ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 5, с. 58-64
УДК 550.34
РАЧИНСКОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ 1991 г. НА КАВКАЗЕ: МНОГОАКТНАЯ МОДЕЛЬ ОЧАГА С КОМПЕНСАЦИОННЫМ ТИПОМ ДВИЖЕНИЯ
© 2013 г. Р. Н. Вакарчук, Р. Э. Татевосян, Ж. Я. Аптекман, В. В. Быкова
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва E-mail: roman@ifz.ru; ruben@ifz.ru; jane@ifz.ru; vvb@ifz.ru Поступила в редакцию 12.02.2013 г.
Движение в очаге Рачинского землетрясения 1991 г. на Большом Кавказе в целом соответствует взбросу, что характерно для доминирующего напряжения сжатия в регионе. Более адекватно процесс вспарывания может быть представлен сложным очагом из трех субисточников. Данная модель получена путем инверсии объемных волн; она согласуется с пространственным распределением аф-тершоков. На последнем этапе развития разрыва наблюдается обратный тип движения в очаге — сброс. Его наличие в предложенной модели представляется объективным, призванным компенсировать быстрое (возможно, кратковременное) локальное перераспределение напряжений, вызванное взбросовыми движениями в первых двух субочагах. Аналогами такого компенсационного механизма могут быть наблюдения поверхностных деформаций в эпицентральных зонах сильных землетрясений. Так в тылу взбросов, связанных с выходом разрыва в очаге на поверхность, обнаруживаются сбросы, простирающиеся параллельно линии взбросов. Другим аналогом компенсационных движений могут рассматриваться особенности механизмов афтершоков. Давно уже замечено [Кузнецова и др., 1976], что в афтершоковых последовательностях сильных землетрясений некоторые механизмы очагов близки к механизму главного толчка, а некоторые имеют иной механизм. В [Кузнецова и др., 1976; Kostrov, Das, 1988] предложено объяснение этого наблюдения. В [Кузнецова и др., 1976] они называются соответственно афтершоки развития и афтершоки последействия.
DOI: 10.7868/S0002333713050128
ВВЕДЕНИЕ
Рачинское землетрясение 29 апреля 1991 г. на сегодняшний день является самым сильным инструментально зарегистрированным сейсмическим событием (М87.0; Mw6.9) на Кавказе. Максимальный макросейсмический эффект в населенных пунктах составил 8—9 баллов по шкале М8К64, эпицентральная интенсивность оценивалась в 9 баллов. На большой территории, преимущественно в центральной и восточной части эпицентральной области, возникли многочисленные сейсмогравитационные и, в меньшей мере, вибрационные эффекты землетрясения. Протяженность зоны поверхностных проявлений в направлении северо-запад—юго-восток составила примерно 97 км, а в направлении северо-восток-юго-запад — 32 км.
Для детального изучения этого землетрясения на базе лаборатории сильных землетрясений ИФЗ РАН была организована международная эпицентральная экспедиция. Опубликованы многочисленные исследования по результатам полевого обследования поверхностных нарушений и пространственного распределения макро-сейсмического эффекта, а также интерпретации сейсмических записей на станциях экспедиционной и мировой сети [Арефьев и др., 1993; Рогожин, Богачкин, 1993; Рогожин и др., 1993; Папа-
лашвили и др., 1997; Бие^аИёа й а1., 1997; Арефьев и др., 2006; Белоусов, 2009; Татевосян, Аптекман, 2010].
Несмотря на то, что после возникновения этого землетрясения прошло более 20 лет, есть ряд причин, по которым интерес к нему не угас. Одна из них кроется в характере сейсмичности в эпи-центральной зоне Рачинского землетрясения и его ближайшем окружении. До возникновения Рачинского землетрясения 1991 г. с Mw6.9 здесь не было отмечено ни одного сейсмического события с магнитудой более 5. В афтершоковой серии Ра-чинского землетрясения было несколько толчков с магнитудой более 6, в том числе сильнейший аф-тершок 15 июня (Mw6.2, М86.1), который по некоторым признакам, возможно, следует считать отдельным сейсмическим событием на восточной оконечности эпицентральной зоны. После Рачин-ского землетрясения сейсмичность зоны осталась на высоком уровне. В 2006 г. произошло землетрясение с Mw5.3, а в 2009 г. — Mw6.0. Интенсивная афтершоковая серия в 1991 г. и последующие события выделяются в сейсмической истории района, что поддерживает интерес исследователей к очаговой зоне Рачинского землетрясения и его ближайшего окружения.
