35:31) 51.62 104.06 >15.2 6.3 Иркутск (IRK), 72 км, 6-7 баллов; Аршан (ARS), 119 км, 6-7 баллов; Закаменск (ZAK), 147 км, 5 баллов; Тырган (TRG), 202 км, 5-6 баллов, дана мо-ментная магнитуда М№ (по данным NEIC)

16 27.08.2008 (01:41:32) 51.61 104.06 13 5.0 Иркутск (IRK), 72 км, 5 баллов; Аршан (ARS), 119 км; Закаменск (ZAK), 147 км; Кабанск (KAB), 185 км; Тырган (TRG), 202 км, 3 балла; Онгурены (OGRR), 329 км

Примечание. Магнитуда М получена пересчетом из энергетического класса Кр (по ТГ. Раутиан) по формуле Гуттенберга—Рихтера-Раутиан: М = (Кр — 4 )/1.8; NEIC — Национальный центр информации о землетрясениях Геологической службы США.

S, см/с 5 1

0.1 0.01 0.001

I I I I Hill_I I I I Hill_I I I I Hill

0.1 10

1

0.1

0.01

1 10 100 15

3-99- у'\ 5

8

I I I I Hill_I I I I Hill_I I I I Hill

0.1 10

1

0.1

0.01

1 10 100 4

_j..........i...................

S, см/с 10

ДЖУРИК и др. 8

0.1

0.01

_l_I I I Hill_I_I I I Hill_I_I I I Hill

0.1 1 10 100 f, Гц

0.1 1

0.1

0.01 0.1

10 1 0.1 0.01 0.001

10 100

I I I Hill_I_I I I Hill_I I I I Hill

1 10 100

11

13 „

.........I..........I.........

S, см/с 1

0.1

0.01

_l_I I I I I Iii_I_I I I I Uli_I_I I I I I Iii

0.1 1

1 10 100 12

0.

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»