ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 3, с. 34-42
УДК 550.343
ПОВТОРЯЕМОСТЬ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ КАМЧАТКИ В ШКАЛЕ МОМЕНТНЫХ МАГНИТУД
© 2004 г. А. А. Гусев1, Л. С. Шумилина2
1Институт вулканической геологии и геохимии ДВО РАН, г. Петропавловск-Камчатский 2Институт физики Земли им. Г.А. Гамбурцева РАН, г. Москва Поступила в редакцию 14.10.2002 г.
Составлен каталог моментных магнитуд Мц сильнейших землетрясений Камчатки за 1737-2000 гг. Для исторических землетрясений использованы макросейсмические данные и данные о цунами; для XX века Мц оценена через другие магнитуды с использованием нелинейных межмагнитудных связей либо определена непосредственно через М0. Построены графики повторяемости землетрясений в шкале Мц для периодов времени 1923-1952, 1952-1962 и 1963-1988 гг. Оценки среднегодового числа п6 толчков с > Мт = 6.0 по разным периодам заметно различаются. Связь ^пм (Мц ) приблизительно линейна в области Мц = 5.5-7 с коэффициентом наклона графика Ь = 0.95-1.1. По данным о П6 и Ь выполнен ряд вариантов "прогноза" повторяемости сильнейших (МW = 9) землетрясений на основе гипотезы линейности графика повторяемости. Сопоставление таких "прогнозов" с фактическими данными за 264 года показывает, что наблюдаемая повторяемость заметно (до пяти раз) превышает любой из вариантов ее "прогноза" путем линейной экстраполяции графика повторяемости, полученного по данным диапазона = 5.5-7. Таким образом, гипотеза линейности графика повторяемости неверна для наших данных, а повторяемость толчков средней силы заметно флуктуирует во времени. Отклонение графика повторяемости от линейного имеет характер, соответствующий модели характеристического землетрясения. Методические выводы следующие: эмпирические оценки повторяемости событий средней магнитуды по разным периодам времени могут заметно различаться; использование гипотезы линейности графика повторяемости имеет тенденцию существенно недооценивать повторяемость сильнейших толчков.
Ключевые слова: сейсмичность, каталог землетрясений, магнитуда, моментная магнитуда, график повторяемости.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема оценки долговременного среднего уровня сейсмичности - одна из ключевых при изучении сейсмоопасности. Эта проблема имеет два аспекта: оценка повторяемости для того магни-тудного уровня, который обеспечен наблюдениями, и экстраполяция наблюденной повторяемости на предельно большие магнитуды. Несмотря на многолетние исследования, эта проблема еще далека от полного решения. Основные трудности здесь следующие:
1. Существуют долговременные колебания уровня сейсмичности, обусловленного сильнейшими землетрясениями, что ставит вопрос - насколько осмыслена сама постановка задачи об оценке долговременных средних.
2. Происходят флуктуации уровня сейсмичности, определяемые толчками средней силы. В частности, хорошо известны трудности, связанные с периодами афтершоков сильных землетрясений. Более серьезные затруднения порождаются флук-туациями "фоновой" или "основной" сейсмичности; они слабо изучены.
3. Нередко имеет место отсутствие сквозной магнитудной классификации сильных и слабых землетрясений, а также различие магнитудных шкал для разных периодов времени. Для исторических землетрясений получить сколько-нибудь надежные оценки магнитуды особенно затруднительно.
4. Нет соответствия реальной сейсмичности закону Гутенберга-Рихтера (отсутствует "линейность графика повторяемости" в широком диапазоне магнитуд).
Шкала моментных магнитуд MW дает хорошую основу для унификации оценок мощи очага, имеющихся для разных периодов времени, разных магнитудных интервалов и полученных по разным шкалам. Основой такой унификации могут стать предварительно установленные мировые и региональные межмагнитудные связи. Такие связи установил A.A. Гусев [Гусев, Мельникова, 1990], что позволило изучить обсуждаемые вопросы для сейсмичности Камчатки. Работа выполнялась в три этапа. Сначала мы составили каталог сильнейших землетрясений Камчатки в шкале MW. Затем провели оценки повторяемости землетрясений средней силы в той же шкале за
разные периоды инструментальных наблюдений и разными путями. Наконец, все эти данные проанализировали совместно.
КАТАЛОГ СИЛЬНЕЙШИХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ В ШКАЛЕ MW
Для инструментального периода наблюдений за землетрясениями 1899-1990 гг. есть возможность оценить MW камчатских землетрясений несколькими способами. Перечислим их в порядке степени доверия.
1. Шкала сейсмического момента M0, непосредственно связанного с MW формулой [Hanks, Kanamori, 1979]
MW = (2/3) lgM0 [дин.см] - 10.7
С 1976 г. существует авторитетный мировой каталог значений M0 Гарвадского университета [http:N\www.seismology.harvard.edu]. За более ранний период сейсмический момент определен вполне надежно лишь для события 1952 г. и довольно уверенно также для событий 1923, 1959 и 1971 гг. (24 ноября и 15 декабря) [Purcaru, Berck-hemer, 1982; Зобин и др., 1988; Ока1, 1992 I; II].
2. Шкала магнитуды Mt - по высоте цунами в дальней зоне (практически - на Гавайских о-вах) [Abe, 1979]. Эта шкала откалибрована по шкале M0, так что в идеале Mt = M0. Шкала Mt оказалaсь весьма надежной для оценки M0 и MW для мелкофокусных надвигов зоны субдукции.
