научная статья по теме К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ УДАЛЕННЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА СЕЙСМИЧНОСТЬ Геофизика

Текст научной статьи на тему «К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ УДАЛЕННЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА СЕЙСМИЧНОСТЬ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 4, с. 29-42

УДК 550.334

К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ УДАЛЕННЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА СЕЙСМИЧНОСТЬ

© 2013 г. Г. А. Соболев, Н. А. Закржевская

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва Поступила в редакцию 22.11.2012 г.

Исследована реакция землетрясений Камчатки с минимальным представительным энергетическим классом К > 8.5 на 214 сильных землетрясений мира с магнитудами М > 7.5 и на 40 землетрясений с магнитудами М> 8. Интервал анализа охватывал 1963—2012 гг. и расстояния от очагов сильных землетрясений до центра Камчатской сейсмоактивной зоны изменялись от 600 до 16000 км. Установлено, что удаленные землетрясения вызывали увеличение сейсмической активности на Камчатке, по крайней мере, в тех случаях, когда вызванные поверхностными волнами относительные динамические деформации превышали 10-6. Это соответствовало добавочным напряжениям в 10-2 МПа, ускорениям свыше 0.1 см/с2, периодам поверхностных волн ~20 с. Отклик на удаленные землетрясения постепенно возрастал в течение нескольких суток. Чувствительность отклика к воздействию удаленных землетрясений менялась со временем, что проявилось на интервалах в несколько десятков лет.

Б01: 10.7868/80002333713030162

ВВЕДЕНИЕ

Сейсмический процесс принадлежит к динамическим явлениям, протекающим в нелинейных диссипативных системах. Переходы от состояния равновесия к неустойчивому равновесию возникают при условии притока энергии. Из широкого круга исследований диссипативных систем, главным образом, в физике, химии, биологиии известно, что на стадии неустойчивого равновесия усиливается влияние триггерных эффектов, приводящих к динамической неустойчивости [Николис, Пригожин, 1979; Ott, 2002]. В сейсмоактивном регионе это выражается в появлении землетрясения. В пределах сейсмоактивной области всегда существуют несколько участков, находящихся в состоянии неустойчивого равновесия вследствие повышенных напряжений или пониженной прочности.

Вопрос о пороге внешнего воздействия, достаточного для ускорения процесса, обусловленного значительно более мощными силами, остается открытым. Ясно, что чувствительная к малому внешнему воздействию энергетически открытая система должна находиться в метастабильном состоянии. По мере приближения системы к неустойчивости порог эффективного внешнего воздействия снижается. Однако, Земля постоянно подвергается шуму от естественных и искусственных источников. Поэтому порог влияния, которое может быть обнаружено, имеет, по-видимому, конечную величину, превышающую уровень шума.

Известно воздействие на сейсмичность солнечной активности, земных приливов, климатических факторов [Сытинский, 1963; Рулев, 1991; Nikolaev, Nikolaev, 1993; Diadkov, 1997; Салтыков и др., 1997; Тюпкин, 2002]. Инициирование неустойчивых подвижек и акустической эмиссии упругими и элек-

тромагнитными импульсами было продемонстрировано в лабораторных экспериментах [8оЪо1еу йа1., 1993; 1996; Соболев, Пономарев, 2003; СИе-Иё2е, Matcharashvi1i, 2003; Ропошагеу et а1., 2010]. Разнообразные триггерные процессы в геосистемах рассмотрены в сборнике [Триггерные эффекты ..., 2010].

В работах [Соболев и др, 2001; Закржевская, Соболев, 2002] было установлено влияние на сейсмичность магнитных бурь с внезапным началом. Авторы [Соболев, 2004; Соболев, Любушин, 2006; 2007] показали, что за несколько суток до землетрясений возле Камчатки 1997 г. (магнитуда М = = 7.9, Хоккайдо 2003 г., М = 8.3 и Суматры 2004 года М = 9.2) возникали возмущения в поле низкочастотных сейсмических шумов, вызванные удаленными сейсмическими событиями. Однако было установлено, что мощные тайфуны с энергией 1018 Дж, возникающие на северо-западе Тихого океана, не влияют заметным образом на сейсмичность Камчатки и Японии [Соболев и др., 2012] .

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ

Для анализа возможного влияния сильных землетрясений мира на сейсмичность Камчатки из каталога МЕ1С были выбраны все землетрясения с магнитудами М> 7.5 (далее М7) и, отдельно, с М> > 8.0 (М8) за период 01.01.1963-11.04.2012 гг.; они насчитывали 219 и 40 событий соответственно. На этот интервал времени существует региональный инструментальный каталог землетрясений Камчатки с минимальным представительным энергетическим классом К > 8.5 (локальная магнитуда М> 2.6); каталог предоставлен Камчатской опытно-методической сейсмологической партией

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0

20

40

60 Сутки

Рис. 1. Нормированная на среднеквадратическое отклонение гистограмма распределения числа землетрясений Камчатки относительно времени возникновения (стрелка) 214 сильных землетрясений мира с магнитудой М> 7.5 за интервал времени 1963—2012 гг. Стрелка указывает на время соответствующего сильного землетрясения.

ГС РАН. Он был очищен от афтершоков землетрясений с К > 12 по программе [Смирнов, 1997] и включал 22590 событий, представлявших собой "фоновую сейсмичность". Было рассчитано, как меняется ежесуточное число землетрясений за 30 суток до и 30 суток после сильного землетрясения. При этом из каталога сильных землетрясений мира были исключены 5 событий с М> 7.5 Камчатки. Далее использовалась процедура суммирования отклика по всем сильным землетрясениям.

