ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2004, № 2, с. 15-27
УДК 550.34
МОДЕЛЬ ОЧАГА ДАГЕСТАНСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 1970 г.
© 2004 г. С. С. Арефьев1, Е. И. Стасшк1, Л. Ривера2
Объединенный институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 2Институт физики Земли Страсбургского университета, Франция Поступила в редакцию 17.02.2003 г.
Проведено комплексное моделирование очага Дагестанского землетрясения 14 мая 1970 года. Были использованы записи мировой системы наблюдений и данные эпицентральной экспедиции. Моделирование проводилось методом инверсии объемных волн, позволяющим по записям станций с эпицентральным расстоянием 30-90 град. определять комплексную модель очага землетрясения с большой точностью и надежностью. Было рассмотрено несколько моделей, удовлетворяющих имеющимся сейсмограммам. В результате получена модель очага землетрясения, включающая механизмы суб-очагов и временную функцию. Предложенная модель наилучшим образом удовлетворяет всем имеющимся данным.
ВВЕДЕНИЕ
Дагестанское землетрясение 14 мая 1970 г. на момент своего возникновения, было сильнейшим инструментально зарегистрированным землетрясением Кавказа с магнитудой MS = 6.6 и интенсивностью в эпицентральной зоне до 9 баллов по шкале MSK. Землетрясение сопровождалось многочисленными вторичными нарушениями земной поверхности в эпицентральной зоне, разрушениями жилых домов и даже жертвами. Землетрясение вызвало широкий научный интерес специалистов из десятков учреждений и показало пример весьма высокого уровня координации усилий и согласованности между отдельными участниками работ. Сейсмологические наблюдения в эпицентральной зоне проводились Эпицентральной сейсмологической экспедицией ИФЗ АН СССР совместно с Дагестанским филиалом АН. Наблюдения в очаговой зоне продолжались до 1974 года, в летние полевые сезоны при активном участии ИФЗ. Позднее эти наблюдения были продолжены лабораторией Сейсмологии Дагестанского филиала АН СССР.
Построение геодинамических моделей очагов землетрясений по сейсмологическим данным с учетом геологического строения - важная составная часть комплексного исследования этих землетрясений и порождающих их сейсмогенных структур. В прошлом, ближе к современному представлению о геодинамической модели очага землетрясения были механизмы очагов, определенные по первым вступлениям P-волн. Очаг землетрясения при этом представлялся как одна из двух возможных плоскостей, получаемых из решения механизма. Позднее, существенным шагом вперед стали определения тензора момента центроида (CMT - centroid moment tensor
[Dziewonski, 1981]), который дает не только возможные плоскости разрыва (наилучший двойной диполь), но и хорошую оценку сейсмического момента, и предполагает неплоский характер разрыва в очаге. Наиболее современным на сегодня является моделирование очага методом инверсии объемных волн, который позволяет определить сейсмический момент, функцию источника и плоскости разрыва в очаге; при этом разрывов в очаге может быть несколько. Использование комплекса других сейсмогеологических данных, полученных, в первую очередь, при эпицентральных наблюдениях, позволяет существенно снизить число получаемых методом инверсии решений и предложить наиболее реалистичную геодинамическую модель очага землетрясения.
Основные результаты исследований Дагестанского землетрясения относятся к периоду 19701985 гг. Тогда использовались методы, которые при обработке современных землетрясений уже или не применяются, или применяются для приблизительной оперативной оценки параметров. В связи с развитием теоретической, экспериментальной и наблюдательной базы, а также вычислительной техники, в настоящее время все шире применяются комплексные методы, позволяющие более полно использовать все имеющиеся сейсмогеологические данные.
Современные достаточно сильные землетрясения обрабатываются методами инверсии и интерпретируются в крупных сейсмологических центрах уже на почти рутинном уровне и в полуавтоматическом режиме. Необходимым условием такой обработки, однако, является наличие цифровых записей. Обработка прошлых сильных землетрясений, зарегистрированных до появления цифровых сейсмостанций, начинает входить в практику сейсмологических исследований и представляет
собой весьма перспективное направление получения по старым данным новой информации современными методами анализа. Такие работы сопряжены с весьма трудоемким сбором и первичной подготовкой данных: оцифровка, фильтрация, учет параметров приборов и т.д. Успешное преодоление этих трудностей дает возможности для анализа данных и построения современных моделей на высоком уровне и с учетом всех предъявляемых к модели очага требований.
1. Тектоническая позиция очага и региональная сейсмичность
В соответствии с глобальной тектоникой плит, Аравийская плита перемещается на север со скоростью порядка 3 см в год, что определяет происходящие здесь тектонические процессы. Турецкая и Иранская суб-плиты выдавливаются на запад и восток соответственно, а Малый Кавказ проталкивается на север, образуя дугообразную структуру, включающую восточную часть Черного моря и юг Каспия и вызывая процесс континентальной коллизии (рис. 1а). Этот рисунок с некоторыми упрощениями позаимствован из работ [Philip et al., 1989 Rebai et al., 1993]. Дагестанский клин расположен на периферии этой области. Карта с активными разломами и космофотолине-аментами района Дагестанского землетрясения по данным Е.А. Рогожина [Шолпо и др., 1993] представлена на рис. 16. Хорошо видно отсутствие субширотных разломов, которые можно было бы сопоставить с облаком афтершоков (см. ниже).
