ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2011, № 2, с. 60-75
УДК 550.34
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ СУТОЧНОЙ ПЕРИОДИЧНОСТИ СЛАБЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ НА КАМЧАТКЕ
© 2011 г. В. А. Гаврилов1, В. И. Журавлев2, Ю. В. Морозова1
1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9, e-mail: vgavr@kscnet.ru 2 Институт физики Земли РАН 123995 Москва, ул. Большая Грузинская, 10, e-mail: vzhtvertsa@mtu-net.ru Поступила в редакцию 26.03. 2010 г.
Выявлена суточная периодичность слабых (К < 8.0) землетрясений Камчатки с максимумом в ночное время. При этом указанный эффект оказался присущим не всей исследовавшейся территории, а лишь некоторым зонам. Показано отсутствие влияния на полученные результаты факторов антропогенного происхождения и метеофакторов. Предложено объяснение физических причин эффекта, согласно которому суточная периодичность слабых землетрясений может быть обусловлена воздействием на геосреду естественного электромагнитного излучения сверхнизкочастотного диапазона. Указывается на связь этого эффекта с ранее выявленным эффектом модулирующего воздействия естественного электромагнитного излучения на интенсивность геоакустической эмиссии горных пород.
ВВЕДЕНИЕ
История вопроса о суточной периодичности слабых землетрясений с максимумом в ночное время насчитывает более 100 лет [Davison, 1893, 1896; Knott, 1908; Schuster, 1897]. Среди исследований более позднего периода, в первую очередь, можно указать на работу [Shimshoni, 1971], в которой на основе анализа более 15000 землетрясений с M > 2.0 показывалось, что число землетрясений, произошедших в ночное время, примерно на 17% превышает число землетрясений, зарегистрированных в дневное время.
В качестве примера публикации последних лет, посвященной этой теме, можно привести работу [Иванов-Холодный и др., 2004], где проведен статистический анализ около 360000 землетрясений мира с магнитудами М = 2.9—4.9 за 1973—2003 гг. Показывается, что эффект суточного хода числа землетрясений с максимумом около полуночи и минимумом около полудня по местному времени безусловно имеет место (рис. 1) и носит при этом общепланетарный характер. При этом указывается, что физический механизм эффекта не ясен. Среди возможных причин наблюдаемого эффекта отвергаются приливные воздействия, поскольку временные ряды слабых землетрясений практически не содержат полусуточной компоненты и не зависят от географической широты. К маловероятной, хотя и не полностью исключенной причине, авторы указанной публикации относят возможное влияние помех антропогенного характера, следствием чего могло быть меньшее число распознаваемых слабых
землетрясений, произошедших в дневное время. Выводы:, сделанные в указанной статье, в значительной мере отражают мнение достаточно большого числа авторов других публикаций, посвященных эффекту суточного хода числа слабых землетрясений.
Действительно, к настоящему времени в подавляющем числе работ признается наличие такого эффекта. Однако в отношении физических причин эффекта мнения разделяются. Часть исследователей считает, что эффект ночного максимума в суточной периодичности землетрясений обусловлен причинами экзогенного характера. Например в [Дещерев-ская, Сидорин, 2004], эффект суточной периодичности землетрясений, зарегистрированных на Гарм-ском геофизическом полигоне, авторы связывают с увеличением ветровых помех в дневное время суток. В ряде публикаций в числе возможных причин суточной периодичности землетрясений указывается влияние промышленной деятельности [Зотов, 2007]. Авторы работ [АоЫ et а1., 1997; Тюпкин, 2002; Моргунов и др., 2005; Юрков, Гиттис, 2005] связывают указанный эффект с влиянием лунно-солнечных приливов. Противоположное мнение относительно этой гипотезы отражено в [Яуёе1ек et а1., 1992; Tsuruoka et а1., 1995; Шак et а1., 1998].
В настоящей работе авторы сделали попытку получить ответы на наиболее важные вопросы, связанные с эффектом суточной периодичности, в приложении к Камчатскому региону: имеет ли место такой эффект для камчатских землетрясений и каковы возможные физические причины эффекта (при его наличии).
34500 г
« 34000
£ 33500
| 33000
§ 32500
5 32000 -
§ 31500 ^ 31000
5
30500 -_ 30000 -& 29500 -29000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ш— местное время
Рис. 1. Зависимость числа землетрясений от местного времени для землетрясений с М = 2.9—4.9 в глобальной сейсмичности Земли [Иванов-Холодный и др., 2004].
РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЙ
Камчатский регион относится к одному из самых сейсмоактивных районов мира, где среднегодовое (за 42 года) значение выделяющейся сейсмической энергии составляет 6.2 • 1014 Дж [Салтыков, Кравченко, 2004]. При этом более 70% сейсмической энергии выделяется в Камчатской сейсмофокальной зоне — в зоне субдукции Тихоокеанской плиты под Охото-морскую, где происходит около 70% всех сейсмических событий энергетических классов К > 8.6. (В этом случае и далее для энергетической классификации землетрясений используются классы К5 по шкале С.А. Федотова [1972]). Гипоцентры основной части событий (около 80%) располагаются на глубинах 0—70 км [Левина и др., 2008].
