ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2010, № 6, с. 3-14
УДК 550.334
ДИНАМИКА СОВРЕМЕННОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ КУРИЛО-КАМЧАТСКОЙ СЕЙСМОАКТИВНОЙ ЗОНЫ
© 2010 г. Г. А. Соболев
Учреждение Российской академии наук, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН 123995Москва, ул. Б. Грузинская, 10, e-mail: sobolev@wdcb.ru, sobolev@ifz.ru Поступила в редакцию 18.01.2010 г.
Исследованы вариации сейсмичности Камчатки и Курил за период 1962—2009 гг. с учетом влияния произошедших сильных землетрясений на сейсмичность соседних районов. После Кроноцкого землетрясения 1997 г. сейсмическая активность понизилась в большинстве районов Камчатки, что, предположительно, связано с уменьшением тектонических напряжений. После Симуширского землетрясения 2006 г. появились эффекты синхронизации и периодичности сейсмической активности, указывающие на рост неустойчивости и вероятности сильного события на Камчатке в ближайшие годы. Обсуждаются проблемы неустойчивости сейсмоактивных областей в рамках теории динамических неравновесных систем. Предложена схема последовательных стадий появления сейсмологических предвестников.
В соответствии с долгосрочным прогнозом [23] на Камчатке в ближайшие годы ожидается сильное землетрясение, которое может вызвать в Петропав-ловске-Камчатском разрушительные сейсмические колебания силой до 9 баллов. Проводятся заблаговременные мероприятия по укреплению зданий. Для осуществления дополнительных мер с целью уменьшения ущерба желательно уточнение времени будущего землетрясения. Одним из направлений решения этой задачи является определение последовательных стадий развития очага сильного землетрясения. Стадии сейсмического затишья и форшоковой активизации были выделены в очаговых зонах нескольких землетрясений Камчатки [12, 13] при использовании метода RTL [13], что послужило основой для реального среднесрочного прогноза сильнейшего за последние 30 лет Кроноцкого землетрясения 5 декабря 1997 г. с магнитудой М = = 7.8. Независимо, прогноз этого землетрясения был выполнен на основании анализа ряда сейсмологических параметров и геодезических измерений [22].
Недавно было выяснено, что развитие сейсмического процесса перед Кроноцким землетрясением и Симуширским событием 15 ноября 2006 г. с М = 8.2 на Курилах происходило по общему сценарию [17]. За несколько лет до каждого из землетрясений в прилегающей к эпицентру области размером порядка 200 км возникало сейсмическое затишье. Район последующей активизации размером около 100 км включал эпицентр землетрясения. Интервал времени между землетрясением и предшествующими стадиями затишья и активизации составлял более года. За несколько дней до землетрясения вблизи эпицентра наблюдалось возрастание количества сейсмических толчков, магнитуды некоторых из
которых превышали 5; этот процесс сопровождался появлением многочисленных кластеров энергетических классов с магнитудами 4—5.
Совершенствование способов прогноза места, времени и силы землетрясения возможно при получении новых знаний о физике сейсмического процесса. Одним из перспективных направлений является исследование динамики слабой сейсмичности, связанной с уровенем напряженного состояния сейсмоактивного региона. При этом необходимо учитывать влияние уже произошедших в данном или соседнем регионе землетрясений, которые могут как приблизить, так и отсрочить время будущего сильного сейсмического события. Вопросу миграции и перераспределения напряжений стало уделяться большое внимание после того, как было установлено, что землетрясение Ландерс в США изменило сейсмический режим соседних районов Калифорнии [26].
В настоящей статье предпринята попытка оценить изменения напряженного состояния Камчатки в результате выше упомянутых сильных землетрясений: Кроноцкого и Симуширского. Прямых методов измерения напряжений не известно вообще, а косвенные способы регистрации деформаций земной поверхности не доступны в сейсмоактивной зоне под океаном близ восточного побережья Камчатки. Приходится предполагать, что уровень напряженного состояния отражается в вариациях сейсмичности.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исследована динамика сейсмичности в 6 районах, расположенных вдоль восточного побережья
Рис. 1. Землетрясения в 6-ти районах выбранной для анализа полосы Камчатской сейсмоактивной зоны.
Камчатки под углом 38° относительно направления на север (рис. 1). Разделяющие районы границы вертикальны относительно поверхности земли; параллельные побережью Камчатки границы наклонены в сторону континента под углом 50°. Именно в этой полосе сосредоточены очаги большинства землетрясений сейсмоактивной зоны. Каждый из районов имеет размер 100 км вдоль направления на северо-восток и 100 км — в перпендикулярном направлении. Использован региональный каталог Камчатки за период 01.01.1962—30.07.2009 гг., составленный Камчатским филиалом ОМСП ГС РАН. Он представителен, начиная с энергетического класса по С.А. Федотову с К > 8.5 (М > 2.6) [20].
Глубина анализируемых землетрясений была определена диапазоном 20—100 км. Ранее было показано [13], что вариации сейсмичности на такой глубине отражают подготовку сильных землетря-
сений. Каталог был очищен от афтершоков землетрясений с К. > 12 при использовании программы [10], чтобы анализировать фоновую сейсмичность. Землетрясения северо-восточнее района 6 не включены в настоящий анализ, так как там распределения сейсмичности по глубине и наклону под континент отличаются от тех же в выше указанной полосе. В результате такого выбора каталог включал 10876 сейсмических событий.
