Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Характерные времена в пространственно-временном проявлении сейсмичности

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Характерные времена в пространственно-временном проявлении сейсмичности"

т з эл

тмьт наук ссср

ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ имени О.Ю.ШМИДТА

ШТЕЙМАН Евгений Анатольевич

УДК 550.%

ХАРАКТЕРНЫЕ ВРЕМЕНА В ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОМ ПРОЯВЛЕНИИ СЕЙСМИЧНОСТИ

№.00.22 - Геофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте земной коры ордена Ленииа Сибирского отделения- АН СССР.

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор Н.З.Шебалин, кандидат гаолого-минералогических наук, старший научный сотрудник В.И.Кочетков.

n Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

член-корреспондент АН СССР Л.Н.Рыкунов,

кандидат физико-математических

,,-HavK К.И.,Кузде1Юва. D '.ездународныи институт Тс

Ведущая органкзац. .-атемати ческой геофизики ор-Защита диссертации состоится "(¡[¿'fifOPfw Cl 1992. г. в .4^.. часов на заседании Специализированного Совета К.002.08.04 ордена Ленина Института физики Земли им.О.Ю.Шмидта АН СССР ло адресу: I238I0. г.Москва, Д-242, ул.Б.Грузин-ская, 10.

С диссертацией можно ознакомиться, в библиотеке Института физики Земли АН СССР. ,

Автореферат разослан .ФЯРРЯ^Я... 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат физико-математических наук

А, Д.Завьялов

'.гагакав : ;«ff.1i I - ' f J.^tUlt тдвл утжций

ВВЕДЕНИЕ

Вопросы изучения параметров, характеризующих пространственно-временную геометрию распределения сейсмических событий, неоднократно затрагивались исследователями в задачах прогноза землетрясений (Гамбуризв,1955), моделирования сейсмичности (Ризниченко, 1985), классификации совокупностей землетрясений (Татевосян, Гебалин, Т°85) и др. Исследование стих параметров мокно условно разделить на три направления. В работах первого направления (Ризниченко, 1985; Татевосян, Шебалин, I9B5 и др.) изучаются закономерности пространственного распределения землетрясений в некоторых временных рамках. Ко второму направлению относится изучение относительного изменения пространственных и временных характеристик сейсмичности в виде разного рода миграций и квазимиграций (Губерыэн, 1976; Кондратенко, 1981 и др.). Третье направление связано с исследованием временных закономерностей последовательностей толчков, заданных своим пространственным распределением (Райский, 19ТО; Кейлио-Еорок и др., 1971 и др.).

Типичные времена могут быть получены в рамках как второго, так и третьего направлений, но при изучении миграций эти времена определяются размером области. Хотя проявления таких времен очень разнообразны и, вероятно, имеют различную физическую природу, все полученные результаты можно разбить на две группы. К пергой группе относятся исследования, е каждом из которых рассматриваются сейсмические структуры определенного типа, имеющие продолжительность существования в пределах одного порядка времени (Федотов, 1965; 1968; Гедэкян.Еаг-дасарянД9б7;Кулагин,ХалиноЕ,1982 и др.). Вторая группа работ связана с изучением времен, задаваемых более узкими интервалами Т-и-дТ, где дТ/Т«1. Это исследования квазипериодичности (Анищзнко и др., i960; Jly рома нэпе или и др., 1987; Кропоткин, Люстих, Г97*кКуланин, 1984;Нерсесов и др., 1986*

ЯураЕлеЕ, 1981; Одинец. 1983; С'урыгин, Одинец, 1984; Володи-, на, 1°8б; Ламакин, 1966; ШирокоЕ, 1977; РыкуноЕ, СмирноЕ, ~ 1985; Маламуд, Николаевский, 1983; Вакип ,McEvl, 1984; Morgan etaQ, 196Г; PoEumbo. 1986; ftус/еРеИ at аС., 1988; Sadeb, Г978; Sadek, Wood , 1978; Savage. , СоскегИчм. 1987; bntriej^ l986;WtSS, I986 и др.)> характерных времен группирования (Смирнов, 1986; РыкуноЕ и др., 1987) и т.д. Все времена, полученные е работах второй группы, будем называть характерны-) и.

В ряде исследований (Ламакин, 1966; Лурсманашвили и др., 1987; Широков, 1986) были получены характерные Бремена для Байкальской рифтовой зоны (БРЗ), но только для достаточно сильных (М> 4.7) событий. В настоящее Еремя е БРЗ накоплено достаточно большое количество данных по слабым толчкам (М^1.7), позволяющее исследовать продолжительные етатасти-чески однородные ряды землетрясений.

