УДК 550.343(571.642)
О СЕЙСМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ ЯПОНИИ В ПРЕДДВЕРИИ МЕГАЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ ТОХОКУ (MW = 9)
© 2013 г. М. В. Родкин1,2, И. Н. Тихонов2
Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН 117997Москва, ГСП-7, Профсоюзная ул., 84/32, строение 14, e-mail: rodkin@mitp.ru 2Институт морской геологии и геофизики Дальневосточного отделения РАН 693022 Южно-Сахалинск, ул. Науки, 1Б Поступила в редакцию 06.11.2012 г.
По данным каталога Японского метеорологического агентства (JMA) проанализирован сейсмический режим в преддверии мегаземлетрясения Тохоку. Показано, что землетрясению Тохоку предшествовал 6—7 летний период регионального уменьшения величин наклона графика повторяемости и числа основных толчков. При этом пространственно-временные области предвестниковой активизации почти совпали с прогнозными проявлениями, выявленными ранее А.А. Любушиным на основании анализа сейсмических шумов по данным сети F-net Японии. Выявлен неизвестный ранее эффект корреляции числа основных толчков и величин наклона графика повторяемости. В окрестности землетрясений с М« 7 Японии (аналогично сейсмическому режиму в окрестности Обобщенного сильного землетрясения по мировым данным) выявляются как обычная форшоковая активизация, так и более продолжительная слабая тенденция предваряющего роста числа землетрясений.
DOI: 10.7868/S020303061303005X
ВВЕДЕНИЕ
Землетрясения с магнитудой М~ 9 охватывают огромные территории, и потому большое число предшествующих событий малой магнитуды предположительно оказываются в области подготовки таких мега-землетрясений; отсюда можно было бы ожидать, что ситуация с прогнозом мега-землетрясений обстоит лучше, чем для землетрясений меньшей магнитуды. Значительного успеха в прогнозе экстремально сильнейших землетрясений однако не наблюдается. В плане долгосрочного прогноза по методу сейсмической бреши [Федотов и др., 2011] область землетрясения Тох-оку примыкает с юга к участку повышенной сейсмической опасности, но не относится к областям полагавшимся наиболее опасными. Среднесрочного прогноза на оба крупнейших за последнее время землетрясения (Суматра-Андаманское 26.12.2004 г., Ик = 9.3 и Тохоку 11.03.2011 г., Ик = = 9.0) дано не было (по крайней мере, в рамках широко известных методик прогноза, таких, как регулярно обновляемый прогноз на основе алгоритмов М8 и М8е [Кейлис-Борок, Кособоков, 1986; Кособоков и др., 1990; Кособоков, 2011]).
Положение очага землетрясения Тохоку было, однако, заблаговременно указано на основе анализа данных низкочастотных шумов, регистрируемых широкополосной сейсмической сетью Б-пй Японии [Любушин, 2011а]. Прогнозным признаком при этом было уменьшение ширины носителя мульти-фрактального спектра сингулярности
сейсмического шума. Затем, уже задним числом, автор аргументировал возможность получения подобным методом также и среднесрочного прогноза времени землетрясения Тохоку [Любушин, 2011 б]. Смысл использованного в этих работах прогнозного признака отвечает как бы упрощению структуры процесса, выражаемому ростом доминирования некоторой относительно узкой совокупности мод, что в целом ожидаемо при развитии критического режима [Ма, 1980; Хакен, 1985]. Подробно методика и физические основы прогноза описаны в работах [Любушин, 2011а, 2011б, 2012].
Также задним числом, было показано [Соболев, 2011], что за полтора месяца перед землетрясением Тохоку в области очага возрос уровень сейсмического шума в минутном диапазоне периодов; отметим, что рост амплитуды низкочастотного сейсмического шума наблюдался ранее и перед рядом других сильных землетрясений [Сасорова, Левин, 1999; Соболев, 2004, и др.].
Основной проблемой, возникающей при прогнозе землетрясений, является выявление пред-вестниковых признаков на фоне сильных стохастических компонент изменения сейсмического режима. Вклад случайных компонент обычно уменьшается с увеличением объема анализируемой информации. И действительно, объем данных, используемых при прогнозе землетрясения Тохоку на основе анализа микросейсмического шума, на много порядков величины превосходит объем ин-
формации мирового каталога NEIC/USGS [National Earthquake ...] используемого при получении прогноза на основе алгоритмов М8 и MSc. Можно предположить, что вклад случайных компонент в случае анализа сейсмических шумов оказывается меньшим, общие тенденции развития сейсмического режима проявились более явственно, что и позволило (хотя бы отчасти и только ретроспективно) выделить прогнозные признаки землетрясения Тохоку.