Другая причина кроется в том, что модель очага Рачинского землетрясения, опубликованная в статье [Рие^аИёа е! а1., 1997], оставляет некото-
РАЧИНСКОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ 1991 г. НА КАВКАЗЕ
59
рые сомнения. В этой работе была представлена модель очага как совокупность четырех субочагов, каждый субочаг описывается двойной парой сил. При этом 72% процента сейсмического момента выделилось при реализации одного из субочагов, остальные субоисточники имеют примерно равный сейсмический момент. Такое соотношение сейсмических моментов говорит о существенном доминировании одного из субочагов. Фактически предложенная модель близка к простой, одноактной, а добавка остальных трех субочагов нацелена не столько на построение более реалистичной сложной модели, сколько на уменьшение формального расхождения между наблюденными и теоретическими сейсмограммами, т.е. имеет характер вычислительной подгонки. Цель настоящего исследования заключается в построении альтернативной модели очага Рачинского землетрясения, представляющего действительно сложный очаг, в котором сейсмические моменты отдельных субисточников соизмеримы. Необходимо уточнить: само по себе построение сложного очага не является самоцелью. Никто не доказал, что сложный очаг всегда лучше описывает происходящий в природе процесс вспарывания, чем простой. Однако в данном конкретном случае есть основания полагать, что очаг на самом деле был сложным. Этими основаниями являются пространственное распределение афтершоков, в котором выделяются отдельные кластеры [Арефьев и др., 1993], и распределение макросейсмического эффекта, который более согласуется со сложным очагом [Татево-сян, Аптекман, 2010]. Несмотря на то, что отдельные сейсмогравитационные и вибрационные проявления землетрясения на поверхности тесно коррелированны с элементами рельефа, в целом их распределение также неоднородно и более соответствует сложному очагу.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОД
Исходными данными для применения метода инверсии сейсмических волн являются цифровые сейсмограммы Рачинского землетрясения, которые получены на станциях международной сейсмической сети IRIS и находятся в свободном доступе (www.iris.edu).
Для моделирования использовался пакет программ MT5 [Zwick, McCaffrey, Abers, 1994], который включает необходимые утилиты для подготовки данных к инверсии. На первом этапе подготовки данных осуществлялся контроль качества записей на каждой станции в соответствии со следующими критериями:
1. Наличие четко прослеживающегося вступления P-волны на вертикальной компоненте сейсмограммы и S-волны на горизонтальных компонентах сейсмограмм.
2. На близко расположенных станциях сейсмограммы должны иметь похожие формы. Конечно, форма записей на соседних станциях может различаться, если станции попадают в разные квадранты на очаговой сфере или грунтовые условия под регистрирующими станциями существенно различаются, но это довольно редкая ситуация.
Для инверсии пригодны записи на эпицен-тральных расстояниях, где нет наложения фаз, связанных с отражением и преломлением на границах слоев, слагающих Землю, с фазами волн, используемых при расчетах. По годографам 1Л8РЕ191 эти расстояния находятся в пределах от 29 до 99 градусов. Учитывая технологию инверсии объемных волн в программе МТ5, можно также использовать станции, расположенные несколько вне указанного интервала эпицентральных расстояний, если они заметно улучшают азимутальное окружение очага. Реально мы использовали станции на эпицентральных расстояниях 26.2°—98.3°. Азимутальное окружение эпицентра станциями достаточно полное, чтобы инверсия объемных волн была представительна (рис. 1).
Поскольку высокие частоты естественным образом фильтруются мантией, то в методике нахождения механизма очага нет необходимости учитывать неоднородности, связанные с верхними горизонтами скоростного разреза.
Процесс инверсии заключается в последовательном сравнении наблюденных и расчетных сейсмограмм. Отдельно рассматриваются продольные сейсмические волны, отдельно поперечные. По вертикальной компоненте изучаются Р-волны, по горизонтальным компонентам — 8Н-волны. Механизм подвижки в очаге в основном определяется формой Р-волны, конкретно в МТ5 он характеризуется скоростью изменения сейсмического момента. Подвижка в источнике представляется совокупностью треугольных импульсов с одинаковым полупериодом [№Ъе1ек, 1983]. Поскольку смещение в 8Н-волне, как правило, превосходит смещение в Р-волне, то вводится система весовых коэффициентов, обеспечивающих сопоставимое участие разных типов волн в окончательном решении. Помимо весов, присвоенных по типу волны, используются веса, связанные с азимутальным окружением очага землетрясения: чем больше станций в данном азимутальном направлении, тем меньший вес присваивается каждой из них, и наоборот, чем меньше станций, тем больший вес им присваивается.
Скоростная модель в используемом программном обеспечении ограничивается двумя слоями, при этом в случае двухслойной модели необходимо, чтобы гипоцентр располагался в нижнем слое. Простота скоростной модели не накладывает ограничения на общность получаемых решений, по уже оговоренной выше причине отсут-
-180° -150° -120° -90° -60° -30° 0° 30° 60° 90° 120° 150° 180°
80°
60°
40°
20° 0° 20°
40°
-60°
COL COL
Vw"'' L 4v . ЛЧ* JI
»л.
Рис. 1. Положение эпицентра Рачинского землетрясения (звездочка) и станции (треугольники), записи которых использованы в инверсии.
ствия на сейсмограммах фаз, связанных с граничными явлениями.
Программа МТ5 позволяется моделировать очаг землетрясения, как точечный источник, представляемый двойной парой сил, а также полным тензором сейсмического момента. При расчете полного тензора момента зачастую возникает значительная изотропная компонента, связанная с объемной деформацией. Мы не имеем физических моделей, способных обосновать изменение объема в очаге корового землетрясения, и связываем
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.