Комплексный анализ сейсмологических и сейсмотектонических данных для оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений

Родина, Светлана Николаевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Комплексный анализ сейсмологических и сейсмотектонических данных для оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений
ВАК РФ 25.00.03, Геотектоника и геодинамика

Автореферат диссертации по теме "Комплексный анализ сейсмологических и сейсмотектонических данных для оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений"

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук

На правах рукописи

Родина Светлана Николаевна

Комплексный анализ сейсмологических и

сейсмотектонических данных для оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений

Специальность 25.00.03 - «Геотектоника и геодинамика»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических

паук

9 ЯНВ 2014

005544210

Москва 2013

005544210

Работа выполнена в Институте физики Земли им.О.Ю.Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН) г. Москва.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор, заместитель директора по науке Рогожин Евгений Александрович

Официальные оппоненты:

Зайцев Владимир Александрович, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией Исследования геокатастроф Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Кособокое Владимир Григорьевич, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник,

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

Защита состоится «23» января 2014 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.001.01 при Федеральном бюджетном учреждении науки Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук по адресу: 123995, г. Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФЗ РАН.

Автореферат разослан «_»_2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук

О.Г. Онищенко

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Изучение опасных природных явлений остается одной из сложнейших и востребованных научных задач. Землетрясения относятся к числу наиболее опасных природных катастроф, часто влекущих за собой многочисленные человеческие жертвы, разрушение зданий и сооружений вследствие колебаний и огромные экономические потери. Цунами, оползни и наводнения также часто являются их следствием.

Оценка сейсмической опасности и сейсмический прогноз являются приоритетными научными задачами в области наук о Земле. В настоящее время накоплен огромный опыт по изучению геодинамических обстановок Северной Евразии, которые характеризуются различными специфическими очаговыми зонами. К тому же накоплены теоретические и эмпирические материалы по развитию сейсмического процесса в очаговой области, которые сопровождаются различными предвестниками. На базе этого становится возможным мониторинг созревания потенциальных сейсмоопасных зон. Таким образом, комплексный подход имеет огромные перспективы для решения проблемы прогнозирования землетрясений [Потенциальные..., 2011 ].

Е.А. Рогожиным, В.Н. Страховым, C.JI. Юнгой, А.И. Захаровой и А.И. Лутиковым в конце прошлого века была предложена комплексная методология прогноза, которая включает в себя совместную и последовательную интерпретацию различных предвестников на разных этапах созревания сейсмического очага. Эта методика была опробована на активной континентальной окраине западной части Тихого океана [Рогожин и др., 19996, 2001, 2003].

Комплексный подход можно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Детальное сейсмотектоническое районирование на основе внерегионального анализа с использованием комплекса геолого-геофизических и сейсмологических данных, которое позволяет картировать потенциальные сейсмические очаги, а также оценить максимальную прогнозируемую магнитуду землетрясений региона.

2. Мониторинг долгосрочных сейсмологических предвестников (длительностью 1012 лет), который включает в себя наблюдение за удаленными глубокофокусными землетрясениями (форшоками в широком смысле) с целью оконтуривания области ожидаемого сильного корового землетрясения в пространстве и временных рамках.

3. Мониторинг среднесрочных предвестников (длительностью 3-5 лет), включающий в себя наблюдение и анализ изменений характеристик сейсмического режима потенциальных опасных зон, выделенных на втором этапе.

4. Мониторинг краткосрочных предвестников (длительностью 1 год-месяцы), который заключается в выявлении сейсмологических, электромагнитных, электрических и гидрогеологических предвестников в режиме близком к реальному времени с целью выявления места и времени будущего землетрясения.

Особое место занимает прогнозирование времени и магнитуды сильных повторных толчков в эпицентральных зонах произошедших катастрофических землетрясений.

Цель и задачи работы. Целью работы является изучение проявления сейсмической активности на различных этапах развития сейсмического процесса в некоторых регионах.

В рамках исследования были поставлены следующие задачи:

- уточнить параметры долговременного сейсмического режима некоторых территорий с использованием палеосейсмогеологических данных;

- исследовать закономерностей проявления глубоких удаленных землетрясений, как предвестников сильных коровых событий Курило-Камчатской дуги;

- изучить временные и энергетические параметры афтершокового процесса умеренных и сильных землетрясений Курило-Камчатского региона.

