ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 1, с. 70-87
УДК 550.34
ВРЕМЕННОЙ РЕЖИМ МИКРОЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА ГАРМСКОМ ПОЛИГОНЕ
© 2004 г. А. В. Дещеревский, В. И. Журавлёв
Институт физики Земли им. Г.А. Гамбурцева РАН, г. Москва Поступила в редакцию 23.05.2002 г.
Анализируются свойства временных рядов суточных чисел микроземлетрясений (М < 1), зарегистрированных сейсмостанциями Гармского полигона. Каждое значение ряда - количество слабых землетрясений, произошедших за сутки в непосредственной близости от сейсмической станции. Для всех рассмотренных рядов функция распределения резко асимметрична. Предложены алгебраические преобразования, нормализующие функцию распределения.
На большинстве Фурье-спектров исходных и модифицированных рядов чисел микроземлетрясений уверенно выделяется годовой период. С разной долей надежности на некоторых станциях выделяются периоды 6, 9, 4-4.5 месяцев. Сезонная составляющая значительно интенсивнее, чем на спектрах рядов чисел сейсмических событий общего каталога землетрясений. Достоверность годовой периодичности подтверждается анализом по методу периодограмм (модифицированная схема Бюй-Бало). Кривые сезонного хода сейсмической эмиссии имеют сложный вид и заметно отличаются от отрезка синуса. Временные сдвиги между сезонными ходами на различных станциях не превышают 1-2 мес. и в целом можно говорить о высокой когерентности сезонного хода в пределах полигона. Рассматривается возможность представления рядов чисел землетрясений в виде комбинации сезонной и остаточной компонент, вторая из которых обладает явными скейлинговыми свойствами. Анализ корреляционных функций указывает на существование отличных от сезонных факторов общих причин, вызывающих появление микроземлетрясений на разных станциях.
ВВЕДЕНИЕ
Сейсмические события, данные о которых заносятся в сейсмические каталоги, представляют собой только определенный энергетический срез явлений, связанных с разрушением среды. При уменьшении энергии процесс разрушения находит свое отражение в виде излучаемых средой акустических шумов. Между акустическими шумами и документируемыми в каталогах землетрясениями лежат сейсмические события с малой энергией. В силу их слабости регистрация излученных очагом волн возможна лишь на небольшом числе сейсмических станций, чаще всего одной или двух станциях.
Вследствие малой энергии временной режим появления этих событий, их статистические характеристики, чувствительность к воздействию экзогенных и эндогенных факторов могут отличаться от таковых для более сильных землетрясений, включаемых в общий каталог. Однако до сих пор изучение слабейших землетрясений, или микроземлетрясений, существенно сдерживалось как недостатком фактического экспериментального материала, так и тем обстоятельством, что основное внимание сейсмологов уделялось изучению более сильных землетрясений. На станциях регулярной сейсмической службы характеристики микроземлетрясений, как правило, не определялись, не ставилось и целенаправленных экспериментов по их изучению.
Одно из первых систематических исследований в этом направлении было предпринято на Гармском геофизическом полигоне, где на 15 станциях ежедневно в течение более чем 10 лет определялось суммарное суточное количество микроземлетрясений, зарегистрированных данной станцией [Си-дорин, 1990]. Координаты этих событий при обработке не определялись, данные представлялись в виде временных рядов суточных чисел микроземлетрясений. В результате накоплен обширнейший материал, уникальный по объему, продолжительности и регулярности наблюдений. Основная цель настоящей работы - исследование структуры полученных рядов чисел слабых сейсмических событий.
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
При анализе сейсмограмм довольно часто наблюдаются относительно слабые сейсмические события, регистрируемые только одной станцией или несколькими, но так, что общее число станций недостаточно для надежного определения параметров гипоцентра. Ниже мы будем называть такие события, не попавшие в общий сейсмический каталог, микроземлетрясениями. Впервые термин "микроземлетрясение" появился, по-видимому, при изучении афтершоковых последовательностей [Слабые..., 1961; Ши, 1962; 1969; 1970; Уаша8Ыпа й
al., 1980; Lovell et. al., 1987; Mangao, 1991 и др.]. Следует отметить, что термин "микроземлетрясение" в литературе довольно расплывчат и нет общепринятого мнения, события какого энергетического класса следует считать микроземлетрясениями. Очевидно, это зависит от общей активности изучаемого региона, плотности сейсмической сети и уровня шумов, то есть параметров, определяющих возможность надежной регистрации сейсмического события.
Несмотря на достаточно большое количество работ, посвященных микроземлетрясениям, их пространственно-временной режим почти не изучался. Период наблюдения микроземлетрясений в каждой конкретной области обычно очень короток, общее число зарегистрированных событий редко достигало 1000, а исследование посвящено в основном анализу сейсмограмм или пространственного положения гипоцентров [Ben-Menahem, Aboodi, 1981; Ouchi, Kawakami, 1989; Brune et al., 1992; Ha-segawa, Yamamoto, 1993; Sato et al., 1994 и др.].