Временные закономерности е сейсмическом процессе всегда могут быть интерпретированы как наличие Езаимного елияния толчков. Такое Елияние может осутестЕляться дЕумя способами. В одном каждое событие влияет только на первый следующий за ним толчок. Этому случаю соответствует анализ последовательных разностей. В другом каждое землетрясение не убирает все Елияние предыдущих, а лишь еносит се oil Еклад е общую тектоническую ситуацию. Зтому случаю соответствует анализ Есей совокупности разностей Еремен между событиями. В данной работе использован Еторой подход к исследованию временных СЕлзей е сейсмическом процессе, т.е. анализ совокупностей.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ: Неудачи прогноза землетрясений и недостатки сейсмического районирования привели к необходимости первоочередного изучения закономерностей сейсмичности как физического явления. При существующей системе регистрации наиболее обеспечено информацией исследование параметров, характеризующих пространственно-временную геометрию раопреде-. ления сейсмических событий. Одним из таких параметров яеля-

втся характерные Еремена между сейсмическими толчками с учетом их пространственного распределения. Их исследование может послужить экспериментальной основой для более глубокого понимания природы сейсмичности.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ: С целью получения пространственно-временных закономерностей проявления характерных времен на примере Прибайкалья били поставлены задачи:

- проанализировать существующие подходы к анализу характерных Бремен,

- рассмотреть связи между землетрясениями разных энергетических интервалов через характерное гремя,

- изучить связь характерного времени в сейсмической совокупности с пространственным распределением составляющих ее толчков,

- изучить слабо исследованный интервал характерных времен, меньших одних суток,

- проверить возможность существования в БРЗ характерных времен, меньших одного месяца,

- рассмотреть возможность появления нестационарных характерных времен.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА: Объединение нескольких типов времен в понятии "характерное время" позволило анализировать сейсмические последовательности в рамках подхода, предоставляющего более широкие возможности для исследования. Изучение характерного времени как комплексного пространотвенно-Еременного параметра дало возможность получить одно значение (I год) вместе о общими чертами связанного с ним пространственного распределения землетрясений. Применение г комплексе спектрального и автоковариационного анализа к последовательностям сейсмических толчков БРЗ разной продолжительности позволило установить существование нестационарных характерных Времен- Получены наиболее Еажные для решения поставленной задачи статистические характеристики региональных и локаль-^ них интенсивных сейсмических последовательностей-

ЗАЩЧ1МЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Введение понятия характерное гремя предоставляет дополнительные возможности для анализа сейсмических последовательностей.

2. Характерное время целесообразно изучать как пространственно-временной параметр.

3. Функцию антокоЕариации последовательностей группирующихся землетрясений БРЗ можно описать степенной зависимостью, на фоне которой проявляются характерные времена, меньшие I суток.

Существуют нестационарно проявляющиеся характерные времена, имеющие оптимальную площадь своего проявления, в последовательностях сейсмических толчков Прибайкалья.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ: Установление существования нестационарных характерных времен позволит более взвешенно подходить к оценке сейсмической опасности. Полученные данные о пространственно-временном распределении землетрясений могут служить для проверки моделей сейсмичности. Намечаются новые подходы к изучению сейсмического процесса.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты работы доложены на III Всесоюзной школе-семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горних пород" (г.Иркутск, 1988 ). на III, 1У и У Всесоюзных конференциях-конкурсах молодых ученых "Актуальные проблемы геофизики" (г.Суздаль, 1986; г.Звенигород, 1988; г.Переславль-Залесский,1990), на заседаниях Координационного совета по развитию исследований в области сейсмологии и созданию научных осное прогноза землетрясений при Президиуме СО АН СССР (г.Иркутск, 1986; г.Новосибирск , 1?90), на конференциях молодых ученых ИЗК (198%, 198б). Основные результаты диссертации опубликованы в 7 работах.

ОБЪЕМ РАБОТЫ: Диссертация состоит из введения, пяти глаЕ и заключения. Она содержит 2ЗД страниц машинописного текста, 63 рисунка, 7 таблиц. Список литературы содержит 152 наименования. 9

ДОПОЛНЧТЕЛЬНЫБ СВЕДЕНА. Автор выражает самую глубокую признательность научные руководителям - доктору физико-математических наук, профессору Н.В.п'ебалину за большую помощь при осмысливании результатов и кандидату геолого-минералогических наук, старшему научному сотруднику В.М.Кочеткову за полезное обсуждение отдельных вопросов в процессе выполнения ра.боты.

За ценные консультации, советы и полезнее замечания автор гирзжает своп искреннюю благодарность сотрудникам ИЗК СО АН СССР кандидатам физико-математических наук А.В.Солоненко, Л.А.Мишариной, Н.С.Боровик, Н.В.Солоненко; сотрудникам И?3 АН СССР чл.-корр. АН СССР Н.Н.Парийскому, докторам физико-математических наук Е.В.Кострову, В.^.Писаренко, кандидатам физико-математических наук А.Л.Петросяну, В.М.Грэйзеру, Ж.Я.Аптекман, С.С.Арефьегу; сотруднину ИГиГ СО АН СССР кандидату физико-математических наук Н-Д.Налковскому.

