научная статья по теме РЕЗУЛЬТАТЫ ДОЛГОВРЕМЕННОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА В СЕЙСМООПАСНОМ РАЙОНЕ КАВКАЗСКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД Геология

Текст научной статьи на тему «РЕЗУЛЬТАТЫ ДОЛГОВРЕМЕННОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА В СЕЙСМООПАСНОМ РАЙОНЕ КАВКАЗСКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2008, № 2, с. 135-140

ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

УДК 550.34

РЕЗУЛЬТАТЫ ДОЛГОВРЕМЕННОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА В СЕЙСМООПАСНОМ РАЙОНЕ КАВКАЗСКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД

© 2008 г. О. Г. Попова*, А. В. Серый*, Ю. Ф. Коновалов**

* Институт геоэкологии РАН им. Е.М. Сергеева ** Центр Геон, Москва Поступила в редакцию 12.02.2007 г.

Представлены результаты долговременного сейсмического мониторинга с использованием естественных источников в сейсмоопасном районе Кавказских Минеральных Вод. Для изучения геодинамики среды и оценки ее напряженного состояния в регионе исследования разработан способ, основанный на изучении энергии обменных волн PS от далеких землетрясений. Анализ полученных данных позволил сформулировать три среднесрочных критерия прогноза местных тектонических землетрясений, исходя из модели в рамках теории лавинно-неустойчивого трещинообразования (ЛНТ). Показано, что катастрофические далекие землетрясения ( удаленность до 7000 км) с М>7.0, после которых в регионе Кавминвод регистрируются интенсивные поверхностные волны, изменяют анизотропные свойства и напряженное состояние среды, в результате чего усиливается местная сейсмическая активность. Данный факт позволяет говорить о наведенной сейсмичности. Наведенные процессы снижают надежность сформулированных критериев, что обусловливает необходимость корректировки модели возникновения землетрясений согласно теории ЛНТ.

Одна из важнейших проблем геоэкологии -установление взаимосвязи геофизических полей с тектоническими процессами при подготовке землетрясения с целью выявления критериев прогноза сейсмической опасности. Наиболее актуален прогноз для урбанизированных территорий в сей-смоопасных районах. Для изучения напряженного состояния среды и факторов, влияющих на его изменение, необходим геофизический мониторинг и, как частный случай, сейсмический мониторинг.

Сейсмические наблюдения в районе Кавказских Минеральных Вод были начаты в 1995 г. и продолжаются по настоящее время. Район Кавказских Минеральных Вод сейсмически активен и относится к зоне, где возможны 7-8-балльные землетрясения (по шкале МБК). Сейсмическая сеть мониторинга состоит из 10 трехкомпонент-ных станций, оснащенных цифровыми комплексами "Альфа-Геон" и "Дельта-Геон". Размеры сети 70 х 70 км. Сеть регистрирует местные землетрясения в радиусе 300 км, а также далекие землетрясения (эпицентральные расстояния А > 10°) с магнитудой М > 4.7.

Для изучения геодинамики среды разработана методика оценки напряженного состояния геологической среды, основанная на оценке энергии обменных волн от далеких землетрясений (волны РБ), которая зависит от степени трещиноватости, пористости и анизотропных свойств среды. Напряженное состояние среды в некоторой точке оценивается следующими параметрами [3, 4]:

- показатель изменения анизотропных свойств среды под каждой точкой наблюдения в диапазоне глубин Н1, Н2

I *

т = •

IЕ-

н1

где Е^ Ег - энергии радиальной и тангенциальной компоненты записи волн РБ, соответственно;

- интегральный показатель напряженного состояния среды в районе наблюдений на основе схем распределения параметра у по площади сети станций мониторинга

X 2 У 2

I ||y(х' У)dxdydy

S =

X1 Y1 8

X 2 Y 2

| 18xydxdy

X1 У1

где X, У - координаты района мониторинга; 5 -пороговый уровень, превышение которого указывает на возрастание анизотропных свойств среды и напряженного состояния в районе исследования.

h

2

60 40 20

25.11.0421.12.04

5 = 1.43

26.12.04 1-н день

5 = 1.57 *

0 20 40 60 км км

60

40

20

27.12.0431.12.04

км 60 40120

0

км

60 40 20

0

км

60 40120

км

60

40

01.01.05-

13.01.05 20

5 = 4.12

км 60 40

19.03.0510.04.05

5 = 3.07

20

20 40 60 км

км 0

км

60

д

40

20.01.05-

13.02.05 20

5 = 1.70

20 40 60 км

км 0

км

60

40

11.04.05

19.05.05 20

\5 = 5.88

20 40 60 км

5 = 2.05

0 20 40 60 км 0

км 0

км

60

е

40

14.02.05

18.03.05 20

5 = 1.96

20 40 60 км

км 0

км

60

и

40

24.06.05

06.08.05 20

5 = 0.67

20 40 60 км 0

20 40 60 км ▲

6.0 4.0 3.2 2.8 2.4 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 -0.4

5 = 0.72

0 20 40 60

Рис. 1. Схемы распределения по площади сети мониторинга величины у = Er|Ev в разные интервалы наблюдения (сечение изолиний через 0.4): 1 - катастрофические, далекие землетрясения; 2 - станции наблюдения.

км

км

5(0

1.01.00 1.01.02 1.01.04 1.01.06

1 * 2 *3 \ 4

Рис. 2. Общая зависимость 5(0 за весь период мониторинга 25.08.1995 г.-25.09.2006 г.: 1 - средний уровень значений 5, 2 - местные землетрясения с М = 4.3-4.8 , 3 - местные землетрясения с М = 4.9-5.9, 4 - время проявления далеких катастрофических землетрясений (00 час 58 мин 26.12.04, о-в Суматра; 16 час 18 мин 28.03.05, о-в Суматра; 3 час 54 мин 8.10.05, Пакистан; 23 час 35 мин 20.04.06, Камчатка; 8 час 19 мин 17.07.06 о-в Ява ).

