УДК 550.344
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ВАРИАЦИИ ПОЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН В ВЕРХНЕЙ МАНТИИ СЕЙСМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ И СЛАБОСЕЙСМИЧНЫХ РАЙОНОВ
© 2009 г. Ю. Ф. Копничев1, Д. Д. Гордиенко2, И. Н. Соколова2
1Институт физики Земли РАН, Москва, 123995 2Институт геофизических исследований НЯЦ РК, Алма-Ата, 050020, Казахстан
Поступила в редакцию 16.04.2007 г.
Рассматриваются характеристики поля поглощения короткопериодных 5-волн в очаговых зонах 37 сильных и сильнейших землетрясений с М^ = 7.0-8.6, а также в слабосейсмичных районах. Оценивается эффективная добротность по огибающим коды 8н и Lg в двух интервалах времени и Q2). Величина Q1 служит мерой поглощения поперечных волн в самых верхах мантии, на глубинах приблизительно до 200-250 км, а Q2 - в более глубоких горизонтах верхней мантии. Изучаются неоднородности поля поглощения в очаговой зоне Ассамского землетрясения 1950 г. Анализируются зависимости параметров Q1, Q2, а также 0,1Ю,2 от времени АТ, прошедшего после сильного землетрясения. Показано, что в очаговых зонах параметр Q2 практически не зависит от АТ, а величины Q1 и Q1/Q2 растут до АТ ~ 20-25 лет, особенно сильно для механизмов типа сброса, сбрососдвига и сдвига. Проведенный анализ свидетельствует о том, что с увеличением АТ возрастает добротность верхов мантии для поперечных волн. Предполагается, что это связано с подъемом мантийных флюидов в земную кору. Обсуждаются геодинамические механизмы, которые могут обеспечивать сравнительно быстрое "осушение" верхов мантии под очаговыми зонами.
ВВЕДЕНИЕ
В [10, 12] показано, что поглощение короткопериодных б'-волн существенно варьируется во времени в очаговых зонах сильных землетрясений Тянь-Шаня. После сильных коровых событий наблюдается постепенное увеличение эффективной добротности Qs в верхах мантии (на глубинах приблизительно до 200 км) с одновременным уменьшением величин Qs в нижней коре. Эти данные были получены для землетрясений с механизмами типа взброса и взбрососдвига, характерными для района Тянь-Шаня [10, 12].
В настоящей работе рассматриваются пространственно-временны е вариации поля поглощения б'-волн в очаговых зонах 37 сильных и сильнейших землетрясений в разных регионах земного шара (магнитуды М^ = 7.0-8.6). Особое внимание уделяется сопоставлению характеристик поля поглощения для событий с разными типами подвижек в очаге. Для сравнения также исследуются вариации эффективной добротности в тех районах, где начиная с 1900 г. не было сильных землетрясений с М > 6.5.
МАТЕРИАЛЫ
Обработано более 400 сейсмограмм неглубоких землетрясений (Н < 40 км), полученных 46 цифровыми и аналоговыми станциями. Основной объем данных получен цифровыми станциями сети [24].
Кроме того, анализировались данные, полученные станциями Комплексной сейсмологической экспедиции ИФЗ РАН, Института геофизических исследований НЯЦ РК, а также киргизской сети К№Т (табл. 1, 2).
Рассматривались сейсмограммы, полученные на расстояниях ~300-600 км от очаговых зон 37 землетрясений с М^ = 7.0-8.6 и с глубинами до 60 км в разных районах земного шара, в первую очередь в Центральной и Восточной Азии, Северной, Центральной и Южной Америке (табл.1, рис.1, 2). Почти половина из этих событий (18) произошла в зоне Беньофа, 15 - в Центральной Азии (районы Тянь-Шаня, Алтая, Монголии, Тибета и Гималаев), 3 -на западе США и одно - в Турции. По механизмам очагов события распределяются следующим образом: сбросы и сбрососдвиги - 7, сдвиги - 8, взбросы и надвиги - 15, взбрососдвиги - 7. Для сравнения также анализировались записи, полученные на таких же расстояниях в тех районах, где начиная с 1900 г. не было сильных событий с М > 6.5 (табл. 2).
