ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2008, № 3, с. 62-73
УДК 550.34
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСЩЕПЛЕННЫХ 5-ВОЛН ОТ МЕСТНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
ПОД ЮЖНОЙ КАМЧАТКОЙ
© 2008 г. М. Н. Лунева
Институт тектоники и геофизики ДВО РАН, Хабаровск, 680000 Поступила в редакцию 12.11.2007 г.
Анализ распределения параметров расщепленных S-волн от слабых местных землетрясений до глубины 200 км в области станции PET IRIS (г. Петропавловск-Камчатский) за период 1993-2002 гг. свидетельствует о неоднородном распределении анизотропных свойств и изменении напряженно-деформированного состояния среды во времени в области субдуктирующей плиты. По характеру поведения параметров расщепленных волн выделено 3 временны х интервала 1993-1995, 1996-1998, 1999-2002 гг. Наиболее упорядоченная ориентация азимутов поляризации быстрой волны на всех глубинах и пониженное напряженное состояние среды наблюдается в 1996-1998 гг. Выделены области сравнительно устойчивого и неустойчивого поведения, которые согласуются с повышенными и пониженными скоростями P- и S-волн. К устойчивым областям с доминированием азимутов быстрой волны вдоль В-ЮВ отнесены центральный блок до глубины 120 км и нижняя часть сейсмофокальной зоны. Неустойчивое поведении азимутов быстрой волны отмечается для глубин 60-90 км и в области верхней границы сеймофокальной зоны. Максимальные значения времени задержки S-волн, области миграции времен задержки локализуются преимущественно вдоль контактов между более жесткими и ослабленными блоками.
ВВЕДЕНИЕ
Современные сейсмологические и геодезические исследования в динамически активных зонах субдукции свидетельствуют о неоднородном распределении физических свойств вдоль островных дуг и с увеличением глубины погружения плиты. Исследования закономерности распределения слабых и сильных землетрясений, миграции крупных землетрясений в пространстве и во времени указывают на их взаимосвязь с изменением напряжений/деформаций в области погружающейся плиты [8-10, 19, 20, 28, 29]. Данные сейсмических моментов землетрясений дают важную информацию об ориентации и соотношении главных осей напряжений. В то же время фокальные механизмы определяются, в основном, для крупных землетрясений (М > 4), количество которых незначительно для изучения временны х изменений напряженного состояния среды, и, которые отражают более крупный по масштабу процесс деформирования среды. При изучении глубоких землетрясений дискуссионным является вопрос о характере деформаций в области погружающейся плиты. Исследования анизотропии среды на основе эффекта расщепления поперечной волны от слабых местных и далеких землетрясений дают дополнительную информацию о направленности деформаций геоматериала в области литосферы [12, 13, 15, 16, 18, 26, 30, 31, 37]. В динамически активных областях, где напряженное состояние в общем случае отлично от гидростатического, анизотропия среды индуцируется напря-
жением, тензор которого имеет симметрию трехосного эллипсоида. Анизотропия напряжений оценивается по соотношению вдоль главных осей девиатора тензора напряжений [32, 33] или через коэффициент Лодэ-Надаи [11]. Параметры расщепленных волн - азимут поляризации быстрой S-вол-ны (ф) и время задержки между поперечными волнами (tSS) - чувствительны к физическому состоянию среды и его изменению (уровень, ориентация, соотношение главных осей напряжений, термодинамика, газо/водо/флюидонасыщенность) [13, 23-25, 35]. Это дает возможность изучения мелкомасштабных деформаций для лучшего понимания динамических процессов и свойств среды с измерением глубины. В то же время, зависимость в общем случае параметров расщепленных волн от направления распространения волн и пространственной неоднородности физических свойств среды (геоматериала) может приводить к разбросу параметров расщепленных волн, что требует более детального анализа данных в пространстве и во времени.
Данная работа посвящена изучению параметров расщепленных S-волн от слабых местных землетрясений в области станции PET IRIS (г. Петропавловск-Камчатский) за период 1993-2002 гг. Ранее были проведены исследования анизотропии среды, статистического распределения параметров расщепленных волн в области PET за периоды 19961998 гг. и 1993-2002 гг., результаты которых сводятся к следующему [7, 27]. Доминирующие направления азимута поляризации быстрой S-волны за пе-
риод 1993-2002 гг. ориентируются вдоль 70°-150° (±180°) направлений и согласуются с направлением движения Тихоокеанской плиты. Данные для всей выборки удовлетворяют нормальному распределению для 68% уровня вероятности и имеют расхождение в 2.4% для 95% уровня вероятности. По [14] направление и скорость движения Тихоокеанской плиты оцениваются для широт 52°-54° в области Камчатки около 308.4° ± 1° и 78 ± 1.5 мм/г, а направление нормали к желобу и скорость миграции вдоль дуги- 302° ± 3° и 4 ± 3 мм/г, соответственно. Значения времен задержки S-волн, нормализованных на гипоцентральное расстояние (5tSS), увеличиваются до глубины 150 км. Максимальные StSS до 21 мс/км фиксируются от землетрясений с глубин 50-60 и 90-150 км. Наиболее низкие значения StSS до 6 мс/км характерны для глубин больше 200 км.
