Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Динамика сейсмичности Южного Сахалина на основе современных инструментальных и макросейсмических данных

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Динамика сейсмичности Южного Сахалина на основе современных инструментальных и макросейсмических данных"

На правах рукописи

□□3445465 САФОНОВ Дмитрий Александрович

ДИНАМИКА СЕЙСМИЧНОСТИ ЮЖНОГО САХАЛИНА НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ И МАКРОСЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Специальность- 25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

РГБ ОД

Южно-Сахалинск, 2008 2 ^ АВГ 2008

003445465

На правах рукописи

САФОНОВ Дмитрий Александрович

ДИНАМИКА СЕЙСМИЧНОСТИ ЮЖНОГО САХАЛИНА НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ И МАКРОСЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Специальность 25 00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Южно-Сахалинск, 2008

Работа выполнена в Институте морской геологии и геофизики ДВО РАН, Сахалинском филиале ГС РАН и Сахалинском Государственном Университете

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук

Злобин Тимофей Константинович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук

Тараканов Роман Захарович

кандидат физико-математических наук Лунева Маргарита Николаевна

Ведущая организация Институт вулканологии и сейсмологии

(г Петропавловск-Камчатский)

Защита состоится 30 сентября 2008 г в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ005 026 01 при Институте морской геологии и геофизики ДВО РАН по адресу 693022, г Южно-Сахалинск, ул Науки, 16

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ИМГиГ ДВО РАН

Автореферат разослан « ЗО» ш&лл 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физ -мат наук ' ? О Н Лихачева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сахалинская область - один из регионов России, на территории которого велика вероятность сильных и разрушительных землетрясений На протяжении истории сейсмических наблюдений здесь фиксировались разрушительные землетрясения (Монеронское 1971 г, Нефтегорское 1995 г, Невельское 2007 г), а так же множество сильных и вызывавших значительные сотрясения Особенно важно изучение сейсмичности южной части Сахалина, где плотность населения самая большая, а населенные пункты, в том числе областной центр Южно-Сахалинск, расположены вблизи активных разломов

В последние годы на Сахалине ведется активное строительство нефтегазодобывающих сооружений и сопутствующей инфраструктуры, в том числе и на юге острова, где построен один из крупнейших в мире заводов по сжижению природного газа Уточнение степени опасности и выявление точек, наиболее подверженных риску сейсмических подвижек, может помочь предотвратить или уменьшить экологический ущерб

В последние годы появились новые данные по сейсмичности территории южного Сахалина, полученные при помощи современной цифровой аппаратуры, которые требуют систематизации и анализа

Анализ сейсмической активности и упорядоченность накопленных сведений за ряд лет позволяет лучше представить картину сейсмичности территории Проведенная работа является хорошей базой для развития методик прогнозирования землетрясений, перспективность этого направления показал недавний успешный прогноз разрушительного землетрясения, произошедшего 2 августа 2007 года вблизи г Невельск, сделанный сотрудниками ИМГиГ ДВО РАН

Невельское землетрясение 2007 г, вызвавшее значительные разрушения, еще раз подчеркнуло актуальность детального изучения сейсмичности южного Сахалина

Цель работы: на основе современных инструментальных и макросейсмических данных исследовать динамику сейсмичности южного Сахалина на протяжении 1995-2006 гг

Задачи работы:

1 Анализ существующих каталогов землетрясений южного Сахалина, выявление их особенностей, составление на их основе рабочего каталога, включающего наиболее точные и подробные данные о землетрясениях на рассматриваемой территории в изучаемый период времени

2 Изучение сейсмичности территории южного Сахалина, динамики сейсмической активности, распределения сейсмичности в пространстве и времени, на основе составленных графиков повторяемости, диаграмм сейсмического процесса, карт эпицентров и плотности сейсмической энергии

3 Анализ макросейсмических данных, выявление территорий и населенных пунктов, подвергавшихся наибольшим сотрясениям в изучаемый период времени Уточнение зависимости между магнитудой землетрясений и интенсивностью их проявления на удалении от очага

Исходный материал:

1. Региональный и Оперативный каталоги Сахалина, полученные отделом сводной обработки СФ ГС РАН (из фондов СФ ГС РАН)

2 Каталог землетрясений, полученный по данным записи цифровой системы IRIS-2 (Н В Краева, ИМГиГ ДВО РАН)

3 Каталог землетрясений, полученный по данным сети цифровых сейсмических станций DAT и Datamark, авторы Ким Чун Ун и коллектив обработчиков СФ ГС РАН (из фондов СФ ГС РАН)

4 Другие материалы из фондов СФ ГС РАН и ИМГиГ ДВО РАН, полученные диссертантом, либо используемые с разрешения авторов

Основные защищаемые положения:

1. Обоснована величина представительности используемого в работе комбинированного каталога землетрясений южного Сахалина в 1995-2006 гг на уровне Мп=2 5, как результат анализа исходных каталогов и регистрационных возможностей локальной сети цифровых сейсмостанций по площади и во времени

2 Максимальная сейсмическая активность на юге о Сахалин в 1995-2006 гг связана с зонами Центрально-Сахалинского и, в меньшей степени, Западно-Сахалинского глубинных разломов, о чем свидетельствуют карты эпицентров землетрясений и пространственного распределения плотности сейсмической энергии землетрясений

3 Получена формула макросейсмического поля для территории южного Сахалина, позволяющая эффективно оценивать интенсивность землетрясений на удалении от очага Оценены пределы применимости предложенной формулы для землетрясений магнитудой М=3 7-5 0 - на расстояниях 10-150 км до гипоцентра землетрясения, а для событий магнитудой до М=6 0 - на расстояниях 30-200 км

Научная новизна работы.

1 В работе впервые проанализированы регистрационные возможности локальной сети цифровых сейсмостанций южного Сахалина на протяжении 12 лет, проведен подробный анализ имеющихся каталогов землетрясений, составлен комбинированный каталог и оценена его представительность

2. Получено пространственное распределение плотности сейсмической энергии землетрясений на территории южного Сахалина в 1995-2006 гг, показавшее приуроченность основных областей повышенной сейсмической активности к крупнейшим разломным системам Сахалина

3 Получены новые более точные региональные коэффициенты в уравнении среднего макросейсмического поля для юга о. Сахалин, построены карты максимальной наблюденной и расчетной макросейсмической интенсивности для изучаемого периода времени Практическая значимость.

Полученные карты плотности сейсмической энергии и максимальной расчетной балльности могут использоваться в целях дальнейшего уточнения карт детального сейсмического районирования Выявленные распределения пространственно-временного хода сейсмичности на юге о Сахалин, могут быть использованы для выяснения сейсмотектонических условий возникновения недавнего разрушительного землетрясения, произошедшего вблизи г Невельск в 2007 г. Уточненные коэффициенты уравнения макросейсмического поля позволяют более надежно устанавливать связь между инструментальными параметрами землетрясений и интенсивностью сотрясений на различных расстояниях от очага Личный вклад автора.

Диссертантом проделана работа по систематизации данных, содержащихся в каталогах зарегистрированных сейсмических событий за последнее десятилетие по результатам долговременной цифровой регистрации на юге о Сахалин Оценена регистрационная возможность локальной сети цифровых сейсмостанций Составлен рабочий вариант каталога Получена оценка представительности каталога в различные временные интервалы для территории южного Сахалина

Проведен анализ сейсмичности южного Сахалина- получены графики повторяемости и высвобожденной упругой деформации, составлены карты эпицентров и плотности сейсмической энергии; составлен каталог ощутимых землетрясений южного Сахалина в 1995-2006 гг, получены коэффициенты

уравнения макросейсмического поля для территории южного Сахалина, построена карта максимальной балльности

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на международной конференции «Глубинное строение и геодинамика Фенноскандии, окраинных и внутригшатформенных транзитных зон» (Петрозаводск, 2002 г), всероссийской конференции «Строение и живая тектоника и дислокации платформ и их горно-складчатых обрамлений» (Москва, 2003 г), конференции с международным участием «Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов» (Архангельск, 2004 г), шестых ежегодных чтениях имени В В Федынского (Москва, 2004 г), конференции молодых ученых «Молодые научные резервы Сахалина Наука и развитие региона» (Южно-Сахалинск, 2004 г), седьмых геофизических чтениях имени В В Федынского (Москва, 2005 г), международном научном симпозиуме «Проблемные вопросы островной и прибрежной сейсмологии (ОПС-2005)» (Южно-Сахалинск, 2005 г), I (ХГХ) Международной конференции молодых ученых, посвящ 60-летию Института морской геологии и геофизики ДВО РАН «Изучение природных катастроф на Сахалине и Курильских островах» (Южно-Сахалинск, 2006 г), восьмых геофизических чтениях им В В Федынского (Москва, 2006 г), второй (XX) Сахалинской молодежной научной школе «Природные катастрофы изучение, мониторинг, прогноз» (Южно-Сахалинск, 2007 г )

