ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 3, с. 119-130
УДК 550.34
ЗАТУХАНИЕ МАКРОСЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ В РАЙОНЕ КАМПАНЬИ (ЮГ ИТАЛИИ)
© 2013 г. М. Секоманди1, С. Д'Амико2 *, В. Паолетти3, А. Раполла3 4 5
1 Геологическое сопровождение и услуги, Дзола-Предоза, г. Болонья, Италия 2 Отделение физики, Университет Мальты 3 Отделение наук о Земле, Неаполитанский Университет им. Фридриха II, г. Неаполь, Италия 4Межуниверситетский Исследовательский центр по предсказанию и предотвращению крупных природных катастроф, г. Салерно, Италия 5Исследовательский центр по территориальному городскому планированию, г. Неаполь, Италия
*E-mail: sebdamico@gmail.com Поступила в редакцию 25.04.2011 г.
Основной целью работы является оценка соотношений сейсмического затухания в области Кампа-нья на юге Италии по данным об ощущавшейся интенсивности сотрясений от землетрясений, полученным из подробных исторических источников (DOM 4.1). Выбор Кампаньи в качестве области исследований продиктован тем, что этот район характеризуется высокой степенью сейсмической опасности, в особенности в окрестностях Неаполя. Для получения соотношений сейсмического затухания в исследуемом районе мы протестировали несколько модельных аппроксимаций экспериментальных данных и установили, что наилучшее приближение данных для Кампаньи дает линейно-логарифмическая модель. Большинство соотношений, описывающих сейсмическое затухание на Апеннинском полуострове, основано на предположении об изотропности этого процесса и не всегда адекватно описывает макросейсмическое затухание. Поэтому для проверки возможной зависимости затухания от азимута сейсмических лучей, мы разделили весь массив данных на октанты и для каждого из октантов выполнили такой же анализ, как и для всего массива данных в целом. Полученные результаты оказались различными для разных октантов. Наблюдаемые различия частично связаны с особенностями источников анализируемых сейсмических событий; кроме того, картина сейсмических затуханий, вероятно, может отражать также латеральные вариации литологиче-ских и физических свойств среды на разных глубинах.
Ключевые слова: сейсмичность, макросейсмическая интенсивность, Кампания.
DOI: 10.7868/S0002333713020075
ВВЕДЕНИЕ
Традиционно в мировой геофизической практике для количественной характеристики сейсмических воздействий и для оценки разрушительного эффекта землетрясений использовалось понятие интенсивности сейсмических событий. Этот подход широко применяется и в настоящее время, в особенности при планировании аварийной устойчивости среды, несмотря на то, что сейчас доступны данные многочисленных мировых сейсмических сетей. Сервисы, подобные ShakeMap® [Wald et al., 2005; http://earthquake.usgs.gov/shakemap; http://earthquake.rm.ingv.it/shakemap/shake], позволяют быстро рассчитывать в автоматическом режиме карты интенсивности сейсмических сотрясений, если для исследуемых районов заданы корректные входные данные и известны соотношения сейсмического затухания. Такие расчеты
дают оперативную информацию, которая важна для организации работы служб чрезвычайного реагирования, оповещения населения, оценки потерь, планирования мероприятий при подготовке к возможным землетрясениям, инженерных работ после землетрясений, а также научных исследований (см., например, [D'Amico et г.!., 2009; 2010a]).
Обычно данные об интенсивности используют для определения местоположения и оценки размера уже произошедших землетрясений; кроме того, эти данные используют для построения вероятностных карт сейсмической опасности. Этот подход может оказаться особенно эффективным для Италии, где сохранилось значительное количество документальных исторических источников с описаниями землетрясений, по которым можно получить большой объем сведений о сейсмических очагах за два последних тысячелетия. В последние десятилетия для территории Италии
был выполнен ряд исследований затухания мак-росейсмической интенсивности как функции расстояния [Grandori et al., 1987; Maugeri et al., 1993; Berardi et al., 1994; Gasperini, 2001; Albarello, D'Amico, 2004; Gomez, 2006; Akinci et al., 2008; Pasolini et al., 2008a; 2008b]. Некоторыми авторами было предложено оценивать сейсмоопасность территории Италии по данным об интенсивности землетрясений. В нескольких работах были приведены средние соотношения, описывающие сейсмической затухание для всей территории Италии в целом [Grandori et al., 1987; Berardi et al., 1994; Gasperini, 2001; Albarello, D'Amico, 2004], а в работах [Maugeri et al., 1993; Gomez, 2006] были представлены оценки сейсмического затухания для конкретных областей и конкретных механизмов очага, соответственно.
Так, авторы работы [Maugeri et al., 1993] исследовали закономерности затухания интенсивности сейсмических событий в районах Сицилии и Калабрии и показали, что землетрясения в этих регионах характеризуются более резким спадом интенсивности с расстоянием, чем события в северных и центральных областях Италии. Соотношения для землетрясений с различными механизмами очага (сброс, взброс и сдвиг) были приведены в работе [Gomez, 2006].