Наблюдается тенденция смещения доминирующих азимутов быстрой волны с увеличением глубины событий от восточных направлений к ЮВ и увеличением числа аномальных азимутов ортогональных направлений. Для событий с глубин 80120 км ф распределены в интервале 80°-160°, отмечены временны е изменения с доминирующим периодом около 173 дней в 1996-1998 гг. и 400-600 дней в 1993-2002 гг. Доминирующие направления азимутов быстрой S-волны от событий с глубин 120-310 км меняются со временем: ф ориентировано в 19931995 гг. на север, в 1999-2000 гг. - на восток, в 19961998 гг. - на север и восток, в 2001-2002 гг. - на СВ и ЮВ. Симметрия среды может быть описана в рамках эффективной трансверсально-изотропной модели с горизонтальной осью симметрии, ориентированной на север для событий до 120 км, и наклонной осью симметрии субпараллельно фокальной зоне для событий с глубин 120-310 км. Результаты исследований волновых параметров от событий близкой локализации в пространстве свидетельствуют об изменении во времени параметров расщепленных волн и соотношений амплитуд Р- и S-волн, которые отражают, в свою очередь, изменения в фокальных механизмах [6]. Целью данной работы является детальное исследование распределения параметров расщепленных волн в пространстве и во времени, выявление областей неустойчивого поведения волновых параметров и закономерности их размещения.
ДАННЫЕ И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ
Для исследований использовались трехкомпо-нентные сейсмические записи местных землетрясений, зарегистрированные широкополосной станцией PET IRIS (г. Петропавловск-Камчатский) с 17 сентября 1993 г. по 25 ноября 2002 г. Проведена выборка записей землетрясений с глубин до 310 км, энергетическим классом K < 10.5 и с эпицентраль-ным расстоянием до 100 км от станции PET (рис. 1). После предварительной оценки качества записей по соотношению сигнал/помеха отобраны 889 записей
60
58
56
54
52
50
Рис. 1. Положение сейсмической станции PET IRIS и эпицентров крупных землетрясений за период 19932002 гг.. Окружность радиусом 100 км отмечает область исследования. 1 - станция PET IRIS; 2 - инструментальный эпицентр Кроноцкого землетрясения (05.12.1997 гг., M = 7.8); 3 - эпицентры землетрясений с К > 14 в радиусе 400 км от станции PET и время происхождения землетрясения (последние 2 цифры года); 4 - эпицентры землетрясений с К = 12-13 внутри области исследования.
землетрясений. В выборке преобладают записи землетрясений с глубин 40-140 км. Практически отсутствуют записи с глубин 0-9 и 25-35 км. Расчеты лучевых трасс прямых волн от источников различной глубины для скоростных моделей среды региона [4, 17] показывают, что углы выхода волн на свободной поверхности от событий с глубин больше 35 км имеют докритические значения (<33°). По данным каталога КФ ГС РАН за 9-летний период зарегистрировано в радиусе 400 км от PET 8 сильных землетрясений (K > 14), включая Кроноцкое землетрясение (M = 7.8, 05.12.1997 г.) без его афтершоков. В области исследования произошло 11 крупных землетрясений (K = 12-13), которые локализуются преимущественно на краях области или на глубине больше 100 км и которые, как предполагается, существенно не повлияли на состояние среды внутри области.
При обработке сейсмических записей предполагалось, что прямые продольная (P) и поперечные быстрая (S1) и медленная (S2) волны, распространяющиеся от источника, имеют максимальные амплитуды и их векторы поляризации взаимно ортогональны. Определение прямых волн, измерение их кинематических и динамических параметров проводилось на основе методов поляризационного и ста-
тистического анализа [1, 7, 27], позволяющих наиболее точно определять такие волновые характеристики как: 1) вектор поляризации; 2) амплитуда; 3) степень линейности; 4) степень ортогональности волн; 5) время прихода волны; 6) время задержки между волнами. Ошибка измерения направления поляризации волны оценивается с точностью 10°-20°. Точность измерения направления вектора поляризации волны оценивается количественно через соотношение осей эллипсоида поляризации для выбранных волновых фаз. Средняя точность времен задержки между поперечными волнами ^ оценивается в пределах 0.03 с на основе вычисления функций взаимной корреляции.
РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ
Анализ пространственного распределения параметров расщепленных б'-волн от местных землетрясений (ф, 5^) проводился в вертикальных и горизонтальных срезах для различных интервалов времени. Наблюденные данные отнесены к гипоцентрам соответствующих землетрясений, которые проектировались на разрез (плоскость). На рис. 2а представлены азимуты поляризации быстрой б'-волны и повышенные нормализованные времена задержки б'-волн вдоль профиля, ориентированного вкрест простирания Камчатской дуги, для четырех интервалов времени 1993-1995, 1996-1998, 1999-2000 и 2001-2002 гг. При анализе использовались времена задержки между ^-волнами (5^), нормализованные на гипоцентральное р
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.