Публикация результатов по теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 8 материалов конференций, 4 тезисов докладов и 4 научных статьи

Структура и объем работы: работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения Общий объем работы 146 страниц, диссертация содержит 69 рисунков и 16 таблиц Список использованной литературы содержит 76 наименований

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор глубоко благодарен научному руководителю, заведующему лабораторией анализа природных катастроф ИМГиГ ДВО РАН д г -м н Тимофею Константиновичу Злобину, и ведущему научному сотруднику лаборатории физики землетрясений ИМГиГ ДВО РАН к ф -м н Лидии Николаевне Поплавской за всестороннюю поддержку и помощь в процессе написания работы

Таюке выражает признательность за поддержку, ценные замечания и консультации по отдельным вопросам сотрудникам ИМГиГ ДВО РАН к ф -м н И Н Тихонову, к ф -м н Ким Чун Уну, к ф -м н А В Коновалову, Т В Нагорных, В В Ершову, а так же сотрудникам СФ ГС РАН к ф -м н А А Поплавскому, Т А Фокиной, А И Спирину, Н А Урбан

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования Кратко изложены структура и содержание работы, дается характеристика научной новизны и практической ценности полученных результатов

Глава 1. История изучения сейсмичности Сахалина

В первой главе рассматривается общая сейсмичность Сахалинского региона на протяжении времени инструментальных наблюдений Изложено краткое описание разломной тектоники южного Сахалина по данным разных авторов (В В Харахинов, О А Мельников, М И Стрельцов, В С Рождественский) Проводится краткий обзор наиболее крупных известных землетрясений (Лесогорско-Углегорского 1924 г, Ногликского 1964 г Монеронского 1971 г, Нефтегорского 1995 г, Углегорского 2000 г) Приводится краткая история сейсмических наблюдений на Сахалине, этапы развития сети сейсмостанций Дается исторический обзор сейсмичности

территории южного Сахалина Кратко рассматриваются глубокофокусные землетрясения с эпицентрами на изучаемой территории

Глава 2. Анализ каталогов землетрясений южного Сахалина, выбор

У

рабочего материала

Основными исходными материалами для работы послужили Региональный и Оперативный каталоги Сахалина СФ ГС РАН, каталог землетрясений, полученный по данным записи цифровой системы IRIS-2 (авторский каталог Н В Краевой), каталог землетрясений, полученный по данным записи локальной сети цифровых сейсмических станций DAT и Datamark

Региональный и оперативный каталоги СФ ГС РАН получаются в результате сводной обработки записей землетрясений региональной сети сейсмостанций Сахалинского, Курильского регионов и Приморья и Приамурья Расчеты делаются с помощью программного комплекса «MGP» (магнитуда, глубина, положение эпицентра), разработанной коллективом авторов под руководством О А Бобкова Достоинствами каталога являются длительный и непрерывный период наблюдений, охватывающий несколько десятилетий, большое количество удаленных сейсмостанций, задействованное в обработке землетрясений, что позволяет считать полученные характеристики (для сильных толчков) наиболее точными и не зависящими от геологических особенностей строения земной коры в районе эпицентра К недостаткам каталога можно отнести низкую представительность каталога (М„=3 5), малое число содержащихся в нем землетрясений, достаточно высокую невязку определения координат и времени землетрясений

С 1995 г для регистрации фоновой сейсмичности на юге Сахалина начали применяться короткопериодные цифровые сейсмостанции Datamark и

DAT В разные годы с 1995 по 2006 на юге острова одновременно производилась регистрация от 4 до 10 станциями Первоначально регистрация производилась непродолжительное время, охватывая лишь летние - осенние месяцы В настоящий момент большая часть станций работает круглогодично Параметры гипоцентров землетрясений определялись при помощи компьютерной программы, предоставленной исследовательским центром по прогнозу землетрясений Хоккайдского университета, реализующей метод инверсии (алгоритм Гейгера) Достоинствами каталога являются большое количество зарегистрированных событий, высокая представительность, превышающая представительность других каталогов на большей части исследуемой территории, высокая точность определения параметров землетрясений в области оптимальной регистрации (центральная часть изучаемой территории), использование данных локальной сети сейсмостанций, групповая обработка Недостатки рассматриваемого каталога прерывистость, данные каталога охватывают около половины рассматриваемого интервала времени, в обработке не используются данные удаленных станций, что ставит точность обработки в зависимость от верности выбора скоростного разреза земной коры

С 1992 г по соглашению между объединением исследовательских институтов США (IRIS) и Академией Наук СССР на сейсмостанции «Южно-Сахалинск» установлен комплект аппаратуры широкополосной цифровой сейсмологической системы IRIS-2 Сотрудником лаборатории сейсмологии ИМГиГ ДВО РАН Н В Краевой была проведена обработка записей сейсмостанции IRIS-2 с 1992 по 2002 гг Локализация землетрясений по данным одной станции производилась методом Голицина Результатом ее работы стал непрерывный каталог землетрясений, произошедших в окрестностях г Южно-Сахалинска в 1992-2002 гг К достоинствам каталога можно отнести непрерывность наблюдения на протяжении свыше 10 лет

(1992-2002 гг), оцененная автором каталога точность определения координат эпицентра, невязка в большинстве случаев не превышает 6 км как по широте, так и по долготе, самая низкая представительная магнитуда для территории в пределах 36 км от Южно-Сахалинска и достаточно низкая - для территории в пределах 70 км, каталог очищен автором от взрывов Недостатки ограниченный охват территории (70 км от сейсмостанции «Южно-Сахалинск»), сильная зависимость от локальных неоднородностей скорости сейсмических волн в земной коре, в виду использования одной станции и близких расстояний до очага, отсутствие данных 2003-2006 гг

В результате сравнения указанных каталог было принято решение использовать в качестве основного каталог локальной сети цифровых сейсмостанций (3814 событий), пропущенные периоды времени заполнить данными каталога НВ Краевой (184 события), дополнить данными о землетрясениях, пропущенных в обоих каталогах, из регионального и оперативного каталогов СФ ГС РАН (7 событий)

Можно утверждать, что полученный таким образом рабочий каталог содержит максимально подробную доступную информацию о землетрясениях, произошедших на Сахалине в 1995-2006 гг

Представительность полученного каталога, оцененная по излому графика повторяемости, примерно равна Мп=2 5 Однако это значение значительно изменяется по площади территории и во времени Оценка изменения представительности каталога по площади проводится на основе данных о регистрационных возможностях сетей сейсмостанций, на основе наблюдений которых получены исходные каталоги И если оценка возможности регистрации региональной сети сейсмостанций СФ ГС и станции 11115-2 ранее производились, то оценка регистрационной возможности сети цифровых сейсмостанций проводится в данной работе Для этого по факту регистрации слабых близких землетрясений выполняется оценка

регистрационных возможностей

отдельных цифровых сейсмостанций

локальной сети, затем с

использованием полученных оценок

дальности регистрации слабых

землетрясений, строятся карты

регистрационной возможности сети

для каждого года с 1995 по 2006

(например, рис. 1). Полученные

таким образом оценки

представительности позволяют

утверждать, что комбинированный Рис. 1. Регистрационные возможности сети

цифровых сейсмостанг/ий южного Сахалина рабочий каталог на протяжении летом-осенью 2004 г. Сплошными линиями _ „ показаны области уверенной регистрации

большей части изучаемого периода землетрясений магнитудой м=1.5. М=2.0 и

........-— I 1 1 \___ 1 1 1 1 ] Ч 1

\ ч 1 1 1 ч 1

V • 5 >35' . г « \ 1 \ 1 \ 1 ) 1 / 1 / 1

В V \__\ — 2 0 1 7 1 Г 1 1...........1

- ..„™,„ М=2.5 как минимум тремя станциями. времени и на большей части _ И '

1 Пунктирной линиеи показана граница

изучаемой территории содержит без изучаемого района. пропусков землетрясения начиная с магнитуды М„=2.5. Возможные пропуски таких землетрясений на остальной территории не должны существенно повлиять на оценку сейсмичности.

