ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2010, № 3, с. 261-269
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК.550.34
ВОЗМОЖНОСТЬ СРЕДНЕСРОЧНОГО ПРОГНОЗА СИЛЬНОГО МЕСТНОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ НА ФОНЕ НАВЕДЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
© 2010 г. О. Г. Попова*, Ю. Ф. Коновалов**, Г. В. Куликов***
*Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, Уланский пер., 13, стр. 2, Москва, 101000 Россия; E-mail oksana-p@list.ru **ВНИИАЭС - проектный офис
*** ФГУ ВСЕГИНГЕО Поступила в редакцию 21.01.2009 г. После исправления 5.09. 2009 г.
На основании анализа материалов долговременного сейсмического мониторинга (1995-2006 гг.) в районе Кавказских Минеральных Вод сделан вывод, что большую роль в изменении напряженного состояния среды играют наведенные процессы от далеких катастрофических землетрясений. В результате, разработанные среднесрочные критерии прогноза местных тектонических событий проявляются в неявном, затушеванном виде. Показано, что среднесрочный критерий прогноза подготовки сильного местного землетрясения с М > 5.2, связанный с особенностями поведения амплитудно-частотных характеристик микросейсмического фона, имеет место и при влиянии наведенных процессов. Для более надежного прогноза местного тектонического землетрясения следует проводить совместный анализ особенностей изменения разных геофизических полей во времени.
Ключевые слова: сейсмический мониторинг, наведенные процессы, напряженное состояние.
Исследования последних десятилетий в области тектонодинамики, геофизики литосферы и ее напряженно-деформированного состояния привели к пониманию, что для познания причин происхождения и развития сейсмического процесса традиционное использование моделей упругих сред недостаточно. Установлено, что геофизическая среда изменчива не только в сейсмически активных областях, не только в горных районах или зонах разломов, но и на равнинных платформенных территориях, в зонах отсутствия землетрясений. Кроме тектонических процессов геологическая среда подвержена и всевозможным внешним воздействиям - природным и антропогенным [3-5].
Изучение влияния природных факторов на напряженное состояние геологической среды обсуждается во многих работах, и часто выводы разных авторов далеко не однозначны, а иногда и противоречивы. Именно поэтому резко возросла роль полевых сейсмолого-геофизических наблюдений на геодинамических полигонах. Возникла необходимость получить конкретные знания (из
практики) об особенностях состояния и разрушения геологической среды.
В течение последнего десятилетия сейсмический мониторинг проводился различными организациями в регионах с разным геодинамическим режимом. Это районы Кавказских Минеральных Вод (Центр "ГЕОН"), Геленджикского района Северного Кавказа (ГНЦ ФУГП "Южморгео"), Московского мегаполиса (Центр "ГЕОН"), Подмосковья (Институт динамики геосфер РАН). Материалы сейсмического мониторинга в указанных регионах анализировались при участии сотрудников Института геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН.
На основе материалов долговременного мониторинга в районе Кавказских Минеральных Вод (сеть Центра "ГЕОН", координаты центра сети Ф = 44.0080К, А = 42.8940 Е), проводимого в 19952006 гг., была разработана методика изучения геодинамики среды по энергетическим характеристикам волн РБ от далеких землетрясений [911]. Согласно разработанной методике, в каждой
точке наблюдения оценивается показатель ани-
Ь2 I Ь2
зотропных свойств среды с = / Ег / Еу для
ы / ы
интервала глубин (М-^2), где Еу и Ег - энергии радиальной и тангенциальной компоненты записи волн РБ, соответственно. На основе схем распределения параметра с по площади сети станций мониторинга вычисляется показатель напряженного состояния среды Б [10, 11]:
Х2 У2 з
У У У с(х, У)^хйуйс
Б =
XI У1 8 Х2 У2
У У 8 ■ х ■ у ■ dxdy
XI У1
где X, У - координаты района мониторинга; 8 -
пороговый уровень среднего значения показате-
с
ля анизотропности сс
по всем станциям
1ср N
наблюдения N - количество станций), при превышении которого отмечается усиление сейсмической активности в регионе, что в свою очередь указывает на возрастание степени напряженности в среде. Для района Кавминвод величина 8 определена равной 0.4.
Показатели с и Б рассматриваются во времени. Анализ зависимостей с(0 и Б(^) и изменения во времени схем распределения показателя с по площади сети в течение одиннадцати лет (19952006 гг.) позволил установить факторы, влияющие на напряженное состояние геологической среды изучаемого региона, и разработать некоторые среднесрочные критерии прогноза подготовки землетрясений с М > 4.3 в регионе. По материалам за период 1995-2003 гг. [10, 11] было показано, что по зависимости Б(^) выделяются циклы подготовки тектонических землетрясений с маг-нитудами М > 4.3 (рис. 1). Длительность циклов составляет 2-3 года.
Каждый цикл состоит из трех фаз: 1-я фаза -уменьшение величины показателя напряженного состояния (Б) после выраженной сейсмической активности в регионе, 2-я фаза - низкие значения показателя напряженного состояния, 3-я фаза -возрастание показателя напряженного состояния. Эти фазы согласуются с тремя фазами в цикле подготовки тектонического землетрясения по тео-
рии лавинно-неустойчивого трещинообразования [2, 14]: "разрядки", "регулярного состояния" и "активизации", соответственно. На основании зависимости Б(^) и анализа уровня микросейсмического фона [8] сформулированы несколько основных среднесрочных критериев прогноза местного землетрясения с магнитудой М > 4.3, исходя из модели "лавинно-неустойчивого тре-щинообразования" подготовки землетрясения
[7,11]:
- длительный период низких значений ("фазы регулярного состояния") зависимости Б(^);
- устойчивое возрастание функции Б(^);
- резкое возрастание уровня микросейсмического фона в фазе усиления напряженного состояния (фаза активизации).
