УДК 550.34551.248.2
АФТЕРШОКОВЫЙ ПРОЦЕСС ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 21.02.2008 г. В ПРОЛИВЕ СТУР-ФИОРД (АРХИПЕЛАГ ШПИЦБЕРГЕН)
© 2013 г. С. В. Баранов
Кольский филиал Геофизической службы РАН 184209 Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, 14, e-mail: bars.vl@gmail.com Поступила в редакцию 11.03.2011 г.
В работе рассматривается афтершоковый процесс сильнейшего за всю историю инструментальных наблюдений на шельфе Западной Арктики землетрясения с Mw = 6.1, произошедшего 21.02.2008 г. в проливе Стур-фиорд архипелага Шпицберген. На основе моделирования афтершоковой последовательности при помощи релаксационных моделей и ETAS-модели было установлено, что афтершоковый процесс является комбинацией двух подпроцессов — релаксационного и триггерного. Выдвигается гипотеза о связи сейсмичности с нарушением флюидодинамического равновесия в толще морского дна в проливе Стур-фиорд.
DOI: 10.7868/S0203030613030024
ВВЕДЕНИЕ
21 февраля 2008 г. в 02:46:17.6 UT в проливе Стур-фиорд архипелага Шпицберген произошло сильнейшее за всю историю инструментальных наблюдений на шельфе Баренцева моря землетрясение с Mw = 6.1. Землетрясение инициировало афтершоковый процесс, интенсивность которого в первые дни достигала более 950 событий в сутки. По состоянию на ноябрь 2010 г. афтершоки продолжают происходить.
Афтершоковые серии такой интенсивности и длительности во внутриплитовых обстановках очень редки. Например, известны подобные явления в пределах Западно-Европейской платформы в Богемии (Чехия). В 1994 г. здесь было зарегистрировано не менее 500 землетрясений с ML > 2.2 [Weise et al., 2001]; в 1997 г. — более чем 1600 землетрясений c магнитудами меньше 3 [Spichak, Ho-ralek, 2001]; в 2000 г. — более 10000 землетрясений с положительными магнитудами [Klinge et al., 2003]. Значительно чаще такие процессы происходят в зонах трансформных разломов. Например, в южной Калифорнии (США) в 1975 г. в течение 8 суток наблюдался рой из 264 землетрясений с магнитудами меньше 4.7 [Johnson, Hadley, 1976]. В том же самом месте в 2005 г. сейсмичность была выше фонового значения в течение 3 суток (максимальная магнитуда 5.9) [Lohman, McGuire, 2007]. В 2000 г. в районе Галапагосских островов в течение 12 часов произошло более 1000 землетрясений с магнитудами меньше 5.9 [Dziewonski et al., 2003].
Цель работы — исследование афтершокового процесса землетрясения 21.02.2008 с Mw = 6.1
(МЬ = 6) в Стур-фиорде на основе статистических моделей сейсмичности. Задачи исследования: 1) дать краткую характеристику геолого-тектонической обстановки и сейсмичности района Шпицбергена; 2) рассмотреть специфику моделирования афтершоковых процессов; 3) привести методику оценивания и сравнения моделей аф-тершоковых процессов; 4) оценить параметры моделей, определить тип афтершокового процесса в Стур-фиорде и выбрать лучшую модель с помощью информационных критериев; 5) выполнить имитационное моделирование и установить способность выбранной модели к прогнозированию временного развития афтершокового процесса в Стур-фиорде; 6) обсудить результаты моделирования, выявить специфику афтершокового процесса и выдвинуть гипотезу сейсмичности в проливе Стур-фиорд.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГО-ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И СЕЙСМИЧНОСТЬ РЕГИОНА
Район архипелага Шпицберген в геолого-тектоническом плане представляет собой пассивную окраину Евразийской плиты, граничащую с зонами ультрамедленного спрединга в областях молодого океанообразования в Северной Атлантике (хребты Книповича, Мона, Шпицбергенская зона разломов (ШЗР)) и Северном Ледовитом океане (хребет Гаккеля).
Основная масса ощутимых землетрясений тектонической природы локализована вдоль хребтов Мона, Книповича и Гаккеля, а также во впадине Моллой. Центральные области Баренцевоморско-
(а)
(б)
75°
72° -
ХР. МОНА ^
W ШЛ ■ ^SPI PIJ^l
о. З ТТТ,- Г ападный 1976/01/18 О о. Эдж / \ 9 2008/02/21 * о jp 2003/07/04
ицберген
г
78°30'
- 78°00'
77°30'
- 77°00'
76°30'
J- 76°00'
10°
20°
30°
15°
18°
21°
0
о
mb: - 5 - 5.5 - 5.9 - 2 - 3
н - 1
Рис. 1. Сейсмотектоническая обстановка в районе Шпицбергена по данным ISC. а — сейсмогенные зоны района Шпицбергена и землетрясения с mb ^ 5 (1 — голоценовый вулкан Сверре); б — землетрясения c mb > 5, произошедшие на континентальной окраине в районе пролива Стур-фиорд и желоба Зюйдкапп (2 — сейсмическая группа SPI; 3 — район исследования).
Карской шельфовой плиты практически асей-смичны (рис. 1а). Исключением является западная окраина Баренцевоморского шельфа, охватывающая также континентальный склон и Свальбард-ское поднятие, морфологически проявленное в виде архипелага Шпицберген. Здесь зафиксировано поле сейсмичности, которую трудно увязать с за-картированными в этом районе дизъюнктивными структурами на дне моря и суше островов.