Глава 3. Современная сейсмичность южного Сахалина Для рассмотрения хода сейсмического процесса во времени были созданы карты эпицентров за каждый рассматриваемый год. На этих картах также показаны области, охваченные исходными каталогами землетрясений с указанием расчетной представительной магнитуды для каталога локальной сети цифровых сейсмостанций, что позволяет проследить во времени изменение полноты и представительности используемых данных, а так же динамику сейсмичности на протяжении 12 лет. Этому посвящен первый раздел главы 3, описывающий хронологию сейсмического процесса.

Количественно сейсмический процесс охарактеризован в разделе 3.2. Здесь представлены диаграммы числа сейсмических событий, графики повторяемости землетрясений и временного хода высвобождения нормированной упругой деформации. На их основе можно заключить, что на протяжении последних 12 лет сейсмичность во времени распределялась не равномерно. Даже исключив из рассмотрения землетрясения непредставительной магнитуды, можно отметить возрастание количества зарегистрированных событий после 2001 г. Причем быстрее это возрастание происходит для территории вдоль западного побережья, где достаточно слабая сейсмичность 1995-2003 годов сменяется резким увеличением количества зарегистрированных землетрясений представительной магнитуды в 2004-2006 гг. Явная активизация сейсмичности территории достигает максимума в 2006 г. и, как показали события 2007 г., на этом процесс не остановился. Невельское землетрясение 2007 г. хорошо укладывается в полученный ход сейсмического процесса и является продолжением активизации сейсмичности зоны Западно-Сахалинского разлома. Развитие сейсмического процесса показано на рис. 2.

Рис. 2. Временной ход кумулятивной суммы условных упругих деформаций, высвобожденных при землетрясениях, произошедших на территории южного Сахалина в 1995-2006

ЕЕш,10",эргш

В 1995-2006 гг наблюдается постепенное нарастание сейсмической активности на территории южного Сахалина Умеренная фоновая сейсмичность 1995-2000 года осложняется самым сильным в исследуемом временном промежутке Такойским роем землетрясений 2001 года, наиболее сильный толчок которого имел магнитуду М=5 2 В последующие годы сейсмическая активность продолжает увеличиваться, смещаясь в сторону западного побережья южного Сахалина, где происходит Костромское землетрясение 2004 года с магнитудой М=4 8 и самое сильное по магнитуде Горнозаводское землетрясение 2006 г, М=5 6 Максимум сейсмической активности приходится на 2006 г

Если исключить эти наиболее заметные события, рост графика кумулятивной суммы нормированных упругих деформаций будет обусловлен фоновой сейсмичностью Величину фоновой сейсмичности можно оценить по средней скорости высвобождения условных упругих деформаций, что и было проделано в работе Установлено возрастания скорости высвобождения нормированных упругих деформаций в фоновой сейсмичности на протяжении изучаемого периода более чем в четыре раза

Были построены графики повторяемости для изучаемой территории и отдельно для центральной части и западного побережья Полученные коэффициенты (табл 1) хорошо согласуются с полученными ранее Н В Краевой по материалам ее каталога

Таблица 1 Коэффициенты графиков повторяемости землетрясений

Период времени диапазон Магнитуд а±6а Ь±8Ь а г

весь каталог 1995-2006 2 4-4 4 2 36±0 09 -0 909±0 027 ±0 037 -0 998

без афтершоков 1995-2006 2 4-4 4 2 04±0 08 -0 885±0 024 ±0 034 -0 998

зап побережье 1995-2006 2 4-4 4 2 08±0 12 -0 912±0 036 ±0 048 -0 996

центрапьн часть 1995-2006 2 4-4 4 2 30±0 17 -0 849±0 049 ±0 065 -0 992

Рис. 3. Общее положение очагов землетрясений южного Сахалина в ¡995-2006 гг.

Рис. 4. Распределение плотности сейсмической энергии, выделившейся в результате землетрясений магнитудой М=2.5 и более, на территории южного Сахалина в 1995-2006 гг., совмещенное с картой разломной тектоники территории по B.C. Рождественскому. Шкапа легенды градуирована в эрг/(км2-год)

Построена обобщенная карта эпицентров землетрясений (рис 3), позволяющая судить об общих закономерностях распределения землетрясений в 1995-2006 гг

Более наглядную картину распределения сейсмической активности, на взгляд автора, может дать карта плотности сейсмической энергии, выделившейся в результате землетрясений (рис 4)

Методика построения карты состоит в подсчете суммарной величины сейсмическое энергии землетрясений с эпицентрами на некоторой площадке, с последующим осреднением на время в 1 год

2(11 4 + 1 5М,)

где М, - магнитуда землетрясений с эпицентрами на данной площадке, 5 - площадь площадки, принятая 0 05° х 0 05°, что примерно соответствует 21 км2, Т - интервал времени наблюдения, в данном случае - 12 лет На карте (рис 4) плотность энергии приведена в логарифмической шкале

Полученная величина, имеющая смысл плотности сейсмической энергии, выделившейся в результате землетрясений на изучаемой территории за некоторый период времени, позволяет численно отразить сейсмичность территории

Практически вся территория южного Сахалина является сейсмически активной Наиболее спокойные участки - северная часть рассматриваемой территории - от широты п Стародубское до перешейка Поясок Здесь, как и до изучаемого периода времени, практически нет землетрясений Также слабая сейсмичность отмечается в районе Сусунайского хребта и Тонино-Анивского полуострова Наибольшая часть землетрясений и наибольшая плотность выделяемой при них сейсмической энергии, как и следовало ожидать, приходится на области современных активных разломов (рис 4)

Особенно здесь выделяется область тектонических нарушений, относящаяся к южному флангу Центрально-Сахалинского разлома, где произошла значительная часть землетрясении, в том числе и самое сильное сейсмическое событие - Такойский рой землетрясений 2001 г

Также умеренно-сильные землетрясения происходили у западного побережья южного Сахалина - в области, где проходят сегменты и оперяющие разрывы Западно-Сахалинского разлома, среди них особенно значительные - Костромское землетрясение 2004 г и Горнозаводское землетрясение 2006 г Уверенно связать наиболее сильные землетрясения этого района с разломами нельзя, однако общая ориентация областей концентрации эпицентров и повышенной плотности сейсмической энергии, протянувшаяся вдоль побережья, дает основания сделать такое заключение Общее положение областей повышенной плотности сейсмической энергии здесь более разобщено, фрагментарно Нанесение на карту Невельской серии событий 2007 года закрыло «пустые» места между очаговыми областями Горнозаводского и Холмских землетрясений, где до этого момента представительных землетрясений практически не фиксировалось, и таким образом подтвердило положение о приуроченности сейсмичности южного Сахалина к зонам основных разломов

О распределении глубин землетрясений южного Сахалина судить сложнее, так как глубина на настоящее время остается наиболее сложно определяемым параметром, на ее определение влияют многие факторы и точность полученного значения часто невысока Можно отметить приуроченность большей части землетрясений представительной магнитуды к глубине 7-8 км, с ростом глубины их число уменьшается, глубже 20 км коровые землетрясения на территории южного Сахалина фиксируются крайне редко

В разделах 3.4-3.6 данной работы подробно рассматриваются Такойский рой землетрясений 2001 г., Костромское землетрясение 2004 г. и Горнозаводское землетрясение 2006 г.

Глава 4. Макросейсмические проявления землетрясений

На основании сравнения зависимости значений наблюденной балльности в населенных пунктах от расстояния с расчетной балльностью по используемой в настоящее время в практике СФ ГС РАН макросейсмической формуле Л.С. Оскорбина делается вывод о значительном несоответствии расчетных значений наблюденным (рис. 5).

/, ôaxi

О 20 40 &э ас 1С« 120

Рис. 5. Затухание интенсивности сотрясений I (балл) в функции гипоцентрального расстояния при Горнозаводском землетрясении 17 августа 2006 г. в 15:20 с М=5.6. 1 -наблюденные данные: 2 - рассчитанная кривая, аппроксимирующая натурные наблюдения; 3 -данные, рассчитанные по уравнению U.C. Оскорбина (1977).

Поэтому в данной работе проводится анализ макросейсмических данных об ощутимых землетрясениях южного Сахалина в 1995-2006 гг. с целью получения уточненных коэффициентов в формуле макросейсмического поля для изучаемой территории.

На основе фондовых материалов СФ ГС РАН был составлен каталог ощутимых землетрясений Южного Сахалина за изучаемый период времени, содержащий помимо инструментальных данных информацию о зарегистрированной интенсивности сотрясений в населенных пунктах.

