УДК 550.344.43
ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ОЧАГАХ СРЕДНЕМАГНИТУДНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ В СЕВЕРНОМ ТЯНЬ-ШАНЕ
© 2014 г. Н. А. Сычева1, Л. М. Богомолов2
Научная станция РАН, г. Бишкек (НС РАН), Кыргызстан 2Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Россия Поступила в редакцию 20.05.2013 г.
Работа посвящена оценкам динамических параметров 14 землетрясений с умеренной магнитудой (энергетический класс от 11 до 14), которые произошли на территории Северного Тянь-Шаня. Для проведения этих оценок (в частности, падения напряжения, которое в дальнейшем может использоваться в методике реконструкции коровых напряжений, разработанной Ребецким Ю.Л., ИФЗ РАН) были усовершенствованы алгоритмы и программы построения спектров сейсмограмм. Учитывались станционные поправки и трансформация спектров при распространении сейсмоволн в среде (эффект конечной добротности). Новый подход позволил рассчитать по сейсмограммам сети ККЕТ значения радиуса очага, (Брюновского радиуса), скалярного сейсмического момента и падения (снятия) напряжений для упомянутых 14 землетрясений. Полученные результаты выявили разброс в величинах радиуса источника и падения напряжения даже для землетрясений близких энергетических классов. Диапазон изменения сброшенных напряжений оказался от одного бара до 75 бар. Также определялись фокальные механизмы и тип напряженного состояния земной коры. Стоит отметить, что в течение рассматриваемого периода не было сильных землетрясений (с классом выше 14) на территории внутри сети ККЕТ.
БО1: 10.7868/80002333714030119
ВВЕДЕНИЕ
Массовое определение падений напряжения в очагах землетрясений, ЗЛТ, умеренной силы (наряду с единичными случаями сильных ЗЛТ) может характеризовать современное напряженное состояние земной коры сейсмоактивных регионов и особенности процесса деструкции среды. Для Тянь-Шанского региона данные о динамических параметрах: скалярных сейсмических моментах M0, радиусах "среза" спектральной плотности, r, (Брюновских радиусах) и падениях напряжения Да были ранее получены в работах [Горбунова, Кальметьева, 1988; Кальметьева и др., 1992]. Однако в этих работах расчеты проводились лишь для наиболее сильных и слабых событий в изучаемом регионе.
Теоретические основы метода расчетов были заложены в работах [Костров, 1966; 1975; Ризни-ченко, 1976; Brune 1970; 1971]. Важным выводом теоретических работ стало то, что для оценочных расчетов скалярного момента и Брюновского радиуса достаточно определить по сейсмограммам всего два параметра: частоту среза и предельную спектральную плотность смещения на низких частотах. При этом прочие параметры (плотность, р, скорость поперечных волн VS) характеризуют макрообъем массива в земной коре, и, как правило, считаются одинаковыми для всех событий. Развитие модели очаговой подвижки Кострова—
Брюна и др. в детализационных работах [Арефьев, 2003; Ключевский, Демьянович, 2002; Ma-dariaga, 1983; Atkinson, Boore, 1995] не изменило вывода о применимости вышеописанного подхода. Этот общепринятый подход позволяет значительно расширить число землетрясений, для которых определяются динамические параметры, если имеются качественные исходные данные (цифровые записи сейсмограмм) [Сычева и др., 2012].
В настоящей работе расчет динамических параметров очагов землетрясений проводится по данным цифровой телеметрической сети KNET. Сеть KNET включает 10 широкополосных сей-смостанций, установленных на территории Северной части Центрального Тянь-Шаня (Кыргызский хребет и прилегающие территории). Сеть обеспечивает регистрацию локальной сейсмичности внутри области (41°-43° с.ш., 73°-77° в.д.) (рис. 1). По данным KNET были определены фокальные параметры (более 1000 решений), и усредненные сейсмотектонические деформации [Сычева и др., 2005; 2008; Костюк и др., 2010]. Полученные с помощью этой сети данные были использованы для реконструкции напряжений в коре Тянь-Шаня методом катакластического анализа [Rebetskiy et al., 2012]. Данные о падениях напряжений важны для дальнейшего развития метода катакластического анализа (МКА), который уже доказал свою эффективность [Ребецкий, 2007; 2009]. Можно ожидать проявление синер-
115
8*
Рис. 1. Карта расположения станций сети ККЕТ [Сычева и др., 2005] и эпицентров землетрясений. Номера землетрясений согласно табл. 1. Разломы по данным А.В. Миколайчука [Кальметьева и др., 2009]. Разломы: 1 — Иссык-Атин-ский; 2 — Шамси-Тюндюкский; 3 — Чонкурчакский.
гизма в результате сопоставления материалов об абсолютных значениях напряжений в земной коре, полученных методом МКА, и оценках падения напряжения при землетрясениях 11—14 класса, которые в Северном Тянь-Шане происходят достаточно часто. Для общей характеристики сейсмичности стоит отметить, что на территории изучаемого региона в период 1998—2009 гг. не было ЗЛТ классов выше 14.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Исходные данные
В качестве исходных данных были использованы сейсмограммы локальных сейсмических событий, которые произошли на территории расположения станций сети КМБТ [Сычева и др., 2005] за 1998-2009 гг. с К = 11.5-13.7. В табл. 1 представлены параметры исследуемых землетрясений, а на рис. 1 пронумерованными белыми кружками отмечено эпицентральное положение этих событий, нумерация соответствует порядковому номеру (табл. 1).
