УДК: 550.348.436+550.343
ПРОГНОСТИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ НАВЕДЕННОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ В ОБЛАСТИ ВОДОХРАНИЛИЩ КОЙНА-ВАРНА, ЗАПАДНАЯ ИНДИЯ
© 2013 г. В. Б. Смирнов1, 2, R. K. Chadha3, А. В. Пономарев1, D. Srinagesh3
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва 2Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет, г. Москва 3National Geophysical Research Institute, Hyderabad, India Поступила в редакцию 05.06.2012 г.
В 2000-м году в районе водохранилищ Койна—Варна в Западной Индии c интервалом в шесть месяцев произошли два сильных землетрясения с магнитудой М > 5. Сейсмическая зона Койна—Варна является типичной областью наведенной сейсмичности с ярко выраженной связью сейсмического режима с вариациями уровня воды в водохранилищах. Это указывает на то, что уровень напряжений в регионе близок к критическому, и небольшие возмущения напряжений, вызванные вариациями уровня воды, могут служить спусковым механизмом для сильных землетрясений. В настоящей работе с целью исследования процесса подготовки очагов наведенных землетрясений проанализирован сейсмический каталог области Койна—Варна перед парой сильных землетрясений 2000-го года. Выявлены прогностические вариации режима наведенной сейсмичности, характерные для процессов подготовки тектонических землетрясений, свидетельствующие о формировании метастабиль-ных очаговых зон будущих землетрясений. Полученные результаты позволяют предположить, что инициация разрушения этих метастабильных зон в области наведенной сейсмичности может быть вызвана как внешним воздействием (обусловленным вариациями уровня воды в водохранилищах), так и внутренними процессами лавинообразного развития разрушения.
DOI: 10.7868/S0002333713020087
ВВЕДЕНИЕ
Область Койна в Западной Индии является классической областью наведенной сейсмичности, в которой землетрясения с магнитудой более 5 происходят спустя уже 50 лет после инициации сейсмичности заполнением водохранилища (начало заполнения в 1961 г.) [Гупта, Растоги, 1979; Gupta et al., 1972; Gupta, 1992; 2001; Gupta, Iyer, 1984; Talwani, 1997; Pandey, Chadha, 2003]. Последующее заполнение водохранилища Варна (начало заполнения в 1985 г.) также привело к развитию наведенной сейсмичности после достижения уровня воды своего максимума [Rastogi et al.,1997].
Наведенная сейсмичность в районе Койна— Варна интересна тем, что до заполнения водохранилища Койна район считался асейсмичным. Нельзя исключить наличие в этом районе микросейсмичности, поскольку детальных сейсмологических наблюдений в нем в то время не проводилось, но достаточно сильных землетрясений с магнитудой M > 4.5 не было. После заполнения водохранилища Койна в области к югу от него возникла высокая сейсмическая активность, и в 1967 г. произошло сильнейшее землетрясение с магнитудой M = 6.3, вызвавшее частичное разрушение плотины. После заполнения водохранили-
ща Варна, расположенного в 25 км к юго-востоку от Койны, сейсмичность распространилась еще больше на юг, в область нового водохранилища. В настоящее время сейсмическая активность проявляется в относительно небольшой области объемом 20 х 30 х 10 км3 между водохранилищем Койна на севере и Варна на юге (рис. 1).
На рис. 2 представлены вариации уровня воды (высоты зеркала над уровнем моря) в водохранилищах Койна и Варна, а также землетрясения с M> 4. Обращает на себя внимание, что после относительно быстрого заполнения водохранилища Койна (в течение 2-х лет) произошло сильнейшее землетрясение с магнитудой M = 6.3. Заполнение водохранилища Варна осуществлялось в четыре раза медленнее, и сильнейшее землетрясение имело магнитуду M = 5.5, ему предшествовали форшоки, которые не были обнаружены перед землетрясением 1967 г. Хорошо видна задержка этих наиболее сильных землетрясений по отношению к завершению заполнения водохранилищ [Simpson et al., 1988].
В работе [Srinagesh et al., 2000] отмечена корреляция сейсмичности с сегментами системы разломов. Исследование очаговых параметров, вариаций порового давления и зарождения сейсмиче-
73.7° 73.8° 73.9°
73.6° 17.5°
17.4°
17.3°
17.2°
17.1°
17.0°
73.6°
73.8°
73.7°
0
73.8°
73.9°
5
10 15
20
74.0° 17.5°
17.4°
17.3°
17.2°
17.1°
17.0°
74.0°
Рис. 1. Основные разломы и линеаменты в области Койна—Варна (согласно [Talwani, 1997]) и три выделенных сейсмических зоны: North Escarpment Zone, NEZ; South Escarpmen Zone, SEZ; Warna Seismic Zone, WSZ (согласно [Singh et al., 2008]). Показаны эпицентры землетрясений; наиболее сильные землетрясения выделены треугольниками, вверх — в северной, вниз — в южной частях региона, рядом указан год землетрясения.
ских очагов позволили прояснить механику индуцированных землетрясений [Chadha et al., 1997]. В работе [Gavrilenko et al., 2010] представлена гидромеханическая модель сейсмического отклика.
В регионе Койна—Варна предпринимались попытки прогноза землетрясений средней силы [Gupta, 2001]. В работе [Gupta et al., 2007] прогноз дан на основе данных о вариациях уровня воды и сделан вывод о возможности краткосрочного прогноза землетрясений в регионе.