Всего за 12 лет на юге Сахалина зарегистрировано 69 ощутимых землетрясений магнитудой от М=2 1 до М=5 6 Карта положения эпицентров этих толчков приведена в работе, как и карта максимальной наблюденной балльности Максимальная интенсивность 7= 7 баллов зарегистрирована дважды в пп Углезаводск и Сосновка Долинского района в результате Такойского землетрясения 1 сентября 2001 г (М=5 2) и в п Горнозаводск Невельского района в результате Горнозаводского землетрясения 17 августа 2006 г (М=5 6) Эти самые сильные на юге Сахалина в рассматриваемый период времени землетрясения ощущались на всей изучаемой территории Кроме того, было зарегистрировано несколько землетрясений интенсивностью 5-6 баллов и более слабо ощущавшиеся толчки

В результате предварительного анализа ощутимых землетрясений по магнитудным диапазонам были отобраны 13 наиболее сильных землетрясений магнитудой М=4 3 и более Данные, содержащие 312 наборов значений магнитуды, логарифма гипоцентрального расстояния и зарегистрированного балла, были подвергнуты множественному регрессионному анализу

В результате получены следующие коэффициенты, доверительные интервалы указаны для уровня а=0 05

V = 3 41 ± 0 25, ¿=1 59 ±0 18, с = 0.98 ±0 75, а итоговую формулу можно представить так

I, =1.59М-3.411ёД, +0 98 (2)

Для оценки точности вычисления значений расчетной интенсивности, а так же для сравнения результатов оценки значений интенсивности с вычисленными по формулам Л С Оскорбина (1977) и Н В Шебалина (1957)

была рассчитана средняя квадратичная ошибка оценки интенсивности для каждого магнитудного диапазона

2 1,5 1

0,5 0

со со о> см ю со <о

сососоч-тгч-юю

11111

О 'Ч- г- о со со со со ■ч- •ч-

Рис 6 Диаграмма средней квадратичной ошибки вычисления расчетной интенсивности по разным соотношениям для интервалов магнитуд I - ошибка формулы НВ Шебалина (¡957), 2 - ошибка формулы Л С Оскорбила (1977), 3 - ошибка полученного соотношения (2), 4 - ошибка линии тренда для магнитудного диапазона

Формула (2), ошибка которой показана на рис 6 линией 3, практически повторяет значения ошибки линии тренда для интервалов магнитуд М=4 35 6 и довольно неплохо позволяет оценить значения интенсивность для интервалов магнитуд М=3 7-3 9 и М=4 0-4 2 Однако для более слабых землетрясений точность оценки значений интенсивности значительно падает, что может являться следствием непредставительной выборки данных для слабых землетрясений Средняя квадратическая ошибка этой формулы для

всех исследуемых данных составляет ¿^=06 балла С учетом того, что

макросейсмическая шкала МБК-64 допускает ошибку определения балльности до 1 балла, такую погрешность расчетной интенсивности можно считать приемлемой

Хорошую сходимость расчетных и наблюденных значений интенсивности формула (2) дает и для некоторых недавних ощутимых землетрясений, произошедших на юге Сахалина уже после написания главы 4 данной работы, в том числе и для катастрофического Невельского землетрясения 2007 г.

Наиболее существенным недостатком формулы (2) является занижение расчетной балльности на близэпицентральных расстояниях сильных землетрясений. Это можно объяснить эффектом неточечности очага сильного землетрясения. В случае учета размеров очаговой области и более сложного расчета интенсивности недостаток устраняется. Н.В. Шебалин не рекомендует для оценки предполагаемой балльности применять региональные формулы

макросейсмического поля на расстояниях ближе 30 км к инструментальному эпицентру.

Таким образом, уточненные коэффициенты уравнения среднего макросейсмического поля южного Сахалина (2) можно рекомендовать для расчета интенсивности землетрясений магнитудой М=3.7-5.0 на расстояниях 10-150 км до гипоцентра землетрясения и магнитудой до М=6.0 на расстояниях 30-200 км.

На основе полученной уточненной формулы макросейсмическго поля для южного Сахалина была построена карта расчетной максимальной балльности для изучаемой

|......——:г.......■

5\I

/к ' Г •"

Рис. 7. Карта расчетной максимальной балльности землетрясений южного Сахалина, произошедших в 1995-2006 гг. Цифрами в легенде обозначено: I-расчетная интенсивность; 2 - населенные пункты.

территории от землетрясений 1995-2006 гг (рис 7), хорошо согласующаяся с картой реально наблюденной в населенных пунктах южного Сахалина максимальной интенсивности сотрясений

Заключение

Основные результаты проведенной работы коротко представленны в заключении диссертации Для подтверждения полученных результатов приводится краткая информация о Невельском землетрясении 2 августа 2007

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Проанализированы доступные каталоги землетрясений южного Сахалина, изучена их представительность, особенности Для работы составлен комбинированный каталог, содержащий наиболее полную доступную информацию о землетрясениях юга о Сахалин за 1995-2006 гг Подробно исследовано изменение представительности этого каталога по площади территории и во времени Установлено, что представительную магнитуду каталога можно принять равной М„=2 5

2 Проанализирована динамика сейсмичности южного Сахалина Полученные результаты указывают на активизацию сейсмического процесса в 2001-2006 гг, особенно в области западного побережью южного Сахалина, где в 2007 г произошло разрушительное Невельское землетрясение

3 Получено пространственное распределение сейсмичности, показанное на картах эпицентров землетрясений и плотности сейсмической энергии Подробно рассмотрены наиболее сильные сейсмические события Такойский рой землетрясений 2001 г, Костромское землетрясение 2004 г, Горнозаводское землетрясение 2006 г Пространственное распределение плотности сейсмической энергии свидетельствует о приуроченности максимальной сейсмической активности к зонам Центрально-Сахалинского и, в меньшей степени, Западно-Сахалинского глубинных разломов

4 На основе данных составленного каталога ощутимых землетрясений южного Сахалина уточнены коэффициенты макросейсмической формулы для территории южного Сахалина, позволяющие более точно оценивать интенсивность землетрясений На основе полученных коэффициентов формулы макросейсмического поля построена карта расчетной максимальной балльности проявления землетрясений на территории юга о Сахалин в изучаемый период времени

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Злобин ТК, Гуреев РГ, Сафонов ДА Детальные исследования современной сейсмичности Сахалина станциями «IRIS-2», «DATAMARK» и «DAT» // Материалы всероссийской конференции Строение и живая тектоника и дислокации платформ и их горноскладчатых обрамлений 16-19 сентября 2003 ВНИИ Геофизика МПР РФ - Москва, 2003 - С 89-93

2 Злобин Т К , Сафонов Д А Динамика развития сейсмического процесса (на примере Монеронского землетрясения 5 сентября 1971 г) // Материалы всероссийской конференции с международным участием «Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов», г Архангельск, 13-18 сентября 2004 г т 1 - Архангельск, 2004 - С 321322

3 Сафонов ДА, Злобин ТК Проявление цикличности сейсмического процесса при Ногликском землетрясении 1964 года // Материалы всероссийской конференции с международным участием «Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов», г Архангельск, 13-18 сентября 2004 г т2 - Архангельск, 2004 - С 231233

4 Поплавская Л Н, Нагорных Т В , Сафонов Д.А , Ким Чун Ун, Рудик М И Костромское землетрясение 30 мая 2004 года и сейсмодислокации западного побережья Сахалина // Проблемные вопросы островной и прибрежной сейсмологии (ОПС-2005) тезисы докладов международного научного симпозиума, Южно-Сахалинск, 5-8 июня 2005 г - Южно-Сахалинск ИМГиГ ДВО РАН, 2005 -С 101 -103

5 Фокина ТА, Паршина И А, Сафонов ДА, Сейсмичность Сахалина в 1993-2002 гг // Проблемные вопросы островной и прибрежной сейсмологии (ОПС-2005) тезисы докладов международного научного симпозиума, Южно-Сахалинск, 5-8 июня 2005 г - Южно-Сахалинск ИМГиГ ДВО РАН, 2005 - С 25

6 Сафонов Д А Расположение эпицентров землетрясений Южного Сахалина в 2001-2003 гг (по данным цифровых станций) // Молодые научные резервы Сахалина Наука и развитие региона доклады XVIII конференции молодых ученых - Южно-Сахалинск ИМГиГ ДВО РАН, 2005 -С 21-25

7 Злобин Т К, Сафонов Д.А , Гуреев Р Г Модель глубинного строения и детальные исследования сейсмичности Южного Сахалина // Геофизика XXI столетия 2005 год Сборник

трудов Седьмых геофизических чтений им В В Федынского (3-5 марта 2005 г, Москва) - М Научный мир,2006 -С 129-134

