ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2014, № 3, с. 103-114
УДК 550.348.436
ТЕНЗОР СЕЙСМИЧЕСКОГО МОМЕНТА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ПРИБАЙКАЛЬЯ ПО АМПЛИТУДНЫМ СПЕКТРАМ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН
© 2014 г. А. И. Середкина, В. И. Мельникова
Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск E-mail: ale@crust.irk.ru Поступила в редакцию 20.05.2013 г.
В регионе Прибайкалья внедрена и протестирована методика расчета тензора сейсмического момента (ТСМ) по амплитудным спектрам поверхностных волн. Определены ТСМ для 39 землетрясений c Mw = 4.4—6.3, произошедших на территории региона в 2000—2011 гг. На основании полученных данных рассчитаны сейсмотектонические деформации земной коры двух сейсмоактивных районов — Северного Прибайкалья и северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны. Установлено, что на уровне сейсмических событий средних магнитуд в этих районах преобладают деформационные режимы субгоризонтального северо-западного удлинения и сдвига, что отражает долговременные характеристики напряженно-деформированного состояния земной коры этих частей рифтовой зоны.
Ключевые слова: тензор сейсмического момента землетрясения, поверхностные волны, напряженно-деформированное состояние земной коры
DOI: 10.7868/S0002333714030090
ВВЕДЕНИЕ
Тензор сейсмического момента (ТСМ), как известно, содержит достаточно полную информацию об очаге (его энергии и механизме), которую можно извлечь из наблюдений сейсмических сигналов с длинами волн намного превышающими размеры источника [Костров, 1975; Арефьев, 2003]. В свою очередь результаты исследований ТСМ чрезвычайно важны не только при рассмотрении структурной позиции очагов отдельных сильных землетрясений, но и для решения задач, связанных с реконструкцией напряженно-деформированного состояния земных недр по сейсмологическим данным. В конечном счете, данные о ТСМ способствуют более качественным оценкам сейсмической опасности сейсмоактивных районов.
На территории Прибайкалья, где ежегодно происходит более 10000 сейсмических событий разного энергетического уровня, на долю сильных землетрясений (М > 5.5) приходится около 1%. Как правило, для таких событий оперативные данные о ТСМ предоставляет ряд сейсмологических агентств (GCMT, NEIC, USGS). В отдельных публикациях содержатся сведения о ТСМ, полученные в результате специальных исследований [Doser, 1991a; 1991b; Delouis et al., 2002; Em-merson et al., 2006; Barth, Wenzel, 2010; Радзими-нович и др., 2012]. Однако в общей сложности процент определений этой важной характеристи-
ки очага в регионе невелик, поскольку рутинная обработка основной массы землетрясений ограничивается оценкой их фокальных механизмов по знакам первых вступлений продольных сейсмических волн, зарегистрированных короткопе-риодной аппаратурой.
Целью данной работы является дополнение информационной базы об очаговых параметрах региональных сейсмических событий новыми данными о ТСМ землетрясений средних магни-туд и рассмотрение практического применения полученных результатов.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ
Для решения поставленных задач использовались сведения о 39 землетрясениях с mb = 4.1—5.8, произошедших на территории региона за период с 2000 по 2011 г. (рис. 1, табл. 1).
Материалом исследования служили записи выбранных землетрясений на широкополосных каналах цифровых сейсмических станций сетей IRIS, GEOFON и GEOSCOPE (рис. 2). Положение станций выбиралось таким образом, чтобы они находились в разных азимутах от эпицентра рассматриваемого события, и их количество (N) было не менее четырех. Минимальное используе-
96°
100°
104°
108° 112°
116°
120°
124°
58°
56°
54°
52°
50°
58°
56°
54°
52°
50°
96° 100° 104° 108° 112° 116° 120° 124°
Рис. 1. Карта эпицентров рассматриваемых землетрясений (2000—2011 гг.).
Белым цветом окрашены эпицентры сейсмических событий (с указанием дат: года, месяца, числа), имеющих решения тензора момента в ОСМТ-каталоге, серым цветом — эпицентры событий, для которых подобные решения отсутствуют.
