ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 438, № 5, с. 687-693
ГЕОФИЗИКА
УДК550.347.097.33
РАЗЛИЧИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН НА КАМЧАТКЕ И СЕВЕРНОМ КАВКАЗЕ © 2011 г. О. В. Павленко
Представлено академиком А.О. Глико 07.02.2011 г. Поступило 08.02.2011 г.
Показано очень существенное различие акселерограмм типичных землетрясений Камчатки и Северного Кавказа, связанное с различием региональных характеристик излучения и распространения сейсмических волн. Большой разброс пиковых ускорений и параметров длительности колебаний не позволяет применять на всей территории России простые формулы связи сейсмической интенсивности с пиковым ускорением: нужно учитывать также длительность колебаний. Картирование сейсмической интенсивности в баллах, реализованное в картах ОСР-97, корректно, но для построения карт районирования в пиковых ускорениях нужно детально изучить региональные особенности излучения и распространения сейсмических волн на всей территории России.
Учет региональных особенностей излучения и распространения сейсмических волн необходим в сейсмостойком строительстве, и изучение этих особенностей очень актуально для такой большой страны, как Россия. В отдаленных друг от друга сейсмичных регионах, различных по своему геологическому и тектоническому строению, акселерограммы землетрясений также могут существенно различаться.
Степень сейсмической опасности на территории РФ характеризуют карты сейсмического районирования ОСР-97-А, В и С. Карты отображают сейсмическую интенсивность, вероятность превышения которой в течение 50 лет составляет 10% (ОСР-97-А), 5% (ОСР-97-В) и 1% (ОСР-97-С). Согласно картам ОСР-97, основные сейсмичные регионы России — это Курило-Камчатская зона, где возможны сотрясения силой 10 баллов, Магаданская область, Сахалин, северное Прибайкалье, Алтае-Саянский регион и Кавказ, где интенсивность сотрясений может достигать 9 баллов с периодом повторяемости 500 лет.
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии наук, Москва
К настоящему времени в большинстве этих регионов характеристики излучения и распространения сейсмических волн изучены довольно слабо. Наиболее изученный регион — Камчатка. В последние годы такие исследования проводятся и на Северном Кавказе. Сравнение типичных акселерограмм этих двух регионов уже показывает очень существенные различия между ними.
В Курило-Камчатской зоне наибольшую опасность представляют субдукционные землетрясения: они имеют наивысшую повторяемость [5]. Акселерограммы таких землетрясений существенно отличаются от акселерограмм типичных коро-вых землетрясений, регистрируемых на Северном Кавказе. Для сравнения на рис. 1 представлены акселерограммы землетрясений одинаковой магниту-ды Mw ~ 5.4, зарегистрированные на одинаковом эпицентральном расстоянии r ~ 64 км сейсмо-станциями PET "Петропавловск" и SOC "Сочи". Обе станции скальные, т.е. локальные грунтовые условия не влияют на формы записей.
Как видно из рис. 1, при одинаковых магниту-дах и эпицентральных расстояниях пиковые ускорения на Камчатке более чем на порядок (в ~16 раз) выше, а длительность колебаний (0.4 с) также заметно (в 21 раз) ниже, чем для подобного землетрясения на Кавказе (8.4 с). Причины таких существенных различий — разные характеристики излучения и распространения сейсмических волн на Камчатке и Северном Кавказе. Нужно, однако, отметить два момента:
1) представленная на рис. 1 акселерограмма камчатского землетрясения не является реально зарегистрированной, она смоделирована для станции PET на основе предварительно найденных параметров излучения и распространения сейсмических волн для подобного типа землетрясений на Камчатке; смоделированы только ¿-волны, поэтому длительность акселерограммы несколько меньше длительности реальной акселерограммы;
2) приведенные акселерограммы кавказского землетрясения 15.11.2004 г. записаны сейсмо-станцией SOC с низкой частотой опроса (20 Гц),
Рис. 1. Акселерограммы землетрясений с Mw ~ 5,4 и эпицентральным расстоянием r ~ 64 км: а — (PET "Петропавловск"), б — на Камчатке и Северном Кавказе (SOC "Сочи"). Здесь и на рис. 3 длина горизонтальной оси 60 с.
a, см/с2
0 -
-4
a, см/с 4
-4
-4
12.8 см/с2
-13.2 см/с2
0.92 см/с2
-1.08 см/с2
(а)
Скальная станция PET (Петропавловск-Камчатский) Mw = 5.4, r = 64 км
Скальная станция SOC (Сочи) 15.11.2004 г. Mw = 5.4, r = 64 км
(б)
EW
0.85 см/с2 -0.71 см/с2
NS
16
21
32 40 48 56
Длина горизонтальной оси 60 секунд
4
0
0
что несколько снижает амплитуды ускорений (на ~8% при понижении частоты опроса со 100 до 20 Гц, как будет показано ниже).
В базе данных сети сильных движений Японии Юк-Ме! [14] для сравнения были найдены записи землетрясений, аналогичные приведенным на рис. 1. Отобраны 32 записи японских землетрясений с значениями магнитуд и эпицентральных расстояний, близкими к Мм,~ 5.4 и г ~ 64 км, сделанные предположительно на скальных станциях. При более тщательной проверке из них 13 записей были идентифицированы как записи на скальных породах. (Станции Юк-Ме! представляют собой вертикальные группы, состоящие из двух трехкомпонентных акселерометров, один из
которых установлен на поверхности, а другой в скважине на глубине ~100 или ~200 м. Для многих станций приводятся состав грунта и скорости Р- и ¿-волн до глубин 100—200 м. По этим параметрам, по слабому усилению сигнала на поверхности относительно сигнала на глубине и по сходству частотного состава записей на глубине и на поверхности отобраны записи "скальных" станций.)