8 Сафонов Д.А Макросейсмическое поле землетрясений южного Сахалина в 1995-2004 гг // Изучение природных катастроф на Сахалине и Курильских островах I (XIX) Международная конференция молодых ученых, посвящ 60-летию института морской геологии и геофизики ДВО РАН, 15-20 июня, 2006 г, Южно-Сахалинск тез докл / отв ред ОН Лихачева - Южно-Сахалинск Ин-т морской геологии и геофизики ДВО РАН, 2006 - С 55-56

9 Поплавская Л Н, Нагорных Т В, Фокина Т А, Поплавский А А, Пермикин Ю Ю, Стрельцов М И , Ким Чун Ун, Сафонов Д А , Мельников О А , Рудик М И , Оскорбин Л С Углегорско-Айнское землетрясение 4 августа 2000 года, М1_Н=7 0, 10=8-9 (Сахалин) // Землетрясения Северной Евразии в 2000 году - Обнинск ГС РАН, 2006 -С 365-384

10 Злобин Т К, Сафонов Д А, Злобина Л М Очаги землетрясений и глубинное строение земной коры и верхней мантии по профилю южный Сахалин - Охотское море - Камчатка // Тихоокеанская Геология 2007 Т26, №3 С 46-55

11 Сафонов ДА Уточненная макросейсмическая формула для территории южного Сахалина II Вторая (XX) Сахалинская молодежная научная школа 4-10 июня 2007 г, Южно-Сахалинск, тезисы докладов - Южно-Сахалинск, 2007-С 12-13

12 Поплавская Л Н, Фокина Т А , Сафонов Д А, Нагорных Т В, Ким Чун Ун, Сен Рак Се, Урбан НА Такойское землетрясение 1 сентября 2001 года с М=5 2, 10=7 (Сахалин) // Землетрясения Северной Евразии в 2001 году -Обнинск ГСРАН,2007 -С 331-344

13 Поплавская Л Н , Фокина Т А, Сафонов Д А, Нагорных Т В, Ким Чун Ун, Сен Рак Се, Урбан Н А Макросейсмические данные о Такойском землетрясении 1 сентября 2001 года с М=5 2, 10=7 (Сахалин) // Землетрясения Северной Евразии в 2001 году - Обнинск ГС РАН, 2007 - С 625-630

14 Поплавская Л Н, Рудик М А, Сафонов Д А , Нагорных Т В Поле упругих напряжений и сейсмодислокации западного побережья Южного Сахалина / Проблемы сейсмобезопасности Дальнего Востока и Восточной Сибири междунар науч симпоз , Южно-Сахалинск, Россия, 2730 сентября2007 г тез докл -Южно-Сахалинск ИМГиГ ДВО РАН, 2007 - С 20-21

15 Злобин Т К Сафонов ДА Ершов В В Миграция и цикличность по латерали и глубине афгершоков сильных землетрясений Сахалина // Геофизика XXI столетия 2006 год Сборник трудов Восьмых геофизических чтений имени В В Федынского (2-4 марта 2006 г, Москва) -М Научный мир, 2007 -С 153-157

16 Сафонов ДА Уточненная макросейсмическая формула для территории южного Сахалина // Природные катастрофы изучение, мониторинг, прогноз II (XX) Сахалинская молодежная науч школа, Южно-Сахалинск, 4-10 июня 2007 г сб материалов - Южно-Сахалинск ИМГиГ ДВО РАН, 2008-С 168-174

САФОНОВ

Дмитрий Александрович

ДИНАМИКА СЕЙСМИЧНОСТИ ЮЖНОГО САХАЛИНА НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ И МАКРОСЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать 17 07 2008 г

Уел печ.л 1,4 Уч изд л 1 Формат 60x84/16. Бумага «Ballet» Тираж 100 экз Заказ № 7483 Печать офсетная

Институт морской геологии и геофизики

Дальневосточное отделение РАН 693022, г Южно-Сахалинск, ул Науки, 16 Офсетный цех

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Сафонов, Дмитрий Александрович

Введение.

Глава 1. История изучения сейсмичности Сахалина

1.1. Инструментальные сейсмологические наблюдения на Сахалине.

1.2. Разломная тектоника Сахалина.

1.3. Обзор сильнейших землетрясений Сахалина.

1.4. Сейсмичность южного Сахалина в 1912-1994 гг.

1.5. Глубокофокусные землетрясения южного Сахалина.

Глава 2. Анализ каталогов землетрясений южного Сахалина, выбор рабочего материала

2.1. Региональный каталог Сахалинского филиала геофизической службы РАН

2.2. Каталог землетрясений южного Сахалина, полученный по записям сети цифровых сейсмостанций.

2.3. Авторский каталог Н.В. Краевой, станция IRIS-2 («Южно-Сахалинск»).

2.4. Сравнение каталогов и обоснование выбора рабочего материала.

2.5. Оценка представительности рабочего каталога.

Глава 3. Современная сейсмичность южного Сахалина

3.1. Хронология сейсмического процесса.

3.2. Количественная характеристика сейсмического процесса.

3.3. Пространственное распределение сейсмичности.

3.4. Такойский рой землетрясений 2001 г.

3.5. Костромское землетрясение 30 мая 2004 г.

3.6. Горнозаводское землетрясение 17 августа 2006 г.

Глава 4. Макросейсмические проявления землетрясений

4.1. Задачи макросейсмики применительно к территории южного Сахалина.

4.2. Ощутимые землетрясения южного Сахалина в 1995-2006 гг.

4.3. Формула макросейсмического поля для территории южного Сахалина

4.4. Проверка полученных соотношений на фактическом материале.

4.5. Карта максимальной балльности.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Динамика сейсмичности Южного Сахалина на основе современных инструментальных и макросейсмических данных"

Сахалинская область - один из регионов России, на территории которого велика вероятность сильных и разрушительных землетрясений. Сейсмичность Сахалина принято считать умеренно-сильной. На протяжении истории сейсмических наблюдений здесь фиксировались разрушительные землетрясения (Монеронское 1971 г., Нефтегорское 1995 г., Невельское 2007 г.), а так же множество сильных и вызывавших значительные разрушения. Согласно картам общего сейсмического районирования (ОСР-97.,1998) Сахалин относится к зоне 8-9 балльных сотрясений с повторяемостью подобных землетрясений в среднем раз в 100 лет. Особенно важно изучение сейсмичности южной части Сахалина, где плотность населения самая большая, а населенные пункты, в том числе областной центр Южно-Сахалинск, расположены вблизи активных разломов. Кроме того, на Сахалине в последние годы ведется активное строительство нефтегазодобывающих и перерабатывающих сооружений и сопутствующей инфраструктуры, в том числе и на юге острова (завод по сжижению природного газа в п. Пригородном). Тянутся новые линии газо- и нефтепроводов, которые проходят по сейсмически опасным территориям. Уточнение степени опасности и выявление точек, наиболее подверженных риску сейсмических подвижек, может помочь предотвратить или уменьшить экологический ущерб.

В последние годы появились новые данные по сейсмичности территории южного Сахалина, которые требуют систематизации и анализа. Такой анализ проводится рядом сахалинских исследователей (Ким, Сен, 1997; Краева, 19976; Краева, 2003; Иващенко и др., 2001; Бобков и др., 2004; Тихонов, 1997; Тихонов, 2003; Тихонов, 2005; Тихонов, 2006 и др.). Однако все вышеперечисленные работы ограничены по времени, территории.

Изучение сейсмической активности, как показали события последних лет, является очень перспективным, так как помогает не только лучше представить картину сейсмичности территории, но и дает возможность предсказать сильные землетрясения. Так, сильное землетрясение, произошедшее 2 августа 2007 года вблизи г. Невельск оказалось успешно предсказано в рамках средне- и краткосрочных прогнозов сахалинскими сейсмологами (Тихонов, 2006).

Невельское землетрясение 2007 г, вызвавшее значительные разрушения, еще раз подчеркнуло актуальность детального изучения сейсмичности южного Сахалина.

В данной работе ставится цель обобщить имеющиеся данные о сейсмичности южного Сахалина, систематизировать и представить по единой схеме, выполнить анализ для получения целостной картины современной сейсмичности южного Сахалина в 19952006 годах.

Такой временной интервал выбран не случайно. С 1995 г. на юге Сахалина начали применяться автономные цифровые сейсмические станции, которые позволили увеличить детальность наблюдений за слабой сейсмичностью южного Сахалина. Повысившаяся точность определения параметров землетрясений позволяет перейти к более качественному территориальному анализу распределения сейсмичности, выполнить привязку эпицентрии землетрясений к зонам разломов, выделить активные области и подтвердить сейсмоактивность территорий, в настоящий момент не проявляющих себя землетрясениями высокой магнитуды.

