ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2008, № 8, с. 63-69
УДК 550.34.097
ПРИРОДА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ВАРИАЦИЙ ЖЕСТКОСТИ СЕЙСМОАКТИВНЫХ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД РАЗЛОМА САН-АНДРЕАС (СЕВЕРНАЯ КАЛИФОРНИЯ)
© 2008 г. В. И. Лыков, А. О. Мостршков
Геофизическая обсерватория "Борок" ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН e-mail: most@borok.yar.ru Поступила в редакцию 19.06.2006 г.
В настоящей работе описаны результаты анализа пространственно-временных параметров вариаций жесткости сейсмоактивных массивов горных пород, выделяемых по данным сейсмологической службы штата Калифорния о характере первых вступлений продольных волн местных фоновых (M < 5.0) землетрясений. Основная задача, которую ставили перед собою авторы, заключалась в определении размеров зон, аномально откликающихся на процесс подготовки сильных землетрясений, выявление специфики динамического проявления аномалий в зонах известных разломов земной коры. В итоге были сделаны заключения о природе вариаций и их роли в понимании сути процессов формирования очагов сильных землетрясений и степени полезности в проведении операций по прогнозу землетрясений.
PACS: 91.30.Ab
ВВЕДЕНИЕ
В предыдущих работах авторов [Ьукоу, 1996; Лыков, 2001] описаны основы методики определения деформационного состояния (упругое или пластичное) массивов горных пород в сейсмоактивных зонах по выраженности первых вступлений продольных волн фоновых землетрясений (М < 5.0).
В основе методики лежит различие в динамической выразительности первого вступления прямых продольных волн, возникающих при хрупком и вязком механизмах образования очаговых трещин. Авторами предложен эффективный методический прием (рейтинг землетрясения - Яв), оценивающий вклад типа разрушения в образование очаговой трещины. Параметр Яв вычисляется отношением количества станций, на записях которых зафиксирован знак вступления продольной волны, к общему количеству станций, зафиксировавших землетрясение. Среднее значение параметров совокупности землетрясений, произошедших в определенном объеме сейсмоактивного массива горных пород за фиксированный интервал времени, отражает интегральную жесткость массива. Достоверность вычислений параметра сильно зависит от плотности размещения и чувствительности сейсмологических станций и, естественно, от пространственного распределения очагов землетрясений и сейсмической активности региона.
После апробирования методики на данных сейсмологических бюллетеней о землетрясениях Тихоокеанского (Камчатка - Япония), Средизем-
номорского и Калифорнийского сейсмоактивных регионов было выяснено, что перед сильными землетрясениями в окрестностях будущего очага наблюдается понижение интегральной жесткости сейсмоактивной толщи горных пород. Установлено, что длительность развития аномалии в логарифмическом масштабе пропорциональна маг-нитуде готовящегося сильного землетрясения. Эти аномалии развиваются на фоне региональных флуктуаций, а также вариаций, связанных с такими явлениями, как прецессия земной оси. Авторы поставили перед собой задачу понять суть предвестниковых вариаций жесткости и оценить степень их полезности в деле прогноза.
Территория штата Калифорния делится на Южную и Северную зоны не только в географическом, но и в сейсмологическом смысле. В каждой из зон сейсмическая информация собирается и анализируется в своем центре. У каждой зоны своя история развития сейсмической сети и свои особенности по состоянию на настоящее время. Все это необходимо было учитывать при использовании методики определения интегральной жесткости. Вторая особенность - это различие в сейсмотектонике зон, которая определяет неравномерность плотности сейсмических станций и, соответственно, разную представительность сейсмической информации.
СЕВЕРНАЯ КАЛИФОРНИЯ
Главной сейсмогенерирующей структурой С. Калифорнии является разлом Сан-Андреас и
элементы его виргации, которая проявилась в районе наиболее заметного нарушения простирания разлома. История систематического инструментального изучения сейсмичности началась в 1968 году, а в восьмидесятые годы количество станций достигло более 800. Такое количество унифицированных станций, сконцентрированных в сейсмоопасных зонах, дает возможность эффективно применять методику контроля жесткости массивов горных пород.
Основное сейсмическое событие за изучаемый период времени - землетрясение Loma Prieta 1989 года с M = 7.0. Очаговая зона этого землетрясения приурочена к разлому Сан-Андреас в непосредственной близости от места развития ответвлений разлома (рис. 1). Нас заинтересовал тот факт, что, по первому впечатлению, до него в зоне его подготовки не наблюдалась ярко выраженная аномалия понижения жесткости. В связи с этим возникла идея проследить особенности сейсмического процесса в зоне разлома Сан-Андреас и его ответвлений перед землетрясением 1989 года.
Для начала проследим особенности временной последовательности основных сейсмических событий (M > 5.0) c начала 70-х годов. Очаговые зоны землетрясений как контуры областей проявления афтершоков показаны на рис. 1. Создается впечатление, что в преддверии самого сильного землетрясения 1989 года с M = 7.0 происходило формирование крупной сейсмодислокации в зоне ответвлений тектонического разлома Сан-Андреас общей протяженностью около 150 км очагами землетрясений 1972, 1974, 1979, 1980, 1984, 1986 годов.