На рис. 1 показаны схемы распределения величины у по площади сети мониторинга и соответствующие значения показателя напряженного состояния среды 5 (в условных единицах) для каждого интервала времени [3, 4].

На рис. 2 приведена зависимость 5(0 от времени за весь одиннадцатилетний интервал наблюдений, а также обозначены моменты местных землетрясений с М > 4.3, произошедших в радиусе 250.. .300 км от центра сети станций. Средний уро-

^-показатель напряженного состояния 1.6

0

I

400

800

1200

_I_

1600

2000

_I_

t, дни

1.08.96 1.07.98 1.07.97 1.07.98 1.07.99 1.07.00 1.07.01 1.01.98 1.01.97 1.01.98 1.01.98 1.01.00 1.01.01 1.01.02

♦ 1 -2 ¿3

Рис. 3. Зависимость S(t) в интервале времени 1995-2002 гг.

1 - зависимость S(t); 2 - осредненная зависимость SCO^; 3 - землетрясения с М> 4.3.

вень значений S(t) существенно различается в интервале наблюдений 1995-2002 гг. и 2004-2006 гг. (в 2003 г. станции на Кавминводском полигоне не работали). Отличается и количество местных землетрясений с М > 4.3, произошедших в радиусе 250...300 км от центра сети станций в эти интервалы наблюдений. Особенно сильно показатель напряженного состояния S возрос после катастрофического Суматринского землетрясения (26.12.2004, М = 9.0), которое сопровождалось цунами. После этого катастрофического землетрясения произошло еще несколько разрушительных землетрясений с магнитудой М > 7.0. Было сделано предположение, что на напряженное состояние среды полигона кроме местных тектонических процессов могут воздействовать процессы, связанные с глобальной сейсмичностью Земли.

Рассмотрим отдельно зависимости S(t) для интервалов времени 1995-2002 гг. и 2004-2006 гг.

На рис. 3 приведены зависимости S(t) и осредненная зависимость S(t)^ за интервал времени 1995-2002 гг. Анализ зависимостей S(t) и S(t)^ совместно со схемами распределения величины Y = Er/Ev и данными о местной сейсмичности в районе Кавминвод позволяет сделать вывод, что изменение напряженного состояния среды за этот интервал времени в основном связано с тектоническими процессами в районе исследования [3, 4]. Выделяются циклы подготовки тектонических землетрясений с магнитудами М > 4.3. Особенно хорошо это видно по осредненной зависимости

5(0ос. Длительность циклов составляет 2...3 года. Каждый цикл состоит из трех фаз: 1-я фаза - спад напряженного состояния после выраженной сейсмической активности в регионе, 2-я фаза - низкие значения напряженного состояния, 3-я фаза -возрастание напряженного состояния. Эти три фазы согласуются с тремя фазами в цикле подготовки тектонического землетрясения по теории лавинно-неустойчивого трещинообразования [1, 6]: "разрядки", "регулярного состояния" и "активизации" соответственно.

Фаза разрядки характеризуется максимальными значениями 5 и максимальной степенью анизотропности среды. Фаза регулярного состояния соответствует ослаблению степени анизотропности среды, при этом уменьшается и энергия волн РБ во всех точках наблюдения. Последнее позволяет предположить, что в фазе регулярного состояния происходит усиление степени флюидиза-ции среды. Постепенное возрастание 3(^ос и соответственно степени анизотропности среды в фазе активизации можно объяснить усилением трещи-новатости. Закономерное возрастание зависимости 3(^ос после достаточно длительного периода низких значений можно считать среднесрочным критерием усиления сейсмической активности. Уровень возрастания величины 5ос зависит от магнитуды готовящегося землетрясения и близости гипоцентра к району расположения сети станций мониторинга. Чем длительнее фаза регулярного состояния (или состояния покоя), тем большую магнитуду готовящегося будущего события можно предположить. В изучаемом регионе силь-

Катастрофические землетрясения, произошедшие с декабря 2004 г. по июнь 2006 г.

Землетрясение Дата, место Магнитуда Удаленность от Кавминвод, км

Первое Суматринское 26.12.2004, Сев. Суматра 9.0 6800

(катастрофическое цунами)

Второе Суматринское 28.03.2005, Сев. Суматра 7.2 6800

Пакистанское 08.10.2005, Пакистан 6.0 2700

Корякское 20.04.2006, Камчатка (Корякия) 7.6 7200

Индонезийское (с цунами) 17.06.2006, о-в Ява 7.2 7800

ные события с М>5.0 происходили примерно через 6-11 месяцев от начала фазы возрастания напряженного состояния.

На основании выше сказанного можно сформулировать следующие критерии среднесрочного прогноза сильных землетрясений с магнитудой М > 4.3 в регионе исследований: наличие достаточно длительного периода низких значений (фазы регулярного состояния) зависимости 5(0ос; устойчивое возрастание функции 5(0ос; градиент возрастания и максимальные значения £(0ос зависят от магнитуды готовящегося землетрясения и его удаленности от сети.

При длительной фазе низких значений зависимости 80)ос (примерно 1 год), но высоком градиенте возрастания зависимости £(0ос до больших абсолютных значений можно прогнозировать сильное землетрясение с магнитудой М > 5.0 вблизи от расположения сети станций или непосредственно в сети, причем в той ее части, где отмечаются максимальные значения на схемах распределения величины у = ХЕГ/ХЕ^ Если фаза низких значений £(0ос равна 3...4 месяцам, можно прогнозировать землетрясение с магнитудой М

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.

Показать целиком