Объектом изучения является территория южного Сахалина от 45°.9 с.ш. (мыс Крильон) до 48° с.ш. (перешейка Поясок), а так же прилегающих акваторий - Татарского пролива (от 41°.5 в.д.), Анивского залива и восточного шельфа (до 43°.8 в.д.). Определение границ изучаемой территории связано с областью оптимальной регистрации сети цифровых станций, действующей на юге острова, а так же обособленностью данной территории от других сейсмически активных областей.

Предметом изучения является коровая сейсмичность, землетрясения и их макросейсмические проявления. Мантийные землетрясения, эпицентры которых регистрируются на территории южного Сахалина, кратко рассматриваются в разделе 1.5, однако исключены из рассмотрения в основной части работы, так как относятся к иной тектонической структуре - Курило-Камчатской сейсмофокальной области.

Задачи данной работы:

1. Анализ существующих каталогов землетрясений южного Сахалина, выявление их особенностей и объединение в один комплексный каталог, включающий наиболее точные и подробные данные о землетрясениях на рассматриваемой территории в изучаемый период времени.

2. Анализ сейсмичности территории южного Сахалина, динамики сейсмической активности, распределения сейсмичности в пространстве и времени, составление карт эпицентров и плотности сейсмической энергии.

3. Анализ макросейсмических данных, выявление территорий и населенных пунктов, подвергавшихся наибольшим сотрясениям в изучаемый период времени.

4. Выявление зависимости между магнитудой землетрясений и интенсивностью их проявления на удалении от эпицентра, уточнение макросейсмической формулы для территории южного Сахалина.

Практическая значимость работы состоит в возможности наглядной (в виде карт) численной (с указанием конкретных числовых значений) оценки сейсмичности южного Сахалина и отдельных его районов, консолидации и представлении последних современных сведений о сейсмичности в виде удобного для дальнейшего использования материала. Полученные карты плотности сейсмической энергии и максимальной расчетной балльности могут использоваться в целях дальнейшего уточнения карт сейсмического районирования и сейсмических рисков. Уточненные коэффициенты формулы макросейсмичексого поля позволяют более надежно устанавливать связь между инструментальными параметрами землетрясений и их проявлениями на расстоянии от эпицентра.

Материалами для работы служат:

1. Региональный и Оперативный каталоги Сахалина, получаемые отделом сводной обработки СФ ГС РАН (из фондов СФ ГС РАН).

2. Каталог землетрясений, полученный по данным записи цифровой системы IRIS-2, автор - Н.В. Краева (Краева, 1997; фонды ИМГиГ ДВО РАН).

3. Каталог землетрясений, полученный по данным записи сети цифровых сейсмических станций DAT и Datamark, авторы Ким Чун Уп и коллектив обработчиков СФ ГС РАН (из фондов СФ ГС РАН).

4. Другие материалы из фондов СФ ГС РАН и ИМГиГ ДВО РАН, полученные диссертантом, либо используемые с разрешения авторов.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

В первой главе рассматривается общая сейсмичность Сахалинского региона на протяжении времени инструментальных наблюдений. Изложено краткое описание разломной тектоники южного Сахалина по данным разных авторов (Харахинов, 1984; Мельников, 1987; Рождественский, 1993). Показывается место южного Сахалина в общей картине распределения коровых землетрясений Сахалина. Проводится краткий обзор наиболее крупных известных землетрясений острова. Приводится краткая история развития сейсмических наблюдений на Сахалине, этапы развития сети сейсмостанций и повышения точности и представительности регионального каталога. Дается обзор исторической сейсмичности территории южного Сахалина с выделением наиболее интересных для дальнейшего анализа землетрясений. Кратко рассматриваются глубокофокусные землетрясения с эпицентрами на изучаемой территории.

Во второй главе проводится анализ всех вышеупомянутых каталогов землетрясений, содержащих информацию о сейсмичности южного Сахалина. Подробно рассматриваются: Региональный и Оперативный' ежегодные каталоги СФ ГС РАН; каталог, полученный по данным локальной сети цифровых сейсмостанций; авторский каталог Н.В. Краевой, полученный по данным цифровой станции IRIS. В результате обобщения данных этих каталогов получен комбинированный каталог землетрясений южного Сахалина с 1995 по 2006 гг., приводится подробный анализ его представительности.

В третьей главе выполнен анализ сейсмичности южного Сахалина. Приведены диаграммы сейсмического процесса, графики повторяемости. Рассматриваются карты эпицентров землетрясений в различные годы, комплексные карты с привязкой к схемам разломной тектоники, карта плотности сейсмической энергии. Проводится анализ сейсмической активности в пространстве и времени. Делаются заключения о сейсмической активности различных участков изучаемой территории. Отдельно рассматриваются три наиболее сильных сейсмических события, произошедших в изучаемый период времени: Такойский рой землетрясений 2001 г., Костромское землетрясение 2004 г., Горнозаводское землетрясение 2006 г.

В четвертой главе проводится анализ макросейсмических проявлений' землетрясений южного Сахалина, их влияние на населенные пункты, территориальное распределения ощутимых землетрясений. Особое внимание уделяется зависимости между магнитудой землетрясений и интенсивностью их проявления на удалении от эпицентра, ' по данным об ощутимых землетрясениях, произошедших в изучаемый период, уточняются коэффициенты макросейсмической формулы для территории южного Сахалина. Проводится сравнение полученного соотношения с применяющимися на данный момент. Приведена карта максимальной расчетной балльности для зарегистрированных землетрясений.

Библиографический указатель содержит 76 источников, использованных в работе. Общий объем работы 146 страниц, диссертация содержит 69 рисунков и 16 таблиц.

По результатам работы автор выносит на защиту следующие защищаемые положения:

1. Обоснована величина представительности используемого в работе комбинированного каталога землетрясений южного Сахалина в 1995-2006 гг. на уровне Мп=2.5, как результат анализа исходных каталогов и регистрационных возможностей локальной сети цифровых сейсмостанций по площади и во времени.

2. Максимальная сейсмическая активность на юге о. Сахалин в 1995-2006 гг. связана с зонами Центрально-Сахалинского и, в меньшей степени, Западно-Сахалинского глубинных разломов, о чем свидетельствуют карты эпицентров землетрясений и пространственного распределения плотности сейсмической энергии землетрясений.

3. Получена формула макросейсмического поля для территории южного Сахалина, позволяющая эффективно оценивать интенсивность землетрясений на удалении от очага. Оценены пределы применимости предложенной формулы: для землетрясений магнитудой М=3.7-5.0 - на расстояниях 10-150 км до гипоцентра землетрясения; а для событий магнитудой до М=6.0 - на расстояниях 30-200 км.

Личный вклад автора:

- анализ имеющихся каталогов землетрясений и составление комбинированного каталога для дальнейшей работы, анализ его представительности;

- анализ сейсмичности южного Сахалина, получение графика повторяемости и высвобожденной упругой деформации, составление карт эпицентров и плотности сейсмической энергии;

- составление каталога ощутимых землетрясений южного Сахалина, анализ макросейсмических данных, уточнение коэффициентов уравнения макросейсмического поля для территории южного Сахалина, построение карты максимальной балльности.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на международной конференции «Глубинное строение и геодинамика Фенноскандии, окраинных и внутриплатформенных транзитных зон» (Петрозаводск, 2002 г.); всероссийской конференции «Строение и живая тектоника и дислокации платформ и их горно-складчатых обрамлений» (Москва, 2003 г.); конференции с международным участием «Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов.» (Архангельск, 2004 г.); шестых ежегодных чтениях имени В.В. Федынского

Москва, 2004 г.); конференции молодых ученых «Молодые научные резервы Сахалина.

Наука и развитие региона» (Южно-Сахалинск, 2004 г.); седьмых геофизических чтениях имени В.В. Федынского (Москва, 2005 г.); международном научном симпозиуме «Проблемные вопросы островной и прибрежной сейсмологии (ОПС-2005)» (Южно-Сахалинск, 2005 г.); I (XIX) Международной конференции молодых ученых, посвящ. 60-летию Института морской геологии и геофизики ДВО РАН «Изучение природных катастроф на Сахалине и Курильских островах» (Южно-Сахалинск, 2006 г.); восьмых геофизических чтениях им. В.В. Федынского (Москва, 2006 г.); второй (XX) Сахалинской молодежной научной школе «Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз» (Южно-Сахалинск, 2007 г.).

Публикация результатов: по теме диссертации автором опубликовано 16 работ, в том числе 8 материалов конференций, 4 тезисов докладов и 4 научных статьи.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Сафонов, Дмитрий Александрович

Заключение

Данная работа содержит сведения о современной (последние 12 лет) сейсмичности южного Сахалина. Однако уже после написания автором основной части работы на юге Сахалина произошло сейсмическое событие, перекрывающее по своей силе все описанные в работе.