Автор .выражает благодарность д.ф.-м.н. С.И.Голенецкому и к.ф.-м.н. ГЛ.Мыльниковой (ГОК СО АН СССР) за предоставление Каталога землетрясений Прибайкалья на магнитной ленте.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассматриваются основные подходы к изучению характерных времен в последовательностях сейсмических со-5нтий.

Отмечается, что в_ большинстве работ исследуются ряды зем-¡етрясений одного энергетического интервала. В то же Бремя в шачительной числе исследований (Анищенко и др., 1987 ; 'о{!цт&о, 1986 и др.) указывается необходимость брать этот [нтервал достаточно узким для лучшего выявления характерного ремени. Это дает основание предполагать нетриЕиалъность ежмагнитудной связи через характерное время. Попытки иссле-овать эту связь сделаны лишь в очень небольшом числе работ Барсуков, 1986; (Ш^сЬ е1 аС., 1987).

Проанализирована роль пространственного распределения

сейсмических толчков в изучении характерных времен. Б ряде исследований указывается, что выявление некоторого характерного Бремени зависит от степени локализации рассматриваемого ряда. Например, в работах (РоЕшпЬо, 19Вб;Ъас1ек , 1978; • Ыпйеу, 1988) подчеркивается, что некоторые характерные времена не удается Еыделить при рассмотрении сейсмичности всего земного шара, хотя при исследовании землетрясений е' регионах это становится возможным. Поэтому, скажем, регионы еще делят на подобласти (Володина, 1986), на слои при анализе глубинных толчкое (Маламуд, НиколаеЕский, 1983),на струн-* турные пояса разной ориентации , 1988) или выделяют

локальный участок размером несколько километров (ЯураЕлев, 1982; и'сЬЬ , 1986). Все эти пространственные области Еыбира-ются по соображениям географическим, тектоническим или из общей сейсмической активности, но никогда е явном виде не используется критерий наилучшей выраженности . характерного времени. Такой критерий соответствовал бы предположению о наличии связи соответствующего характерного времени с неким собственным пространственным распределением землетрясений. Изучение такого собственного распределения могло бы представить самостоятельный интерес.

Диапазон исследоЕанных характерных времен лежит в пределах от 1.4 часа до 195 лет. Однако этот диапазон изучен неравномерно. Наибольшее количество работ связано с анализом характерных времен в интервале от 24 часов до 19 лет. Времена же, меньшие суток, исследованы е работах одной группы агтороЕ (Рыку«оЕ и др., 1987; РыкуноЕ, СмирноЕ, 1985) на ограниченном материале. Два значения (1.4 час и 4.5 час ) получены для последовательности слабых вулканических землетрясений продолжительностью около месяца и еще деа (2.5 час и 10.5 час) для последовательности из 268 афтершоков толчка на глубине 100 км. В Прибайкалье, кроме того, не исследован на характерные йремеиа интервал от I суток до 3 лет. Недостаточное внимание уделено также изучению стационарности проявле-

ния характерных периодов.

Проанализированы основные применяемые статистические методы изучения характерных Еремен, которые разделены на дЕе группы, предназначенные для исследования: I) непрерывных величин и 2) точечных (или целочисленных) процессов. Сравнение показало, что подход к временный рядам сейсмических толчков, кок к точечным процессам, имеет ряд преимуществ и прежде всего отсутствие предварительного искажающего сглаживания.

Выбор наилучшего метода зависит от решаемых задач. Б частности, достоинствами спектрального анализа точечных процессов является отсутствие оффекта наложения частот и возможность сравнения периодов (Кокс, Льпис, 1969). В то же время овтокоЕзриационний анализ целочисленных процессов

1976) позволяет, по сравнению со спектральным, исследовать малые < времена с меньшими затратами машинного времени, изучать последовательности, представляющие собой хаотическое наложение циклических временных рядов я т.д. Поэтому оба указанных метода лучше использовать в совокупности.

ВШОДН К ГЛАВЕ I.

1. В очень небольшом числе работ затрагивается вопрос о связи через характерное время мекду землетрясениями розных энергетических интервалов.

2. Не исследована принципиальная возможность существования собственного пространственного распределения сейсмических толчков, соответствующего некоторому характерному времени.

3. Слабо исследоганы характерные времена в интервале (1.4 ч, 24 ч).

4. В Прибайкалье не изучены характерные времена е диапазоне от I суток до 3 лет.

5. Недостаточно изучена стационарность проявления характерных периодов.

6. Из статистических методов оптимальными для речения

данной задачи являются методы анализа Целочисленных последовательностей, причем лучше всего использовать е совокупности ковариационный и спектральный анализ.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ проведено исследование лространстЕенно-временных связей (характерное время с соответствующим ему собственным пространственным распределением) между сильными (КвГЗ-14) и слабыми (К*=7-8) землетрясениями.

