ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2010, № 1, с. 21-36
УДК 550.34
МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В МОСКОВСКОМ РЕГИОНЕ МЕТОДОМ ЭМПИРИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ ГРИНА
© 2010 г. В. В. Быкова1, С. С. Арефьев1, Л. Ривера2
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия E-mail: sserg@ifz.ru
2Институт и Обсерватория по наукам о Земле университета им. Л. Пастера, Страсбург, Франция
E-mail: Luis.Rivera@eost.u-strasbg.fr Поступила в редакцию 20.04.2009 г.
Московский регион с исторических времен регулярно подвергается слабым, но ощутимым сейсмическим воздействиям от землетрясений промежуточной глубины из зоны Вранча (Румыния), расположенной на расстоянии 1400 км. Стечение ряда уникальных обстоятельств: мало изменяющаяся глубина очагов, механизм, слабое затухание сейсмического излучения в направлении северо-северо-восток, создает благоприятные условия для применения метода эмпирической функции Грина. Используя цифровую запись вранчского землетрясения с магнитудой Mw = 5.8, полученную на сейсмической станции Москва, методом эмпирической функции Грина, адаптированным для конкретных условий, были рассчитаны искусственные записи для сценарного (максимального ожидаемого) землетрясения Ы^ = 8.0. Для контроля корректности процедуры расчетов использовались имеющиеся аналоговые записи сильных землетрясений, полученные на сейсмостанции Москва. Для дополнительного контроля использовались цифровые записи сейсмической станции Обнинск, входящей в систему IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology). Здесь сценарное землетрясение удалось смоделировать используя записи гораздо более сильного землетрясения 1990 г. (Ыw = 6.9). Показано, что, несмотря на определенный разброс, а внутри метода его удалось оценить весьма объективно, окончательные оценки ожидаемых сейсмических воздействий достаточно надежны и могут быть рекомендованы к практическому применению.
Ключевые слова: Очаг землетрясения, сейсмограмма, механизм, эмпирическая функция Грина, сейсмический момент.
ВВЕДЕНИЕ
С исторических времен Московский регион подвергается относительно слабым, но вполне ощутимым воздействиям от землетрясений промежуточной глубины, происходящих в зоне Вранча (Румыния). Исследования в области исторической сейсмологии показывают вполне достоверно, что с момента своего основания (более 850 лет тому назад) для Москвы имеются регулярные упоминания об ощутимых землетрясениях. И есть все основания связывать эти упоминания с румынскими землетрясениями.
Зона Вранча относится к одной из самых сейсмически активных областей Центральной Европы. В этой зоне весьма регулярно возникают сильные землетрясения, которые ощущаются на больших площадях. В ХХ веке в этой зоне произошли 4 катастрофических землетрясения: 10 ноября 1940 г. (Щ, = 7.7), 4 марта 1977 г. Щу = 7.4), 30 августа 1986 г. Щ = 7.1) и 30 мая 1990 г. Щ = 6.9). При
землетрясении 1977 г. 35 высотных зданий в Бухаресте обрушились и привели к гибели 1500 людей.
Вранчская сейсмическая зона представляет собой достаточно компактную область. Сейсмические очаги концентрируются в зоне 26°—27° N, 45.4°—45.9° E. Ее размеры не превышают 40 км по долготе и 90 км по широте. На рис. 1 представлена карта эпицентров и разрез по глубине для землетрясений с 1960 г. по настоящее время с магнитудами M> 2.75 по каталогу ISC [International..., 2001]. Хорошо видно, что основная часть землетрясений располагается в интервале 70—180 км. Нижняя граница весьма резкая: на глубинах, превосходящих 180 км, очагов землетрясений нет.
Необходимо отметить, что важной особенностью землетрясений этой зоны является существенно неравномерная азимутальная направленность излучения сейсмических волн. Диаграмма направленности ориентирована таким образом, что наименьшее затухание сейсмической энергии наблюдается в северо-западном направлении, т.е. в направлении на
A B
Рис. 1. Карта эпицентров землетрясений зоны Вранча с глубинами большими 60 км по каталогу ISC, разрез по глубине вдоль линии АВ и механизмы очагов по данным СМТ Гарварда (кроме землетрясения 1940 г., механизм которого определен по знакам первых вступлений [Purcaru, 1979]).
Москву. В перпендикулярном направлении затухание гораздо больше. Поэтому интенсивность сейсмических воздействий, например в Варшаве (Польша) примерно такая же, как в Москве, хотя расстояние до Варшавы гораздо меньше. Этот факт подтверждается историческими данными и является надежно установленным. В частности, он подтверждается в работе [Radulian et al., 2006], где параметры затухания в различных частотных диапазонах уточняются на основе результатов томографических исследований. В работе представлена только территория Румынии, однако даже в ее пределах можно видеть значительно меньшее затухание в северо-восточном направлении.
