УДК 550.34.042.4(571.642)
КАЛИБРОВОЧНАЯ ФУНКЦИЯ ЛОКАЛЬНОЙ МАГНИТУДЫ И МЕЖМАГНИТУДНЫЕ СВЯЗИ ДЛЯ СЕВЕРНОГО САХАЛИНА
© 2014 г. А. В. Коновалов, А. С. Сычев
Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН 693022, Южно-Сахалинск, ул. Науки, 1Б, e-mail: konovalov@imgg.ru Поступила в редакцию 05.11.2013 г.
Впервые для Северного Сахалина выполнена калибровка шкалы локальной магнитуды ML и определены станционные поправки. В расчетах использовались инструментальные данные локальной сети наблюдений на севере острова. Подготовка и предобработка исходных данных осуществлялись в соответствии с рекомендациями IASPEI, калибровка выполнялась согласно исходному определению ML в работе [Hutton, Boore, 1987]. Выполнено массовое определение энергетической величины землетрясений за 2006—2011 гг. и сравнение с региональными магнитудно-энергетическими шкалами, используемыми СФ ГС РАН в рамках ЕССН. Получено переходное соотношение между энергетическим классом по С.Л. Соловьеву и локальной магнитудой. Сравнение магнитуд MLH и ML не выявило существенных различий в диапазоне магнитуд от 2.0 до 6.0.
DOI: 10.7868/S0203030614060054
ВВЕДЕНИЕ
Определение энергетической величины землетрясения основывается на различных методических подходах и зависит от уровня сети наблюдений и типа измерительного оборудования. В большинстве случаев для оценки энергетической величины местных землетрясений используется локальная магнитуда ML, концепция которой была создана Рихтером [Richter, 1958].
Изначальная магнитуда Рихтера, ML, основывалась на записях стандартного короткопериод-ного торсионного сейсмометра Вуда-Андерсона, из которых состояла сеть наблюдений в Южной Калифорнии [Anderson, Wood, 1925]. Оценка магнитуды осуществлялась по логарифму максимальной амплитуды поперечной волны с учетом поправок на затухание и глубину очага, справедливых только для Южной Калифорнии.
Характер затухания сейсмических волн зависит от особенностей скоростного строения земной коры, геологических особенностей региона, теплового потока, глубины залегания очагов землетрясений и т.д. Это не позволяет создать международную стандартизированную калибровочную функцию локальной магнитуды для определения энергетической величины местных землетрясений. Однако исходное определение шкалы ML [Hutton, Boore, 1987] позволяет унифицировать
процедуру расчета калибровочной функции с учетом местных условий.
До 2012 г. оценка магнитуды местных землетрясений на севере о. Сахалин проводилась с использованием эмпирической номограммы, приведенной к энергетическому классу по Т. Г. Раути-ан, КР. Данная шкала не имеет принципиальных отличий от локальной магнитуды Рихтера и связь между ними имеет вид КР = 1.8.М + 4.0. Эквивалентом данной номограммы является калибровочная функция:
МКР = ^Г + 2.45^ А- 5.39, (1)
где V — максимальная амплитуда поперечных волн в нм/с, А — эпицентральное расстояние в км.
Тем не менее, в (1) имеется несколько существенных недостатков, которые могут приводить к искажению магнитуды. Во-первых, исходная номограмма класса Т. Г. Раутиан строилась по данным региональной сети наблюдений, а ее экстраполяция на близкие расстояния не учитывает местных характеристик затухания сейсмических волн. Во-вторых, в практике рутинной обработки не учитываются станционные поправки к магни-туде.
В совокупности, это привело к необходимости калибровки шкалы локальной магнитуды применительно к сети наблюдений на Северном Сахалине. Попутно ставится задача приведения раз-
Таблица 1. Параметры землетрясений, используемых в работе
№ Время в очаге, ^ Л?0, с Ф, гр. с.ш. ЛФ, км X, гр. в.д. ЛХ, км к, км Иь
дата время
год месяц день час минута секунда
1 2007 8 18 17 57 53.1 0.48 52.535 1.1 142.891 4.7 18.8 2.6
2 2007 8 22 23 3 3.6 1.03 52.61 2.1 142.641 8.7 7.4 4.2
3 2007 9 27 16 51 53.1 0.63 53.024 4.2 142.998 5.6 5 3.8
4 2007 10 27 19 24 9.6 0.49 52.532 2 143.198 28.8 16.6 2.9
5 2007 11 4 21 16 56.3 0.74 53.039 4.8 142.917 6.8 3.8
6 2007 11 17 11 12 53.3 0.59 53.332 3.5 143.85 9.5 17.2 3.7
7 2007 11 22 6 50 48.5 1.17 53.311 4.9 143.848 10.4 15 3.9
8 2007 12 8 18 21 38.4 0.9 52.574 4.3 142.85 19.6 2.8
9 2008 8 21 17 19 13.7 0.7 52.61 2.5 142.728 26.2 12.4 2.3
10 2009 2 22 22 39 30.6 0.57 52.883 4.6 142.813 16.2 8.7 3
11 2009 4 2 10 0 40.5 0.9 52.543 1.9 142.534 9.5 14.8 4.5
нотипных магнитуд к единой шкале и поиск меж-магнитудных связей. В первую очередь это касается магнитуды ЫЬИ, которая является базовой энергетической величиной в опубликованных сводках и каталогах коровых землетрясений о. Сахалин (см. например, [Региональный каталог..., 2006]).
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
С конца 2006 г. на севере о. Сахалин проводятся детальные сейсмологические наблюдения, целью которых является изучение динамики сейсмического режима в районе нефтегазовых провинций северо-восточного шельфа острова.