Второго августа 2007 года в 2:37 Гринвичского времени (по Сахалинскому времени - в 13:37) в Татарском проливе близ г. Невельск произошло сильное землетрясение магнитудой MLH=6.1 на глубине около h=12 км. Землетрясение вызвало сильные сотрясения и разрушения в населенных пунктах западного побережья, особенно в г. Невельск.

Эпицентр землетрясения по данным СФ ГС РАН: ср=46.82 с.ш. 141.81 в.д. Инструментальный эпицентр оказывается севернее Невельска, тогда как наибольшие макросейсмические проявления зарегистрированы в самом городе и южнее.

Горнозаводское землетрясение 17 августа 2006 г., по мнению сахалинских сейсмологов (напр. Ломтев и др., 2007), можно считать форшоком Невельского.

К сожалению, Невельское землетрясение выходит за рамки данной диссертационной работы, однако это землетрясение не изменяет основные выводы данной работы, напротив оно хорошо согласуется с полученными результатами и его можно использовать для оценки их справедливости.

Первый выносимый на защиту результат основан на изучении комбинированного каталога землетрясений, составленного на основе регионального каталога СФ ГС РАН, каталога, полученного по записям локальной сети цифровых сейсмостанций, и каталога Н.В. Краевой на основе записей IRIS. Комбинированный каталог содержит наиболее полные и точные сведения о сейсмичности южного Сахалина в 1995-2006 гг. В отличие от Регионального каталога землетрясений острова Сахалин, 1905-2005 под редакцией Л.Н. Поплавской (Региональный., 2006), полученный каталог включает все данные о землетрясениях без ограничения по магнитуде, но в дальнейшей работе часто используются только представительные землетрясения с магнитудой М=2.5 и выше.

Представительность комбинированного рабочего каталога основана на представительности исходных каталогов и сложным образом изменяется как с течением времени, так и по площади изучаемой территории. Оценка изменения представительности каталога по площади проводится на основе данных о регистрационных возможностях сетей сейсмостанций, на основе наблюдений которых получены исходные каталоги. И если оценка возможности регистрации региональной сети сейсмостанций СФ ГС и станции 11118-2 ранее производились, то оценка регистрационной возможности сети цифровых сейсмостанций проводится в данной работе. Для этого по факту регистрации слабых близких землетрясений выполняется оценка регистрационных возможностей отдельных цифровых сейсмостанций локальной сети, затем с использованием полученных оценок дальности регистрации слабых землетрясений, строятся карты регистрационной возможности сети для каждого года с 1995 по 2006 (рис. 3.1-3.12). Оценки представительности позволяют утверждать, что комбинированный рабочий каталог на протяжении большей части изучаемого периода времени и на большей части изучаемой территории содержит без пропусков землетрясения начиная с магнитуды Мп=2.5. Неизбежные пропуски таких землетрясений на остальной территории не должны существенно повлиять на оценку сейсмичности.

Установление приемлемого значения представительной магнитуды используемого каталога важно для дальнейшей работы, так как позволяет использовать большее количество данных без риска, что их неполнота существенным образом скажется на точности получаемых результатов.

Обоснована величина представительности используемого в работе комбинированного каталога землетрясений южного Сахалина в 1995-2006 гг. на уровне М„=2.5, как результат анализа исходных каталогов и регистрационных возможностей локальной сети цифровых сейсмостанций по площади и во времени.

Как было показано в первой главе данной работы, южный Сахалин на протяжении прошлого столетия был достаточно сейсмически активен, это проявлялось в сильных и ощутимых землетрясениях, охватывающих практически всю территорию юга острова. На протяжении последних 12 лет сейсмичность во времени распределялась не равномерно. Даже исключив из рассмотрения землетрясения непредставительной магнитуды, можно отметить возрастание количества зарегистрированных событий после 2001 г. (рис. 3.133.16). Причем более быстро это возрастание происходит для территории вдоль западного побережья, где достаточно слабая сейсмичность 1995-2003 годов сменяется резким увеличением количества зарегистрированных землетрясений представительной магнитуды в 2004-2006 гг. Явная активизация сейсмичности территории достигает максимума в 2006 г. и, как показали события 2007г., на этом процесс не остановился. Невельское землетрясение хорошо укладывается в полученный ход сейсмического процесса и является продолжением активизации сейсмичности зоны Западно-Сахалинского разлома.

Наиболее сильные зарегистрированные землетрясения тяготеют к зонам основных разломов - Центрально-Сахалинского и Западно-Сахалинского, однако и остальная территория не остается абсолютно асейсмичной, практически везде зарегистрированы слабые подземные толчки (рис. 3.22). Наиболее спокойные участки - северная часть рассматриваемой территории - от широты п. Стародубское до перешейка Поясок. Здесь, как и до изучаемого периода времени, практически нет землетрясений. Также слабая сейсмичность отмечается в районе Сусунайского хребта и Тонино-Анивского полуострова. Сусунайско-Анивский реликтовый антиклинорий (Мельников, 1987) -достаточно устойчивое образование, тектонические процессы здесь слабы, вероятно, этим и объясняется столь слабая сейсмичность данного района. Наиболее частые землетрясения и наибольшая плотность выделяемой при них сейсмической энергии, как и следовало ожидать, приходится на области современных активных разломов (рис. 3.23). Особенно здесь выделяется область тектонических нарушений, относящаяся к южному флангу Центрально-Сахалинского разлома, где произошла значительная часть землетрясений, в том числе и самое сильное сейсмическое событие - Такойский рой землетрясений 2001 г. (раздел 3.4). Также умеренно-сильные землетрясения происходили у западного побережья южного Сахалина - в области, где проходят сегменты и оперяющие разрывы Западно-Сахалинского разлома, особенно значительные - Костромское землетрясение 2004 г. (раздел 3.5) и Горнозаводское землетрясение 2006 г. (раздел 3.6). Уверенно связать наиболее сильные землетрясения этого района с разломами нельзя, однако общая ориентация областей концентрации эпицентров и повышенной плотности сейсмической энергии (рис. 3.24), протянувшаяся вдоль побережья, дает основания сделать такое предположение. Общее положение областей повышенной плотности сейсмической энергии здесь более разобщено, фрагментарно. Нанесение на карту Невельской серии событий 2007 года закроет «пустые» места межу очаговыми областями Горнозаводского и Холмских землетрясений, где до этого момента представительных землетрясений практически не фиксировалось, и таким образом подтвердит положение о приуроченности сейсмичности южного Сахалина зонам основных разломов. Необходимо подчеркнуть, что сейсмичность приурочена именно зонам разломов, так как ни одно из исследуемых землетрясений непосредственно с основной плоскостью сместителя Тымь-Поронайского либо Западно-Сахалинского взбросо-надвигов связать не удается.

Максимальная сейсмическая активность на юге о. Сахалин в 1995-2006 гг. связана с зонами Центрально-Сахалинского и, в меньшей степени, Западно-Сахалинского глубинных разломов, о чем свидетельствуют карты эпицентров землетрясений и пространственного распределения плотности сейсмической энергии землетрясений.

Одной из задач сейсмологии, является изучение влияния землетрясений на жизнь людей и хозяйственные объекты. Это влияние выражается в макросейсмических проявлениях землетрясений, которые принято описывать в баллах шкалы сейсмической интенсивности М8К-64 (Медведев и др., 1965). В свою очередь, связь между шкалой интенсивности и инструментально определенными характеристиками землетрясения устанавливает уравнение макросейсмического поля (4.1). Для каждого региона (даже для каждого землетрясения) характерны свои коэффициенты данного уравнения, несколько отличающиеся от средних, установленных Н.В. Шебалиным (4.2). Полученные для всего Сахалина Л.С. Оскорбиным коэффициенты (4.3) недостаточно точны, как показано для отдельных землетрясений в разделах 3.4-3.6 и в целом для ощутимых землетрясений южного Сахалина, произошедших в 1995-2006 гг. (глава 4). Их уточнению посвящена глава 4 данной работы. В результате была получена новая формулу макросейсмического поля для территории южного Сахалина: =1.59М-3.41^Я. + 0.98

I с / у коэффициенты которой, выведенные методом регрессионного анализа на основе данных о 13 наиболее сильных землетрясениях южного Сахалина, позволяют давать более точную оценку расчетной интенсивности по инструментальной магнитуде и гипоцентральному расстоянию. Однако полученную формулу необходимо проверить на сильном землетрясении, данные макросейсмического обследования которого достаточно полны и вызывают доверие. Как нельзя кстати тут подходят результаты обследования Невельского землетрясения 2007 г. Произведем сравнение расчетной интенсивности, вычисленной по формуле (4.5) и по формуле Л.С. Оскорбина (4.3), как было сделано в разделе 4.4 (Табл. 4.4).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Сафонов, Дмитрий Александрович, Южно-Сахалинск

1. Бобков А.О., Нагорных Т.В., Поплавская JI.H. Автоматизированный комплекс для обработки землетрясений с гипоцентрами в земной коре // Сейсмологические наблюдения на Дальнем Востоке СССР (Методические работы ЕССН) М.: «Наука», 1989.-С. 55-65.

