научная статья по теме ВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИЛИВНОГО ОТКЛИКА СРЕДЫ ПЕРЕД ВЕЛИКИМ ЯПОНСКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ ПО ДАННЫМ БЛИЖАЙШИХ К ОЧАГУ СЕЙСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИЛИВНОГО ОТКЛИКА СРЕДЫ ПЕРЕД ВЕЛИКИМ ЯПОНСКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ ПО ДАННЫМ БЛИЖАЙШИХ К ОЧАГУ СЕЙСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № 3, с. 85-88

УДК 550.31

ВРЕМЕННЫ Е ИЗМЕНЕНИЯ ПРИЛИВНОГО ОТКЛИКА СРЕДЫ ПЕРЕД ВЕЛИКИМ ЯПОНСКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ ПО ДАННЫМ БЛИЖАЙШИХ К ОЧАГУ СЕЙСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

© 2015 г. М. С. Молоденский

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва E-mail: molodenskiy@mail.ru Поступила в редакцию 17.12.2014 г.

Рассмотрены временные изменения приливного отклика среды перед великим японским землетрясением по данным ближайших к очагу сейсмических станций сети F-net. По данным горизонтальных маятников станции, регистрирующих наклоны в северном направлении, обнаружен линейный рост амплитуд приливных наклонов (связанный с изменением упругих модулей при накоплении тектонических напряжений) и последующее резкое уменьшение амплитуд наклонов (связанное со сбросом напряжений после землетрясения).

DOI: 10.7868/S0002333715030114

ВВЕДЕНИЕ

Идея о возможности мониторинга временных изменений упругих модулей среды по изменениям приливного отклика среды принадлежит Беа-монту и Бергеру [Beaumont, Berger, 1974], впервые проведшим теоретический расчет приливных амплитуд для простейших двумерных моделей в горизонтально неоднородной среде и показавшим, что в областях, близких к очагу, относительные изменения приливного отклика — величины того же порядка, что и относительные изменения упругих модулей.

В работах [Молоденский Д.С., Молоденский М.С., 2012] был разработан корреляционный метод определения изменения приливного отклика среды во времени, позволивший повысить разрешающую способность стандартных методов скользящего спектрального анализа примерно на порядок. Были проведены детальные численные расчеты эффектов горизонтальных неоднородно-стей среды для реальных моделей среды с различными видами включений. В работе [Молоденский М.С., Молоденский С.М., 2015] было проведено исследование временных изменений приливного отклика среды в сейсмически активных и неактивных регионах. Полученные результаты показали наличие связи между отклонением приливного сигнала от теоретической функции и накоплением напряжений на тектонических разломах.

Целью данной работы было подтвердить предположение о том, что влияние роста напряжения на разломе перед землетрясением на приливный

отклик среды может превышать погрешности определения амплитуды приливного отклика, которые составляют около 0.5% [Молоденский М.С., Молоденский Д.С., 2012]. Для этого был проведен анализ данных с горизонтального маятника, регистрирующего приливный наклон вблизи эпицентра великого японского землетрясения 11 марта 2011 года за 4 года. Использовались данные о наклонах в северном направлении (канал ЬИМ со станции Тоноя-масаки (ТУВ), расположенной примерно в 150 км на северо-западе от эпицентра землетрясения 11 марта

2011 года (рис. 1). Глубина шахты сейсмической станции Тоноямасаки составляет 50 метров в гранитной породе. Исследовалось изменение во времени лунной компоненты сигнала для исключения влияния на показания приборов атмосферного давления и термоупругих деформаций станции, связанных с нагревом от солнца. Статистический анализ данных наблюдений и сравнение наблюденных и теоретических данных осуществлялось на интервале времени от 1 января 2008 до 1 января

2012 года. При вычислении амплитуды приливных наклонов высокочастотные и высокоамплитудные сейсмические импульсы не учитывались. Пробел в сигнале наибольшей длительности произошел сразу после великого японского землетрясения из-за потери питания, его длительность составила 33 часа, на этом участке времени отклонение амплитуды приливных наклонов от теоретической кривой принималось равным нулю. Остальные случаи потери данных из-за сбоев логгера происходили несколько раз за год, длительность сбоев составляла

86

МОЛОДЕНСКИЙ

Рис. 1. Карта сейсмических станций региона Тохоку, использовались данные со станции Тоноямасаки (1^5).

несколько минут, сигнал на этих промежутках времени был заменен на теоретические данные.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В соответствии с моделью приливных деформаций слабо неоднородной упругой среды [Молоден-ский М.С., Молоденский Д.С., 2012] в окрестности региона Тохоку может наблюдаться значительное изменение амплитуды приливных наклонов земной поверхности перед великим японским землетрясением. На рис. 2 приведены результаты описанного в работе [Молоденский Д.С., Молоденский М.С.] статистического анализа временных изменений наблюденного приливного отклика среды по данным с сейсмической станции Тоноя-масаки. Амплитуда лунной компоненты прилива вычислялась на равных промежутках времени