3. Шкала магнитуды по поверхностным волнам MS. Связь между MS и M0 корреляционная и относительно менее надежная, чем для Mt. При работе с MS следует учитывать следующие факты:
а) Абе [Abe, 1981; 1984] и Абе и Ногучи [Abe, Noguchi, 1983a; b] опубликовали оригинальные оценки MS и mB (=mPV, по Р-волнам на среднепери-одных приборах) из рабочих материалов Гутенберга. Они также исправили систематически завышенные Гутенбергом значения MS и mB за 1898-1912 гг. (причина завышения в том, что Гутенберг не учел резонансного характера передаточной функции приборов той эпохи). В результате получен набор значений MS и mB, заметно меняющий относительный "вес" разных событий XVIII-XX веков на Камчатке (и в мире). С появлением этих данных магнитуды в публикациях [Gutenberg, Richter, 1954] и [Duda, 1965] следует считать устаревшими. Обозначим значения MS по
Гутенбергу-Абе через MGR.
б) Магнитуды MS (по 20-секундным поверхностным волнам), публикуемые сейсмологическими службами США [Earthquake..., 1973-1988] (далее
обозначается Muss), не эквивалентны магнитудам по Гутенбергу-Абе из-за различия применяемых формул для расчета MS [Abe, 1981; 1984]. Следует
MS
Таблица 1. Соотношение магнитуд MS и mlh
и ML
Mlh 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5
MSUS 4.4 5.35 6.2 7.3 8.5
„ jGR , .US
исходить из следующей связи между MS и MS [Abe, 1981; 1984]: mUS = MGSR + 0.18.
в) Магнитуду MLH (MLV) по поверхностным волнам по данным ЕССН СССР (Обнинск) в среднем по земному шару можно считать эквивалентной
M^ (причем MLH также расходится с M^ примерно на 0.18). Однако для конкретного района Курило-Камчатской зоны (и Японии) это не так
US
[Гусев, Мельникова, 1990]: MLH и MS различаются, причем это различие меняется с магнитудой (табл. 1). Яркие примеры такого различия - камчат-
US
ские события 22 ноября 1969 г. (MS = 7.3 и MLH = = 7.7) и 28 декабря 1984 г. ( mU = 7.0 и MLH = 7.5).
г) Магнитуды МАТЛ "Атласа землетрясений в СССР" [1962] можно считать однотипными с MLH; но их численные значения ниже MLH на 0.2-0.25.
д) При составлении "Нового каталога..." [1977] (далее НК), насколько можно судить по фактическим цифрам, соответствующие магнитуды МНК для землетрясений 1899-1953 гг. опирались на данные из [Gutenberg, Richter, 1954; Duda, 1965], а для землетрясений 1953-1973 гг. - на MLH. В силу пунктов а), б) и в) это означает отсутствие единства в определениях магнитуд (до 1954 г. магнитуды "тяжелее", а до 1912 г. вообще искажены). Кроме того, нельзя забывать, что, согласно Абе [Abe, 1984], для глубин 40-60 км Гутенберг использовал в своем каталоге не MS, а mB (как и для больших глубин). Все это никак не позволяет рассматривать данные НК как окончательные.
С учетом описанных фактов, мы старались привести все магнитуды по поверхностным волнам к M^, а далее оценивали MW по M^ на основе нелинейного корреляционного соотношения между ними из [Гусев, Мельникова, 1990].
4. Шкала mB (mPV) по среднепериодным P-вол-нам, с учетом поправок согласно пункта 3 а, - важнейший источник оценок MW для толчков на глубинах более 70 км до 1977 г. Можно думать, что такие оценки более надежны, чем приводимые в
НК оценки M*H, полученные из MLH с поправкой за глубину, так как индивидуальный разброс этой последней поправки велик. Оценку MW по mB вели на основе нелинейного корреляционного соотношения из [Гусев, Мельникова, 1990].
Для доинструментального периода 1737-1896 гг. определение MW является тяжелейшей проблемой, и предлагаемые решения в ряде случаев имеют гадательный характер. Оценки магнитуд в НК базировались в ряде случаев на длительности периода ощутимых афтершоков. Мы старались не опираться на этот род данных, так как в условиях Камчатки надежность такого подхода сомнительна. Известно, что события 4 октября 1952 г., 15 декабря 1971 г. и 17 августа 1983 г. вызвали мощные афтершоковые серии, в то время как у сопоставимых по параметрам (магнитуды, глубины) событий, соответственно, 3 февраля 1923 г., 4 мая 1959 г. и 24 ноября 1971 г. афтершоков было гораздо меньше. В нашем анализе мы учитывали магнитуды НК, но данные пересматривали заново на основе макросейсмического каталога Кириллова [1962] и каталога цунами [Каталог..., 1987]. Материалы анализа в случаях, заслуживавших комментария, сведены в табл. 2.
Результаты определений MW сведены в табл. 3. Дадим к ней пояснения. Мы надеемся, что каталог полон для MW > 7.5 с 1899 г. Каталог относится к площади, ограниченной по широте 50.0°-59.9° с.ш., по долготе 153.0°-169.9° в.д. Увеличение региона "Камчатка" по отношению к району в НК связано с положением очага землетрясения 1952 г. (вероятно, также 1737 г.): он "выходит" за условные границы региона Камчатки. Индекс R - каталог Роте [Rothe, 1969]. Индекс d - магнитуда по длительности в НК. Для периода 1898-1912 гг. она может давать завышенные оценки магнитуды по тем же причинам, что и в случае MS. Значения
М- по Гутенбергу-Абе. Пропуск М- нет
события в ката
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.