предложено применять такого рода данные для восстановления долговременного сейсмического режима [Захарова, Рогожин 20046, 2005а; Рогожин и др. 2006]. Обобщение сейсмологического и палеосейсмогеологического материала позволило впервые оценить сейсмический режим на протяжении всего голоцена территорий северного Сахалина, Монгольского Алтая и Корякского нагорья. Полученные материалы внесли существенный вклад в представление о сейсмической опасности рассматриваемых регионов.

Исследования глубокофокусных землетрясений Охотского моря показали, что на базе мониторинга количественной характеристики плотности пересечения проекций осей сжатия глубокофокусных землетрясений, представляется возможным оконтурить потенциально опасные зоны готовящихся сильных коровых землетрясений Курило-Камчатского региона с предварительной оценкой магнитуды будущего события.

Впервые выявлена корреляционная связь между параметрами афтершокового процесса (его продолжительностью во времени, высвободившегося суммарного скалярного сейсмического момента всей афтершоковой последовательности) и магнитудой сильных и умеренно сильных землетрясений Курило-Камчатского региона. В теоретическом плане получена строгая оценка суммарного скалярного сейсмического момента афтершоков, которая связана с магнитудой сильнейшего афтершока и параметрами графика повторяемости, построенного по всей последовательности. Защищаемые положения:

1. Сейсмический режим северного Сахалина, Монгольского Алтая и Корякского нагорья на голоценовом этапе геологической истории оставался практически неизменным, о чем свидетельствует прямолинейность графиков повторяемости землетрясений в каждом из регионов.

2. Мониторинг параметра плотности пересечения проекций осей сжатия глубокофокусных землетрясений позволяет оконтурить потенциально опасные зоны готовящихся сильных коровых землетрясений Курило-Камчатской дуги и прогнозировать магнитуду будущего события.

3. Установленная корреляционная связь между параметрами афтершокового процесса (его продолжительностью во времени, высвободившегося суммарного скалярного сейсмического момента) и магнитудой сильных и умеренно сильных землетрясений является типичной для сейсмичности Курило-Камчатского региона.

Практическая значимость. Проведенные исследования связаны с изучением закономерностей появления землетрясений в пространстве и во времени для некоторых регионов.

Параметры сейсмического режима чрезвычайно важны для понимания активности региона и построения карт сейсмического районирования. В связи с этим, обобщение материалов, анализ и расчёты характеристик режима, а также выявление максимально возможной магнитуды землетрясений является важной задачей для оценки реальной сейсмической опасности различных территорий.

Методика анализа глубокофокусных землетрясений позволяет оконтуривать потенциальные области готовящихся землетрясений, оценивать степень созревания очагов, а также магнитуду готовящегося событий. Данный подход был использован при долгосрочном и среднесрочном прогнозе землетрясений Курило-Камчатской дуги. На базе этого метода были сделан успешный долгосрочный прогноз землетрясений Кроноцкого [Захарова, Рогожин, 1999], Симуширских [Захарова, Рогожин, 2006] и Тохоку [Захарова, Рогожин, 20056]. Развитие и применение результатов данной методики в комплексе с другими предвестниками обеспечивает повышение достоверности и обоснованности научных прогнозов.

Полученные корреляционные зависимости между параметрами афтершокового процесса и магнитудой сильных землетрясений применяются при мониторинге хода афтершокового процесса крупнейших землетрясений в Курило-Камчатском регионе и прогнозировании их сильных повторных толчков. Информация такого рода важна для служб МЧС России при проведении поисково-спасательных работ и операций по ликвидации последствий землетрясений.