Были взяты все 13 сильных сейсмических толчков, произошедших е БРЗ е 1970-1977 гг. в пределах зоны представительной регистрации событий частично с К=7, частично с Кв8. Для каждого толчка рассмотрена последовательность слабых землетрясений, произошедших на площадке размером *)0з«50 км с центром е эпицентре сильного события. Получилось, что примерно за год до каждого сильного толчка имел место временной интервал продолжительностью 1-2 месяца полного или почти полного отсутствия слабых землетрясений в пределах данных участков. На основе этого предположено существование характерного времени Г год.

Долее рассмотрено пространственное распределение, соот-. Еетствуюиее указанному годичному периоду. Для каждого рассматриваемого сильного толчка был гыбран участок земной коры размером примерно 150x133 км, е центре которого произошло данное сильное землетрясение, В каждом случае для предшествующих сильному толчку периодов времени были построены дге корты распределения эпииентроЕ слабых землетрясений для деух временных интервалов продолжительностью 1-2 месяца и разделенных во времени сроком в один год. Причем второй интервал Еыбирался непосредственно перед сильным событием. Оказалось, что для каждой такой пары карт выделяется достаточно большая область, почти окружающей место эпицентра сильного события. е которой слабые толчки в указанные интерЕвды Еремени отсутствуют. Поскольку такое отсутствие слабых толчков для некоторых случаев повторяется циклически через год в течение 2-Э - лет перед сильным событием, эти области были условно названы

автором областями (щи зонами) "циклического затишья".

Особенностью зоны циклического затишья является часто наблюдаемое наличие пережима вблизи места расположения эпицентра землетрясения с К=13-14. Отметим, что выделяемая пло-цадь не является зоной сейсмического затишья в обычном смысле. Во-первых, размеры области циклического затишья значительно больше размеров зоны сейсмического затиазья (Боровик, 1970). Во-вторых, в промежуток Ю-Н месяцев между двумя указанными временными интервалами землетрясения в области циклического затишья происходят, хотя уровень сейсмической актданости в ней при этом невысок по сравнению с соответствующим уровнем на окружающей площади.

Кроме того, на каждой паре карт, о которых шла речь выше, можно выделить некую область (или зону) "концентрации", которая представляет собой полосу повышенной плотности эпицентров слабых толчкое, вдающуюся в область циклического затишья. Вэ конце этой полосы и расположен эпицентр сильного землетрясения. Следует отметить также часто имевшую место в течение цикла миграцию эпицентров слабых землетрясений к эпицентру сильного толчка и усиление активности в зоне концентрации.

Плспздм областей циклического зетиеья и концентрации для рассмотренных 13 случаев лежат, соответственно, т. пределах: от -'ООО до IA-000 кг .км (в среднем 70'О4-730 кв.км) и от 900 до 30С0 йЕ.кп (г среднем 1870+-ХГО кв.км).

Проведено гсследовские некоторых свойств выделенных зоп-Дяя ебггстя щзхпчсекого гатшзья изучен грекевноП ход сей-сг;к«:ссвс!1 пятзхпоста по сяебта землетрясения;! к проведено ccB^tstycrrw cyvoijTrunn сс'лостл с noxessuxen сс 2 БРЗ п с «гття. 3 ceDnrricscH es поста сс постсдо до с;'-т!:1«'го vorre щ-штичгйая го гссх слупяк rsecsee monsipn П',';>; -.v-.i:- гГ(.:т~:'; "ir;-; с пхс^с:"':'' БРЗз я

с гс*::е гп-Г!;;::> 3 ^о«» Сд"с:.тпсго сс-

с.,7;:'" о O'avü ":JC З'ГТ-^Ь,, Щ:Г"о

есть основания предполагать некоторую корреляцию. Проведен сравнительный анализ изменения во времени сейсмической ак-• тивности в областях Циклического затишья и концентрации. Таг кое изменение по слабым землетрясениям в течение года перед сильным толчком происходит е этих зонах в основном в проти-Еофазе.

Изучена связь распределения видимых периодов *Гд $-Еолн от слабых толчкое перед сильным событием с зонами циклического затишья и концентрации, рассмотрены дае последовательности землетрясений. Получено, что области больших коррелируют с зонами концентрации.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.

1. Выделено характерное время один год, проявляющееся е связи сильных (К=13-14) и.слабых (К=7-8) землетрясений. Этому характерному времени соответствует собственное пространственное распределение, состоящее из области циклического затишья, почти окружающей очаг сильного события, которое происходит на конце зоны концентрации. В этой области слабые толчки не наблюдаются в течение 1-2 месяцев непосредственно перед сильным событием и за год до него. В промежуток времени между указанными дЕумя интервалами слабые землетрясения в этой области происходят. Зона концентрации является полосой повышенной плотности эпицентров слабых толчкое.