В общем случае поведение затухания описывается формулой, содержащей логарифмический и линейный члены. Логарифмический член можно интерпретировать как соответствующий геометрическому расхождению, а линейный — неупругому затуханию. Впервые выражение для интенсивности как функции расстояния для региона Италии было дано в работе [Grandori et al., 1987]. Одно их новейших выражений было предложено в [Gasperini, 2001], где автор на основе данных об интенсивности нескольких землетрясений на территории Италии построил билинейную модель затухания интенсивности с расстоянием, в которой наклон графика имеет излом на расстоянии 45 км. Уравнения, предложенные в [Gasperini, 2001], имеют следующий вид:
fa + ßD D < 45 км
АI =<
[a + ß х 45 + y(D - 45) D > 45 км.
Здесь AI — разность между значением интенсивности в эпицентре и интенсивностью сотрясений, ощущаемых в данной точке; a, ß и у — свободные параметры, вычисленные методом регрессии. В модели затухания, предложенной в [Gasperini, 2001], геометрическое расхождение не считается связанным с неупругим затуханием.
Большинство указанных выше соотношений для убывания интенсивности с расстоянием относятся к изотропному случаю и не всегда адекватно описывают реальное распределение макро-сейсмической интенсивности в некоторых обла-
стях. Фактически, соотношения для затухания на территории Италии были в ряде случаев вычислены по данным для каких-то определенных областей, а затем применены для других областей (например, [INGV, 2004]). Это относится и к району южных Апеннин и, в частности, к густонаселенной области Кампанья (рис. 1) с очень высоким уровнем сейсмической опасности. Недавно было выполнено специальное исследование, целью которого было найти уравнения, описывающие движения грунта через макросейсмическую интенсивность [S0rensen et al., 2010]. В этой работе было показано, что погрешность определения параметров очага для землетрясений Кампаньи пренебрежимо мала по сравнению с разбросом данных об интенсивности землетрясений. Авторы отмечают, что уравнения, описывающие движение грунта через макросейсмическую интенсивность, в целом дают неплохую аппроксимацию для исторических землетрясений и позволяют оценить интенсивность будущего землетрясения с точностью до 1 балла.
Ошибки, возникающие при применении большинства из указанных формул к описанию сейсмичности некоторых географических областей, вероятно, могут быть связаны с тем, что эти формулы не учитывают локальные неоднородности земной коры, которые могут приводить к анизотропному характеру зависимостей. Еще одной причиной анизотропии интенсивности могут быть особенности тектонических механизмов рассматриваемой области. В этой связи отметим, что, согласно [Wells, Coppersmith, 1994], очаг землетрясения с магнитудой M = 6.7—7 (а именно такие землетрясения мы рассматриваем в нашей работе) имеет протяженность 30—50 км, что может оказывать влияние на картину распределения интенсивности на небольших расстояниях от источника. Ошибки могут возникать и из-за других факторов. Например, в исторических источниках данные о слабой интенсивности сотрясений от землетрясений, которые происходили вдали от местоположения наблюдателя, могут отсутствовать, и неполнота этих сведений может приводить к систематической погрешности. Наконец, как известно, параметры колебаний грунта (частота и амплитуда) сильно зависят от локальных особенностей среды в пункте наблюдений (см., например, [Rapolla, 2008]).
Цель нашей работы состоит в том, чтобы на основе макросейсмических данных оценить эффективные соотношения, описывающие сейсмическое затухание для района Кампаньи, а также проверить предположение о наличии возможной азимутальной анизотропии в распределении интенсивности, которая обусловлена локальными неоднородностями земной коры в исследуемой области. Известно, что между уровнем сотрясений грунта и степенью разрушений нет прямой и
13.5° 14° 14.5° 15° 15.5° 16° 16.5° 17°
в. д.
Рис. 1. Карта района исследований. Звездочками отмечены три крупнейших землетрясения, рассматриваемых в работе. Основные параметры этих сейсмических событий приведены в табл. 1. Для двух последних землетрясений показаны механизмы очага по [Pino et al., 2008]. Координаты эпицентров указаны в соответствии с "Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani" [CPTI, Working group 1999; 2004].
однозначной корреляции, поскольку степень разрушений зависит от комплекса параметров, таких, как уровень вибраций почвы, длительность сотрясений, местные особенности среды, а также сейсмическая устойчивость конструкций [80геп8еп й а1., 2010]. Чтобы преодолеть эту трудность, затухание вибраций грунта можно выразить через макросейсмическую интенсивность. Использование параметра макросейсмической интенсивности может оказаться выигрышным по сравнению с другими параметрами, такими, как, например, абсолютные величины параметров фокальных механизмов землетрясений, которые более опосредованно связаны с феноменологией разрушений (см., например, [Оазрепт, 2001]). Главн
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.