Материалы диссертации использованы в работе по проектам Программы фундаментальных исследований президиума РАН № 4, по грантам РФФИ (№№ 11-05-00205, 11-05-92202, 13-05-91168, 11-05-02108) и по мероприятиям № 29 и № 31 федеральной целевой программы "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2015 года".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдельные части были представлены в виде докладов на конференциях и совещаниях: Шестая международная сейсмологическая школа «Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных» (г. Апатиты, 2011); Исследования землетрясений в Восточной Азии: землетрясения, цунами и вулканы в северо-восточной Азии: международное сотрудничество, прогноз, подготовка и ранее предупреждение (г. Пекин, Китай, 2011); Проблемы сейсмотектоники XVII Всероссийская конференция с международным участием (г. Москва, 2011); Научная конференция молодых учёных и аспирантов Института Физики Земли РАН (г. Москва, 2012); Современная геодинамика Центральной Азии и опасные природные процессы: результаты исследований на количественной основе (г. Иркутск, 2012); Международная конференция «Геофизика - сотрудничество и устойчивое развитие» (г. Ханой, Вьетнам, 2012); Научная конференция молодых ученых и аспирантов Института Физики Земли РАН (г. Москва, 2013); Генеральная Ассамблея Международной ассоциации по сейсмологии и физике земных недр (г. Гетеборг, Швеция, 2013)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 5 в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. На основании составленных автором сводных каталогов землетрясений территорий северного Сахалина, Монгольского Алтая, северной Камчатки и собранных результатов папеосейсмогеологических исследований разных авторов, выполнено обобщение и расчет характеристик сейсмического режима.

В ходе работы самостоятельно были составлены каталоги сильных землетрясений Курило-Камчатской дуги и их афтершоковых последовательностей по выбранным критериям, на базе которых определены временные и энергетические параметры процесса, установлены взаимосвязи.

Автором подготовлены каталоги для работы с глубокофокусными землетрясениями. Разработан и протестирован программный комплекс, с помощью которого проанализирована взаимосвязь глубокой и коровой сейсмичности Курило-Камчатской дуги и задугового бассейна.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 127 страниц, 56 рисунка, 17 таблиц. Список литературы включает 145 наименований.

Благодарности. Автор искренне благодарит за сотрудничество, помощь и ценные советы сотрудников ИФЗ РАН: А.И. Лутикова, Г.Ю. Донцову, М.С. Кучая, C.JI. Юнгу, Л.Б. Славину, Л.И. Иогансон, А.Н. Овсюченко, С.С. Новикова, сотрудника ВГУ К.Ю. Силкина. Также автор выражает благодарность А.Д. Завьялову и A.M. Корженкову за внимание к работе и важные замечания.

Особую признательность автор выражает научному руководителю профессору, д.г.-м.н. Е.А.Рогожину.

Содержание работы

Во Введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, основные положения, выносимые на защиту, отмечены научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первая глава «Сейсмический режим как основа для сейсмического прогнозирования» содержит сведения об основных чертах геологического строения и сейсмотектонике регионов; оценке сейсмической опасности; структуре очаговой области крупных землетрясений, имевших место на изучаемой территории; данные палеосейсмологических исследований, а также сведения о сейсмическом режиме (пространственно-временное распределение эпицентров, графики повторяемости, сейсмическая активность, распределение гипоцентров по глубине, данные о максимально возможных магнитуда землетрясений) территорий северного Сахалина, Горного и Монгольского Алтая, Корякского нагорья.

Сейсмический режим является показателем уровня сейсмической опасности и сейсмической активности территории. Неполнота сейсмостатистического материала заставляет нас для определения верхнего уровня сейсмической активности пользоваться палеосейсмогеологическим методом, который основан на допущении, что сильнейшие землетрясения далекого прошлого оставляют следы на дневной поверхности в виде палеосейсмодислокаций.

В связи с сильнейшими землетрясениями, произошедшими в последние годы, на территории северного Сахалина, Горного Алтая, а также Корякин были проведены палеосейсмогеологические исследования методом тренчинга, т.е. изучения зон разломов в траншеях.

Полученные в ходе этих исследований оценки возраста и силы событий позволяют проникнуть в сейсмическую историю региона и оценить долговременный сейсмический режим. В графическом виде его можно отобразить графиком повторяемости землетрясений. Наращивание графика сильнейшими событиями глубокой древности по материалам палеосейсмогеологических исследований дают возможность существенно его дополнить и уточнить.

Рассмотрим более детально каждую из изучаемых областей.

Северный Сахалин

На карте ОСР-78 Сахалин считался зоной с умеренной активностью и относился к зоне 6-7-балльных сотрясений. Составители этой карты недооценили реальную сейсмическую опасность территории. 27 мая 1995 г. на севере острова Сахалин произошло сильнейшее за всю историю наблюдений коровое землетрясение с М5 = 7.6 (9-10 баллов). Главный толчок сопровождался многочисленными афтершоками. Сейсмические колебания полностью разрушили поселок нефтяников Нефтегорск и унесли жизни 2 тысяч людей.