Настоящая работа посвящена исследованию процесса подготовки очагов землетрясений по данным каталога наведенной сейсмичности в области Койна—Варна. Возникновение сильных землетрясений в этой области связывают с их инициацией вариациями уровня воды. При этом явно или неявно принимается, что очаговые зоны будущих землетрясений находятся в неустойчивом состоя-
Д 2
S -
о «
m &
св о
ce ^
M S
^ 2
о я
m и
ce о
H
о
a 4
л ce PQ Я
660 640 620 600 580 560 540 520 500
1960 1970 1980 1990 2000 2010 1965 1975 1985 1995 2005 Время, год
Рис. 2. Вариации уровня воды (высоты зеркала над уровнем моря) и землетрясения с М > 4 в сейсмической зоне Койна—Варна: 1 — Койна, 2 — Варна.
нии, когда небольшие по сравнению с прочностью литосферы дополнительные напряжения достаточны для инициации землетрясения. Согласно современным представлениям, в случае тектонических землетрясений неустойчивое состояние очаговых зон формируется постепенно [Соболев, 1993; 2011; Соболев, Пономарев, 2003], и процесс подготовки очага землетрясения отражается в вариациях параметров сейсмического режима, известных как прогностические аномалии. В 2000-м году в сейсмической зоне Койна— Варна c интервалом в шесть месяцев произошли два сильных землетрясения с магнитудой M > 5. С целью выяснения особенностей процесса подготовки наведенных землетрясений в настоящей работе методы и алгоритмы выявления прогностических аномалий, разработанные для тектонических землетрясений, применяются апо-стеорно для анализа наведенной сейсмичности перед этой парой землетрясений. Пара близких в пространстве и времени землетрясений была выбрана для детального анализа в надежде на наличие достаточно больших аномалий перед этим сейсмическим дублетом.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
В качестве исходных данных нами использовался локальный каталог землетрясений за период 1995-2005 годов [Maharashtra ..., 2010]. Выбор интервала обусловлен детальностью информации — в 1995 году в зоне Койна-Варна была развернута достаточно плотная сейсмическая сеть [Mandal etal., 2005]. Каталог содержит информацию о 4118-ти землетрясениях с магнитудой M > 2. Каталог был подвергнут первичному анализу, включающему в себя идентификацию афтершоков, оценку представительной магнитуды и ее изменений в пространстве и времени [Смирнов, 2009].
ШКАЛА МАГНИТУД
В каталоге приведены значения локальной магнитуды M. В работе [Mandal et al., 1998] на основе анализа данных локальной сейсмической сети в районе Койна—Варна за 1994—1995 годы получены соотношения локальной магнитуды (магнитуды по длительности коды) M с сейсмическим моментом M0 и моментной магнитудой Mw:
lgM0(Hм) = (1.38 ± 0.03)M + (9.541 ± 0.14), (1) Mw = (0.948 ± 0.03)M + (0.253 ± 0.09). (2)
Последнее выражение свидетельствует, что локальная магнитуда близка к моментной.
Зависимость (1) позволяет получить соотношения между локальной магнитудой и физическими параметрами очага (энергией и размером), используемыми в процедурах идентификации
афтершоков и оценки параметра сейсмического режима q (см. ниже). В работе [Смирнов, 2003] отмечалось, что в качестве согласованных между собой соотношений размера очага I с сейсмическим моментом и энергией землетрясения можно использовать:
1(км) = -^М0(Нм) - 5.07, (3)
1Е Е (Дж) = 3 1е 1( км) + 11. (4)
Соотношение (3) практически совпадает с формулой Пуркару—Беркхемера [Ригкаги, ВегекИешег, 1982]. Нам неизвестны региональные соотношения между локальной магнитудой и физическими параметрами очага, поэтому мы вынуждены использовать "среднемировые" соотношения (3)— (4). Подставляя (1) в (3), а затем в (4), получим:
М = 2.17^ 1( км) + 4.11 (5)
или
^ 1( км) = 0.46М - 1.89 (5а)
и
^ Е (Дж) = 1.38М + 5.33. (6)
ИДЕНТИФИКАЦИЯ АФТЕРШОКОВ
Очистка каталога от афтершоков необходима для исключения влияния аномальных групп землетрясений на оценку параметров фонового сейсмического режима. Наличие пространственно-временных афтершоковых кластеров занижает оценки фрактальной размерности сейсмичности и искажает оценки сейсмической активности. Аномально низкие значения наклона графика повторяемости сразу после главного события усложняют статистический анализ временных вариаций этой характеристики [Ка§ап, 2004; Не1ш-81еИег, 2006]. Афтершоки являются локальными пространственно-временными группами землетрясений, вызванными соответствующими главными событиями, по своим статистическим свойствам они отличаются от ансамбля фоновых событий, поэтому при анализе фоновой сейсмичности афтершоки обычно исключаются из рассмотрения. Анализ динамики афтершоковых последовательностей представляет собой отдельную задачу [Смирнов, Пономарев, 2004].
Используемая нами процедура идентификации афтершоков была разработана и апробирована для достаточно сильных тектонических землетрясений, когда размер очага главного события значительно больше погрешности локации аф-тершоков (это позволило авторам алгоритма идентификации не учитывать погрешность локации) [Молчан, Дмитриева, 1991; 1993; Мо1еИап, Dmitrieva, 1992; Молчан и д
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.