Теперь обратимся к последовательному ряду графиков RG = f(t), где RG - параметр "рейтинг" совокупности фоновых землетрясений, произошедших на соседних участках разлома протяженностью 20 км. Как видно из рисунка, после 1974 года практически на всем контролируемом протяжении разлома (>280 км) наблюдается синхронное снижение показателя жесткости. После прохождения минимума в 1977-1978 годах начался рост, продолжавшийся до 1990 года. На фоне подъема достаточно контрастно проявились следующие относительно короткопериодные аномалии, предшествовавшие землетрясениям (рис. 1).
Это - предвестниковые аномалии землетрясений 1979 (M = 5.9), 1980 (M = 5.8) и 1984 (M = 6.2) годов. Основная особенность аномалий - их большая протяженность вдоль зоны разлома. Для сравнения необходимо обратить внимание на аномалии перед землетрясениями 1983 года с M = 6.4 (Coalinga) и 2004 года с M = 6.0 (Parkfield). Их протяженность значительно меньше тех, которые явились предвестниками актов формирования сейсмодислокации, активизировавшей значительный участок разломной системы Сан-Андреас менее чем за 20 лет. Особенно показательна анома-
лия перед землетрясением 2004 года, которое произошло непосредственно в зоне разлома Сан-Андреас. В связи с этим, гипертрофированная протяженность аномалий, предшествовавших землетрясениям, сформировавшим сейсмодислокацию, и само образование сейсмодислокации нами предлагается рассматривать как следствие процесса подготовки самого сильного землетрясения 1989 года. Показанное стрелками на рис. 1 правосдви-говое смещение крыльев разломов, постоянно фиксируемое инструментально, демонстрирует, как возникновение сейсмодислокации и ее активизация определили условия для формирования очага землетрясения 1989 года.
ЮЖНАЯ КАЛИФОРНИЯ
Основной особенностью сейсмотектоники Южной Калифорнии является переход с кулисы на кулису разлома Сан-Андреас. Также как и на территории Северной Калифорнии, в районе восточного конца зоны перехода развита система виргацион-ных разломов, северо-западным продолжением которых является разрывная структура горного сооружения Сьерра-Невада.
Инструментальная эпоха систематических наблюдений, наиболее полно освещающая сейсмичность территории Южной Калифорнии, начинается с 1982 года. С этого времени произошла серия сильных землетрясений, очаговые зоны которых показаны на рис. 2. Наиболее сильные землетрясения (Landers, 28.06.1992, Mw = 7.3; Hector Mine, 16.10.1999, Mw = 7.1) произошли в восточном крыле в зоне виргационных разломов. Здесь очаговые зоны приурочены к известным (закартированным) разломам и их контуры имеют явную эллипсовидную форму. Слабее проявилось западное крыло разлома Сан-Ан-дреас, где бросается в глаза изометричность очаговых зон.
Характер изменений жесткости в эту эпоху рассмотрим на рис. 3. Графики RG = f(t) скомпонованы так: Long Valley, Garlock-Nevada fault zone, Pinto Mountain и Superstition Mt. расположены вдоль линии Сьерра Невада - Сан-Андреас, а Pasadena - в западной части основного разлома. Первое, что обращает на себя внимание - согласие в тренде жесткости на всех контрольных площадках Южной Калифорнии и только Long Valley принципиально отличается от всех. Резкое и значительное понижение жесткости, которое произошло перед главным событием - землетрясением 1992 года с M = 7.3 (Landers), наиболее ярко проявилось на площадках Pinto Mountain и Superstition Mt., первая из которых перекрывает эпицентр.
Аномалия перед землетрясением 1992 года развивалась с 1984 года, начиная с приповерх-
1.0
0.8 0.6 0.4 0.2 0
-0.5 1.0
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Рис. 1. Схема очаговых зон сильных (М > 5.0) землетрясений Северной Калифорнии (справа) и графики поведения показателя жесткости массивов горных пород последовательного ряда фрагментов зоны разлома Сан-Андреас и сопутствующих разрывов (слева). На врезках показано расположение изучаемой территории (слева) и система координат, использованная при построениях (справа).
ностных слоев и захватывая все большие глубины, а резкое понижение за полгода до главного события единовременно пронизало всю сейсмоактивную толщу [Ьукоу, 2003]. Также резко проявилась и полугодовая аномалия перед землетрясением 1999 года с М = 7.1. В обоих случаях глав-
ные очаги были приповерхностными (Н ~ 1 км), а очаги афтершоков распределились по всем глубинам сейсмоактивной толщи земной коры. Аномалии прекращали свое существование в момент главного землетрясения (1999 год) или после сильного форшока (1992.04.22, М = 6.1), что под-
-120 -119 -118 -117 -116 -115
Рис. 2. Схема очаговых зон сильных землетрясений Южной Калифорнии с афтершоковыми областями (пунктир) и размещение площадок контроля временного хода показателя жесткости (сплошные окружности).
тверждает связь аномалий же
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.