Неоднородности поля поглощения наиболее ярко проявляются на частотах ~1 Гц [7, 22, 37], поэтому производилась предварительная частотная фильтрация записей (использовался фильтр с центральной частотой 1.25 Гц и шириной пропускания 2/3 октавы на уровне 0.7 от максимума, аналогичный соответствующему ЧИСС-фильтру [4]).
Таблица 1. Величины Q1 и Q2 Для разных очаговых зон
Район дата Ф° Г Ms Механизм Q1 Q2 Станция
Гималаи 12.06.1897 26 91 7.8 надвиг 200 310 LSA
Тянь-Шань 22.08.1902 39.8 76.2 7.6 взброс 590 790 TLG
Тянь-Шань 03.01.1911 42.8 77.3 7.7 взброс 670 790 MAKZ
Гималаи 04.04.1905 33.0 76.00 7.4 надвиг 390 530 NIL
Тибет 16.12.1920 36.62 105.40 8.4 взбрососдвиг 740 420 XAN
Алтай 10.08.1931 47.00 90.06 7.7 сдвиг 420 540 MKAR
Япония 02.03.1933 39.75 144.5 8.3 сброс 1300 1150 ERM
Гималаи 15.01.1934 27.55 87.09 8.1 надвиг 330 510 LSA
Индонезия 28.12.1935 0.00 98.25 7.5 сдвиг 270 270 BTDF
Япония 07.12.1944 33.75 136.00 7.8 надвиг 300 390 MAJO
Гималаи 15.08.1950 28.38 96.76 8.6 сдвиг 790 340 LSA
Калифорния 21.07.1952 35.00 -119.00 7.8 взбрососдвиг 410 300 MNV
Камчатка 04.11.1952 52.75 159.50 8.2 надвиг 290 410 PET
Япония 25.11.1953 34.00 141.50 7.9 сброс 1100 440 MAJO
Прибайкалье 27.06.1957 56.20 116.59 7.6 сбрососдвиг 1700 710 BDN
Монголия 04.12.1957 45.31 99.21 8.0 взбрососдвиг 540 740 ULN
Невада 18.08.1959 44.70 -110.80 7.5 сброс 540 570 DUG
Чили 22.05.1960 -43.40 -75.50 8.5 надвиг 340 510 PLCA
Аляска 28.03.1964 61.10 -147.60 8.4 надвиг 310 360 COLA
Чили 28.12.1966 -25.50 -70.70 7.7 надвиг 250 370 LCO
Тянь-Шань 11.08.1974 39.39 73.86 7.2 взбрососдвиг 350 420 GAR
Индонезия 19.08.1977 -11.09 118.46 8.1 сброс 1300 410 KAPI
Тянь-Шань 24.03.1978 42.9 78.70 7.0 взбрососдвиг 490 740 MAKZ
Чили 03.03.1985 -33.13 -71.87 7.8 надвиг 290 490 LCO
Мексика 19.09.1985 18.14 -102.71 8.1 надвиг 200 350 UNM
Калифорния 28.06.1992 34.18 -116.51 7.6 сдвиг 380 310 MNV
Тянь-Шань 19.08.1992 42.10 73.60 7.3 взброс 270 630 AML
Курилы 04.10.1994 43.77 147.32 8.3 взбрососдвиг 200 530 ERM
Индонезия 01.01.1996 0.73 119.93 7.9 взбрососдвиг 260 510 KAPI
Тибет 08.11.1997 35.07 87.32 7.9 сдвиг 120 320 LSA
Камчатка 05.12.1997 54.84 162.04 7.6 взброс 210 420 PET
Турция 17.08.1999 40.75 29.86 7.7 сдвиг 200 370 ANTO
Сальвадор 13.01.2001 13.05 -98.66 7.8 сброс 120 330 JTS
Мексика 30.09.1999 16.6 -96.93 7.5 сброс 220 320 UNM
Перу 23.06.2001 -16.26 -73.64 8.2 надвиг 150 360 NNA
Аляска 03.11.2002 63.52 -147.44 7.9 сдвиг 310 390 COLA
Алтай 27.09.2003 50.04 87.81 7.3 сдвиг 290 740 MKAR
МЕТОДИКА
Рассматривались огибающие Lg- и Бп-коды записей сравнительно слабых землетрясений (как правило, М < 5.5). Коровая фаза Lg представляет совокупность запредельно отраженных от границ коры поперечных волн; ее средняя скорость в разных
районах очень устойчива и близка к 3.5 км/с [5, 7, 8]. Группа Lg исчезает, если трасса хотя бы частично проходит по океанической коре, а также при достаточно сильном поглощении в континентальной коре. В таких случаях на записях остается только группа Бп, проникающая в верхнюю мантию, со своей кодой (рис. 3) [8].
