научная статья по теме ОЦЕНКА СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ И СЕЙСМИЧЕСКОГО РИСКА НА ОСНОВЕ ОБЩЕГО ЗАКОНА ПОДОБИЯ ДЛЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ: ГИМАЛАИ И ПРИЛЕГАЮЩИЕ РЕГИОНЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ И СЕЙСМИЧЕСКОГО РИСКА НА ОСНОВЕ ОБЩЕГО ЗАКОНА ПОДОБИЯ ДЛЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ: ГИМАЛАИ И ПРИЛЕГАЮЩИЕ РЕГИОНЫ»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № 2, с. 116-125

УДК 550.34

ОЦЕНКА СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ И СЕЙСМИЧЕСКОГО РИСКА НА ОСНОВЕ ОБЩЕГО ЗАКОНА ПОДОБИЯ ДЛЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ: ГИМАЛАИ И ПРИЛЕГАЮЩИЕ РЕГИОНЫ © 2015 г. А. К. Некрасова1, В. Г. Кособоков12, И. А. Парвез3

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН, г. Москва, Россия 2Парижский институт физики Земли, г. Париж, Франция 3Совет по научным и промышленным исследованиям. Центр математического и компьютерного моделирования,

г. Бангалур, Индия

E-mail: nastia@mitp.ru, volodya@mitp.ru, volodya@ipgp.fr, parvez@cmmacs.ernet.in Поступила в редакцию 13.06.2013 г.

Для Гималаев и прилегающих к ним регионов построены карты сейсмической опасности и сейсмического риска с использованием оценок параметров Общего закона подобия для землетрясений (ОЗПЗ), в котором соотношение Гутенберга—Рихтера для распределения сейсмических событий заданной области по их величине применяется в модифицированном виде с учетом линейных размеров области. А именно, lgN(M, L) = A + B (5 — М) + C IgL, где N(M, L) — ожидаемое ежегодное количество землетрясений магнитуды M в области линейных размеров L. Пространственные вариации параметров A, B, и C для территории Гималаев и их окружения изучены для двух временных интервалов с 1965 по 2011 и с 1980 по 2011 гг. Различие коэффициентов A, B, C в этих двух интервалах времени указывает на значительные изменения сейсмической активности в масштабе десятилетий. При глобальном рассмотрении сейсмических поясов Земли в целом, значения оценок коэффициента А, который определяет логарифм среднегодовой частоты землетрясений магнитуды 5.0 и выше в области линейного размера в 1 градус Земного меридиана, отличаются в 30 и более раз и в основном приходятся на диапазон от —1.1 до 0.5. Значения коэффициента B, который определяет баланс числа землетрясений разных магнитуд, концентрируются около 0.9 в пределах от менее 0.6 до 1.1 и более. Значения коэффициента C, который оценивает фрактальную размерность локального распределения эпицентров изменяются от 0.5 до 1.4 и более. В Гималаях и прилегающих к ним регионах, значения коэффициентов ОЗПЗ приходятся главным образом на диапазоны A от — 1.1 до 0.3, B с 0.8 до 1.3 и C от 1.0 до 1.4. Расчет локального значения ожидаемого пикового ускорения на скальном основании (PGA) по максимальной ожидаемой магнитуде позволил картировать сейсмическую опасность рассматриваемого региона. При этом использовались локальные оценки магниту-ды землетрясений, которые согласно ОЗПЗ соответствуют вероятности превышения 1 и 10% за период 50 лет, или, если надежной оценки не получено, максимальные магнитуды за период инструментальных наблюдений. В результате подготовлены карты сейсмической опасности для Гималаев и прилегающих к ним регионов в стандартных терминах сейсмического районирования. На основе этих расчетов в качестве методологического примера приведена серия карт сейсмических рисков рассматриваемой территории с учетом плотности населения, подверженного сейсмической опасности, а также с учетом зависимости риска от уязвимости как функции плотности населения.

DOI: 10.7868/S000233371501010X

ВВЕДЕНИЕ

Землетрясения — одно из наиболее опасных стихийных бедствий. Внезапность сейсмического события может привести единовременно к большим разрушениям и гибели людей. Землетрясение происходит как распространяющийся разрыв высвобождающий накопленное тектоническое напряжение в системе литосферных блоков и разделяющих их разломов. На территории Гималаев и в их окрестностях известны несколько разрушительных землетрясений с магнитудой 8 и выше, которые в прошлом приносили тяжелые потери и значительный экономический ущерб. Од-

ним из способов смягчить эффект разрушительного воздействия от землетрясений являются проведение анализа сейсмической опасности и выполнение соответствующих упреждающих мер безопасности. Ошибки в анализе сейсмической опасности региона могут привести и приводят к непредсказуемому росту человеческих жертв и экономическим потерям ^ута й а1., 2012]. Причем экономические потери, очевидно, включают не только незапланированные расходы на восстановление инфраструктуры в пораженной землетрясением области, где сейсмическая опасность недооценена, но и расходы на избы-

точные меры безопасности в районах, где сейсмическая опасность переоценена.