Совместными усилиями ряда сейсмологических организаций была организована международная эпицентральная экспедиция. Различные специалисты, как из России, так и из Японии занимались изучением этого сильнейшего землетрясения, в результате чего в последующие годы был пересмотрен уровень сейсмичности данной территории.

Из разных источников автором собраны и систематизированы палеосейсмогеологические материалы. В результате тренчинга специалистами обнаружены следы ранее неизвестных доисторических землетрясений магнитудой А/=6.0, 7.0, 7.5 и 8.0 [Стрельцов, Рождественский, 1995; Булгаков и др., 2002; Рогожин и др., 2002; Кожурин и др., 2009]. Для периода 1000 лет выявлены следы 10 землетрясений с М =6.0 (включая толчки инструментального периода); для отрезка времени 5000 лет установлено наличие четырех сейсмических толчков с М= 7.0; для периода 10000 лет выявлено два сейсмических событий с М= 7.5, для периода 40000 лет - два события с магнитудой около 8.

Изучение сейсмического режима базируется на представлении о его стабильности на протяжении достаточно длительного интерваза времени, измеряемою по меньшей мере несколькими сотнями лет [Гамбурцев. 1955).

Дзя первого приближения к пониманию сейсмического режима i рафик повторяемости был рассчитан по инструментальным (до 1990 г.) и историческим (до 1924 г.) данным методом ортогональной регрессии (рис. 1).

Полученному графику соответствует следующее уравнение:

lgiMD=<3.47±0.33H0.82±0.05)K при Лс=0.989

Далее к инструментальным и историческим данным были добавлены результаты полевых работ.

Рис. I График повторяемости землетрясений северного Сахалина. Красная линия - линия тренда по инструментальным и историческим данным, черная - линия тренда по инструментальным, историческим и палеоссйсмошиогичсским данным

Для графика повторяемости, рассчитанного в интервале М = 2.5-8.0 (рис. I). решение получено в виде:

1е<Лг/7И4.31±0.42Н104±0.05)А/. при К,=0.990

При сравнении построенных |рафнков выявлено изменение среднего периода повторяемости сильных событий, о чем говорит изменение наклона графика с -0.82 до -1.04. Также следует отметить увеличение коэффициента корреляции с 0.989 до 0.990, что говорит о хорошем соответствии сейсмологических и палсоссйсмогеологических данных. Отскок точки графика в районе магнитуды М~5.5±0.2 говорит о недостатке событий данной магнитуды. либо недостаточным периодом представительных наблюдений. Это может быть связано с особенностями палеосейсмшеологического метода, в результате применения которого сложно выявить следы землетрясений с магштдами М=5-5.5. в некоторых случаях 6.0 (Смсказнн и др.. 2011).

Горный н Монгольский Алтай

Горный Алтай считался регионом с умеренным уровнем сейсмической активности.

Проведенные в середине 90-х гг. сейсмотектонические и палсосейсмотеологическнс исследования в южных частях Горного Алтая показали ошибочность таких заключений [РеЯснср, Иогансон, 1996; Рогожин и др., 1999; Рогожин, Платонова. 2002|. Ныли обнаружены свидетельства активных новейших и современных движений, активные геологические

нарушения [Hong ci al.. 2006] и ссйсмодислокации нескольких неизвестных доисторических сильнейших землетрясений (с реконструированной М=7-8). имевших место на протяжении последних 9000 лет. Применение внерегионального анализа геолого-геофизических данных позволило определить верхний предел сейсмического потенциала на уровне М«и,>8.0. Таким образом, посте проведения полного цикла сейсмотектонических методов представления о сейсмическом потенциале и периоде повторения крупнейших землетрясений этой территории были пересмотрены [Рейснер, 2004).

27 сентября 2003 г. в Чуйско-Курайской зоне произошло Алтайское землетрясение с магнитолой 7.3 (сила в эпицентре 9 баллов), подтвердившее правильность результатов палсосейсмогеологичсскнх исследований (Сильное..., 2004]. Существенных разрушений и человеческих жертв сейсмический толчок не вызвал. Землетрясение сопровождалось многочисленными афтершоками.