В пользу важности объема доступной информации свидетельствуют и результаты анализа сейсмического режима в Обобщенной окрестности сильного (М> 7) землетрясения [Родкин, 2008]. Этим методом было показано, что агрегирование информации по большому числу (несколько сотен) сильных землетрясений позволяет надежно выявить комплекс аномалий, определенно указывающих на подготовку сильного землетрясения. При этом экспоненциальный (или степенной) характер роста величины некоторых из выявленных аномалий к моменту события как бы позволяет с удовлетворительной точностью "спрогнозировать" также и момент возникновения обобщенного сильного землетрясения. Отметим, что аналогичный — быстро растущий к моменту события — характер активизации неоднократно отмечался и в экспериментах по разрушению модельных материалов [Lei et al., 2003; Соболев, Пономарев, 2003; Смирнов, Пономарев, 2004 и др.]. Такой же характер поведения типичен для многих различающихся по своей природе систем в окрестности критических точек и точек бифуркации [Ма, 1980; Хакен, 1985 и др.].
Исходя из вышесказанного, было высказано предположение [Родкин, 2010], что увеличение объема информации по сейсмическому режиму на 2—3 порядка может позволить кардинально продвинуться в получении эффективного прогноза сильных землетрясений, в том числе в его наиболее сложном и наиболее практически востребованном краткосрочном варианте. В данной работе обсуждается возможность получения прогноза землетрясения Тохоку (примерно аналогичного полученному при анализе сейсмических шумов) на основе анализа данных подробного регионального каталога Японского метеорологического агентства (далее JMA). Объем используемой при этом информации существенно превышает объем данных каталога NEIC/USGS по тому же региону, стандартным образом используемых при прогнозе на основе алгоритмов М8 и MSc, но несравнимо меньше объема данных по сейсмическим шумам, регистрируемым широкополосными сетями сейсмических наблюдений Японии.
МЕТОД АНАЛИЗА И ДАННЫЕ
Из сказанного во Введении вытекает постановка задачи — попробовать использовать для выявления явственных признаков подготовки мегаземле-трясения Тохоку наиболее детальный региональный каталог и при этом постараться снизить вклад шумовой компоненты сейсмического режима. С целью уменьшения шумовой компоненты сейсмического процесса, параллельно с анализом всего каталога, мы использовали каталог только основных событий. Проверялось, имело ли место в области мегаземлетрясения Тохоку развитие как общеупотребительных признаков подготовки сильного землетрясения (сейсмического затишья и/или форшокового роста числа событий, уменьшения наклона графика повторяемости), так и иных признаков, выявленных ранее при анализе сейсмического режима в Обобщенной окрестности сильного землетрясения [Родкин, 2008].
Представительность событий в региональном каталоге землетрясений 1МА сильно зависит от времени. Полная регистрация событий с М> 5.0 достигается примерно с 1930 г. Начиная с 1994 г., каталог 1МА достаточно полно фиксирует землетрясения с М > 3.0. Мы использовали варианты каталога 1МА с магнитудами М> 3.0 с 1994 г. и с магнитудами М> 3.5, начиная с 1961 г. Использованы данные по 10 марта 2011 г. Мегаземлетрясе-ние Тохоку произошло 11 марта 2011 г. в 14 час 46 мин 18 с по местному времени восточнее о-ва Хонсю (Япония); гипоцентр располагался в точке с координатами 38.10° N 142.86° Е на глубине около 24 км. Таким образом, в работе максимально полно анализируется сейсмичность, предваряющая мегаземлетрясение Тохоку.
Значительная случайная компонента сейсмического режима связана с афтершоковыми последовательностями. Эти последовательности являются вторичными по отношению к величине выделенной сейсмической энергии. Афтершоковые последовательности существенным образом видоизменяют фоновый режим сейсмичности по числу событий. Предположительно, они заметным образом сказываются и на других характеристиках сейсмического режима. Исходя из этих соображений, мы параллельно проводили анализ двух каталогов — всех землетрясений и только основных толчков.
Каталог основных толчков был сформирован с помощью программы [Смирнов, 1997], реализующей метод локального отношения интенсивностей Г.М. Молчана и О.Е. Дмитриевой [1991]. В подготовленный таким образом каталог землетрясений с М> 3.0 за период времени с 1994 по 10 марта 2011 г. вошли 100562 землетрясения, из них 52071 основных событий.
В скользящих пространственно-временных ячейках были рассчитаны число событий (Ы), вы-
деленная сейсмическая энергия (E), величины наклона графика повторяемости (b) и фрактальной корреляционной размерности (D). Расчет проводился в непересекающихся временных интервалах длительностью по 2 года (±1 год относительно середины года) и в перекрывающихся пространственных ячейках вокруг целочисленных значений широты и долготы с размером пространственной ячейки 2 на 2 градуса по обеим координатам. Было принято также ограничение по глубине: H< 70 км.
Значение наклона графика повторяемости b-value оценивалось методом максимальной энтропии по известной формуле [Utsu, 1965]:
b = 0.4343/(Мср - 3.0), (1)
где Мср — среднее значение магнитуды в выборке, а 3.0 - порог по магнитуде. Значение b вычислялось при наличии в ячейке более 20 событий. Для каталога всех событий таких ячеек оказалось 1949, в каталоге основных событий — 1652.
Величина корреляционной фрактальной размерности D [Grassberger, Procaccia, 1983] определялась как наклон центральной (наиболее прямолинейной) части графика зависимости логарифма числа пар событий, располож
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.