2. Мзмекения во времени'сейсмической активности области циклического затишья и концентрации имеют разный характер. Временной ход сейсмичности области циклического затишья характеризуется минимумом за полгода до сильного толчка.

3. Ориентация области циклического затишья зависит от ее положения в ГРЗ, что может быть связано с особенностями поля напряжения.

Возможно существование овязи мекду циклическим затииь-ем и распределением видимых периодов максимальных амплитуд 3 -волн.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изучаются особенности временного распре-

деления слабых землетрясений е осноеных типах локальных последовательностей с помощью ковариационного анализа точечных процессов. Рассмотрены роевые, афтершоковые процессы и ряды сейсмических толчкое е зонах концентрации.

Для каждого типа процесса были построены сводные гистограммы аЕтоковариации. представляющие собой сумму гистограмм для отдельных последовательностей. Причем независимо от рассматриваемого интервала каждая гистограмма содержала КО значений и шаг ее был раЕен целому числу минут. Сравнение с пуассоноЕским распределением (Кокс, Льюис, 1969) показало существенные отличия от него для Есех трех типов последовательностей. Причем, как и в исследованиях других авторов для сильных землетрясений, присутствует и группирование и последующее разрежение.

ИсследоЕалэсь возможность описания функции автокоЕариа-цин, представленной в Еиде гистограммы, аналитической зависимостью. Проверены экспоненциальная и степенная функции. Получено, что общая форма гистограммы аЕтокогариации хорошо описывается степенной зависимостью ВхлТ"1^ при различных правых границах Тг интервала гистограммы. В интервале Тг от 0.2 до б суток значенияе{ колеблются е пределах: для роев - 0.19-0.27; для афтераоков -0.3-0.48; для зон концентрации -0.31--О.^З. Проверка показала, что такое аналитическое описание может быть успешно использовано для описания локальных последовательностей моделью пуассоновского процесса с однородными расстояниями (Иурыгин, 1981).

ИсследоЕан характер отклонения значений гистограмм от ос-редняющих степенных кривых. Получилось, что эти отклонения в диапазоне Тг (0.2 сут; 1"б сут) соответствуют гаусиовскому распределению по критерио -хи-квадрат. Визуально отмечело, что локальные максимумы на гистограмме соответствуют разностям времен Г/В и (имО 1/Тб суток и кратным им периодзм. ото подтверждено такне Фурье-ачэлизом гистограмм. Наличие таких максимумов говорит о существовании соответствующих харэктер-

них гремен, причиной которых могут быть как приливы, так и некоторые другие явления.

'ТсследоЕвно распределение разностей расстоянийдЯ, соответствующих указанным максимумам. Эти максимумы расположены е интервалах разностей времен: 0.055-0.07, 0.12-0.13 , 0.18-0Л95, 0.245-0.255 , 0.305-0.32 , 0.37-0.38 , 0.43-0.445 суток. Для Есех интерЕалоЕ построены соответствующие сеодню гистограммы Ы(йЯ) каждого из типое последовательностей. Для лучшей статистической обеспеченности были отдельно суммированы зависимости М(лЯ), полученные для интервалов, соответствующих аТ, кратным 1/8 сут и отдельно кратным 1/16 суг, но не кратным 1/8 сут. Сравнение с соответствующей гистограммой М(дЮ для интервала дТ (0; 0.5 сут) показало, что дТ, крат-: ным 1/8 и 1/16 сут соответствуют увеличенные дй.. Это можно интерпретироЕать, как периодическое увеличение количества землетрясений в единицу времени, сопровождаемое периодическим же расширением области их локализации.

Рассмотрено "эквивалентное" двухмерное фазогое пространство (Раскагс1е! аР., 1980) времен появления землетрясений. Попытка найти е этом пространстве аттрактор показала необходимость рассмотрения размерностей 3 или больше.

ВЫВОДУ К ГЛАВЕ 3.

1. Автоковарлоиионные Функции основных типов локальных интенсивных последовательностей слабых землетрясений БРЗ хорошо аппроксимируются степенной кршзоИ Вх£>Т-Сг". Значения показателяколеблются относительно некоторого среднего в пределах: а) для роев 0.19-0.27, 6) для афгерпо:;ог 0.3-0-48, в) для зон концентрации 0.32-0.43. распределения с осюрод-нши расстояниями, построопиго не осноес *о»их огтогогоря-еиноших ФуняинП, яостсточао короле отгг&'&а; рссскехрмгг-елкз ушш локвльгшх ееКитчссзих

2. Локожьиш кэхеюфии ко гявторрсгвох «ауогсгормз«"!,' ос-ногких типог лоаслгнш еейн.'ячзокп;; исгзсгогйтсаигос'ГбЕ |ис-иололекы с изриоличаость» 1/6 и (шш) 1/16 ецтаь. Мросгрсп*

ственно эта периодичность проявляется в гиде увеличения разностей расстояний, соответствующих этим временам.