В процессе палеосейс.могсологических исследований до и после Алтайского землетрясения было выяснено, что различные нарушения рельефа (активные ссйсморазрывы, обвалы и каменные лавины, подпрулные озера, оползни и разжижения грунта) возникали неоднократно в короткие интервалы времени, иногда практически синхронно, в разных частях исследованного района Горного Алтая в процессе его развития в голоцене [Рогожин, Платонова, 2002; Рогожин и др.,2004).

Сильные сейсмические события, вызвавшие формирование п&зеосейсмодислокаций, произошли примерно 230-300, 1000, 1700, 2300. 3500. 4500, 5200 и 8500 лет назад [Рогожин, 2010). Период повторяемости в среднем составил 1400 лет между землетрясениями с магиитудой около 7.0 и 2100 лет между событиями с магиитудой около 7.5. Полученную периодичность нарушает отсутствие датировок сейсмодислокаций в интервале 8-5 тыс. лет назад. Это, вероятно, объясняется неполнотой знаний о древних землетрясениях первой половины голоцена. Короткий интервал между землетрясением, возникшим около 230-300 лет назад и Алтайским землетрясением 2003 г. может быть объяснен разным уровнем их магнитуды. различающимся практически на целую единицу.

Е.А. Рогожнным н А.И. Захаровой был рассмотрен сейсмический режим Горного Аз тая [Захарова, Рогожин, 2004). При построении графика повторяемости рассматриваемой зоиы были учтены данные главного толчка сейсмического события 27 сентября 2003 г. и Урэг-Нурское землетрясение 15.05.1970 г. с М=7.0, поскольку по результатам палсоссйсмологичсских наблюдений можно судить о периоде повторения событий такой магнитуды.

Графику повторяемости землетрясений (рис.2) соответствует следующее уравнение: Lg(N/T) - (3.8940.21)- (0.98±0.02)М, R, =0.997 (1.3)

Непосредственно к югу от Чуйско-Курайской зоны Горного Алтая располагается весьма сейсмоактивная горно-складчатая система Монгольского Алтая [Тектоника..., 1974; Хилько и др., 1978). Здесь в историческое время произошло несколько сильнейших землетрясений с магиитудой около 8 [Ge et al., 1996).

Были построены графнки повторяемости методом ортогональной регрессии по приведенной выше методике - сначала по инструментальным и историческим данным, а затем добавлены результаты палеосейсмогеологических исследований (рис.3).

При сравнении полученных данных по западной части Монгольского Алтая выявлено изменение наклона графика с -1.08 до -0.9, что несколько меняет повторяемость сильных событий. Землетрясений с магнитудами М=6.5, 7.0, 7.5 не использовались для построения графика в виду отсутствия данных о повторяемости таких событий. Вероятно, требуется проведение дополнительных палеосейсмогеологических работы с целью обнаружения исторических событий, в результате чего, можно будет сделать корректные выводы о повторяемости землетрясений с магнитудами 6.5, 7.0. 7.5.

Сопоставление параметров графиков Горного и Монгольского Алтая показывают общее сходство коэффициентов наклона.

Рис.2 График повторяемости землетрясений Чуйско-Курайской юны в интервале М=3.0-8.0 с учетом сведений об Алтайском землетрясении 2003 г. (Захарова. 1>огожин, 2004]

Ч(МЯ) 1

3 5

3 3.5 4 4.5 5 53 6 6.5 7 7.5 8 8 5 М

Рис. 3 График повторяемости землетрясений Монгольского Алтая. Красная линия -линия тренда по инструментальным и историческим данным, черная - линия тренда по инструментальным, историческим и патсоссйсмогсологическим данным

Корякин

До создания карт ОСР-97 этот район считался практически асейсмичным в виду отсутствия сейсмических станций.

В 1991г. в районе поселка Ханлнио произошло сильное землетрясение с магиитулой М5=7.0. вызвавшее сотрясения 7 баллов. В связи с этим возникла необходимость пересмотреть оценки сейсмической опасности региона.

На картах ОСР-97 территория относится к зоне 7-8-балльных сотрясений. Однако, 20 апреля 2006 г. произошло сильнейшее за всю историю наблюдений землетрясение с магиитулой Мь=7.8 (9-10 баллов). Это событие показало реальный уровень сейсмической опасности н указало на низкую степень изученности региона. В связи с этим отрядом ИФЗ были проведены сейсмотектонические работы.

