научная статья по теме СВОЙСТВА КОЛЕБАНИЙ ГРУНТА ПРИ ОЛЮТОРСКОМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИИ 20.04.2006 Г. И ЕГО АФТЕРШОКАХ ПО ДАННЫМ ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «СВОЙСТВА КОЛЕБАНИЙ ГРУНТА ПРИ ОЛЮТОРСКОМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИИ 20.04.2006 Г. И ЕГО АФТЕРШОКАХ ПО ДАННЫМ ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ»

УДК 550.34

СВОЙСТВА КОЛЕБАНИЙ ГРУНТА ПРИ ОЛЮТОРСКОМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИИ 20.04.2006 г. И ЕГО АФТЕРШОКАХ ПО ДАННЫМ

ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ

© 2010 г. О. С. Чубарова1, А. А. Гусев1, В. Н. Чебров2

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006

2Камчатский филиал Геофизической службы РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006

Поступила в редакцию 10.06.2008 г.

Изучены широкополосные цифровые записи сильного Олюторского землетрясения в Корякском автономном округе (20.04.2006 г., Mw = 7.6) и его афтершоков на близких и региональных расстояниях. Детально проанализированы данные о максимальных ускорениях и скоростях движения грунта для афтершоков по записям двух цифровых сейсмических станций Тиличики (TLC) и Ка-менское (КАМ). На первом этапе анализа по данным спектров кода-волн определена станционная поправка за грунт для TLC. С ее помощью данные приведены к эталонному скальному грунту (под станцией Каменское). На втором этапе проведена множественная линейная регрессия, по результатам которой построены средние зависимости максимальных амплитуд от локальной магнитуды M£ и расстояния R для условий Корякии. Разброс наблюдений относительно средних зависимостей сравнительно невелик (0.22—0.25 лог.ед). Амплитуды ускорений при M£ = 5, R = 25 км в 2—3 раза ниже, чем для условий Восточной Камчатки, запада США или Японии. Вероятная причина выявленной аномалии — в низких значениях сброшенного напряжения для афтершоков.

ВВЕДЕНИЕ

Сильное (MW = 7.6) мелкофокусное Олюторское землетрясение 20(21) апреля 2006 года — сильнейшее известное землетрясение на территории Корякского автономного округа (КАО). Уровень сотрясений в эпицентральной зоне достигал 8—9 баллов. Записи колебаний грунта при Олюторском землетрясении представляют большой интерес. На территории КАО регистрация сильных движений грунта не велась вплоть до мая 2006 г. Однако, ограниченную информацию о колебаниях грунта при основном толчке все же удалось получить по записям ближайшей к эпицентру постоянной цифровой широкополосной сейсмической станции (ЦШПСС) KAM в пос. Каменское, эксплуатируемой в рамках российско-японского научного сотрудничества. К сожалению, максимальные амплитуды используемых каналов BH в Каменском были слишком велики для неискаженной регистрации основного толчка и даже сильнейших афтершоков.

Вскоре после землетрясения сотрудникам Камчатского филиала Геофизической службы РАН Е.П. Токареву, В.Н. Козлову и ТВ. Шевченко в сложной обстановке удалось установить цифровой акселерограф в пос. Тиличики, в эпицентральной зоне, что позволило успешно и без искажений записать без искажений сотни афтершоков Олюторского землетрясения.

В работе выполнен анализ цифровых записей колебаний грунта при Олюторском землетрясении.

Помимо данных из эпицентральной зоны, привлечены также материалы других ЦШПСС на удалениях до 1000 км.

ЦИФРОВАЯ РЕГИСТРАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ

ГРУНТА НА КАМЧАТКЕ И В КОРЯКСКОМ АВТОНОМНОМ ОКРУГЕ

Начиная с 1962 г, на Камчатке выполнен большой объем важных и интересных сейсмологических исследований, основным инструментом которых были на первом этапе сейсмографы с гальванометрической регистрацией и фотозаписью. В последние годы практически вся регистрация выполнялась сетью автономных радиотелеметрических станций с аналоговой ЧМ-ЧМ телеметрией и цифровым накоплением. Эта система наблюдений не обеспечивала регистрации сильных колебаний грунта. Для их регистрации имелось ограниченное число аксе-лерографов с прямой оптической регистрацией и велосиграфов на базе 5-секундного маятника С5С. Наиболее развитыми наблюдения сильных движений были в 1985—1988 гг., когда функционировало 11 пунктов регистрации в районе г. Петропавловск-Камчатского и еще 18 вне него. Приборы работали в ждущем режиме, привязки к точному времени не имели, а степень надежности их работы, по ряду объективных и субъективных причин, была всегда ограниченной. Поясним, что одного-двух десятков чувствительных сейсмографов, размещенных на Камчатке, было достаточно, чтобы определять ги-

Таблица 1. Характеристики цифровых сейсмических станций

Пункт Код с/ст. Ф°, с.ш. в.д. h, м Грунт Тип датчика Регистратор Частота опроса,/ц, с-1 Режим А, км

Тиличики TLC 60.4302 166.0563 52 Гравий вечномерз-лый CMG-5T(A) GSR-24 100 Жд. 95

Каменское KAM 62.4560 166.2100 64 Скала STS-1 (V) Quanterra 20 Непр. 175

Никольское BKI 55.1939 165.9835 10 Песчаник слабо CMG-5T(A) GSR-24 100 Жд. 650

сцементированный

Крутоберегово KBG 56.2584 162.7127 18 Пирокластика CMG-5T(A) GSR-24 100 Непр. 590

Петропавловск PET 53.0233 158.6501 102 Скала STS-IV Quanterra 20, 80 Непр. 1030

GS13 (V)

Примечание. ф — широта; X — долгота; к — высота; А — эпицентральное расстояние (от инструментального эпицентра основного толчка). Пометка А или V — род канала: акселерограф или велосиграф. СМС-5Т — форсбалансный акселерометр, GSR-24 — цифровой сейсмический регистратор; Quanterra — цифровая сейсмическая станция, реализует каналы ВН на датчиках STS-I и STS-ГV и каналы ЕН на датчике GS13.