На рисунке 2 показано расположение этих станций. Станции изображены черными треугольниками, площади которых пропорциональны зарегистрированным пиковым ускорениям. Видно, что акселерограммы имеют как низкие, так и достаточно высокие пиковые ускорения.
Рис. 2. Расположение скальных станций в Центральной Японии, для которых отобраны акселерограммы землетрясений с магнитудой Мк ~ 5.4 и эпицентральным расстоянием г ~ 64 км.
ОХОТСКОЕ МОРЕ
Высокие пиковые ускорения зарегистрированные станциями М¥ЭН06 и TCGH06 у восточного побережья острова Хонсю, очевидно, относятся к землетрясениям субдукционного типа. По крайней мере, для одного землетрясения, происшедшего 12.05.2002 г. и записанного станцией MYGH06, определен субдукционный механизм ([15], рис. 2); глубина очага этого землетрясения к ~ 100 км. Для второго землетрясения данных по механизму нет (поскольку магнитуда невелика).
Сравним акселерограмму субдукционного землетрясения 12.05.2002 г. с к ~ 100 км с акселерограммой корового землетрясения с аналогичными маг-нитудой и эпицентральным расстоянием, например, землетрясения 16.06.2008 г. (глубина очага ~12км, механизм также показан на рис. 2), записанной станцией YMTH09, расположенной менее чем в 80 км от станции М¥ЭН06 (рис. 3). Мы получаем картину, подобную представленной на рис. 1: пиковые ускорения при двух землетрясе-
ниях различаются более чем в 7 раз. Эти различия будут сильнее, если скорректировать разницу ги-поцентральных расстояний: для корового землетрясения гипоцентральное расстояние близко к его эпицентральному расстоянию, но для глубокого субдукционного землетрясения оно ~114 км, что вероятно заметно снижает пиковые ускорения при этом землетрясении (в 114/64 ~ 1.8 раза). Для сравнения с записями станции "Сочи" акселерограммы землетрясения 16.06.2008 г. представлены также с оцифровкой 20 Гц. Степень снижения пиковых ускорений из-за понижения частоты опроса со 100 до 20 Гц оценена по выборке из 44 записей японских станций; получено, что в среднем она составляет ~8% со стандартным отклонением ~7%. Таким образом, различие камчатских и кавказских землетрясений это прежде всего различие субдукционных и коровых сейсмических событий.
а, см/с2
-4
а, см/с2 4 г
-4
-4
10.94 см/с2
-14.37 см/с2
1.99 см/с2
(а)
(б)
Ц^^ИМИ.» ........*..... "
-1.76 см/с2 1.80 см/с2
-2.02 см/с2
J_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
16
24
32
40
48
56
-4
-4
1.83 см/с2
-1.61 см/с2
1.80 см/с2
-1.73 см/с2
_|_I_I_I_I_1_
(в)
16
24
32
40
48
56
Рис. 3. Горизонтальные компоненты акселерограмм землетрясений с Мк ~ 5.4 и г ~ 64 км на станциях К1к-№1;, удаленных друг от друга на ~80 км. а — ст. MYGH06, 12.05.2002 г.; б — ст. УМТЙ09, 16.06.2008 г.; в — то же, оцифровка 20 Гц.
Рассмотрим физические причины этих различий. Региональные параметры излучения и распространения сейсмических волн на Камчатке и Северном Кавказе оценивались путем решения обратных задач стохастического моделирования [11]
акселерограмм локальных землетрясений, зарегистрированных местными сейсмостанциями.
Смоделированы акселерограммы четырех сильных субдукционных землетрясений Курило-Камчатской зоны 1992-1993 гг. (Мк = 6.8-7.5,
4
0
0
0
8
4
0
0
8
глубины очагов h ~ 45—55 км) на эпицентральных расстояниях 67-195 км. В расчетах использованы формы очаговых спектров и оценки частотно-зависимого затухания и геометрического расхождения, полученные ранее для Камчатки в работах [1, 4, 9]; по данным сейсморазведки и глубинного сейсмического зондирования ГСЗ-КМПВ [3, 6] оценено локальное усиление сейсмических волн в верхних слоях земной коры [10], подобраны параметры, определяющие длительность акселерограмм, сброшенное в очаге напряжение и ослабление сейсмических волн на высоких частотах (к). Найденные параметры с хорошей точностью описывают смоделированные записи, а станцию PET ("Петропавловск") можно рассматривать как опорную для камчатской сети скальную станцию с минимальным количеством локальных эффектов [12].
Смоделированы ~40 записей локальных землетрясений Северного Кавказа, зарегистрированных станциями "Сочи" и "Анапа" (Mw ~ 3.9— 5.6) с эпицентральными расстояниями 30—280 км и глубинами очагов h ~ 5—35 км [7]. В расчетах использованы полученные ранее оценки геометрического расхождения и оценки добротности среды в виде: Q(f) ~ 55f09 для ст. "Сочи" и Q(f) ~ 90f01 для ст. "Анапа". Подобраны параметры, определяющие длительность акселерограмм, формы очаговых спектров, сброшенное напряжение, локальное усиление в земной коре и ослабление волн на высоких ч
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.