ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2008, № 6, с. 66-77
УДК 550.343.6
СЕЙСМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ В ОБОБЩЕННОЙ ОКРЕСТНОСТИ
СИЛЬНОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
© 2008 г. М. В. Родкин
Геофизический центр РАН, Москва, 119296 Поступила в редакцию 09.01.2008 г.
По данным каталогов построена обобщенная пространственно-временная окрестность сильного землетрясения и исследован режим сейсмичности в этой области. Исследуется характер обратного каскада (нарастания сейсмической активности к моменту главного события) и афтершокового процесса, а также более слабая сейсмическая активизация, свойственная более широкой окрестности главного события. Показано, что параллельно с развитием обратного и афтершокового каскада наблюдается ряд аномалий, указывающих на развитие в этой пространственно-временной области некоего предвестникового процесса разупрочнения, выражающегося в уменьшении величин кажущихся напряжений, в увеличении относительного вклада низкочастотных колебаний в излучении очага, в росте коррелированности (однородности) напряженно-деформированного состояния. Отмечается особая важность выявления аномалий, не только указывающих на существование процесса разупрочнения, но и позволяющих охарактеризовать физическую природу этого процесса. Приводится пример такой аномалии.
ВВЕДЕНИЕ
Процесс подготовки и реализации сильного землетрясения в последнее время обычно трактуется как аналог критического явления [6, 30, 33, 37, и др.]. Многие из используемых предвестниковых признаков, такие как увеличение радиуса сейсмической корреляции, развитие обратного каскада и аномальной группируемости землетрясений являются признаками, ожидаемыми при развитии критического процесса, и были введены в сейсмологию, отчасти по аналогии с типичными критическими процессами. Естественно задаться вопросом, в какой степени такие процессы действительно характерны для режима сейсмичности в области подготовки и реализации сильных землетрясений. В работах [8, 19] была рассмотрена совокупность данных о развитии фор- и афтершоковой активизации в окрестности 11 сильнейших землетрясений, происшедших в 1985-2000 гг. В результате такого анализа не удалось подтвердить существование ожидаемого по аналогии с критическими процессами степенного роста форшоковой активизации к моменту сильного события. Выявилось также, что характер афтершокового процесса при отдельных землетрясениях может сильно отличаться от известного закона Омори, и было высказано предположение, что "класс присущих сейсмичности нисходящих афтер-шоковых каскадов не исчерпывается последовательностями, подчиняющимися закону Омори". Возникает вопрос, носят ли наблюденные отклонения характера сейсмического процесса от теоретически ожидаемого режима сейсмичности случайный характер, или возможны (как это и предполагается в [8, 19]) различные типы сценария развития
форшоковый и афтершоковой активизации в окрестности сильных землетрясений.
Ответ на поставленный вопрос можно получить, исследуя сейсмический режим в окрестности большого числа сильных землетрясений. Под окрестностью понимается пространственно-временная область, в которой можно выделить фоновый сейсмический режим и его изменения в связи с реализацией сильного землетрясения. Эти изменения естественным образом делятся на предшествующие (форшо-ковая активизация) и последующие сильному событию (афтершоковый процесс). При этом режим фор- и афтершоков может включать как степенные каскады роста числа событий к моменту сильного землетрясения, так и иные проявления сейсмической активизации. По аналогии с критическими явлениями афтершоковый степенной каскад принято называть прямым каскадом, а форшоковый - обратным каскадом [8].
В данной работе, по совокупности данных о большом числе сильных землетрясений, строится обобщенная пространственно-временная окрестность сильного землетрясения, и исследуется характер осредненных аномалий в такой обобщенной окрестности. При этом исследуются как аномалии присущие периоду развития прямого и обратного каскадов, так и совокупность возможных фор- и афтершоковых проявлений, присущих более широкой пространственно-временной окрестности главного события.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА
В работе использованы данные мирового Гарвардского каталога сейсмических моментов за
1976-2005 гг., с данными о 17424 событиях с глубиной очага Н < 70 км и, аналогичным образом ограниченные по глубине, данные каталога и808/ЫБ1С за 1968-2007 гг.
При анализе использовались два варианта подхода, с использованием всех приведенных в каталоге землетрясений и с учетом данных только о надежно (без пропусков) регистрируемых событиях. Ниже приводятся результаты обработки данных Гарвардского каталога по первому варианту (все события) и результаты обработки каталога и808/№!1С с учетом только надежно регистрируемых землетрясений. В последнем случае были отобраны события с магнитудой более 4.5, несколько более 120000 событий. Аналогичная отбраковка регистрируемых с пропусками землетрясений из Гарвардского каталога привела бы к значительному сокращению доступной для анализа информации, и для Гарвардского каталога такая отбраковка не проводилась.