Рис. 2. Карта сейсмических станций, записи которых использовались для расчета ТСМ.
Таблица 1. Параметры исходных данных
№ Дата t0, ч мин с Эпицентр кр mb Ami^ км ^m^ км AT, с N
ф°, Е N
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2000.05.31 16:28:08.7 51.71 104.84 13.4 5.1 2670 5523 30-75 4
2 2002.01.26 04:57:08.9 55.03 111.68 13.0 4.7 2027 5252 30-60 12
3 2002.01.26 05:06:03.2 55.04 111.69 12.5 4.6 3259 5086 30-55 6
4 2002.07.28 20:28:33.4 52.99 107.71 13.1 4.6 2991 9731 30-55 12
5 2003.05.24 21:49:29.6 55.01 110.68 13.0 4.4 2434 4775 30-60 12
6 2003.09.16 11:24:54.4 56.05 111.34 14.3 5.2 2960 9378 30-70 14
7 2003.09.17 02:59:56.0 51.75 101.46 13.7 4.5 2594 10038 30-65 9
8 2003.12.01 20:55:46.6 56.06 111.31 12.8 4.7 2157 9319 30-55 11
9 2004.01.19 23:50:53.8 51.89 100.15 13.0 4.5 2522 5304 30-55 12
10 2004.06.28 14:22:46.5 56.68 117.97 13.5 4.6 2608 5261 30-55 7
11 2005.01.02 00:24:38.7 56.66 118.01 13.8 5.2 2605 5439 30-80 12
12 2005.02.23 19:55:11.2 52.35 101.59 13.6 4.8 2292 9928 30-50 7
13 2005.09.19 03:27:54:9 49.88 120.72 13.5 4.8 2044 8671 30-70 12
14 2005.11.10 19:29:54.3 57.37 120.77 15.7 5.8 3951 9287 45-80 19
15 2005.12.11 15:54:13.4 57.43 120.90 14.8 5.6 2262 8885 40-70 11
16 2005.12.14 23:12:13.3 57.46 120.88 12.7 4.1 2657 5588 30-60 8
17 2006.01.06 01:56:37.7 51.68 116.47 13.3 4.5 2446 6600 30-70 8
18 2006.01.26 16:57:15.2 57.40 120.90 13.1 4.8 2651 7000 30-60 11
19 2006.02.08 15:31:18.4 55.35 110.87 12.8 4.6 2095 7454 30-60 8
20 2006.02.18 01:52:17.3 50.26 105.37 13.0 4.2 2789 9402 30-55 9
21 2006.12.04 09:14:04.6 55.67 110.19 13.6 5.1 2163 9704 30-85 17
22 2006.12.11 09:08:46.3 55.69 110.18 13.1 4.8 2434 5133 30-80 11
23 2007.03.21 14:55:43.1 55.87 113.42 12.3 4.3 2248 3523 30-55 10
24 2007.04.05 13:22:53.7 56.07 114.56 13.4 4.9 2338 4631 30-55 11
25 2007.07.04 01:23:23.9 55.45 110.39 14.2 5.2 4833 9454 30-65 15
26 2007.07.04 02:18:05.0 55.39 110.37 12.7 4.7 2380 5159 30-65 9
27 2007.08.23 04:49:19.4 55.91 113.50 13.3 4.8 2371 5267 30-70 10
28 2007.08.27 10:09:30.5 55.49 110.46 12.7 4.7 2003 5158 30-65 10
29 2008.04.05 18:56:01.4 50.33 100.25 12.8 4.5 2357 5436 30-55 10
30 2008.05.20 20:42:43.4 53.30 108.49 14.3 5.1 2560 9594 30-70 15
31 2008.08.27 01:35:31.4 51.62 104.06 15.9 5.7 2423 12759 70-110 17
32 2009.01.26 21:30:37.4 57.40 120.78 14.2 5.2 2428 7003 30-90 15
33 2009.06.10 18:51:59.1 55.41 111.16 13.2 4.9 2115 5412 30-60 11
34 2010.03.19 09:30:41.4 54.50 110.08 13.6 5.4 2115 9450 30-60 14
35 2011.02.01 12:53:41.3 50.98 107.85 13.2 4.9 2304 4628 30-55 10
36 2011.03.16 17:12:36.2 56.63 121.59 14.2 4.9 2163 8908 30-65 13
37 2011.04.25 22:13:49.1 56.64 121.55 12.8 4.6 2165 5673 30-55 9
38 2011.07.16 18:38:52.1 52.88 108.52 14.5 5.5 2318 5736 30-55 16
39 2011.07.22 14:52:55.4 49.65 118.85 13.5 4.9 2292 5347 30-60 10
Примечания. Столбцы: 2 — дата (год, месяц, число); 3 — время в очаге по Гринвичу (час, минута, секунда); 4, 5 — координаты эпицентра; 6 — энергетический класс (по Т.Г. Раутиан; данные указаны по BYKL (Байкальский филиал ГС СО РАН)); 7 — маг-нитуда по объемным волнам (по ISC); 8, 9 — минимальное и максимальное эпицентральные расстояния соответственно; 10 — диапазон периодов; 11 — число используемых станций (см. текст).
