УДК 550.34
ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДИНАМИКИ СЕЙСМИЧНОСТИ КАМЧАТКИ
© 2013 г. В. А. Салтыков, Ю. А. Кугаенко, Н. М. Кравченко, А. А. Коновалова
Камчатский филиал Геофизической службы РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: salt@emsd.ru Поступила в редакцию 18.06.2012 г.
Представлен комплекс параметров сейсмичности, оцениваемый в Камчатском филиале Геофизической службы РАН по данным регионального каталога в целях оперативного мониторинга сейсмической обстановки в регионе. Исследования направлены на обнаружение изменений фонового сейсмического режима (сейсмических затиший и активизаций) в объемах среды, прилегающих к развивающемуся очагу сильного землетрясения. Комплекс методик включает оценку уровня сейсмичности региона по шкале "СОУС'09"; расчет вариаций наклона графика повторяемости, выявление статистически значимых аномалий наклона графика повторяемости с помощью Z-теста, расчет сейсмической активности Ai0; мониторинг параметра RTL и вариаций площади сейсмоген-ных разрывов; обнаружение с помощью Z-теста областей статистически значимого уменьшения скорости потока землетрясений; выявление кластеризации землетрясений. Приведены примеры проявления аномалий этих параметров сейсмичности перед сильными землетрясениями на Камчатке.
Б01: 10.7868/80203030613010069
ВВЕДЕНИЕ
В 1961—1962 гг. на Камчатке и Командорских островах была создана региональная сеть сейсмических станций, что послужило началом детальных сейсмологических наблюдений в одном из наиболее сейсмоактивных регионов России. Сеть динамично развивалась, и в настоящее время представляет собой систему сейсмологических наблюдений, отвечающую современным мировым требованиям, и включает 68 сейсмических станций и пунктов регистрации сильных движений, а также средства оперативной передачи, автоматической и автоматизированной обработки и хранения сейсмической и геофизической информации [Гордеев и др., 2006в; Чебров и др., 2011]. Система обеспечивает эффективный мониторинг сейсмической и вулканической активности, а также задачи службы предупреждения о цунами.
За 50-летний период наблюдений в результате большого целенаправленного труда коллектива сейсмологов Камчатки создан один из наиболее полных мировых массивов сейсмологической информации — камчатский региональный каталог [Гордеев и др., 2008]. Описанию сейсмичности Камчатки и прилегающих территорий посвящено большое количество публикаций, например [Федотов и др., 1985, 1987; Гордеев и др., 2006а; Левина и др., 2011]. Детальная информация о происхо-
дящих сейсмических событиях, происходящих в зоне ответственности камчатской региональной сети, отражена в научных ежегодниках "Землетрясения СССР (1964-1991 гг.)", "Землетрясения России (2003-2009 гг.)", "Землетрясения Северной Евразии (1992-2005 гг.)". В настоящее время высокий современный уровень организации работ по сбору и обработке сейсмологической информации позволяет не только определять пространственное положение и энергетические характеристики зарегистрированных землетрясений, но и оперативно отслеживать параметры сейсмического процесса. Эти работы имеют как фундаментальную научную, так и прикладную направленность: аномалии в динамике сейсмичности могут иметь предвест-никовый характер и используются для прогноза сильных землетрясений [Моги, 1988; Соболев, 1993, 2011; Соболев, Пономарев, 2003; 8оЪо1еу, 2011; Wyss, НаЪегшапп, 1988]. Актуальность таких исследований на Камчатке, в одном из наиболее сейсмоопасных регионов мира, не вызывает сомнений.
В 1996 году в Камчатской опытно-методической сейсмологической партии (в настоящее время - Камчатский филиал) Геофизической службы РАН было создано специализированное научное подразделение для комплексного анализа
сейсмического процесса, которое в 2001 г. было преобразовано в Лабораторию сейсмического мониторинга. В качестве основных задач подразделения были выдвинуты разработка и внедрение методик слежения за параметрами сейсмического процесса, оперативная оценка текущей сейсмической обстановки и подготовка экспертных заключений по состоянию и прогнозу сейсмической активности Камчатки.
Процессы подготовки сильного землетрясения характеризуется, в частности, изменениями сейсмического режима в прилегающих к будущему очагу объемах среды [Соболев, 2011]. Анализ текущей сейсмической обстановки региона и контроль пространственно-временного распределения фоновой сейсмичности позволяет выявлять такие аномалии в оперативном режиме. В статье представлен комплекс параметров сейсмичности, оцениваемый в Камчатском филиале Геофизической службы РАН по данным регионального каталога в целях оперативного мониторинга сейсмической обстановки в регионе. Приведены примеры проявления аномальных значений этих параметров перед сильными землетрясениями.
Исходные материалы
Информационной основой при применении алгоритмов анализа фоновой сейсмичности является камчатский региональный каталог, полученный за годы детальных сейсмологических наблюдений и непрерывно пополняемый [Гордеев и др., 2008]. Характер используемых землетрясений определяется особенностями региональной сейсмичности. В целом доминирующая роль в камчатском региональном каталоге принадлежит суб-дукционным землетрясениям.
