ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2011, № 7, с. 54-66
УДК: 550.348.098.62
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РОЕВОЙ АКТИВНОСТИ В КОРИНФСКОМ РИФТЕ В 2000-2005 гг. © 2011 г. М. Г. Потанина1, 2, В. Б. Смирнов1, 2, П. Бернар3
1Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва 2Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 3Парижский институт физики Земли (Institut de Physique du Globe de Paris) Поступила в редакцию 07.02.2011 г.
По данным детального каталога землетрясений, представленного на сайте натурной физической лаборатории Corinth Rift Laboratory, выявлены зоны роевой активности, рассчитаны вариации статистических параметров сейсмических роев, произошедших в Западной части Коринфского залива. Проведен первичный анализ каталога, получены оценки представительной магнитуды и точности локации микроземлетрясений, оценены изменения этих параметров вследствие развития системы наблюдений. Рассчитаны наклон графика повторяемости, кластерная размерность множества гипоцентров, выявлены их изменения во времени (по мере развития роевой активности). Характер изменения параметров сейсмического режима в периоды роевой активности свидетельствует о перераспределении во времени процесса разрушения по масштабам: от младших к старшим на стадии активизации сейсмичности и от старших к младшим на стадии ее спада. Эти особенности активизации и спада роевой активности качественно аналогичны сценариям подготовки очагов сильных землетрясений и афтершоковой релаксации. Характер выявленных изменений параметров сейсмического режима исследованных роев аналогичен вариациям этих же параметров, обнаруженным ранее при лабораторном и натурном моделировании различных переходных сейсмических режимов, что подтверждает актуальность результатов и выводов лабораторных исследований переходных режимов и указывает на универсальность их механизма.
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторное и натурное моделирование переходных процессов в сейсмичности позволило выявить характерные изменения статистических параметров сейсмического режима по мере развития сейсмической активности, инициированной внешними воздействиями [Смирнов и др., 2010]. В частности, в лабораторных экспериментах было обнаружено изменение наклона графика повторяемости во времени при инициировании роеподобной активности: на стадии нарастания активности наклон графика повторяемости уменьшается, а на стадии уменьшения активности — увеличивается. Величина эффекта — "глубина" минимума наклона графика повторяемости в момент максимальной активности — возрастала по мере увеличения уровня напряжений, при котором производилось инициирование. Аналогичные вариации наклона графика повторяемости были обнаружены в натурном эксперименте — при инициировании микросейсмичности нагнетанием воды в скважину под давлением.
Обнаруженное в экспериментах изменение наклона графика повторяемости означает, что активность на разных масштабах (в разных энергетических диапазонах) изменяется во времени неодинаково, т.е. во времени происходит перераспределение процесса разрушения по масштабам. Уменьшение наклона графика повторяемости на стадии нарастания активно-
сти указывает, что доля сильных событий со временем увеличивается, т.е. процесс разрушения развивается от младших масштабов к старшим. На стадии уменьшения активности ситуация обратная — с течением времени доля сильных событий уменьшается, процесс разрушения развивается от старших масштабов к младшим.
Сценарии развития разрушения с перераспределением по масштабам известны в теории сейсмического режима. Переход с младших масштабов на старшие характерен для процессов подготовки землетрясений, он ассоциируется со слиянием близко расположенных трещин и, соответственно, увеличением доли крупных трещин. Этот сценарий многократно описан в литературе и составляет физическую основу концепции ЛНТ [Соболев, 1993]. Переход со старших уровней к младшим обнаружен в афтершоковых последовательностях [Смирнов, Пономарев, 2004]. В работе [Смирнов и др., 2010], было сделано предположение об универсальности этих сценариев применительно к различным переходным режимам сейсмичности. С целью проверки этого предположения в настоящей работе проведен анализ вариаций параметров сейсмического режима двух природных сейсмических роев в Коринфском рифте.
КОРИНФСКИЙ РИФТ
Коринфский рифт, находящийся на Западе Центральной Греции, является одной из наиболее сейсмически активных зон Европы. За последние 35 лет здесь произошло 5 землетрясений с магнитудой более 5.8, известны разрушительные исторические землетрясения. Скорость раздвижения берегов рифта оценивается в 1—1.5 см/год. Для района характерны частые сейсмические рои [Bernard et al., 2006]. Подобное поведение связывают со сложным распределением деформаций земной коры: с Востока — растяжение Эгейского моря, с Юга — зона субдук-ции (Африканская плита опускается под Евразийскую) [Ford et al., 2007; Lykousis et al., 2006]. Это проявляется в асимметричности рифта, наиболее активный сбросовый разлом падает в северном направлении, что приводит к медленному понижению северного побережья и увеличивающемуся смещению берегов рифта, причем с разной скоростью: в западной части Коринфского залива, по данным GPS — 14 мм/год, а в восточной — около 10 мм/год [Bourouis, Cornet, 2009]. Стратиграфия отражает тектонику рифта: на Севере залива — горы, покрытые известняком, тогда как на Юге — слой конгломератов, с обнажением породы по берегам южных активных разломов [Bernard et al., 2006]. Сейсмичность в западной и восточной частях рифта также различается по своему характеру. В западной части характерны частые рои микроземлетрясений (с магнитудами, меньше 4.5), продолжающиеся по несколько месяцев. В восточной части происходят редкие, но намного более сильные землетрясения [Bourouis, Cornet, 2009].