По состоянию на начало 2012 г. локальная сеть состоит из восьми пунктов наблюдений. Аппарат-
ная база сети представлена наземными станциями, укомплектованными в основном трехкомпонент-ными короткопериодными сейсмометрами и цифровыми регистраторами сейсмических сигналов.
Подготовка исходных данных, просмотр записей землетрясений и гипоцентральные расчеты были выполнены с использованием пакета вычислительных программ SEISAN [Коновалов и др., 2012; ОйешоПег, 2011], на базе разработанного автоматизированного рабочего места сейсмолога. Аппаратные, технологические и методологические аспекты при проведении детальных сейсмологических наблюдений на севере о. Сахалин подробно приведены в [Кондорская и др., 1993].
К настоящему времени накоплен и обработан огромный архив инструментальных данных. Всего
Рис. 1. Карта Северного Сахалина: 1 — эпицентры землетрясений, отобранных для калибровки магнитуды; 2 — цифровые сейсмические станции, используемые в данной работе. Расшифровка аббревиатур станций приведена в таблице.
за период с конца 2006 по 2011 г. зарегистрировано более 1000 местных землетрясений с М > 1.
Основные критерии отбора сейсмических событий для анализа в данной работе — уверенная регистрация землетрясения всеми станциями с хорошим отношением сигнал—шум в записях сейсмических колебаний.
В силу выраженной меридиональной протяженности острова и сети станций, наличия пропусков в работе отдельных станций в связи с по-
этапным развитием сети наблюдений и проработкой технико-эксплутационных условий для регистрации землетрясений, было отобрано 11 сейсмических событий в диапазоне эпицентральных расстояний от 15 до 280 км, зарегистрированных в 2007—2009 гг. (рис. 1, табл. 1). Отобранные события уверенно зарегистрированы пятью станциями: станцией "Оха" (код ОКНА), "Сабо" (8АБО), "Ноглики" (NGLK), "Арги" (АКС1) и "Тымов-ское" (ТУУ). На рис. 2 приведены типовые спек-
Ps, ДБ
-200
-60
-80 -100 -120 -140 -160 -180 -200
OKHA
-60 -80 100 120 140 160 180
SABO
NGLK ARGI
HNM HNM
■ /.....
..................................... т ХТЛ/Т
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
200 100
TMSK
HNM
VyVwA/AW .................. ■■■ ■ LNM
i i ....... i
2 345678 101 2
f, Гц
Рис. 2. Спектры мощности микросейсмического фона Ps по Петерсону [Peterson, 1993], в интервале времени, предшествующем регистрации землетрясения 18 августа 2007 г. (Ml 2.6), используемого при калибровке магнитуды. Расшифровка аббревиатур станций приведена в таблице. HNM, LNM - спектральные кривые для высокого и низкого уровней микросейсмического фона [Peterson, 1993].
тры мощности микросейсмического фона для каждого пункта наблюдений, а также спектральные кривые высокого и низкого уровней помехо-вых сигналов [Peterson, 1993], являющиеся удобным критерием для оценки шумовых условий. Сравнительный анализ микросейсмических колебаний на примере вертикальных компонент в частотном диапазоне 1-25 Гц позволяет сделать вывод об относительно благоприятной фоновой обстановке на станциях.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЛИБРОВОЧНОЙ ФУНКЦИИ
Расчет локальной магнитуды осуществляется по эмпирической зависимости вида:
ML i = lg A + a lg Щ + ЬЩ + Sj + c,
(2)
где Ми — локальная магнитуда 1-го землетрясения; Ау — максимальная амплитуда смещения ¿-волны 1-го сейсмического события в нм, измеренная нау-ой сейсмической станции; Яу — гипоцентральное
расстояние (в км) от очага /-го события до j-ой станции; Sj — станционная поправка к магнитуде для j-го пункта наблюдений; a, b и c — калибровочные константы; i = 1, ..., n иj = 1, ..., m, где n и m — количество событий и станций соответственно.
Свободный коэффициент c выражается через эталонные значения магнитуды MLref, амплитуды Aref и расстояния Rref, а также рассчитанные значения калибровочных констант a и b:
С = ^Lref - lg Aef - « lg Rref - bR
ref •
(3)
Mli - a lg (R./Rref ) - b (R - Rief ) - Sj = = lg Aij + ((ref - lg Aref ).
(4)
£ Sj = 0.
(5)
Выполнение условия (5) должно уменьшить влияние систематических ошибок в разбросе данных.
Выражения (4) и (5) составляют систему уравнений, которая может быть представлена в матричной форме:
А х = у, (6)
где вектор х = [ML1, ML2, • ••, ML„, а, Ь, ¿1, ¿2, •••, ¿т] составлен из неизвестных параметров, которые необходимо определить; вектор у составлен из правой части выражений (4) и (5):
'lg An ■ lg A21
■MLref - lg Aref -MLref - lg Aref
Выбор MLref, Aref и Rref определяется наилучшим приближением к эталонной калибровочной функции для Южной Калифорнии, а также географическим масштабом задачи. Для шкалы [Hutton, Boore, 1987] амплитуда смещения в поперечной волне А = 480.8 нм (1 мм для сейсмометра Вуда—Андерсона с увеличением сигнала 2080) на гипоцентральном расстоянии Rref = 100 км соответствует MLref = 3, для Rref = 17 км соответствует ML ref = 2. Местные особенности затухания сейсмических волн проявляются при оценке динамических характеристик землетрясений на гипоцентральных расстояниях до 100 км, поэтому выбор Rref = 17 км более предпочтителен, так как на таких масштабах калибровочных расстояний ожидаются менее значительные вариации характеристик затухания в различных регионах. Конфигурация сейсмической сети такова, что гипо-центральные рассто
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.