Оценки параметров сейсмичности расчитываются нами для района, ограниченного широтой ф = 50.5° с.ш. и 56.5° с.ш., долготой X = 156.0° в.д. и 167.0° в.д., глубиной от 0 до 300 км, в который попадает наиболее сейсмоактивная часть Камчатки (рис. 1). Поэтому нижний энергетический уровень землетрясений был определен как К = 8.5 по энергетической классификации С.А. Федотова [Федотов, 1972], что соответствует уровню надежной регистрации землетрясений для камчатской сейсмоактивной зоны в целом [Чебров и др., 2011].
Существенное искажение в характеристики фоновой сейсмичности в силу своего компактного расположения в пространстве-времени могут вносить афтершоки сильного землетрясения, которые являются наиболее часто встречающимся случаем
группируемых зависимых сейсмических событий. В частности, авторами статьи было проведено исследование искажений, вносимых зависимыми землетрясениями в оценку наклона графика повторяемости [Коновалова, Салтыков, 2008], которое подтвердило этот тезис. Число группированных землетрясений в среднем за все время детальных наблюдений (50 лет) составляет почти четверть всех землетрясений с энергетическим классом K не менее 8.5. Поэтому все оценки, за исключением особо оговоренных случаев, получены по каталогу с удаленными афтершоками. Идентификация афтершо-ков проведена по методике Молчана-Дмитриевой [Молчан, Дмитриева, 1991].
Моментные магнитуды землетрясений MW приведены в данной статье по Global CMT Catalog (www.globalcmt.org).
Оценка выделившейся сейсмический энергии
Состояние сейсмичности региона оценивается по эмпирической функции распределения, выделившейся за определенный временной интервал сейсмической энергии F(K) = P(lgE < K), где E — суммарная сейсмическая энергия в Дж в заданном интервале времени, P(lgE < K) — относительная частота временных интервалов с эквивалентным энергетическим классом lgE не более заданного K.
Функция распределения энергии E, построенная по значениям сейсмической энергии в скользящем временном окне определенной ширины, позволяет определить вероятность для любого значения E с оценкой точности. При этом появляется возможность дать оперативную оценку уровня текущей сейсмичности в качественных терминах. Оперативность достигается тем, что энергия конкретного пространственно-временного блока определяется наиболее сильными событиями, и поэтому, во-первых, является устойчивым параметром, мало зависящим от относительно слабых землетрясений, и, во-вторых, отпадает необходимость использовать землетрясения всего регистрируемого диапазона [Салтыков, 2011].
На рис. 2 приведена функция распределения годовой сейсмической энергии, построенная по всему интервалу детальных наблюдений 1962— 2011 гг., отмечены значения соответствующие 2009, 2010 и 2011 гг. Общая выделившаяся сейсмическая энергия составила 2.6 • 1013 Дж в 2009 г., 1.8 • • 1014 Дж в 2010 г. и 2.1 • 1014 Дж в 2011 г. при среднегодовом (за 50 лет) значении 5.8 • 1014 Дж и медианном годовом значении 1.6 • 1014 Дж.
56
55
54-
10.06.2004 ( 16.06.2003
Камчатский п-ов 05.12.1971
/
17.08.1983 ^
• л
//
Кроноцкий п-ов 05.12.2003
05.12.1997
о. Беринга
52
У*
м. Шипунский 02.03.1992 24.11.1971
13.11.1993
ТИХИИ ОКЕАН
51
08.06.1993
м. Лопатка
50
156
158
160 162 Долгота, град. в. д.
164
166
168
т53
Рис. 1. Область, в которой ведется мониторинг параметров сейсмичности Камчатки (прямоугольник, ограниченный пунктирной линией), и эпицентры землетрясений с К > 14.0, произошедшие на глубинах до 300 км за время детальных наблюдений (1962-2011 гг.).
В работе [Салтыков, 2011] предложена шкала уровня сейсмичности "С0УС'09", определяющая уровень сейсмичности, исходя из величины функции распределения Ш. Шкала включает пять основных градаций (экстремально низкий - Ш < 0.005, низкий - 0.005 <Ш <0.025, фоновый - 0.025 < Ш < <0.975, высокий - 0.975 < Ш< 0.995, экстремально высокий - Ш> 0.995) и три дополнительных (фоновый пониженный - 0.025 < Ш < 0.15, фоновый средний - 0.15 < Ш < 0.85, фоновый повышенный -0.85 < Ш< 0.975).
Согласно функции распределения годовой сейсмической энергии, построенной для интервала времени 1962-2011 гг., в 2009 г. был отмечен самый низкий за все время детальных наблюдений уровень сейсмичности. Функция распределения сейсмической энергии 2009 г. составляет 0.028 ± 0.024. Сейсмическая энергия, выделившаяся в течение 2010 г. и 2011 г., близка к медианному значению, а уровень сейсмичности определяется как фоновый средний. Соответствующие значения функции распределения в 2010 и 2011 гг. равны 0.53 ± 0.07 и 0.58 ± 0.07. Следует отметить, что первую половину
2010 г. сейсмичность для временного окна 1 год находилась на уровне, минимальном за все время детальных сейсмологических наблюдений на Камчатке. Землетрясение 30.07.2010 г. MW = 6.3 изменило уровень сейсмичности в этом временном окне на фоновый
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.