С точки зрения тектоники вопрос о высокой сейсмической активности зоны Вранча остается не до конца решенным. Согласно наиболее распространенной модели эта зона является результатом древней субдукции океанической плиты, жесткие остатки которой в настоящее время продолжают трескаться (переламываться) [Wenzel et al., 2002]. Сейсмические очаги локализованы в реликтовом сегменте этой плиты, более плотном и жестком, чем окружающая мантия. Эта плита почти вертикальна,
что хорошо согласуется с данными о механизмах очагов (см. рис. 1).
Анализ имеющихся механизмов очагов наиболее сильных землетрясений зоны Вранча показывает, что ориентация плоскостей разрыва и направления подвижки меняются весьма незначительно (рис. 1). Данные о механизмах указывают на взбросовый тип движения с горизонтальным сжатием и вертикальным растяжением. Наблюдаются два типа механизмов очагов. Преобладающий тип характеризуется NE-SW ориентированной плоскостью разрыва и перпендикулярным к ней максимальным сжатием. Все землетрясения с М ~> 7 имеют такой механизм очага. Часть более слабых землетрясений имеет плоскость разрыва NW-SE ориентации при сжатии, направленном NE-SW.
Зона Вранча всегда являлась объектом повышенного внимания сейсмологов. Даже за последнее десятилетие в авторитетных сейсмологических изданиях опубликован целый ряд работ, посвященных ее исследованию. Результаты, полученные в некоторых из них, весьма важны для целей настоящей работы.
В частности, А. А. Гусев с соавторами [Gusev et al.,
2002] исследовал характеристики подобия параметров очагов 16 землетрясений из зоны Вранча 1976— 2000 гг. в магнитудном диапазоне 3.7 < MW < 7.4. Анализ широкополосных цифровых записей проводился как в частотной, так и во временной областях. В результате (в предположении, что спектральная амплитуда удовлетворяет закону ю-у) были получены зависимости от магнитуды угловой частоты (частоты перегиба спектра), параметра спадания спектра в области высоких частот у и длительности импульсов P- и ¿-волн, а также оценены величины сброшенных напряжений. Показано, что зависимости угловой частоты от магнитуды в целом хорошо согласуются с моделью постоянных (не зависящих от магнитуды) сброшенных напряжений с типичными значениями 1—10 МПа, что соответствует средним значениям для коровых землетрясений. Однако эти законы подобия нарушаются для сильных землетрясений промежуточной глубины в зоне Вранча (MW > 6.5), для которых выявлена тенденция аномального увеличения сброшенных напряжений.
Работа А. Отта и др. [Oth et al., 2007] посвящена изучению очаговых параметров сильных землетрясений промежуточной глубины в зоне Вранча. Акселерограммы землетрясений с 1999 по 2004 г. (MW = 4.0—5.8) были использованы для моделирования методом эмпирической функции Грина трех событий: 1977, 1986 и 2004 гг. Анализировались следующие параметры очагов: размеры, величина подвижки, скорость дислокации и величины статических и динамических сброшенных напряжений. Отмечается, что именно вопрос о величине сброшенных напряжений Вранчских землетрясений является предметом дискуссий и до сих пор остается нерешенным. Более того, определение параметров очагов является нетривиальной задачей, поскольку получаемые оценки сильно зависят от предполагаемой модели разрыва в очаге. В частности, область разрыва в очаге может рассматриваться как совпадающая с областью распространения облака афтер-шоков (в качестве одного из предельных случаев), что приводит к довольно низким значениям сброшенных напряжений и скоростей распространения разрыва и дислокации. С другой стороны, очаг может рассматриваться как простая трещина (подвижка по плоскости), которая высвобождает весь сейсмический момент. Отт и др. [Oth et al., 2007] интерпретируют полученные ими результаты в рамках модели области генерации сильных движений (strong motion generation area (SMGA) [Miyake et al.,
2003]), согласно которой очаг рассматривается как неровность (шероховатость) внутри значительно большей области разрыва, в которой не происходит сброса (изменения) напряжений. В результате для областей SMGA в очагах получаются высокие значения сброшенных напряжений (90—120 МПа) и высокие скорости подвижек (3—5 м/с), которые
реализуются в достаточно компактных областях: 8.1 х 8.1 км2 для землетрясения 1977 г. и 1.8 х 1.2 км2 для землетрясения 2004 г.
Близкие значения сброшенных напряжений (135 МПа) для землетрясения 2004 г. получены и в работе [Popesku et al., 2007] по результатам анализа 36 землетрясений, зарегистрированных в 2002— 2005 гг. специальной сетью станций BURAR в северной части Румынии. Сброшенные напряжения рассчитывались в соответствии с моделью очага Брюна [Brune, 1970] на основе оценок угловых частот спектров.
Принимая во внимание ряд последних исследований сильных землетрясений зоны Вранча, можно с высокой достоверностью утверждать, что наибольшую опасность для Московского региона представляют землетрясения с глубиной около 100 км и с достаточно большими значениями сброшенных напряжений. Обоснованным представляется выбор следующих параметров максимально возможного (сценарного) землетрясения, которое может оказать максимальное сейсмическое воздействие на Московский регион:
Координаты Глубина ПростираниеПадениеМагнитуда
45.6° N, 100 км 230° 70° 8.0
26.6° E
Целью настоящей работы является моделирование
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.