После детального картирования, тренчиша, отбора образцов и комплексного их исследования группе ИФЗ у лаз ось восстановить возраст пяти сильных сейсмических событий (рис. 4) [Рогожин и др., 2008, 2009]. Древние землетрясения имеют следующие временные рамки 7000-6000. 5700-5100, 3700-3500, 2500-2000 и 1000-600 лет назад. Период повторяемости между событиями составляет окаю 1200-1500 лет. В ходе палсосейсмогеологических исследований была оценена магиитуда землетрясений прошлого: первое из реконструированных древних событий оценивается М=7.5, второе, третье и четвертое - М=7.0, пятое - М-7.5. Полученные результаты о периодах повторяемости и магннтуде древних толчков могут быть интерпретированы следующим образом: за 7 тысяч лет произошло два землетрясения с М=7.5, за 5,5 тысяч лет - три землетрясения с М=7.0 (без учета Хаилииского 1990 г. с М=7.0 н Олюторского 2006 г. с М=7.8 землетрясений).

тН ни

т щ

-6000

•7000

-«000

1 1 I

-5000 -«000

Г' ' 'I

-2000 -1000

з е

Время, годы

М-7.5 7.0 7.0 7.0 7.5

Рис.4 Реконструированные сильные сейсмические события и их проявления во времени на территории Корякского нагорья. Условные обозначения: 1 - радиоуглеродный возраст погребенных палеопочв и номера образиов; 2 - радиоуглеродный возраст нижней части современного почвенного профиля; 3 - интерсват капибро»очного возраста (в рамке - номер образцов); 4 - реконструированные сильные сейсмические события; 5 - номера точек отбора почвенных проб [Рогожин и др., 2009)

По приведенной выше методике также строились два графика повторяемости (рис. 5). При использовании пазеодаиных наклон графика повторяемости изменился с -0.91 до -1.3, что меняет повторяемость сильных событий. Отклонение точек графика от линии тренда в области

магнитуд М-6.0±0.2, 6.5±0.2 может быть связаю с особенностями патеоссйсмогеологического метода. как отмечалось выше. _

WA) 2

- по ннструментатьн ы м и историческим дайныv, черная - по инструментальным, историческим и патсоссйсмонюлиичсским ланным

Палсоссйсмогсологическис материалы вместе со сведениями о землетрясениях инструмента! ьного и исторического псрислов сейсмологических наблюдений дат возможность оценить сейсмический режим региона на протяжении 7 тысяч лет. Прямолинейность графика повторяемости говорит о том. что сейсмический режим исследуемой территории на нозднечетвертичном -»тале геологической истории, отвечающем большей части голоцена оставатся практически неизменным.

Выводы: рассмотрены области северного Сахатина, Горното и Монгольского Алтая, а также северной части Камчатского края (Корякского нагорья), где в последние годы произошли крупнейшие разрушительные землетрясения.

В рмультате патсосейсмогсологических исследований обнаружены следы не известных ранее сильных землетрясений для территории Сахалина 8 событий с магиитудой М=6.0, 7 событий с магиитудой М-7.0, 2 события с магнигулой М=7.5 и 2 события с магиитудой М=8.0, для территории Монгольского Алтая - 3 события с магиитудой 8.0. для территории Корякин - 3 землетрясения с магиитудой М=7.0 и 2 землетрясения с магиитудой М=7.5. которые позволяют оценить периоды повторяемости сильных толчков, а также подтвердить и установить максимальную ожидаемую магнитуду.

Проведенные исследования показывают, что сильнейшие землетрясения, происходящие в последнее время, не случайные события, а являются звеном развития длительной сейсмической истории различных очаговых зон. Прямолинейность графика повторяемости говорит о том. что во вссх случаях сейсмический режим оставался неизменным на протяжении всего голоцена.

Во второй главе «Вмнчпсвжь коровьи и глубокофокусных землетрясений»

приведено развитие методики анализа механизмов глубокофокусных предвестников, направленной на выявление зон подготовки ожидаемых очагов сильных коровых землетрясений.