Землетрясение, очевидно, очень сложное природное явление, но в этой сложности, есть также и порядок. Распределение сейсмических событий, по-видимому, самоподобно [Mandelbrot, 1982; Keilis-Borok, 1990; Turcotte, 1997; 1999] и допускает масштабирование в соответствии с обобщением закона повторяемости Гутенберга—Рихтера, который учитывает фрактальный характер распределения эпицентров землетрясений по пространству [Kossobokov, Mazhkenov, 1988]. Очевидно, что при равномерном распределении эпицентров по поверхности, их число будет пропорционально площади заданной области (например, круга или квадрата), в то время, как при распределении вдоль линии или узкой полосы, например, по линейной зоне разломов, число событий будет пропорционально линейному размеру области (например, радиусу круга или стороне квадрата, соответственно). Возможны и другие примеры распределения по пространству, соответствующие дробной "фрактальной" размерности носителя эпицентров, которые не могут быть исключены априори и подтверждаются независимыми оценками [Садовский и др., 1982; 1984; Okubo, Aki, 1987]. Следует также отметить, что сейсмическая активность отнюдь не равномерный процесс во времени.

Таким образом, вопрос о пространственных и временных масштабах с неизбежностью возникает в задачах оценки сейсмической опасности и сейсмического риска и, в частности, при изучении последовательностей землетрясений с целью прогноза крупных сейсмических событий, где требуется перенос оценок, правил и критериев из одной области пространства-времени в другую. При наличии достаточного объема данных о землетрясениях оценки коэффициентов Общего закона подобия для землетрясений (ОЗПЗ) позволяют дать достоверный ответ на этот вопрос [Kossobokov, Nekrasova, 2003; Кособоков, Некрасова, 2004]. ОЗПЗ обобщает соотношение Гутенберга— Рихтера для распределения сейсмических событий заданной области по их величине в следующем модифицированном виде, учитывающем фрактальность носителя эпицентров —

lgN(M, L) = A + B (5 - М) + C lgL, (1)

где N(M, L) — ожидаемое ежегодное количество землетрясений магнитуды M в области линейных размеров L, а lgX — десятичный логарифм X.

В работах [Bak et al., 2002; Christensen et al., 2002] была предложена формулировка ОЗПЗ в терминах времени между событиями. Очевидно, время между землетрясениями двойственно их числу в интервал времени, используемому в формуле (1).

Несмотря на вышеуказанные трудности, различные исследователи неоднократно обращались к проблеме оценки сейсмической опасности на

территории Гималаев и их окрестности (см., например, [Auden, 1959; Gaur, Choudan, 1968; Kaila, Rao, 1979; Khattri et al., 1984; Parvez, 1997; 1999; Parvez et al., 2003; Parvez, 2007; Bhatia et al., 1999; Ly-ubushin, Parvez, 2010]). В этой статье мы принимаем гипотезу, что сейсмический процесс самоподо-бен, по крайней мере, локально, и рассчитываем значения A, B и C с помощью алгоритма SCE (Scaling Coefficients Estimation) для оценки коэффициентов подобия по данным из Глобального каталога землетрясений [Некрасова, Кособоков, 2006; Некрасова, 2008]. В качестве результатов, представлены карты коэффициентов ОЗПЗ для различных пространственно-временных масштабов и обсуждается их возможная связь с наблюдаемыми деформациями субконтинента и соответствующими тектоническими структурами. Полученные оценки коэффициентов ОЗПЗ использованы также для расчета сейсмической опасности в регионе. Кроме того, на основе полученных карт сейсмической опасности и данных о населении для рассмотренной территории приведены примеры различных оценок сейсмического риска для Гималаев и прилегающих областей.

МЕТОД

Результаты глобального и регионального анализа [Кейлис-Борок и др., 1989; Kossobokov, Mazhkenov, 1994; Кособоков, 2004; Nekrasova, 2011] показали, что в сейсмически активных областях среднегодовое число землетрясений, N(M, L), с магнитудой M в структурах вложенных областей L х L линейного размера L, для широкого диапазона магнитуд M е е (М_, М+) и размеров L е (L_, L+), согласуется со следующей формулой подобия:

N(M, L) = 10 х 10Bx (5 - M xLC, (1')

где A, B, C — константы, локально характеризующие логарифм среднегодовой частоты землетрясений магнитуды 5.0 и выше в области линейного размера в 1 градус Земного меридиана, баланс числа землетрясений разных магнитуд и фрактальную размерность носителя эпицентров землетрясений.

Расчеты значений A, B и C проведены с помощью алгоритма SCE для оценки коэффициентов подобия ОЗПЗ [Некрасова, 2008].

Долгосрочные оценки коэффициентов ОЗПЗ могут быть использованы как характеристики сейсмической опасности в терминах ожидаемой максимальной магнитуды. А именно:

♦ Для ячеек c центрами на регулярной сеткe l х l и размерами L0 х L0, где L0 е (L_, L+) — выбранная константа, определенная в результате анализа представительности данных, рассчитываются коэффициенты A, B и C.

1000

100

10

0

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

Рис. 1. Ежегодное число землетрясений, превышающих пороговую магнитуду, на территории Гималаев и прилегающих регионов.

♦ Используя соотношение (1) для рассматриваемых ячеек и значений магнитуды М (с шагом Am) из интервала от M_ до M+ определяется ожидаемое число событий в течение заданного интервала времени T лет, Nj(M, L0) = T х N(M, L0).

♦ По заданному порогу вероятности p выбирается максимальное значение М, для которого ожидаемое число землетрясений в ячейке Nj(M, L0) превосходит 1.

В среднем, можно ожидать, что с достоверностью 1 — p определенная таким образом магниту-да для конкретной ячейки будет соответствовать максимальной магнитуде, ожидаемой в интервале времени T.

ДАННЫЕ

Сейсмические данные. Рассматривается территория от 5° с.ш. до 40 ° ю.ш. и от 60° в.д. до 105°

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»