поцентры и энергию 1—2 тыс. слабых землетрясений региона ежегодно, что позволило детально изучать здесь географию сейсмичности, строение среды и др. В то же время, приборы сильных движений характеризуют движения грунта только в точке установки, и обобщать результаты их наблюдений на большие территории затруднительно. Редкая сеть приборов сильных движений на Камчатке за 1962—2000 гг. смогла накопить чрезвычайно ценные, но, в сущности, лишь весьма отрывочные материалы о сильных колебаниях грунта [2]. Поэтому большой интерес представляет изучение афтершо-ков, которые могут давать массовый, хотя и не всегда представительный материал по сильным движениям. При этом весьма желательно переходить к цифровой регистрации колебаний, что поставит систему наблюдений на более современный уровень как в плане удобства и автоматизации обработки, так и в плане расширения спектра регистрируемых колебаний в сторону низких частот.

Положение стало меняться в 1993 г. с началом работы на сейсмостанции Петропавловск ЦШПСС PET в рамках консорциума "IRIS". Для регистрации сильных толчков станция имела в комплекте канал низкой чувствительности на базе акселерометра с обратной связью (FBA). Записи этой станции позволили начать исследование колебаний грунта на Камчатке на основе прямой цифровой записи в весьма широкой полосе частот. Но лишь после 2002 г. начала развертываться собственно сеть цифровых приборов, формирование которой еще не завершено. Олюторское землетрясение послужило определенной проверкой работоспособности этой сети.

В статье использованы записи нескольких сейсмических станций и приборов, их краткая характеристика дана в табл. 1. Отметим, что большой динамический диапазон современных цифровых сейсмических станций позволяет в ряде случаев вести

запись и сильных движений грунта и слабых землетрясений одной и той же аппаратурой.

Поскольку Олюторское землетрясение возникло на заметном расстоянии от Камчатской сети, в настоящей работе, помимо станций KAM и TLC, расположенных в КАО, изучались записи только ближайших к эпицентру станций Камчатской сети — BKI и KBG , а также опорной станции PET (рис. 1). На использованных станциях (кроме KAM) провели контроль калибровки путем сравнения, для отдельных землетрясений, записей выбранных каналов регистрации и альтернативных цифровых каналов. В качестве альтернативных использовали каналы мобильной станции "MARS" (Lennartz) для TLC (данные по слабым толчкам), каналы С5С-ОС с обратной связью разработки КФ ГС РАН (Ю.В. Шевченко) для BKI и KBG и каналы региональной телеметрии (РТСС) для PET Использование станций "MARS" для изучения сильных движений оказалось практически невозможным из-за их недостаточного динамического диапазона.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, ПРОЦЕДУРЫ ОБРАБОТКИ

В работе изучались записи основного толчка Олюторского землетрясения и его афтершоков (рис.1, табл. 2). Очаговые параметры в табл. 2 приводятся по каталогу КФ ГС РАН. Цифровые записи землетрясений отбирались из основного цифрового архива КФ ГС РАН. Для основного толчка и афтер-шоков были рассмотрены записи в целом, их спектры Фурье и максимальные амплитуды движения грунта. Материалы по максимальным амплитудам на ближайших к эпицентральной зоне сейсмостан-ций Тиличики (TLC) и Каменское (KAM) (49 трех-компонентных записей) были затем использованы для определения средних зависимостей амплитуд от магнитуды и расстояния.

N 64° F

62°

60° -

58° -

56°

54° -

52°

30'

62°N

160° 164°

Al *2

30' -

61 °N

30' -

168° 172° E 60°N X 3 X 4

30'

165°

166°

167°

168° E

Рис. 1. Схема расположения станций и эпицентров землетрясений: а — очаговая зона, очерченная эпицентрами афтершоков за первые трое суток; б — эпицентры афтершоков, цифровые записи которых обработаны. 1 — цифровые сейсмические станции; 2 — эпицентр основного толчка; 3, 4 — эпицентры афтершоков.

Для обработки записей был применен новый программный пакет, развивающий ранее отработанную методику [3]. В пакете частично использован модуль деконволюции, любезно предоставленный В.М. Павловым. В плане собственно обработки алгоритм обработки реализует следующую последовательность операций:

— выбор сегмента обработки (в диалоге);

— коррекция за передаточную функцию прибора в максимально широкой полосе частот путем деконволюции в частотной области "вслепую";

— интерактивный выбор рабочей полосы частот (минимальная частота/1, максимальная —/2) для надежного восстановления амплитуд сигнала;

— повторная деконволюция в частотной области в пределах выбранной полосы, расчет восстановленных сигналов ускорения, скорости и смещения;

— снятие максимальных амплитуд ускорения, скорости и смещения;

— расчет оценки сглаженного амплитудного спектра Фурье в пределах выбранной полосы с предварительным выбеливанием сигнала;

— расчет спектра реакции.

Важным и существенным новым элементом программного пакета является использование при оценке сглаженного амплитудного спектра Фурье процедуры предварительного выбеливания сигнала (prewhitening). Этот метод был первоначально разработан для расчет

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