УДК 550.34.(013.4+042.4)
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КЛАССА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА НА ПАРАМЕТРЫ
ГРАФИКА ПОВТОРЯЕМОСТИ
© 2010 г. А. В. Ключевский
Институт земной коры СО РАН, 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128; E-mail: arluchev@crust.irk.ru
Поступила в редакцию 04.07.2008 г.
В процессе численного моделирования фактического материала из каталога землетрясений Прибайкалья получены искусственные каталоги сейсмических событий. Эти каталоги отражают реальные ситуации, в результате которых при сейсмологическом мониторинге могут быть сформированы неоднородные массивы данных в каталогах землетрясений. Для каждого из 65 каталогов рассчитаны наклон у и сейсмическая активность графика повторяемости. Исследовано влияние изменений в оценке энергетического класса землетрясений на параметры графика повторяемости. Показано, что наклон у слабо чувствителен, а сейсмическая активность чувствительна к изменениям энергетического класса толчков и может быть использована при тестировании каталога землетрясений на однородность. Получены формулы связи между параметрами графиков повторяемости и ценами деления двух энергетических шкал, которые дают возможность расчета параметров графика повторяемости одной из шкал, если известны соотношение цены деления шкал и параметры графика другой шкалы.
ВВЕДЕНИЕ
Мониторинг сейсмичности — важный и чувствительный инструмент при изучении сейсмотектонических процессов и работах по прогнозу землетрясений. Так, в соответствии с моделью сейсмического затишья, при увеличении средней скорости потока землетрясений в большой области вокруг ожидаемого сильного толчка [26, 28] наблюдается уменьшение скорости потока сейсмических событий в пределах ожидаемой очаговой зоны [21, 29]. Исследования средней скорости потока землетрясений обнаружили связь вариаций угловой скорости осевого вращения Земли и изменений интенсивности сейсмического процесса во времени [5]. При анализе сейсмичности в Байкальском регионе установлено, что наиболее сильные толчки, как правило, происходят при перестройке и инверсии напряжений [10, 12]. Подобные работы указывают на обусловленность землетрясений глобальными, региональными и локальными геодинамическими явлениями различной природы, вызвавшими изменения напряженно-деформированного и реологического состояния среды. Чтобы выделить такие явления в сейсмическом процессе, необходима надежная однородная информация о сейсмичности как функции пространства, времени и энергии.
При исследовании сейсмичности больших пространственно-временных областей чаще всего предполагается соответствие сейсмического процесса гипотезе взаимной независимости землетрясений, основанной на пуассоновском характере распределения толчков во времени. Изменения в энергетике
сейсмичности традиционно характеризуются вариациями параметров графика повторяемости землетрясений. В общем виде степенной закон Гутенберга—Рихтера описывает статистические распределения широкого спектра природных явлений [7, 23]. В сейсмологии график повторяемости характеризует распределение числа сейсмических событий по шкале динамической оценки величины землетрясения и в логлинейной системе координат имеет, как правило, линейную форму [4, 19, 27]. Наблюдаемая иногда более сложная форма графиков повторяемости может быть обусловлена нелинейностью шкалы динамической оценки величины землетрясения в полном диапазоне измерений, а также недостаточной представительностью пространственно-временной выборки данных. Наклон графика повторяемости у характеризует соотношение чисел сильных и слабых землетрясений и, в основном, зависит от используемой шкалы, типа тектонического течения горных масс, степени неоднородности среды, динамического диапазона рассматриваемых толчков и метода расчета уравнения корреляции [12, 14, 20]. Для больших площадей и продолжительных интервалов наблюдений, как правило, сохраняется постоянство у, которое указывает на квазиустойчивость соотношения чисел сильных и слабых землетрясений и является необходимым условием квазистационарности энергетики сейсмичности. Уровень графика повторяемости характеризует сейсмическую активность А — число землетрясений фиксированного энергетического класса, обычно нормированное по пространству и времени.
Для шкалы энергетических классов К график повторяемости можно представить в виде [4, 19]
¡Е N = 1Е А - у( К - К0), (1)
где N — число сейсмических событий; у — наклон графика повторяемости; КО — фиксированный энергетический класс, чаще всего КО = 10. Поскольку пропуски в регистрации землетрясений представительных энергетических классов маловероятны, то параметры распределения 1§N(K) повторяемости сейсмических толчков по энергетическим классам К зависят от точности определения классов и дискретизации шкал, от количества исходных данных и способов их обработки. Точность определения классов и дискретизация энергетических шкал, в свою очередь, обусловлены зависимостью изменения регионального затухания сейсмических сигналов от расстояния, направленностью излучения из очага землетрясения, характеристиками используемой аппаратуры, плотностью и расстановкой сейсмических станций и т.д. Совокупность подобных факторов стала причиной того, что в практике сейсмологических исследований исторически возникли и используются различные варианты энергетических шкал [17, 18]. Это приводит к отличиям, как в энергетической классификации землетрясений, так и в параметрах графиков повторяемости [4].