Для определения знака прихода Р-волны и расчета динамических параметров использовались записи скоростей сейсмоволн (в нм/с) с частотой оцифровки 100 Гц.
Определение фокальных механизмов
Определение фокальных механизмов землетрясений по знаку прихода P-волны. Для расчета фокальных механизмов очагов использовалась программа FPFIT [Reasenberg and Oppenheimer, 1985], которая находит решения для двойной пары плоскостей разрыва (исходная модель), наилучшим образом удовлетворяющих данному множеству зарегистрированных значений первых вступлений землетрясения. В качестве входных данных эта программа использует выходной ARC-файл (файл архива фаз) программы HYPOCENTER [Lienert et al., 1986] (программа расчета параметров гипоцентра) и файл управления, позволяющий настраивать значения параметров расчета, например, количество зарегистрированных фаз. Программа FPFIT позволяет получать решения фокальных механизмов, если события зарегистрированы пятью и более станциями (OBS = 5, observation). Как известно, сейсмическая сеть KNET включает в себя 10 станций и максимальное число станций, которыми может быть зарегистрировано событие, равно 10. При нахождении решений механизмов очагов землетрясений из решения исключались станции, которые находятся вблизи события, поэтому в среднем решения получены по 7—9 станциям сети.
Таблица 1. Основные параметры исследуемых землетрясений
№ Дата Час Мин Сек Ф° Н, км K
1 02.11.1998 0 57 36.6 42.09 75.07 17 11.5
2 21.11.1998 11 46 9.4 42.24 74.08 19 12.5
3 18.11.2001 1 28 55.1 42.59 74.13 5 12.7
4 21.02.2003 10 35 21.4 42.52 74.47 21 11.7
5 06.10.2003 16 42 13.5 42.50 74.48 22 12.0
6 16.01.2004 9 6 17.6 42.54 75.30 10 13.7
7 02.06.2004 17 15 10.6 42.27 74.91 18 13.3
8 20.06.2005 14 25 1.5 42.77 74.37 21 12.0
9 27.12.2005 0 55 30.3 42.70 75.90 12 11.6
10 28.12.2005 1 52 47.9 42.69 75.41 12 11.9
11 08.11.2006 2 21 26.7 42.56 75.35 11 13.4
12 06.06.2007 11 9 25.4 42.56 75.40 15 13.3
13 01.02.2009 11 25 38.0 42.75 73.87 15 12.3
14 07.08.2009 4 32 46.6 42.01 75.69 15 11.8
Инверсный метод. В сейсмологии в последнее время нашли широкое применение компьютерные технологии определения полного тензора сейсмического момента, использующие в цифровом виде зарегистрированные волновые формы [Dziewonski й а1., 1981; Sipkin, 2001]. Однако эти методы могут применяться только к сильным землетрясениям, зарегистрированным на телесейсмических расстояниях. В нашем случае, выбранные события можно отнести к событиям умеренной силы. Для такого рода событий можно применить инверсный метод, описанный в работе 2004]. В работе [Костюк и др., 2010] изложена методика волнового моделирования (инверсии) и приведены решения для 76 землетрясений, и в том числе для 11 из (табл. 1). Методика волновой инверсии применялась для оценки парамет-
ров очагов землетрясений: углов ориентации но-дальной плоскости и подвижки (strike, dip, slip), а также параметров: моментной магнитуды (Mw), глубины (Н) и др. для событий находящихся на расстоянии не более 1°—2° за пределами сейсмической сети KNET.
СМТ-решения. На сайте http://www.globalcmt. org представлены определения механизма очага только для трех, наиболее значимых событий из табл. 1.
Все решения фокальных механизмов очагов землетрясений (табл. 1), полученные в данной работе по знаку прихода Р-волны на станцию, а также из других источников представлены на рис. 2.
Решения, полученные по знаку прихода Р-вол-ны в целом хорошо согласуются с решениями из других источников, некоторые наблюдаемые раз-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Рис. 2. Механизмы очагов ЗЛТ из табл. 1: (а) — решения получены по знаку прихода Р-волны; (б) — инверсный метод [Костюк, 2008]; (в) - СМТ-определения [СМТ решения, 2013].
личия можно объяснить недостаточностью количества знаков (7—9 станций).
Теоретические основы и методика расчета динамических параметров ЗЛТ
Оценочный расчет динамических параметров очагов ЗЛТ: радиуса очага, r, скалярного сейсмического момента, M0, и падения напряжения, Да, проводился с использованием общепринятых выражений из источников, ставших классическими [Аки, Ричардс, 1983; Ризниченко, 1985]. В этих выражениях важно, что радиус r и момент M0 определяются по спектральным характеристикам сейсмограмм независимо друг от друга, а Да оказывается пропорциональным отношению M0/r3 [Костров, 1975].
Размер очага (так называемый радиус Брюна, r = rB) определяется формулой
г = 2.34 Vs/2/
(1)
где У5 — скорость поперечных волн, /0 — угловая частота, определяемая по изменению (излому) характерного для низких частот линейного тренда спектральной плотности. При применении формулы Брюна поверхность разрыва обычно считается круговой, с радиусом Я, а зона очага — сферической. Тогда площадь разрыва равна S = т2, а скалярный сейсмический момент описывается, согласно [Аки, Ри
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.