Детальные натурные наблюдения микросейсмичности начались с установки в 1999 г. временной сети около города Эгио (Aigion), приблизительно в 40 км к востоку от города Патры. Наблюдения позволили выявить сейсмически активную зону толщиной 3—4 километра. Согласно [Rietbork et al., 1996; Bernard et al., 1997; Bourouis, Cornet, 2009] эта неглубокая зона полого падает (под углом около 20°) в северном направлении от глубин в диапазоне 5—8 км на южном берегу до 9—12 км у северного берега. В работе [Rigo et al., 1996] эта область интерпретировалась как зона срыва (detachment zone), из которой выходят основные разломы, падающие в северном направлении, и которая действует как сдвиговая зона, контролирующая структуру разломов рифта [Bernard et al., 2006].
Одновременно, на протяжении 11 лет, производились непрерывные GPS наблюдения [Avalone et al., 2004], которые помогли охарактеризовать процесс деформирования на региональном уровне. Они показали расширение рифта со скоростью 11 мм/год в центральной части, и 16 мм/год в западной части.
В западной части рифта сбросовые разломы приурочены к поверхности, падающей в северном направлении под углом 60°, что вызвало вопрос о вза-
имосвязи сейсмогенной зоны с этими ступенчато падающими разломами. В [Briole et al., 2000; Bernard et al., 2006] было высказано предположение, что углы падения разломов не меняются с глубиной, но разломная зона заканчивается у зоны срыва, расположенной у основания сейсмогенной зоны. Вместе с тем, детальные сейсмические данные и батиметрические данные, полученные на удалении от берега восточнее города Эгио, обнаружили существование вблизи северного берега сбросовых разломов, падающих в южном направлении [McNeil etal., 2005; Bell et al., 2009].
В 1999 г. в области Эгио (западная часть Коринфского залива) была основана многофункциональная обсерватория, известная как Коринфская Рифтовая
1
Лаборатория (Corinth Rift Laboratory — CRL ), с целью исследовать in situ механику активных разломов и, особенно, характер их квазистатического и динамического взаимодействия, с особым акцентом на роль флюида [Henry, Moretti, 2006; Bernard et al., 2006; Bourouis, Cornet, 2009].
В течение восьмилетней непрерывной регистрации было зафиксировано более 30000 землетрясений, с магнитудой, больше чем 0.5. Сейсмические рои 2001 и 2003—2004 годов, рассматриваемые в настоящей работе, подробно описаны в литературе [Lyon-Caen et al., 2004; Pacchiani, Lyon-Caen, 2009; Bourouis, Cornet, 2009]. В период роевой активности 2001 г. в пределах роя произошло относительно сильное землетрясение с магнитудой 4.2. Рой 2003— 2004 г. аномальными сейсмическими событиями не сопровождался. Возникновение роев связывают с диффузией флюида в сложной структуре нарушений сейсмогенной зоны [Bourouis, Cornet, 2009].
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
В качестве исходных данных использован каталог CRL за период с 23.05.2000 по 21.03.2006. За указанный период каталог содержит информацию о 34122 событиях с M> 0.2. Магнитуды в каталоге соответствуют шкале моментных магнитуд.
На первом этапе каталог был подвергнут первичному анализу с целью оценки однородности и представительности данных.
В основу подходов оценки представительной магнитуды закладывается положение о степенной форме распределения землетрясений по энергиям, в этом случае график повторяемости линеен. Если же часть землетрясений оказывается пропущенной, точки для соответствующих магнитуд будут лежать ниже прямой повторяемости, что определяет известное явление "загиба" графика повторяемости на малых магнитудах. В статистическом отношении вопрос об отыскании представительной магнитуды сводится к решению вопроса о соответствии наблю-
1 Детали можно найти на сайте CRL: http://cralab.eu.
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Время, год
Рис. 1. Изменение представительной магнитуды со временем.
даемого распределения землетрясений по энергиям степенному распределению. В такой постановке статистическая задача была сформулирована и решена в [Писаренко, 1989; Садовский, Писаренко, 1991]. В.Ф. Писаренко дал строгое статистическое решение проблемы, позволяющее автоматизировать всю процедуру анализа, задав лишь уровень значимости для проверки соответствующих гипотез.
Программно реализованная процедура оценки представительной магнитуды осуществляет оц
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.