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 2 представлены ряды изменения числа землетрясений в последовательные 10 суток по каждому из 6-ти районов. Эти данные сглажены гаус-совским фильтром (формула 1). Если функция ДО представляет собой произвольный ограниченный интегрируемый сигнал, то можно найти среднее
N 5.0
4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 3.0
0.0 1960
1970
1980
1990
2000
2010 Годы
Рис. 2. Вариации числа землетрясений N в 10-тидневные интервалы в 6-ти районах Камчатки (см. рис. 1). Стрелки обозначают времена Кроноцкого 1997 г. землетрясения на Камчатке и Симуширского 2006 г. землетрясения на Курилах.
значение X( t\H) в момент времени t с параметром масштаба H >0:
(1)
X(t|H) = Jx(t+J
где — произвольная неотрицательная ограниченная симметричная интегрируемая функция, называемая ядром усреднения. Если = ехр(— то величина Х( Н) представляет собой гауссов-ский тренд с параметром (радиусом) усреднения Н
[6, 27]. Тонкие линии представляют результаты сглаживания гауссовским фильтром с радиусом усреднения H = 50 сут, что отвечает эффективному подавлению высокочастотных флуктуаций с периодами меньше 100 сут (~0.3 года); толстые линии — результаты сглаживания с радиусом усреднения H = 550 суток для подавления периодов меньше 1100 суток (~3 года). Стрелками показаны времена возникновения Кроноцкого землетрясения 05.12.1997 г. с М = 7.8, произошедшего в районе 6 (рис. 1) и Симуширского землетрясения на Курилах 15.11.2006 г. с М = 8.2.
6
5
4
3
2
1
+ ад
+ ад
—ад
ад
0.4-1-1-1-1-1
0 100 200 300 400 500
Расстояние, км
Рис. 3. Изменение уровня математического ожидания (треугольники) и медианы (кружки) перед Кроноц-ким землетрясением (светлые значки) и после него (темные значки) в районах, удаленных от эпицентра этого землетрясения на расстояния до 500 км. Остальные пояснения в тексте.
Расчеты корреляции уровня сейсмичности при переборе всех пар из 6 рядов при радиусе осреднения 50 суток показали следующее. Значимые коэффициенты корреляции обнаружены между рядами 5 и 6 (Я = 0.3) и 3 и 4 (Я = 0.24) при 95% уровне доверия 0.16. Они возрастали при последовательном увеличении радиуса усреднения. При радиусе усреднения 550 суток выявлена положительная корреляция между рядами 2 и 3 и отрицательная корреляция между рядом 6 на северо-востоке и рядами 2, 3, 4. Из этого анализа следует, что вариации сейсмичности в центре рассматриваемой полосы Камчатки (районы 2—4) отличались от свойственных северо-восточной (районы 5, 6) и юго-западной (район 1) окраинам. Это связано, возможно, с различиями в геолого-тектоническом строении.
При визуальном рассмотрении графиков рис. 2 можно отметить следующие особенности вариаций сейсмичности: 1) в районе 6 возрастание сейсмичности наблюдалось после относительно глубокого землетрясения 17-го августа 1983 г. [55.64° с.ш.-161.53° в.д. Н = 97 км], К = 15.4, М = 7.0, произошедшего на северо-западе этого района; 2) во всех районах, за исключением 4-го, уровень сейсмичности повышался до середины 80-х годов, после чего снижался до 2007 г.; 3) заметный спад сейсмичности произошел после Кроноцкого землетрясения во всех районах, за исключения самого южного; 4) в районах 2—4 отмечается постепенный рост уровня сейсмичности, начиная с 2007 г.
Одной из главных целей настоящей работы являлось изучение возможного влияния сильных землетрясений на сейсмичность в соседних районах. Если такой эффект выявляется, это может служить признаком изменения напряженного состояния. Проведем статистический анализ. В каждом из районов 16 возьмем 3 выборки длительностью по 2500 суток каждая, покрывающие следующие интервалы времени: I) 1984.258-1991.066, II) 1991.067-1997.902, III) 2000.008-2006.816. Первые две относятся к периоду до Кроноцкого землетрясения; последние занимают промежуток времени между Кроноцким и Си-муширским землетрясениями. Начало выборок III сдвинуто на 2 года после Кроноцкого землетрясения, чтобы исключить влияние устранения афтершоков последнего, которые продолжались 1.3 года в соответствии с расчетами по методике [7, 10]. Каждая выборка включала 250 10-тисуточных значений уровня сейсмичности. Проведенная оценка выборок на случайность показала, что в половине случаев распределение значений отличается от нормального. В связи с этим были использованы непараметрические критерии [3].
Получены следующие результаты анализа на уровне значимости выше 95%. Во всех 6-ти районах отмечено уменьшение уровня сейсмичности в выборках III по отношению к выборкам II и I по критерию статистик Вилкоксона и Ван дер Вардена (
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.