Сейсмичность Камчатки испытывает вариации во времени, например, вследствие сезонных изменений или роев землетрясений. Поэтому 60-суточ-ные выборки при сильных землетрясениях имеют различное математическое ожидание и простое суммирование по числу попавших в них событий приводит к тому, что выборки имеют разный "вес". Чтобы уменьшить этот недостаток, каждая выборка перед суммированием нормировалась на свое среднеквадратичное отклонение (СКО). Полученная сумма затем делилась на число вошедших в нее выборок, так что окончательный результат представлял осредненное значение в долях СКО. Такая процедура не влияла на относительное сравнение 30-суточных выборок до и после соответствующего сильного землетрясения, что было главной задачей настоящей работы.

На рис. 1 представлена гистограмма при осреднении по 214 землетрясениям М7 за период 1963— 2012 гг. Значения по оси ординат в долях СКО обо-

значены символом а. Стрелка на 30-е сутки соответствует дате соответствующего землетрясения М7. Все полученные при построении гистограммы рис. 1 и ниже приведенных гистограмм выборки по 60 суток, а также по 30 суток до и после землетрясений, были проверены на нормальное распределение. Мы использовали критерии и ЦШе<> вБ! Они построены на различающихся алгоритмах Jarque-Bera и ШНеЮгз, но оба метода дают возможность со значимостью 5% отвергнуть гипотезу Н = = 1, что выборка подчиняется нормальному распределению или отвергнуть гипотезу Н = 0, что выборка отличается от нормального распределения.

Оказалось, что распределения большинства вошедших в наш анализ выборок отличались от нормального. В связи с этим для оценки сходства или различий 30-суточных выборок до и после были использованы непараметрические критерии, не базирующиеся на каком-либо предположении о законе распределения, а использующие только предположения о случайном характере исходных данных [Кулаичев, 1996]. Эти критерии эффективны при малых выборках. Оценка сходства или различия выборок определяется величиной критерия а > 0.05 или а < 0.05.

Применительно к гистограмме рис. 1: критерий максимальных различий Колмогорова—Смирнова (КС) дал величину а = 0.76; критерий различия медиан распределений Ансари—Бредли—Вилкок-сона (АБВ) а = 0. 49; критерий 1-1еБ1 (ТТ) а = 0.62. Во всех случаях а > 0.05 и нельзя отвергнуть гипотезу H = 0 о не существенных различиях между выборками. Таким образом, поток землетрясений К> 8.5 имел примерно одну и ту же интенсивность в месячных интервалах до и после даты возникновения землетрясений мира с М7 на интервале 1963—2012 гг.; статистика вошедших в расчет землетрясений Камчатки К> 8.5 составила в этом случае X =18926 событий.

Рис. 2 демонстрирует результат аналогичного расчета по всем 40 землетрясениям мира М8 (интервал 1963—2012 гг.) при статистике X = 3641 событий. Здесь уже отмечается некоторое различие выборок до и после М8. Если критерий (КС) дает величину а = 0.11 Щ = 0), то критерии (АБВ) и (ТТ) указывают на возможность принять гипотезу H = 1: величины а = 0.018 и а = 0.016, соответственно. Сейсмичность Камчатки в среднем возрастала после сильных землетрясений мира М8. На этот эффект указывает увеличение среднего значения сравниваемых 30-суточных выборок на 10% (жирные горизонтальные линии); тонкие горизонтальные линии показывают отклонения +/— а.

Особенностью сейсмичности Камчатки за анализируемый интервал времени было возникновение 5 декабря 1997 г. Кроноцкого землетрясения с М = 7.9. Рассмотрим, не менялся ли отклик на сильные землетрясения мира в интервалах до и по-

сле этого неординарного события (оно исключено из расчетов). Анализ показал, что в интервале 1963—1997 гг. нельзя отвергнуть гипотезу Н = 0; статистика по 149 событиям М7 дала следующие результаты: (КС) - а = 0.54; (АБВ) - а = 0. 49; (ТТ) — а = 0.53. Однако, ситуация изменилась после 1997 г. В интервале 1998—2012 гг.: (КС) — а = 0.05; (АБВ) — а = 0.009; (ТТ) — а = 0.006. Проявился эффект увеличения отклика сейсмичности Камчатки на 9% при суммировании по 68 землетрясениям М7 (рис. 3).; число вошедших в расчет событий составило £ = 5887.

Еще более ярко этот эффект выражен при анализе землетрясений мира с М8. После Кроноцкого землетрясения в интервале 1998—2012 гг. отклик сейсмичности Камчатки на землетрясения М8 при суммировании по 17 событиям возрос существенно. Величины значимости по вышеназванным критериям оказались равными: (КС) — а = 2 х 10—5; (АБВ) — а = 5 х 10—5; (ТТ) — 3 х 10—5, т.е. гипотеза о существенных различиях выборок Н = 1 может быть принята с вероятностью ~99%. Соответствующая гистограмма показана на рис. 4. Среднее число событий при X = 1499 возросло на 25%.

Поскольку этот результат получен при осреднении довольно ограниченного числа выборок (17), были выполнены дополнительные расчеты. На основании рис. 4 можно было высказать предположение, что постепенный рост величины а вызван неким устойчивым трендом усиления сейсмичности Камчатки в ин

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