длительностью 1/3 года или 2922 часа. На графике наблюдается значительный рост амплитуды лунной компоненты приливных наклонов на 1.8% в течение 2008 года и на 0.5% в течение 2009 года. Убывание лунной компоненты приливных наклонов в середине 2009 года может быть результатом двух землетрясений: 9 августа 2009 года с магниту-дой Мм = 7, и 11 августа 2009 с Мм = 6.6. Эпицентры обоих землетрясений 2009 г. находились на одном разломе, в 700 км на юго-запад от станции ТУ8, поэтому суммарно могли значительно повлиять на напряжения среды вблизи станции. К концу 2010 г. амплитуда лунной компоненты выросла на 3.9% относительно среднего значением за 4 года, что является признаком значительного роста приливного отклика. В качестве сравнения можно привести изменение амплитуды лунной компоненты на станции ERM (остров Хоккайдо), которое за весь

ВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИЛИВНОГО ОТКЛИКА СРЕДЫ

лт

1.04

1.03

1.02

1.01

1.00

0.99

0.98

0.97

0.96

0.95

0.94 01

11.03.2011

01.2008

01.01.2009

01.01.2010

01.01.2011

01.01.2012

Рис. 2 Изменение во времени отношения лунной амплитуды Ат к среднему значению лунной амплитуды прилива за четыре года Ат по данным с 01 января 2008 по 01 января 2012 года на станции TYS с шагом в 1/3 года (2922 часа). Вертикальной чертой отмечен момент землетрясения 11 марта 2011 года.

2010 г. составило не более 1% [Молоденский М.С., Молоденский С.М., 2015]. Представленные на рисунке изменения приливных амплитуд могут быть связаны с процессом накопления напряжения вблизи эпицентра великого японского землетрясения. На интервале времени с 1 января 2011 по 1 мая 2011 года (рис. 2) среднее значение амплитуды приливных наклонов уменьшается на 2.1%, это связано с тем, что значительная часть этого интервала приходится на вторую половину марта и апрель, когда на разломе уже произошла разгрузка напряжений после землетрясения. На следующем интервале с 01 мая по 01 сентября 2011 года, амплитуда лунной приливной компоненты скачкообразно уменьшается на 7% в результате разгрузки напряжений. К концу 2011 года происходит дальнейший спад приливной амплитуды, связанный с дополнительной разгрузкой напряжения среды вблизи разлома, предположительно в результате серии афтер-шоков, а также в связи с эффектами реологии среды [Молоденский М.С., 2014].

Для более точного определения времени максимального значения напряжения на разломе вблизи станции Тоноямасаки была построена зависимость от времени приливной амплитуды лунной компо-

ненты прилива с меньшим шагом по времени, равным 1/6 года (рис. 3). На рис. 3 также наблюдается рост лунной компоненты приливных наклонов в течение трех лет, предшествующих землетрясению Тохоку 2011 года. Скачкообразные изменения приливного отклика среды в 2009 и 2010 годах могут быть связаны с серией форшоков вблизи станции, а также землетрясений с эпицентром на расстоянии в несколько сотен километров от сейсмической станции Тоноямасаки, вызывающих локальное изменение напряжений среды. В первые два месяца 2011 г. лунная амплитуда достигает критического значения, выше усредненной за четыре года величины на 7%, что в несколько раз превышает максимальное изменение лунной амплитуды на других сейсмических станциях, расположенных на значительном удалении от эпицентра (о. Хоккайдо) и в сейсмически неактивных регионах. После 11 марта 2011 года происходит резкое уменьшение амплитуды лунной компоненты приливных наклонов на 10.7% в результате уменьшения напряжений среды вблизи сейсмической станции.

88

МОЛОДЕНСКИЙ

Am

Am 11.03.2011 1.08-

1.06 -

1.04 -

1.02 -

1.00 -

0.98 -0.96 -

0.94 -

01.01.2008 01.01.2009 01.01.2010 01.01.2011 01.01.2012

Рис. 3 Изменение во времени отношения лунной амплитуды Ат к среднему значению лунной амплитуды прилива за четыре года Ат по данным с 01 января 2008 по 01 января 2012 года на станции ТУВ с шагом в 1/6 года (1461 часа). Вертикальной чертой отмечен момент землетрясения 11 марта 2011 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По данным горизонтальных маятников станции Тоноямасаки (ТУВ), регистрирующих наклоны в северном направлении (канал ЬИМ), обнаружен линейный рост амплитуд приливных наклонов, связанный с изменением упругих модулей при накоплении тектонических напряжений, и последующее резкое уменьшение амплитуд наклонов, связанное со сбросом напряжений. Постоянный мониторинг данных об изменениях приливного отклика среды с использованием сети многочисленных и непрерывно работающих сейсмических станций представляет эффективный метод определения временных изменений упругих модулей и связанных с ними изменений тектонических напряжений в сейсмоактивных областях.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (научный проект № 13-05-01079).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Молоденский Д.С., Молоденский М.С. О временных изменениях приливного отклика среды в окрестностях очагов катастрофических землетрясений // Физика Земли. 2012. № 11. С. 56-58.

Молоденский М.С., Молоденский С.М. Сравнение временных изменений приливного отклика среды в сейсмически активных и неактивных регионах // Физика Земли. 2015. № 1. С. 63-72.

Молоденский М.С. Учет реологии среды при решении обратной задачи моделирования тектонического разлома по данным GPS-наблюдений // Сейсмические приборы. 2014. № 4. C. 15-26.

Beaumont C., Berger J. Earthquake Prediction: Modification of the Earth Tide tilts and Strains by Dilatancy // Geo-phys. J. R. astron. Soc. 1974. V. 39. P. 111-121.

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

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»