Кроме влияния местных тектонических процессов на напряженное состояние среды было выявлено сильное влияние воздействия сильных катастрофических землетрясений с М > 7.0, удаленных на расстояние до 7000 км [12, 13].
ВЛИЯНИЕ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ С М > 7.0 НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СРЕДЫ УДАЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
В работах [6, 11-13] показано, что в результате воздействия катастрофического Суматранского землетрясения (26.12.2004 г., М = 9.0), которое сопровождалось цунами, показатель напряженного состояния среды Б для Кавминводского полигона (удаленность от эпицентра катастрофического землетрясения около 7000 км) резко возрос (см. рис. 1). Аналогичное явление отмечалось и после регистрации других катастрофических событий, которые произошли на земном шаре в период 2004-2006 гг. После всех катастрофических далеких землетрясений кардинально изменялись схемы распределения величины показателя анизотропности с по площади сети наблюдений Кав-минводского полигона [11, 12]. Рассчитанный по этим схемам показатель степени напряженного состояния среды Б после каждого из катастрофических землетрясений резко увеличивался (см. рис. 1). В результате усиления напряженного состояния среды после каждого из катастрофических землетрясений в радиусе до 300 км от центра сети Кавминводского полигона зафиксировано усиление местной сейсмической активности с магнитудами М > 4.3 [12, 13]. Данный факт позволяет говорить о наведенной сейсмичности [3, 4].
0
♦^•s» 2 ------- 2 * 3 4 ty 5 \ 6
Рис. 1. Общая зависимость S(t) за весь период мониторинга 1995-2006 гг.: 1 - зависимость S(t); 2 - средний уровень значений параметра S; местные землетрясения с 3 - М = 4.3-4.8, 4 - М = 4.9-5.1; 5 - Северо-Кавказское землетрясение (6.02.06 г., М=5.9) и его афтершок (М = 5.1); 6 - время проявления далеких катастрофических землетрясений: о-в Суматра - 00 час 58 мин 26.12.04 г., 16 ч 18 мин 28.03.05 г., 3 ч 54 мин 8.10.05 г.; о-в Ява - 8 ч 19 мин 17.07.06 г.
Отмечено, что в интервале наблюдений 19952002 гг. и 2004-2006 гг. существенно различались средний уровень значений S(t) и количество местных землетрясений с М > 4.3, произошедших в радиусе 250...300 км от центра сети станций. Было сделано предположение, что на напряженное состояние среды полигона кроме местных тектонических процессов воздействуют процессы, связанные с глобальной сейсмичностью Земли [11-13]. Встал вопрос, можно ли предсказать сильное местное землетрясение на фоне наведенных процессов? Как подготовка этого землетрясения проявляется в разных геофизических полях?
ПРОЯВЛЕНИЕ КРИТЕРИЕВ СРЕДНЕСРОЧНОГО ПРОГНОЗА ПРИ ПОДГОТОВКЕ СИЛЬНОГО МЕСТНОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ НА ФОНЕ НАВЕДЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
В 150 км к югу от сети Кавминводского полигона (район Дзирульского массива) 6.02.2006 г. произошло сильное сейсмическое событие - Северо-Кавказское землетрясение (С-Кз), магнитуда которого по каталогам Кавминводской сети (сеть ИФЗ РАН) составила М = 5.9, а по каталогам IRIS - М=5.2. Это землетрясение сопровождалось большим количеством афтершоков, сформировавшим очаговую область (рис. 2). Среди афтер-шоков достаточно много событий с магнитудой М > 4.1, особенно в первые два дня после основного толчка.
Начиная с 30.01.06 г., наметилась тенденция распространения области высоких значений с в южную часть полигона (рис. 3д), и сразу после
Рис. 2. Характер сейсмичности в радиусе 300 км от центра Кавминводской сети с 6.02.06 г. по 11.07.06 г.: 1 - пункты наблюдения Кавминводской сети и пункта Кармадон; 2 - очаговая область Северо-Кавказского землетрясения; 3 - местные землетрясения с 3.0 < М < 5.0; 4 - эпицентры Северо-Кавказского землетрясения и его афтершока.
8.10.0511.10.05
0 20 40 60 км
0 20 40 60
20.10.0502.11.05
10.11.0527.11.05
22.12.0523.01.06
О 20 40 60 км
30.01.065.02.06
6.02.0629.03.06
30.03.0619.04.06
20 40 60
20.04.0616.05.06
18.05.0620.06.06
21.06.0616.07.06
О 20 40 60
Северо-Кавказское землетрясение 4-07 6.02.06
Катастрофические землетрясения в Пакистане (3-54 8.10.05)
Пункты наблюдения ^^ Кавминводского полигона
20 40 60
-0.4 0.4 0.8 1.2 1.6
2.4 2.8 3.2
Рис. 3. Схемы распределения показателя анизотропности у по площади сети Кавминводского полигона в разные интервалы наблюдения до и после Северо-Кавказского землетрясения.
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.