в четвертой главе изучается стационарность и особенности проявления характерных времен, получаемых спектральным и эе-токовариаиионным методами, в сейсмичесном процессе БРЗ.

Автоковариационный анализ применен к последовательностям землетрясений БРЗ. произошедших в 1968-1978 гг.в двух энергетических интервалах: К=7-8 и К=9-К). Сравнение построенных гистограмм с моделью простого пуассоногского процесса показало непригодность этой модели для выделения малых характерных времен. Получено, что форма гистограммы автоковариации неплохо описывается степенной зависимостью ВхдТ-с1"» как и для локальных последовательностей, однако убывает с увеличением Прагой границы интервала гистограммы. Тем не менее, использующая эту зависимость модель с однородными расстояниями может бить применена при выделении характерных периодов.

Исследование на-'гзуссоЕость характера отклонения значений гистограммы от осрсднпющей крдаой по критерию Хи-квадрат показало, что е диапазоне Тг (0.1 сут; 'I сут) значения для обеих последовательностей лежат в пределах 99$ доверительного интервала.

Поскольку в локальных последоезтельноетях Еыявлены характерные Еремена 1/в и 1/16 сут, проверено, выделяются ли зв-токоЕариационным анализом такие (или другие) Бремена е последовательностях сейсмических толчков всего региона. Однако на основе полученных данных оказалось невозможным сделать определенный вывод о наличии или отсутствии периодоЕ 1/8 и 1/16 сут. Тем не менее при анализе гистограммы региональной последовательности событий за 1968-1978 гг с применением БП'Т> выделены наиболее выраженные времена 39 мин, 0-99 сут, 1.39 сут для К=7-8 и 37 мин, 1.07 сут и 1.26 оут для К=9-Ю. Построение гистограмм отдельно за каждый год показало, что соответствующие периоды не присутствуют на всех гистограммах, т.е. являются нестационарными.

Поскольку характерные времена для двух энергетических диапазонов получились достаточно близкими, исследогана вззим-. ная когариация региональных последовательностей землетрясений с К=7-8 и К=9-Ю. Сравнение с моделью двух простых пуас-соноеских потоков показало значимое отклонение гистограммы в окрестности дТ=0. Но части гистограммы слТ>0 проявляется период 1.07 сут, а о 0 - 1.26 сут и 37.5 мин.

Точечный спектральный анализ был применен к годичным последовательностям землетрясений БРЗ с 1968 по 1984 гг е энергетических диапазонах К=7-8 и К=9-Ю • Периодограммы были рассчитаны для интервала периодов от 0.9 сут до 80 сут. Для землетрясений с К=7-8 за Есе 17 исследованных лет значимые максимумы на спектрзх отсутствуют. Среди Ю наибольших амплитуд каждой периодограммы чаще всего встречаются соответствующие периодам Q.995+-0-005 сут и 28+-I сут, что может быть ЕыэЕано наличием производственного шума. Аналогичное сравнение спектральных амплитуд для годичных последовательностей БРЗ с К=9-Ю не позволяет еыяеить каких-то времен.

Тем не менее для рядов сейсмических толчков с К= 9-Ю, произошедших е 1°75 и 1982 гг, на периодограммах присутстгу-. ют достаточно выделяющиеся максимумы в Еысокочастотной части. Спектр последовательности землетрясений 1975 г имеет пик на периоде Т=1.070+-0 .002 сут с амплитудой 1т=3.б1 ( е единицах il/2, где Я - интенсивность эквивалентного пуассоноЕ-ского потока), а в 1982 г - при Т=1.А31+-0.002 сут 1т=3.74. Показано, что периодограмма существенно зависит от области пространственней локализации изучаемой последовательности сейсмических событий, что дает основание предполагать наличие участка оптимального проявления кгазипериодичности.

Оконтуривание соответствующей площади производилось с помощью построения гистограмм распределения землетрясений по периоду, разделения с помощью этой гистограммы землетрясений на "периодические" и "фоноЕые" и затем определения области преимущественной локализации эпииентроЕ "периодичеоких" со-

битий. Для 1975 г соответствующая площадь равна 80000 ке. км., максимальный размер - 7ЭД км, для 1982 г соответственно 65000 кв.км и 930 км. На спектрах последовательностей землетрясений в пределах выделенных областей соответствующие максимумы выходят за пределы 99% доверительных интервалов. Существенную роль в проявлении рассмотренной периодичности играет кластеризация. В 1975 г цикличность проявляется в течение почти всего года, а в 1982 г практически во вторую половину года. В остальные исследоЕанные годы ряды сейсмических толчкое, локализованных е пределах указанных участков, не становятся квазипериодическими.