мое эпицентральное расстояние составило около 2000 км, а максимальное — около 13000 км (табл. 1).
Для каждой сейсмической трассы "эпицентр-станция" с помощью метода спектрально-временного анализа [Левшин и др., 1986] были получены спектры основной моды волн Рэлея и Лява. Анализу подвергались только сигналы с достаточно высоким соотношением сигнал/шум и нормальной поляризацией. Выбор используемого диапазона периодов колебаний (AT) для отдельного землетрясения был обусловлен необходимостью удовлетворить приближению точечного источника с одной стороны и особенностями излучения поверхностных волн мелкофокусным источником с другой [Букчин, 2006; Bukchin, 2010]. Для всей совокупности событий он составил от 30 до 110 с (табл. 1).
Тензор сейсмического момента (в приближении двойной пары сил — double-couple) и глубина гипоцентра рассчитывались по полученным амплитудным спектрам поверхностных волн по программе, разработанной в ИТПЗ РАН [Букчин, 1989].
Рассмотрим низкочастотную часть спектра у-й компоненты смещений в одной из мод Лява или Рэлея Uj (x, ю). Если частота достаточно мала (®А? ^ 1, где At — продолжительность действия источника), и размер очаговой области много меньше рассматриваемых длин волн, то для очага справедливо приближение мгновенного точечного источника. В этом случае выполняется соотношение:
Uj (x, ю) = — /ю
Gjk (x, y, ю)
. dy i j
где индексыу, к, I = 1, 2, 3 соответствуют осям декартовых координат, 0;к (х, у, ю) — спектр функции Грина для используемой модели среды и типа волны [ЪеУ8Ып, 1985; Букчин, 1989], Мк1 — компоненты ТСМ, x — точка регистрации, у — радиус-вектор источника.
Данный метод имеет ряд особенностей. Во-первых, очаг моделируется разрывом сплошности по плоской площадке в результате накопленных тектонических напряжений. Силовым эквивалентом такого источника является двойная пара сил с противоположным по знаку моментом. В этом случае в изотропной среде компоненты ТСМ имеют вид [Костров, 1975]:
Мк1 = Мо(икЬ1 + пЬк),
где М0 — скалярный сейсмический момент [Ак1, 1966], пк и Ь1 — единичные векторы в направлении подвижки и нормали к площадке разрыва.
Используется приближение слабой горизонтальной неоднородности [WoodЫouse, 1974; Бабич и др., 1976]. В этом случае функция Грина поверхностных волн определяется строением среды
в окрестности очага и регистрирующей станции, средней фазовой скоростью на трассе и геометрическим расхождением, а сами поверхностные волны распространяются вдоль дуги большого круга, соединяющей эпицентр землетрясения со станцией.
Анализируется только амплитудный спектр, что приводит к нелинейности решаемой задачи. С другой стороны, принятые в методе допущения позволяют исключить ошибки, связанные с определением средней фазовой скорости на трассе, которая, как правило, известна со значительн
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.