Лишь в отдельных работах анализируются временные вариации режима микроземлетрясений на сколько-нибудь большом временном промежутке. Так, в работе [Poley et al., 1987] рассматривается пятилетняя история событий с магнитудой 1.5. Т. Тсукуда [Tsukuda, 1977] анализирует ряд слабых землетрясений длительностью около 4-5 лет, насчитывающий несколько десятков событий.
Кратковременность периода наблюдений позволяла авторам анализировать только достаточно короткие периоды. Типичный пример - работа [Yamashina et al., 1980], автору которой удалось выделить регулярные периоды порядка 20 ч и даже провести сопоставление микросейсмической активности с колебаниями уровня моря.
Другая проблема, обусловленная недостаточной статистикой имеющихся данных, связана с трудностью построения временных рядов с эквидистантным опросом во времени. Наличие таких рядов могло бы существенно упростить технику анализа временного режима активности микроземлетрясений и его сопоставления с вариациями других геофизических параметров. Однако для перехода к эквидистантным рядам с приемлемыми свойствами необходимо выделять достаточно длительные дискреты, насчитывающие десятки и более событий. К сожалению, имеющиеся у большинства авторов наблюдения позволяют строить эквидистантные временные ряды длиной всего несколько десятков точек.
В силу упомянутых причин в литературе пока не рассматривались достаточно длительные ряды чисел микроземлетрясений и функции их распределений. Таким образом, описание временного режима активности микроземлетрясений и его сопоставление с режимом вариаций других геофизических параметров представляет несомненный интерес, но
базой для такого исследования может быть только достаточно представительный каталог, содержащий данные о тысячах и десятках тысяч событий.
На Гармском полигоне (рис. 1) данные о микроземлетрясениях накапливались двумя способами:
1) строились ряды суточных чисел событий, занесенных в станционные бюллетени, но не вошедших в основной каталог [Сидорин, 1990; 1991]. Первичная обработка сейсмограмм выполнялась непосредственно на сейсмических станциях. В станционный бюллетень заносилась информация о дате, временах первых вступлений и максимальных амплитудах Р- и 5-волн. При этом сотрудники станции не знали, зарегистрировано то или иное событие другими станциями или нет. Станционные бюллетени передавались в центр, где они вводились в компьютер и обрабатывались. Если после выполнения стандартных процедур контроля опечаток, грубых ошибок измерений и записи, и т.п. выяснялось, что некоторое событие зарегистрировано менее чем тремя станциями, то оно считалось микроземлетрясением. Микроземлетрясения, зарегистрированные каждой станцией за сутки, суммировались, и строились временные ряды, показывающие динамику суточных чисел микроземлетрясений на каждой станции. Этот материал обрабатывался, в частности, Б.Г. Рулевым [1991 и др.];
2) строились ряды суточных чисел событий, не попавших в станционные бюллетени. В дополнение к описанной выше процедуре обработки сейсмограмм наблюдатели на сейсмических станциях подсчитывали количество слабых близких событий, для которых разница была меньше 2 с, а также количество событий, для которых разницу г<—гР определить не удалось, но по общему виду записей было ясно, что данное событие произошло недалеко от станции. Таким образом, уже на этапе построения второго каталога микроземлетрясений из него исключалось большинство далеких относительно слабых событий (например, афганских) и все близкие, но достаточно сильные события.
В данной работе рассматриваются только ряды чисел слабых землетрясений, сформированные вторым из описанных способов. Магнитуда этих событий, как правило, лежит в диапазоне -1.5 < М < < +0.5. (Диапазон магнитуд может несколько отличаться для разных станций.) Координаты и времена в очаге для них точно не известны, однако с достаточной определенностью можно утверждать, что все они происходили непосредственно в районе зарегистрировавшей их станции, а время в очаге близко ко времени регистрации на станции. Поскольку пространственное распределение сейсмических событий сильно неоднородно, зона чувствительности событий на каждой станции имеет достаточно сложную форму и различна от станции к станции.
Рис. 1. Схема Гармского полигона и расположение сейсмических станций согласно [Лукк, Юнга, 1988]. 1 - Дарваз-Кара-кульский разрыв; 2 - Гиссаро-кокшаальский разрыв; 3 - основные зоны надвигов; 4 - основные крутопадающие разрывные зоны; 5 - границы внутренне однородных по напряженно-деформированному состоянию участков земной коры; 6 - речная сеть; 7 - сейсмические станции.
Очень грубую оценку энергии изучаемых событий можно сделать с учетом графика повторяемости. За указанный период времени, по данным общего каталога, на полигоне было зарегистрировано около 5200 событий с энергетическим классом К = 7-8, 11000 событий с К = 6-7. Так как чувствительность сети оказывается меньше для самых
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.