Запись тектонического землетрясения формируется под влиянием следующих основных факторов: динамики и кинематики очага, среды распространения сейсмических волн, условий в пункте регистрации и частотно-динамического диапазона используемой аппаратуры [1]. Поэтому зарегистрированный сейсмический сигнал является функцией многих переменных, действующих по различным законам. Наблюдаемые в ряде случаев устойчивые отличия в энергетическом классе некоторые исследователи пытались нивелировать систематическими станционными, аппаратурными и методическими поправками. Для устранения различий, получаемых при использовании сейсмометров типа СК и СХ, были введены средние аппаратурные поправки в +0.4 и —0.25 ед. класса (ед.) [3]. Применение различных номограмм при энергетической оценке глубоких памиро-гиндукушских землетрясений обусловило введение постоянной методической поправки +1.0 ед. [9]. Более сложный вид изменяющейся поправки, зависящей от энергетического класса, предложен для землетрясений Прибайкалья [22]. Использование различных шкал эпицентральных расстояний для сейсмометров типа СК (полоса пропускания канала 1.0 < Т < 10.0 с на уровне 0.9 от максимального увеличения сейсмографа [2]), СКМ (0.2 < Т< 1.2 с) и ВЭГИК (0.05 < Т< 0.3 с) в номограммах ТЕ Раутиан [16] также играет роль переменной поправки, обусловленной отличиями характеристик регистрирующей аппаратуры.
В [31] перечислены основные причины, при которых могут произойти изменения магнитудной оценки землетрясений в каталогах. К ним относятся: а) введение новых систем регистрации и обработки сейсмической информации; б) удаление или введение новых сейсмических станций; в) изменения в методике определения магнитуд. Очевидно, что при выполнении любого из этих условий могут произойти изменения энергетической оценки землетрясений в региональных каталогах, которые, в свою очередь, приведут к кажущимся вариациям параметров графика повторяемости. Наиболее существенные изменения в региональном каталоге землетрясений Прибайкалья могли произойти в середине 1970-х годов при открытии сейсмических станций Северо-Муйского сейсмологического полигона [13] и во второй половине 1990-х годов при переходе от сейсмографов с гальванометрической записью к аппаратуре с цифровой системой регистрации. К сожалению, оценка степени изменения энергетического класса землетрясений под влиянием аппаратурных и структурных преобразований региональной сети сейсмических станций Прибайкалья не проведена. В последнее время проблема исследования однородности региональных каталогов землетрясений стала особенно актуальной в связи с переходом на различные неунифицирован-ные цифровые системы регистрации и способы обработки сейсмической информации. Это может привести к формированию разрозненных неоднородных баз данных со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Достоверные сопоставимые характеристики сейсмического режима региона можно получить только для однородного каталога землетрясений. Например, при смещении данных каталога на 0.3 единицы магнитуды (около 0.6 ед. энергетического класса КР по шкале ТЕ Раутиан), которое является большим, но не исключительным, кажущееся изменение в числе землетрясений удвоится, если наклон графика Гутенберга—Рихтера Ь ~ 1 [31]. Методы оценки неоднородности каталога и процедуры приведения его к однородному виду с целью анализа сейсмического затишья перед сильным землетрясением приведены в [24, 25, 29—31]. Чаще всего неоднородности каталогов землетрясений оцениваются смещением модуля магнитуды на 0.1—0.3 единицы и, как правило, вариации параметров сейсмического режима, обусловленные этими смещениями, не исследуются, поскольку каталоги приводятся к однородному виду. Однако при использовании непроверенных каталогов землетрясений желательно знать эти оценки, чтобы представлять, не являются ли наблюдаемые вариации параметров графиков повторяемости искусственными. В данной работе исследование влияния изменений в оценке энергетического класса сейсмических толчков на параметры графика повторяемости проведено на основе материалов регионального каталога землетрясений Прибайкалья. С
целью сопоставления сейсмического режима регионов, в которых используются различные энергетические шкалы землетрясений, получены формулы связи между ценами деления шкал и параметрами графиков повторяемости.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ
В качестве исходного материала из каталога землетрясений Прибайкалья были выбраны толчки с энергетическим классом КР > 5 (базовый массив данных), зарегистрированные с 1987 по 1994 годы на территории, ограниченной координатам ф = 54.5°— 56.5° с.ш. и X = 112.0°—114
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.