WN/T) 2

13 -

0 \

•05

-1

•13

-2

-23

-3 • ч

-3.5

3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 м

Рис. S График повторяемости землетрясений Олюторской очаговой зоны. Красная -

Первые исследования взаимосвязи коровях и глубокофокусных землетрясений восходят к работам японского сейсмолога К. Моги, который рассматривал вопросы миграции сейсмической активности, закономерности по^дения сильных землетрясений, связи между мелкофокусными И глубокофокусными землетрясениями [Моги, 1988; Мо^, 1968а; Мо£, 1968Ь: \logi .1969; \iogi ,1973; Мо^ .1974; Моги, 1976]. На основе анализа крупных землетрясений Японии была установлена пространственно-временная связь между сильными коровыми землетрясениями и их отдаленными глубокофокусными форшоками. Моги отмечал, что важными особенностями таких взаимосвязей являются, во-первых, факт того, что коровые землетрясения зачастую предваряются возрастанием глубинной сейсмической активности, и, во-вторых, факт возникновения сильного тмчка после глубинной активизации. Такая сейсмическая активность не может рассматриваться как случайная или только как триггерная для мелкофокусного события, она скорее является важнейшим предвестником сильного

корового землетрясения.

К.Моги объясняет возникновение глубинной сейсмической активизации следующим образом: известно, что крупные мслкофокусные землетрясения происходят в зонах субдукции. Океаническая плита, поддвигаясь под континентальную, встречает сопротивление вдоль границы (рис.6). По мере возрастания сдвиговой деформации вдоль границы образуется разрыв, в то время как сдвиговое сопротивление по направлению движения плиты уменьшается, вследствие чего движение плиты вниз ускоряется. Напряжение на глубине возрастает, в результате этого возникают глубокофокусные землетрясения с магнитудой М-7.0. проекция оси максимального сжатия, в очагах которых направлена параллельно направлению субдукции. Таким образом, возрастание глубинной сейсмичности можно рассматривать как один из предвестников сильных мелкофокусных землетрясений.

В течение длительного периода времент А.И. Захарова и Е.А. Рогожин осуществляли мониторинг землетрясений северо-западной части Тихого океана. С помощью данной методики был сделан успешный долгосрочный прогноз темлетрясений Кроноцкого [Захаром. Рогожин, 1999]. Симутиирских [Захарова, Рогожин, 2006] и Тохоку [Захарова, Рогожин. 2005].

Рис 6 Блок-схема, показывающая механизм образования сильного корового землетрясения на островной дуге н его связь с глубинной сейсмической активизацией [Мо^. 1988]

Критериями поиска предвестников сильных землетрясений К.Моги является глубина гипоцентров более 100 км и близгоризотальное направление проекций осей сжатия направленных на очаговую зону готовящегося события [Моги, 1988]. В виду того, что никакой связи между магннтудой исследованных землетрясений 1931-1997 гг. и числом их глубокофокусных форшоков не установлено, было принято решение пересмотреть критерии выбора предвестников [Захарова. Рогожин 2008]. В соответствие с общепринятыми представлениями о глубоких землетрясениях, а также с представлениями о современном поле

напряжений дня активной окраины Азиатского континента, в качестве предвестников были выбраны события с глубиной более 70 км и направлением проекций осей сжимающего напряжения любого заложения.

А.И.Захаровой и Н.А.Рогожиным были проведены исследования корреляционных святей между магнитулой сильных мелкофокусных землетрясений и параметрами форшокового процесса. С помощью метода ортогональной рорессин в разные годы выявлены следующие зависимости:

Ы=7.75М„- 49.14,1^-0.93; T-8.73M.-53.61,1^*0.93 [Захарова, Рогожин. 2001);

К=7.48М»-47.58. 1^=0.99; Т=8.56М»-52.44.1^=0.97 [Захарова, Рогожин, 2004а];

М=7.25М»-45.85 (^=0.99; Т=8.69М„-53.21, ^=0.98 [Захарова. Рогожин, 20056]

где N - чисто глубокофокусных форшоков, а Т - период их наблюдения в голах, начиная от появления первого глубокого толчка, указывающею на одну из очаговых областей. Следует отмстить, что применение в данном случае метода ортогональной регрессии является дискуссионным, поскольку моментная магннтуда главного события определяется заведомо более точно, чем значения параметров N и Т из-за возможной неполноты данных.