Отметим в этой связи, что параметры, анализируемые по данным Гарвардского каталога, являются (по преимуществу) интенсивными и явным образом не зависят от силы землетрясения; такова, например, величина отношения магнитуды по объемным волнам и моментной магнитуды ть/т„. Для интенсивных параметров учет данных по большому числу слабых событий не приводит, по-видимому, к смещению оценок в область типичную для слабых событий. В случае использования экстенсивных параметров (таких, как размер очага или полупродолжительность сейсмического процесса) результаты контролировались проведением аналогичных расчетов для нормированных значений параметра; нормировка производилась делением на кубический корень из величины сейсмического момента, (М)1/3.
Из обоих упомянутых каталогов были отобраны события из пространственно-временных областей, окружающих очаги 500 наиболее сильных землетрясений (с учетом величин сейсмического момента для Гарвардского каталога или максимальной приведенной магнитуды для каталога и808/МБ1С). Под обобщенной окрестностью сильного землетрясения будем понимать совокупность событий, попадающих в зону влияния одного из этих сильных землетрясений. Правила определения размера зон влияния были выбраны следующие. Согласно [4, 22], при выборе пространственных размеров областей зон влияния для землетрясений разной магнитуды будем исходить из приближенного соотношения между характерным размером очага Ь и его магнитудой т:
Ь(км) = 10(05 х т - 19). (1)
В описываемом ниже варианте анализа принимались в расчет данные по землетрясениям, удаленным от эпицентра данного главного землетрясения на расстояние не более, чем 7Ь. При отсутствии значения моментной магнитуды т„, под магнитудой т
понималось максимальное значение из совокупности приведенных в каталоге значений.
При построении временной окрестности сильных землетрясений был использован вывод [20] об относительно слабой зависимости длительности цикла разрушения от магнитуды землетрясения. Отсюда следует возможность при построении обобщенной окрестности сильного землетрясения (то есть, для событий с не сильно различающимися маг-нитудами) использовать простой метод наложения эпох, без какой либо специальной нормировки. Ниже, при построении обобщенной окрестности сильного землетрясения, используется вся доступная временная окрестность, равная длительности каталога. Такой выбор дает возможность наиболее полно рассмотреть совокупность изменений сейсмического режима в связи с процессами подготовки, реализации и последействия сильного землетрясения. Негативным следствием такого выбора является пониженная статистическая значимость на краях рассматриваемой временной области (фактических данных здесь оказывается существенно меньше), и возникновение ложного эффекта систематического роста сейсмической активности к моменту сильного землетрясения. Однако эти негативные особенности могут быть учтены при анализе данных, и, таким образом, их наличие не будет вносить ошибки в получаемые результаты.
В сформированную описанным образом обобщенную окрестность сильного землетрясения попали данные о более чем 60000 землетрясений из Гарвардского каталога и о более 800000 землетрясений из каталога и808/ЫБ1С. Столь большое число используемых для анализа событий вышло потому, что одно и то же землетрясение часто попадает в пространственно-временные окрестности разных сильных землетрясений; большое число анализируемых событий позволяет улучшить статистическую надежность и устойчивость результатов. Вклад каждого отдельного сильного события в анализируемую совокупность данных определяется числом землетрясений, попавших в соответствующий ему пространственно-временной объем, то есть зависит от магнитуды этого землетрясения (определяющей пространственный размер его области влияния) и от интенсивности сейсмического процесса (пространственно-временной плотности числа землетрясений) в окрестности очага данного сильного землетрясения.
На основе сформированной таким образом обобщенной окрестности сильного землетрясения анализировался средний режим развития сейсмического процесса в окрестности сильного землетрясения. Пространственно-временное положение каждого землетрясения, попавшего в обобщенную окрестность очага сильного землетрясения характеризовалось при этом временным сдвигом относительно момента соответствующего главного собы-
п, 1/сут 105
100 10-4
104
103
102
101 — 10-3
ч +
ч
+ ♦ ч
♦>л *+ *г
10-2 10-1 100 101 102 103
t, сут
Рис. 1. Изменение плотности потока событий п в афтершоковой (а) и форшоковой (•) области обобщенной окрестности сильного землетрясения. Пунктиром показан аппроксимирующий степенной закон уменьшения числа афтершоков (а) и роста интенсивности обратного каскада к моменту главного события (•). По оси х - интервал времени г в сутках от момента главного события. По данным каталога ШОЗ/ЫЕТС.
тия и расстоянием от эпицентра этого события (нормированного на размер очага соответству
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.