Сравнение времен, полученных автоковаризццонным и спектральным методами, показывает, что в осногном они совпадают, за некоторым исключением. Различие связано с тем, что при автоковариационном анализе происходит суммирование близких периодов в один более ярко выраженный за счет шага гистограммы. Очевидно, по крайней мере в рассмотренном диапазоне времен, хаотическое наложение Циклических рядов не играет существенной роли.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

1. Последовательности землетрясений БРЗ в энергетических диапазонах К=7-8 и К=9-Ю не соответствуют пуассоновскому процессу, проявляя явно выраженное группирование, функции зЕтокоЕаркации этих последовательностей могут быть описаны степенной зависимостью, которая, в отличие от случая локальных последовательностей, не является масштабно инвариантной. Тем не менее, отклонения гистограммы автоковариаиии от ос-редняющей кривой в диапазоне 0.1 сут<Тг<4 сут подчиняются нормальному распределению.

2. В функциях автоковариаиии последовательностей толчков БРЗ с К=7~8 и К=9-Ю стационарных, т.е. почти постоянно проявляющихся, времен нет. За период 1968-1978 гг наиболее еы-ракепн периоды.39 мин, 0.99 сут, 1.39 сут для диапазона К=7-8 и 37 нин, 1.07 сут и 1.26 сут для диапазона К=9-Ю.

Полученные данные не позволяет сделать еьшод о наличии или отсутствии времен 1/8 или 1/16 сут.

3. Последовательности землетрясений БРЗ с К=?-8 и К=9.-Ю не являются взаимно независимыми. В функции их взаимной ко-вариаиии за период 19ТО-1975 гг проявляются времена 37 мин, 1.07 сут и 1.26 сут.

Применение точечных спектрог к рядам сейсмических толчков БРЗ не позволяет Еыделить стационарных времен, за исключением слабо Екраженных I сутки и 28 суток для последовательностей с К=7-8. Однако эти времена могут быть следствием производственной деятельное та.

5. В последовательностях землетрясений БРЗ с К=9-Ю существуют виртуально возникающие периодичности. Выделены дге такие периодичности: 1.07 сут е 1975 г и 1.^3 сут е 1982 г. Яркость их проявления оуцестЕенно загноит от пространственной локализации эпицентров исследуемой 1последовательности. Оптимальней область для периода 1.07 сут 1975 г площадью 8Э000 ке.км расположена е центре БРЗ. а соответствующая область для периода 1.43 сут 1982 г площадью 6ЮОО кв.км еытя-нута узкой полосой едоль почти Есей БРЗ.

6. С помощью гистограмм ветоковариации, кроме ярко выраженных периодичностей, Еыделяются еще и расщепленные характерные времена.

В ПЯТО^ ГЛАВЕ рассматриваются возможные интерпретации полученных данных.

Предлагается описание циклического затишья в терминах поля напряжения разного пространственного масштаба. При таком описании существенным оказывается понятие однородности. Другими слогами, гее участки в зоне затишья должны иметь примерно одинаковую ориентацию напряжений малого пространственного масштаба в период, . предшествующий главному толчку, и за год до него. Обращается внимание на то. что распределение Углоеых частот Б-еолн перед сильным толчком (Мартынов, 1982; ХайдэроЕ, 1986) также может быть объяснено указанной однород-

ностью, если будет доказана сильная нелинейность геофизической среды.

Бремена I год и 1/Г6 (Г/8) суток могут быть е принципе объяснены как влиянием сейсмического шума на регистрации землетрясений, так и внешним периодическим воздействием. Од-; нако если период Г год в сейсмическом излучении может бить вызван производственной деятельностью, то природа излучения с периодами, близкими 1/Г6 сут, неоднократно зарегистрированного в последние годи (Линьков, 1987), неизвестна. Поскольку амплитуда таких I.5-часовых колебаний достаточно мала, маловероятно и их существенное влияние на регистрации- 3 то же время, и внешним периодическим воздействием объяснить период Г год в последовательностях землетрясений легче, чем 1/Г6 (Г/8) сут, т.к. для Еторого периода в этом случае должен существовать механизм дихотомического дробления времени Г/2 суток. В принципе такой механизм может бнть сеязэн с наличием системы тектсн"ческих линий (Мишарина и др., 1973), на которые накладывается внешнее периодическое воздействие.

Появление виртуальных характерных времен 1.07 сут и 1.43 сут в последовательностях сейсмических толчков БРЗ с К=9-Ю в настоящее Еремя можно объяснить, пожалуй, только наличием тектонических волн- В то же время такая интерпретация обычно используется для объяснения пространственно-временных закономерностей сильных землетрясений, приуроченных к одному разлому (Касахара, 1985), а не слабых толчков, расположенных на некоторой площэди, как е данном случае.