2. Голицин Б.Б. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1960. - Т.2. - 465 с.

3. Злобин Т.К., Бобков А. О. Современная сейсмичность и разломная тектоника юга Сахалина. Южно-Сахалинск: Изд-во СахГУ, 2003. - 124 с.

4. И.Злобин Т.К., Сафонов Д.А., Злобина Л.М., Очаги землетрясений и глубинное строение земной коры и верхней мантии по профилю южный Сахалин Охотское море -Камчатка. // Тихоокеанская Геология. 2007. Т.26, №3. С. 46-55.

5. Иващенко А.И., Булгаков Р.Ф., Ким Чун Ун и др. Землетрясение 4(5) августа 2000 г. на Сахалине // Проблемы геодинамики и прогноза землетрясений. I Российско-Японский семинар, Хабаровск, 26-29 сентября 2000 г. Хабаровск: ИТиГ ДВО РАН, 2001. - С. 109-125.

6. Инструкция о порядке производства и обработки наблюдений на сейсмических станциях Единой системы сейсмических наблюдений СССР (1982). М., Наука. — 150 с.

7. Коновалов A.B., Иващенко А.И., Ким Чун Ун, Сычев A.C. Структура и особенности сейсмического режима очаговой зоны Такойского землетрясения 1 сентября 2001 г. Mw=5.2. // Тихоокеанская геология, 2007, Т.26, №2, С. 93-101.

8. Кучай В.К. Современная орогенная структура южной части о. Сахалин // Тихоокеанская геология, 1987, №1, С. 58-62.

9. Ларионов А.Г. Уравнение сейсмического поля по материалам о сильных Землетрясениях Южной Якутии // Сейсмические и сейсмологические исследования на центральном участке БАМа. Якутск, 1978. - С. 98-100.

10. Медведев C.B., Шпонхойер В., Карник В. Шкала сейсмической интенсивности MSK-64. М.:МГК АН СССР, 1965 - 11 с.

11. Мельников O.A. Структура и динамика Хоккайдо-Сахалинской складчатой области. -М.: Наука, 1987.-95 с.

12. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР. М.: Наука, 1977. - 534 с.

13. Оскорбин JI.C. Уравнения сейсмического поля сахалинских землетрясений // Сейсмическое районирование Сахалина. Владивосток, 1977а. - С. 34-45.

14. Оскорбин JI.C. Количественная оценка сейсмичности и сейсмической опасности Сахалина // Сейсмическое районирование Сахалина. Владивосток: Изд-во ДВНЦ АН СССР, 19776.-С. 23-33.

15. Оскорбин JI.C. Сейсмогенные зоны Сахалина и сопредельных областей // Проблемы сейсмической опасности Дальневосточного региона. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1997.-С. 154-178.

16. Оскорбин JI.C., Бобков А.О. Макросейсмическое проявление землетрясений на территории южной части Дальнего Востока // Проблемы сейсмической опасности Дальневосточного региона. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1997. - С. 45-64.

17. Оскорбин JI.C., Поплавский A.A., Занюков В.Н. Ногликское землетрясение 2 октября 1964 г. Южно-Сахалинск, 1967.

18. Оскорбин JI.C., Поплавская Л.Н., Шумилина JI.C. и др. Макросейсмические данные о Парамушрском землетрясении 28 февраля 1973 г. // Теоретические и экспериментальные исследования по проблеме цунами. М., 1977. - С.177-185.

19. ОСР-97: Общее сейсмическое районирование территории Российской Федерации. ОСР-97 (1998). Комплект карт и др. Материалы для Строительных норм и правил-СНиП «Строительство в сейсмичных районах». М., МинНауки РФ, ОИФЗ РАН.

20. Поплавская Л.Н., Фокина Т.А., Сафонов Д.А., Нагорных Т.В., Ким Чун Ун Такойское землетрясение 1 сентября 2001 г. М=5.2, 1о=7 (Сахалин) // Землетрясения Северной Евразии в 2001 году. Обнинск: ГС РАН, 2007а. - С. 331-344.

21. Рождественский B.C., Геодинамическая эволюция Хоккайдо-Сахалинской складчатой системы // Тихоокеанская геология, 1993. № 2. - С. 76-88.

22. Сафонов Д.А. Уточненная макросейсмическая формула для территории южного Сахалина // Вторая (XX) Сахалинская молодежная научная школа 4-10 июня 2007 г., Южно-Сахалинск; тезисы докладов Южно-Сахалинск, 2007 - С. 12-13.

23. Сахалин / Т.А. Фокина, JI.H. Поплавская (отв. сост.); сост: A.A. Шолохова, A.A. Садчикова, Л.Ф. Величко, И.А. Паршина, Е.В. Левит // Землетрясения Северной Евразии в 1995 году. -М., 2001. -С. 311-322.

24. Сейсмическое районирование территории СССР. М.: Наука, 1980. — 308 с.

25. Смирнов В.Б. Оценка длительности цикла разрушения литосферы Земли по данным каталогов землетрясений // Физика Земли. 2003. №10. С. 13-32.

26. Соловьев C.JI., Сахалин // Сейсмическое районирование СССР, гл.14. М.: Наука, 1968 -С. 390-407.

27. Соловьев С.Л., Леонов H.H. и др. Монеронское землетрясение 5 (6) сентября 1971 г. // Доклады АН СССР. 1973. - Т. 212. - №1. - С. 92-98.

28. Соловьев С.Л., Оскорбин Л.С. Ферчев МД. Землетрясения на Сахалине. М.: Наука, 1967- 180с.

29. Соловьев С.Л., Соловьева О.Н. Соотношение между энергетическим классом и магнитудой Курильских землетрясений // Физика земли. 1967. - №2. - С. 13-22.

30. Стрельцов М.И., Рождественский B.C. Активные разломы Курило-Охотского региона, Сахалина, Приморья и Приамурья // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. М., 1995 - Вып.2-3. - С. 387-407.

31. Тараканов Р.З., Ким Ч.У., Сухомлинова Р.И. Особенности строения фокальных зон Курило-Камчатского и Японского регионов // Сейсмичность и глубинное строение Сибири и Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1976. - С. 99-109.

32. Тихонов И.Н. Динамика сейсмического режима юга Сахалина // Проблемы сейсмической опасности Дальневосточного региона. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 1997. - С. 5-20.

33. Тихонов И.Н. Методы анализа каталогов землетрясений для целей средне- и краткосрочного прогнозов сильных сейсмических событий. Владивосток, Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2006. - 214 с.

34. Хаин В.Е., Михайлов А.Е. Общая геотектоника. М.: Недра, 1985 - 326 с.

35. Харахинов В.В., Гальцев-Безюк С.Д., Терещенко А.А. Разломы Сахалина. // Тихоокеанская геология. №2, 1984. С. 77-86.

36. Шебалин Н.В. Соотношение между балльностью и интенсивностью землетрясений в зависимости от глубины очага // Бюллетень совета по сейсмологии. 1957 №6. С. 122126.

37. Шебалин Н.В. Очаги сильных землетрясений на территории СССР М.: «Наука», 1974.-54 с.

38. Шебалин Н.В. Количественная макросейсмика // Вычислительная сейсмология; вып 34: Сб. науч. тр. М.: ГЕОС, 2003. - С. 57-200.

39. Geiger L. Probability method for determination of earthquake epicenters from the arrival times only // Bui. St. Louis Univ. 1912. - Vol. 8. - P. 60-71.

40. Gutenberg В., Richter Ch.F. Magnitude and energy of earthquakes // An/ Geophys. 1956. -Vol. 9,No. l.-P. 1-15.

41. Ishimoto M., Iida K., Bull. Earthq. Res. Inst., 17,443 (1939).

42. Sherbaum F., Jonson J. Programmable interactive toolbox for seismological analyses (PITSA) // IASPEI Software Library. 1992. - Vol.59. - P. 129-139.

43. И п/з Кириллово KRL DAT 46,4499 142,3492 02.08.00- 18.10.00