В [5, 7, 8, 22] проведено всестороннее исследование характеристик коды на частотах около 1 Гц (включая анализ направлений подхода и кажущихся скоростей, поляризации, пространственно-временных вариаций и т.д.). На основании этого анализа сделан вывод, что кода групп Бп и Lg имеет сходную природу, она формируется в основном Б-волнами, отраженными от многочисленных субгоризонтальных границ в верхней мантии. На рис. 3 показаны три компоненты записи неглубокого (Н = 30 км) события из очаговой зоны сильнейшего землетрясения Санрику-оки (1933 г.), полученные станцией БИМ. Видно, что на временах приблизительно до 3 мин после вступления волны Бп на частоте 1.25 Гц в коде доминируют горизонтальные компоненты, что подтверждает сделанный в [5, 7, 8, 22] вывод.
С ростом времени х, прошедшего от начала излучения, в коде приходят волны, падающие на границу М все более круто и проникающие на большие глубины в верхней мантии. На рис. 4 показана упрощенная схема хода лучей, формирующих коду Бп и Lg. Луч I представляет головную волну, распространяющуюся вдоль границы М. Позже приходят Б-волны, отраженные от различных границ в верхней мантии. В случае, если в области очага в верхах мантии существует зона относительно слабого (сильного) поглощения, это приведет к сравнительно медленному (быстрому) затуханию амплитуд в начальной части коды (лучи II и III). После луча III приходят Б-волны, проникающие в область "нормального" (для данного диапазона глубин) поглощения. Это обеспечивает соответственно резкое увеличение или уменьшение скорости затухания амплитуд в коде.
По формуле Ас(х) ~ exp(-■кX/QsT)/х (Т - период колебаний [7]) определялась эффективная добротность в двух интервалах времени: первом - сразу после волны Lg длительностью 70 с (от х = 110-180 с при эпицентральных расстояниях А ~ 300 до X = = 180-250 с при А ~ 600 км) и втором - при х = = 250-400 с (для краткости обозначим их соответственно Q1 и Q2). В тех случаях, когда на записях отсутствовала 1-герцовая группа Lg, измерения проводились после момента ее вступления по годографу.
Оценим глубину проникновения лучей Нг в коде Lg для простейшей двухслойной модели среды: коры мощностью 50 км и верхней мантии со средней скоростью Б-волн соответственно 3.5 и 4.6 км/с. В табл. 3 приведены величины Нг для двух значений сноса лучей 1Г в верхах мантии (50 и 100 км) при нулевой глубине очага для разных эпицентральных расстояний (от 300 до 600 км).
Из таблицы следует, что в рассматриваемом диапазоне эпицентральных расстояний при сносе 1Г = = 50 км лучи погружаются на глубины ~90-135 км, а при 1Г = 100 км - на 170-255 км. Естественно, что
Таблица 2. Величины Q1, Q2 и Q1/Q2 для слабосейсмичных районов.
Район Станция Ql Q2 Ql/Q2
Вост. Альпы БГО 260 590 0.44
Копетдаг УДК 240 510 0.47
Сев. Казахстан АБКАЯ 340 590 0.58
Вост. Казахстан кияк 540 840 0.64
Зап. Тянь-Шань ККАЯ 270 520 0.52
Сев. Тянь-Шань* ЛАК 300 540 0.56
Сев. Тянь-Шань* СНМ 260 620 0.42
Сев. Тянь-Шань* ЕКБ2 260 670 0.39
Сев. Тянь-Шань* КБК 270 770 0.35
Сев. Тянь-Шань* К7А 290 670 0.43
Сев. Тянь-Шань* ТКМ2 310 740 0.42
Сев. Тянь-Шань* иСН 200 700 0.29
Сев. Тянь-Шань* иьнь 330 600 0.55
Сев. Тянь-Шань* ШР 280 700 0.40
Сев. Тянь-Шань* МКАЯ 270 790 0.34
Сев. Тянь-Шань** ААК 390 740 0.53
Сев. Тянь-Шань** СНМ 300 670 0.45
Сев. Тян
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.