Для решения основной задачи работы — анализа суточной периодичности слабых землетрясений — использовались окончательные данные регионального каталога землетрясений Камчатки и Командорских островов Камчатского филиала Геофизической службы РАН (КФ ГС РАН) за период с 1 января 1998 г. по 31 декабря 2006 г. для территории с координатами 51.0°—58.5°:Ы; 156.0°-165.0°Е. Данные каталога не подвергались чистке от афтершоков. За указанный период на изучавшейся территории было зарегистрировано 37792 землетрясения, из них 14756 — землетрясения классов К < 7.0. Карта эпицентров указанных землетрясений представлена на рис. 2а. Схема размещения станций Камчатской сейсмометрической сети с контурами надежной регистрации землетрясений приведена на рис. 2б.
Результаты обработки данных по слабым сейсмическим событиям сравнивались с результатами непрерывных скважинных геоакустических измерений, проводимых с августа 2000 г. на базе скв. Г-1 (53.05°М; 158.63°Е), расположенной в районе г. Петропавловска-Камчатского [Гаврилов и др., 2006;
Gavrilov е! а1., 2008]. Скважина имеет глубину 2542 м, заполнена водой и обсажена на всю глубину. Для геоакустических измерений использовался трехком-понентный геофон с датчиками на основе магнито-упругих кристаллических ферромагнетиков [Беляков, 2000], установленный на глубине 1035 м. Сигнал на выходе каждого датчика разделялся полосовыми третьоктавными фильтрами на четыре частотные полосы с центральными частотами 30, 160, 560 и 1200 Гц с получением на выходах каждого из фильтров сигнала, пропорционального среднему значению входного сигнала с усреднением на одноминутном интервале. Как показано в [Гаврилов и др., 2006], установка геофона на достаточно большой глубине позволила снизить влияние шумов техногенного происхождения более чем на два порядка и измерять уровень естественного геоакустического фона с амплитудами сигналов в пересчете к смещению грунта менее 1 • 10-10 м. Согласно полученным результатам, на интервалах времени, соответствующих спокойной сейсмической обстановке в регионе, временные ряды уровня геоакустической эмиссии (ГАЭ) в полосах фильтрации 30 Гц и 160 Гц содержат ярко выраженную суточную компоненту (24.0 час) с максимумом в ночное время суток. При этом времена переходов от минимальных значений среднего уровня ГАЭ к максимальным и наоборот соответствуют временам прохождения линии терминатора (временам захода и восхода Солнца) для пункта наблюдений (рис. 3а). В наибольшей степени суточный ход ГАЭ проявлялся на каналах вертикальной компоненты геофона с центральными частотами фильтров 30 Гц и 160 Гц [Гаврилов и др., 2006].
Суточная периодичность изменений уровня ГАЭ четко проявляется и в спектрах вариаций уровня ГАЭ на каналах 30 Гц и 160 Гц (см. рис. 3б). (Фактически здесь и далее в тексте статьи речь идет о периодограммах, а не о спектрах. Например, говорится о
152° 155°
158° 161°
164° 167°
152° 155° 158° 161° 164° 167°
58°
56°
54°
52°
50°
1 2 3
Рис. 2. Карта эпицентров землетрясений Камчатки с Кф68 < 7.0 за 1998—2006 гг., произошедших в зоне с координатами
51.0°—58.5°^ 156.0°—165.0°Е (по данным регионального каталога землетрясений Камчатки и Командорских островов) (а); Схема размещения станций Камчатской сейсмометрической сети с контурами надежной регистрации землетрясений (б). 1 — эпицентры землетрясений с К < 7.0, произошедших с 01.01.1998 г. по 31.12.2006 г.; 2 — ось Камчатского вулканического пояса; 3 — ось глубоководного желоба, 4 — сейсмическая станция, 5 — изолиния Ктщ.
.08.2002г. 04.08.2002г
200 -
180
05.08.2002г.
06.08.2002г.
160 -
140
Ъ, 160 Гц
1МчУ1Л)
ид
I, ч
В
о
500
400
300
200
100
24.0 ч
Ъ,160 Гц
7 сут.
12.0 ч
1000000 100000 10000 1000 ^ с
Рис. 3. Пример суточных вариаций (а) и спектра (б) уровня ГАЭ по данным регистрации на глубине 1035 м в скв. Г-1. Вертикальная компонента Ъ, канал 160 Гц. По оси абсцисс для графиков суточного хода — местное время (+11 ч по сравнению с Гринвичским временем).
0
24-часовой компоненте, а не о частоте 1.157 • 10-5 Гц. Термин "спектр" используется авторами как более привычный для большинства читателей без ущерба для смысла полученных результатов).
Следует пояснить, что выделяющаяся на рис. 3 спектральная компонента 12.0 час является второй
гармоникой 24-часовой компоненты. Своим происхождением она обязана большой крутизне фронтов суточных вариаций уровня ГАЭ. Уровень спектральной компоненты с периодом семь суток, характерной для шумов антропогенного происхождения, для вертикальной компоненты ГАЭ на канале 30 Гц
примерно вдвое превышает уровень шумов [Гаври-лов и др., 2006]. Для канала 160 Гц уровень семису-точной компоненты не превышает уровня шумов (см. рис. 3б).
МЕТОДЫ АНАЛИЗА ДАННЫХ
Для выделения суточной периодичности слабых землетрясений использовался ряд методических приемов, часть из которых описана в [Журавлев, Си-дорин, 2005а, б, 2006; Журавлев, 2006]. Для надежного выделения суточн
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.