ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2015, № 4, с. 23-39
УДК 550.34
МЕХАНИЗМ ГЛУБОКОГО ОХОТОМОРСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 24.05.2013 ПО СТАТИЧЕСКИМ СМЕЩЕНИЯМ И ШИРОКОПОЛОСНЫМ СЕЙСМОГРАММАМ
© 2015 г. И. Р. Абубакиров, В. М. Павлов, Н. Н. Титков
Камчатский филиал Геофизической службы РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: air@emsd.ru Поступила в редакцию 21.07.2014 г.
Для очага глубокого Охотоморского землетрясения 24.05.2013, Mw 8.3, рассчитан тензор сейсмического момента (ТСМ) по двум видам региональных данных: 1) косейсмическим скачкам смещений на пунктах наблюдений GNSS; 2) трехкомпонентным широкополосным сейсмограммам (в этом случае одновременно с ТСМ оценивались глубина эквивалентного точечного источника и его длительность). Расчеты проводились независимо по каждому из двух типов данных. В первом случае ТСМ рассчитывался с использованием модельных статических смещений от элементарных диполей, вычисленных для сферической модели Земли ak135. Во втором случае использовались синтетические широкополосные сейсмограммы, рассчитанные для модели слоисто-однородного упругого изотропного полупространства. В обоих вариантах инверсии использовались оригинальные методики расчета модельных данных. Полученные по двум наборам данных определения ТСМ согласуются друг с другом и с определениями из других источников.
DOI: 10.7868/S0203030615040021
ВВЕДЕНИЕ
Глубокое (~600 км) Охотоморское землетрясение (М„ = 8.3) произошло 24 мая 2013 г. в акватории Охотского моря вблизи западного побережья полуострова Камчатка (рис. 1, табл. 1). Это самое сильное в мире глубокое землетрясение за инструментальный период наблюдений. Оно сопровождалось серией афтершоков, что нетипично для глубоких событий, и вызвало глобальный макросейсми-ческий эффект [Чебров и др., 2013].
Землетрясение проявилось на дальневосточных пунктах наблюдений Глобальных навигационных спутниковых систем ^N88) в виде косей-смических скачков смещений, что позволило поставить задачу об оценке механизма очага по этим
данным [Шестаков и др., 2014]. В работе [Шестаков и др., 2014] задача решается для дислокационной модели очага. Другие параметры, относящиеся к протяженному очагу — скорость вспарывания, длительность процесса вспарывания, размер очага — были определены по сейсмологическим данным в работе [Уе й а1., 2013].
В данной статье рассматривается задача определения механизма очага в общей постановке (см. также [Павлов, Абубакиров, 2012]. А именно, рассчитывается симметричный тензор сейсмического момента (в наиболее общем варианте вычисляются все шесть компонент тензора), а затем оценивается ближайший двойной диполь без момента (собственно механизм) и значение скалярного сейсмического момента. Расчеты прово-
Таблица 1. Базовые параметры очага Охотоморского землетрясения 24.05.2013 по различным определениям
Каталог Дата/Время дд.мм.гггг/чч:мм:сс Положение гипоцентра Энергетический класс KS Магнитуда Mw
широта ф (°) долгота X (°) глубина h (км)
USGS1) 24.05.2013/05:44:48 54.89 153.22 598.1 - 8.3
gcmt2) 24.05.2013/05:45:08 54.61 153.77 611.0 - 8.3
EMSD3) 24.05.2013/05:44:47 54.76 153.79 629.8 17.0 -
1) http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/
2) http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html Даны координаты центроида.
3) http://data.emsd.ru
8
* 1 А 2
Рис. 1. Положение инструментального эпицентра иБОБ (табл. 1) Охотоморского землетрясения 24.05.2013 (1) и использованных сейсмических станций (2).
дятся с использованием либо статических смещений (косейсмических скачков на временных рядах пунктов ОМББ), либо широкополосных записей на региональных сейсмических станциях с эпи-центральными расстояниями до 25°. Компоненты ТСМ рассчитываются методом наименьших квадратов (МНК), обеспечивающим минимизацию функционала невязки между реальными и модельными данными. Для реализации этого метода необходимы модельные функции влияния компонент ТСМ — синтетические смещения (статические смещения, сейсмограммы), возбуждаемые единичными компонентами ТСМ. В статическом случае функции влияния рассчитываются в слоистом шаре с помощью компьютерной программы, созданной на основе оригинального алгоритма, разработанного одним из авторов (В.М. Павловым). В динамическом случае функции влияния рассчитываются в слоистом полупро-
странстве с использованием методики, описанной в работе [Павлов, 2013].