В настоящее время Еопрос выбора между прогнозом землетрясений и оценкой сейсмического риока с соответствующими им предохранительными мерами не является решенным. Показано, что проявление (виртуальных) характерных периодов 1.07 сут и 1.43 сут свидетельствует в пользу сейсмического риска перед прогнозом при сегодняшнем уровне знания о природе землетрясений.

ВШОДН К ГЛАВЕ 5.

Г9

1. Существенным в понимании процессов, предваряющих сильное землетрясение, может оказаться понятие однородности поля напряжения.

2. Возможными причинами полученных е настоящей работе характерных времен может быть периодический сейсмический шум, миграция землетрясений и внешнее периодическое воздействие.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе рассмотрены различные подходы к изучению характерных времен в последовательностях сейсмических событий с учетом их пространственного распределения. Определен круг наименее изученных вопросов, таких как сеязь через характерное Еремя между землетрясениями разных энергетических интервалов и возможность существования собственного пространственного распределения сейсмических толчков, соотаетстЕу-ющего этому характерному периоду. Отмечена слабая изученность характерных времен, меньших I оуток, и недостаточная изученность стационарности проявления периодов. В качестве методов анализа предложено использование взаимодополняющих друг друга точечного ковариационного и спектрального анализов.

В результате исследований получены следующие еыеоды:

Г. Выделено характерное Еремя один год, проявляющееся в связи сильных 013-14) и слабых (К=7-8) землетрясений. Этому характерному времени соответствует собственное пространственное распределение,' состоящее из области циклического затишья, почти окружающей очаг сильного события, которое происходит на конце зоны концентрации. В этой области слабые толчки не наблюдаются е течение 1-2 месяцев непосредственно перед сильным событием и за год до него. В промежуток времени между указанными двумя интервалами слабые землетрясения в этой области происходят, причем отмечается непродолжительный спад сейсмичности за полгода до сильного толчка. Зона кон-

аэ

центрации является полосой повышенной плотности эпицентров слабых событий.

2. Ориентация зон циклического затишья зависит от их положения в ЕРЗ.

3. Аетоковариационные функции основных типов локальных последовательностей слабых сейсмических толчков хорошо аппроксимируются степенной кривой ВмТ . Локальные максимумы на гистограммах автоковариэции расположены с периодичностью 1/8 и (или) 1/16 сут- Пространственно ата периодичность проявляется е виде увеличения разностей расстояний, соответствующих Бременам, кратным указанным периодам.

Последовательности землетрясений БРЗ с К=9-5) характеризуются наличием виртуально возникающих перподичностей с высокой (>95£) значимостью. Существуют области оптимального проявления таких перподичностей.

Дальнейшие исследования, по-Еидимому, целесообразно Еести в рамках разработки

а) формализованных методой выделения зон циклического затишья и концентрации;

б) приемоЕ сопоставления выделяемых пространственно -временных сейсмических структур с полем напряжений.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

Г. Некоторые закономерности пространственно-временного распределения эпицентров землетрясений е Байкальской рифто-еой зоне // Тезисы докладов на ХП конференции молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири. -Иркутск: Чзд-во ВСФ СО АН СССР, 1986. - С.ЮЗ-204.

2- Некоторые аспекты проявления кЕазнпериодичности землетрясений в Байкальской рифтоЕой зоне // Исследования по созданию научных основ прогноза землетрясений в Сибири (Оперативная информация, вып.2). - Иркутск: ИЗК. 1967. С.К-К.

3. Некоторые аспекты проявления годичной квазипериодичности землетрясений е Байкальской рифтовой зоне // Соеременные геофизические исследования ( материалы III Всесоюзной конференции молодых ученых Е г.Суздале 2-5 апреля 1986 г.). - М.: Ч^Ъ АН СССР, 1987. - С.242-250.

Некоторые закономерности проявления сейсмического процесса в Байкальской рифтовой зоне // Геология и геофизика. 1987. - о 12. - С.82-88.

5. Выделение периодичное те й е основных типах последовательностей землетрясений Байкальской рифтовой зоны // Тезисы докладов конференции молодых научных сотрудников "Геология и геофизика активизированных областей Восточной Сибири" 20-23 апреля I98R г.. --Иркутск: НЗК СО АН СССР, 1986. - С.82-83.

6. Некоторые статистические исследования основных типов последовательностей землетрясений Байкальской рифтовой зоны // Тезисы докладов конференции "Развитие сейсмологических и геофизических исследований в Сибири и на Дальнем Востоке". -Иркутск: ИЗК СО АН СССР, 1988. - С.31-3?..

7. Характер распределения разностей Бремен очагов землетрясений Байкальской рифтовой зоны // Актуальные проблемы геофизики (материалы 1У Всесоюзной конференции молодых ученых в г.Звенигороде 18 - 21 апреля 1988 г.). - М.: ИФЗ. 1988 -C.I9I-I99.