Один из самых активных очаговых ареалов внутриплитовых землетрясений приурочен к проливу Стур-фиорд (см. рис. 1б). Ширина пролива у южного края около 300 км, глубины моря варьируют от 50 до 200 м. Мощность осадочного чехла на северном борту впадины в проливе Стур-фиорд (на широте 78.5°) составляет 2—3 км, а к югу быстро увеличивается, достигая 10—12 км в осевой части впадины (на широте 76°) [Шипилов, 2002].
Первый инструментально зарегистрированный всплеск сейсмической активности в районе пролива Стур-фиорд отмечен в 1976 г., когда 18 января в 4:46:26 UT в районе Земли Геера (западное побережье Стур-фиорда) произошло землетрясение с магнитудой mb = 5.5 (см. рис. 1б) [Bungum et al.,1982]. Оценки глубины гипоцентра разнятся от 10 (CSEM) до 46.8 км (ISC). В ближайших окрестностях эпицентральной зоны (прямоугольник 40 х 15 км) с 1977 по 1984 гг. было зарегистрировано более 2000 толчков с маг-
нитудами до 3.5 [Панасенко и др., 1987]. С геофизической точки зрения это землетрясение представляло огромный интерес, так как на тот момент было самым сильным внутриплитовым землетрясением, зарегистрированным в Евроарк-тическом регионе.
После землетрясения 1976 г. повысился интерес сейсмологов к изучению Шпицбергена. В частности, экспедиция университета Сан-Луи (США) в течение летних месяцев 1976—1977 гг. зарегистрировала большое количество землетрясений в указанной зоне [Bungum et al., 1982; Mitchell, Chan, 1978]. Затем норвежская экспедиция в июле—августе 1979 г. зарегистрировала там же более 60 землетрясений с максимальной магнитудой 3.4 [Bungum et al., 1982]. После января 1976 г. сильных землетрясений в районе пролива Стур-фиорд не происходило вплоть до 2003 г., когда 4 июля в 07:16:43 UT в желобе Зюйдкапп произошло землетрясение с Mw = 5.4 (см. рис. 1б); оценки глубины: от 10 (NEIC) до 44 км (NAO) Это событие, в отличие от землетрясения 1976 г., не индуцировало большого количества афтершоков (30 событий с ML > 2).
После землетрясения 2003 г. в течение более 4.5 лет наблюдалось затишье, которое в 2008 г. 21 февраля в 02:46:17.41 UT закончилось землетрясением с магнитудой Mw = 6.1 — сильнейшим за всю столетнюю историю сейсмического мони-
Рис. 2. Сейсмический процесс в проливе Стур-фиорд с 01.01.2008 г. по 10.04.2009 г.
а — зависимость магнитуды от времени (0 на горизонтальной оси соответствует моменту основного толчка 21.02.2008 г. 02:46:17.41 иТ); б — частотно-магнитудная кривая, построенная для событий, произошедших в афтершоковой области.
торинга на шельфе Западной Арктики (см. рис. 1б). Макросейсмический эффект этого события описан в работе [Баранов и др., 2008]. Главный толчок вызвал множество афтершоков. Так в течение 2008 г. было зарегистрировано более 3000 афтершоков с МЬ > 1. Вплоть до декабря 2010 г. сейсмическая активность в Стур-фиорде оставалась выше фонового уровня.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ДАННЫЕ
В работе использованы данные норвежской сейсмической группы БР1, состоящей из 9 разнесенных в пространстве однотипных широкополосных датчиков, максимальное расстояние между которыми — 1 км. Группа 8Р1 расположена вблизи поселка Лонгиер на расстоянии около 150 км к северу от области афтершоков в точке с координатами 78.178° с.ш. и 16.37° в.д. (см. рис. 1б).
Координаты эпицентра землетрясения 21.02.2008 с Mw = 6.1, рассчитанные по данным 10 станций региональной сети, составили 77.007° с.ш. и 19.008° в.д., глубина - 15-20 км [РШу е! а1., 2010]. Афтершоковая область определялась на основе результатов работы [РШу е! а1., 2010], в которой были рассчитаны координаты 256 афтершоков с магнитудами больше 1.7 по данным 7 станций методом инверсии объемных волн. Афтершоковая область землетрясения 21.02.2008 локализована в районе, ограниченном окружностью диаметром 1
100 км , центр которой совпадает с координатами основного толчка (см. рис. 1б).
Интенсивность афтершокового процесса превосходила 950 событий в сутки. Для обнаружения и локации землетрясений была применена система автоматического детектирования и локации
1 Длина диаметра окружности совпадает с результатами работ [Прозоров, 1986; Кпоро!Г е! а1., 1982].
сейсмических событий (UDL) по данным норвежской сейсмической группы SPI [Асминг, Федоров, 2010]. Полученный каталог содержит данные о положении эпицентров, времени в очаге и энергетических параметрах 45660 событий с магнитудами ML от —1.2 до 6 (магнитуда основного толчка), произошедших в афтершоковой области.
Обращает внимание неравномерность обнаружения слабых событий в зависимости от времени (рис. 2а). Выделяются 2 временных интервала: начиная с 100-x суток (01.06.2008) после основного толчка по примерно 288 сутки (08.12.2008); примерно с 300 суток (17.12.2008) по 380 сутки (07.03.2009). Возможной причиной этой неравномерности, являются вариации сейсмического шума. При возрастании уровня шума слабые события с ML < —0.2 не обнаруживаются детектором из-за низкого отношения сигнал-шум. Указанная особенность прослеживается в поведении повторяемости, построенного для афтершоковой области (см. рис. 2б), поэтому каталог является представительным лишь для магнитуд ML > —0.2. Каталог, содержащий 29398 событий с ML > —0.2, произошедших в выделенной области за период с 01.01.2008 г. по 10.04.2009 г., из которых 29246 событий являются афтершоками, был использован в исследовании.
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.