Значения как основных параметров очага, к которым относятся компоненты ТСМ, так и производных от них величин — скалярного сейсмического момента, углов и осей механизма и др., сопровождаются оценками точности. Для компонент ТСМ — это МНК-оценки среднеквадратических уклонений, а для производных величин — средне-квадратические уклонения, полученные методом Монте-Карло.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Данные сети О^Б наблюдений. Интерпретация перемещений выполнена по данным Камчатской региональной сети постоянных ОМББ наблюдений Камчатского филиала Геофизической службы (КФ ГС) РАН и сетей институтов Дальне-
восточного отделения РАН [Шестаков и др., 2014]. Камчатская региональная сеть была запущена в конце 1997 года. Она создавалась для изучения деформационного состояния Камчатского полуострова и Командорских островов, для определения кинематических параметров движения тектонических плит и блоков, регистрации деформационных проявлений сейсмической и вулканической активности. Сеть охватывает всю территорию Камчатского края. В районах г. Пет-ропавловска-Камчатского и Ключевской группы вулканов сеть сгущена, образуя локальные геодинамические полигоны. В настоящий момент в составе сети работают 27 станций КФ ГС РАН и две станции сторонних организаций. Из них 22 станции подключены к системе оперативного сбора данных, 6 станций передают поток наблюдений в реальном времени, 19 станций ведут регистрацию в режиме односекундных наблюдений. Регистрация, передача данных в центр сбора данных и их подготовка для постобработки выполняются в автоматическом режиме. Постобработка наблюдений осуществляется пакетом GAMIT/GLOBK [Herring et al., 2010а, 2010б]. Штатный режим обработки — статика в режиме "BASELINE".
Косейсмические смещения определялись по результатам итеративной обработки 40-суточной серии наблюдений. Применялась методика обработки, направленная на максимально возможное снижение дисперсии временных рядов координат пунктов. Имея "ровный" ряд, можно оценить ко-сейсмические смещения по одному—двум отчетам до и после события, снижая искажения от постсейсмической деформации на результаты инверсии. Уменьшение дисперсии ряда достигается уточнением начальных координат отсчетной основы (ОО) и стабилизацией положения сети в пространстве.
Пакету GAMIT для надежного разрешения неоднозначности целого числа циклов сигнала необходим хотя бы один пункт с текущими координатами, отличающимися не более чем на 5—10 см от начальных. Отсчетная основа, используемая для обработки многолетних наблюдений, не всегда отвечает этому требованию. На небольшом промежутке времени в 20—30 дней можно существенно приблизить координаты ОО к наблюдаемым. Это позволяет снизить на два порядка допуски на возможные смещения, и, как следствие, уменьшить формальные ошибки алгоритмов обработки и дисперсию ряда. Землетрясение вызвало косейсмические подвижки на большинстве дальневосточных пунктов. Следовательно, использование данных только с дальневосточных сетей дало бы смещенную оценку координат после землетрясения. Поэтому для стабилизации положения региональных пунктов в пространстве выполнена их привязка к опорным пунктам глобальной сети IGS (International GNSS Service).
Полученные решения в виде ковариационных матриц и координат пунктов объединялись по об-
щим пунктам с решениями для глобальной сети IGS и совместно уравнивались. По результатам совместной обработки формировалась уточненная отсчетная основа, определялся постоянный для всего обрабатываемого промежутка времени набор опорных пунктов и исключались наблюдения с грубыми ошибками. Выполнялась повторная обработка с уточненной отсчетной основой и с пониженными допусками. Невязки контрольного уравнивания сетей после повторной обработки составили порядка миллиметра, а число опорных пунктов — 207.
Величины косейсмических смещений определялись как разность одного отчета после и до события и как разность в момент землетрясения ординат концов прямых линейной регрессии, определенных по 14 отчетам (рис. 2, табл. 2). Найденные таким способом векторы косейсмических горизонтальных смещений показаны на рис. 3. Поскольку для данного землетрясения явных постсейсмических перемещений не наблюдается, то косейсми-ческие смещения в плане при нахождении по одному отчету и по трендам за 14 дней мало отличаются. Значительны различия в вертикальных смещениях. Это объясняется худшей в 3—4 раза точностью определения вертикальных координат по GNSS измерениям.
Данные сейсмических наблюдений. Для инверсии в ТСМ использованы широкополосные сейсмограммы в региональном диапазоне эпи-центральных расстояний 8°—25°. Верхняя граница этого диапазона выбрана так, чтобы обеспечить применимость плоскослоистой модели среды, в рамках которой производится инверсия, а нижняя — чтобы обеспечить условие дальней зоны, поскольку расчеты базируются на модели точечного источника. Отметим, что условие дальней зоны соблюдается и для станций с эпицентральными расстояниями менее 8°. Однако, включение сейсмограмм этих станций в обработку приводит к численной неустойчивости решения, которая проявляется в том, что зависимость функционала невязки от глубины приобретает осциллирующий характер. Причину такой неустойчивости прояснить не удалось.
К обработке привлекались материалы регистрации четырех сейсмических сетей: глобальной сейсмической сети GSN; японской сети F-net; региональной сети Аляски (Alaska Regional Network) и Китайской национальной сейсмической сети (China National Seismic Network). Кроме того, использовались записи опорных станций Службы предупреждения о цунами на Дальнем Востоке России и Центра предупреждения о цунами Западного побережья США и Аляски (West Coast & Alaska Tsunami Warning Center).
Сейсмограммы в форма
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.