Карта эпицентров сильнейших землетрясений района по данным каталога Северной Евразии (каталог составлен под редакцией Н.В. Кондор-ской и В.И. Уломова [Уломов, 1993]) представлена на рис. 2. Хорошо видно, что землетрясение 1970 г. для данного района является сильнейшим из известных. Предыдущее, имевшее место в 1830 г. характеризуется несколько меньшей магнитудой M = 6.3, оцененной по макросейсмическим историческим данным.
Временные вариации основных параметров сейсмического режима по региональному каталогу показывают, что сейсмичность области резко возросла после землетрясения 1970 г. и оставалась на значительно более высоком, чем прежде уровне даже 20 лет спустя. Одно из объяснений этого явления заключается в том, что Дагестанское землетрясение было предельным, максимально возможным для данной области, и вызвало сильную перестройку напряженного состояния горных пород, выразившуюся в увеличении фоновой сейсмической активности. Альтернативным объяснением является идея о наложении на афтершоковый процесс наведенной в данном районе сейсмичности в связи с заполнением Чир-
кейского водохранилища. Весьма сильный толчок 1975 года и увеличение активности после него (ориентировочно 1975 г.) вероятно связан с этим [Идармачев и др., 1977].
2. Эпицентральные исследования афтершоков
Эпицентральные наблюдения в районе Дагестанского землетрясения велись с конца мая по октябрь 1970 г. Всего зарегистрировано около 1000 повторных толчков в интервале магнитуд 2.0-5.3. Следует отметить, что при проведении полевых наблюдений в 1970 г. не было возможности использовать высокоточные карты и опубликовать данные по таким картам. Поэтому для работы бралась некая доступная географическая основа, планшет и положение эпицентров и станций согласовывалось с планшетом. При этом абсолютные ошибки в географической привязке станций и, соответственно эпицентров, могли достигать больших величин. Нами использовался каталог афтершоков, опубликованный в монографии [Дагестанское..., 1980]. Эта публикация готовилась задолго до того как карты стали строить с помощью компьютеров, поэтому рис. 13 главы 3 в монографии [Дагестанское., 1980] приготовлен вручную. При его построении совпадающие эпицентры слегка разносились. В опубликованном каталоге, исходя из соображений реальной точности, координаты приведены с округлением до минут. Соответственно, многие толчки имеют полностью совпадающие координаты. Построенная непосредственно по этому каталогу карта эпицентров, дает искаженное представление о геометрии облака афтершоков. Поэтому введение небольшого случайного разброса в координаты, например, с дисперсией 1.5 км (такой разброс заведомо меньше реальных ошибок определения координат эпицентров) заметно меняет картину, делая ее более реальной. На рис. 3 звездочками нанесены эпицентры форшока (на востоке), главного толчка и сильнейшего афтершока (на западе). Поскольку многочисленные афтершоки первых дней определялись по ограниченным данным, интервал времени здесь взят с 20 мая по декабрь 1970 г. Эти афтершоки можно считать наиболее уверенно определенными. Карта эпицентров афтершоков позволяет оконтурить очаговую зону Дагестанского землетрясения, простирающуюся с востока на запад на 35-40 км, и с севера на юг - на 10-15 км.
Общее представление об объемной геометрии облака афтершоков дает рис. 4, где приведены план и разрезы для каталога ограниченного только 1970 годом и энергетическим классом К > 8.5 (введенный разброс координат здесь всего 0.5 км и гораздо сильнее проявляется тенденция к кластеризации вдоль линии - артефакт, вызванный массовым определением эпицентров по данным
43.2° ■
(б)
47.6°
Рис. 1. Очаговая область Дагестанского землетрясения и активные разломы на региональном (а) и локальном (б) уровнях. На (б) жирные линии обозначают активные разломы, а тонкие - космофотолинеаменты.
43.5°
43.0°
42.5°
\\
М = 5.0, 1950 О М = 5.0, 1785 М М = 5.5, 1785 = 5.2, 1742 М = 6.3, О О М =5.2, 1970 -А. 1830 М = 5.2, 1975 М = 5.0, 1863 М = 5.5, 1958 О
о*> М = 5.0, 1974 М = 5.3, 18 44 М = 6.1, 65 М = 6.1, 1889 \ ^ 0
25 км | 1 М = 5.8, 1909
46.0° 46.5° 47.0° 47.5° 48.0°
Рис. 2. Карта эпицентров землетрясений с М > 5.0.
Рис. 3. Карта эпицентров афтершоков с 20 мая по декабрь 1970 г. (введен случайный разброс с дисперсией 1.5 км).
одной станции). Можно видеть, что вся эпицент-ральная зона делится на два участка и характеризуется весьма резким изменением глубины очагов от относительно неглубокого (2-7 км) их за-
легания в за
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.