Полученные в разные годы уравнения отличаются незначительными изменениями угловых коэффициентов и свободных членов, а также увеличением коэффициента корреляции. Высокая устойчивость полученного решения во времени даст возможность прогнозировать силу, место и время будущих сильных мелкофокусных событий в долго- и среднесрочном аспектах.

Мониторинг величины ДМ=М„<М)-М»< Т) позволяет оценить степень созревания очаговой области и выявить магнитулу готовящегося мслкофокусного события. Форшоковый процесс считается завершенным, как только значение ДМ не превышает (0.2-0.3)М».

Е.А. Рогожиным, С .Л.Юнгой и С.Н.Родиной выполнены исследования землетрясений 2006. 2007 гг. в Средне-Курильском блоке литосферной плиты восточнее острова Симушир, а также 2011 г. вблизи восточного побережья о.Хонсю [Юнга и др.. 2011; Рогожин и др.. 2011].

В работах [Рогожин и др., 2000; Захарова, Рогожин, 2000, 2006] на основе изучения распределения проекций осей сжатия (Я-оссй) глубокофокусных очагов разработана методика визуального выделения областей пересечения как потенциально опасной зоны. Исследования показали, что глубокофокусные форшоки (с гипоцентрами на глубине // > 70 км) квадрантами сжатия в диаграммах направленности как бы очерчивают на поверхности Земли эпннентразьные зоны подготовки будущих крупных землетрясений.

С развитием метода, созданное программное обеспечение позволило выделять области наибольшей концентрации продолжений проекций линий осей и характеризовать чти области специальным параметром плотности пересечений проекций осей сжатия глубокофокусных землетрясений (х). являющимся количественной характеристикой для данной методики и позволяющей построить карту введенного параметра в изолиниях. В дальнейшем проводился как визуальный, так и количественный анализ.

Поскольку продолжения проекций осей не пересекаются точно в одном месте, в данной методике рассчитываются параметры пересечений проекций осей сжатия Р в окрестностях узлов х по заданной системе узловых точек, покрывающей область ожидаемых сильных землетрясений. Подобная модернизация позволяет построить карту введенного параметра путем проведения изолиний, что позволяет ранжировать и оконтурить выявляемые прогнозные зоны, не обращаясь прямо к линиям продолжений проекций осей сжатия.

Полученные в результате ретроспективной обработки данных примеры проявления зон подготовки очага землетрясения Тохоку приведены на рис. 7.

Со временем нротраммный комплекс, разработанный С.Л. Юнгой, был преобразован. В виду сложной процедуры подготовки входных файлов и исполнения операций в определенной и четкой последовательности работать с большим количеством данных при помощи вышеупомянутого комплекса программ оказалось неудобно. Для обеспечения более простого использования было принято решение преобразовать пакет программ. Расчетная составляющая

преобразована в макросы Microsoft Excel. Графические построения выполняются в гсоинформационной системе Golden Software Surfer.

а б

Ом» fenXok* Т.1С умга Ь*ога 11 03 2011. ММ « ЕЗЕЛвГ^зЗЙТ

Рис.7 Проявление очаговой зоны землетрясения Тохоку (на рисунке красная звезда) на основе аназиза данных за 10-лстиий период до события (а) и 5-легнего периода до события (б).

Залитые кружки-гипоцентры; пунктирная линия дает характерное простирание области афтершоков; представлен параметр плотности пересечений проекций осей сжатия

Был проведен ретроспективный анализ 54 умеренных и сильных землетрясений Курило-Камчатского региона М„>6.3 с 1976 но 2013 год. В ходе исследований удалось проследить динамику положения потенциально опасных зон. а также оценить степень их опасности по полученным ранее соотношениям ДМ. Приведем пример обработ ки одного из землетрясений.

На рис. 8 представлена карта проявления очаговой юны землетрясения 07.02.1996г. на Южных Курилах за 15 лет до события. Видно, что очаговая зона и максимальные значения параметра х пространственно совпадают, но разность между параметрами М(Т) и М(К) составляет АМ=0.97. что больше необходимого условия ДМ=*(0.2-0.3) М„. За 10 лет до события значение ДМ*0.27,что соответствует магнитуде М-7.2-7.5 (рис.9). За 7 лет до землетрясения ДМ-0.22, что соответствует М-6.9-7.1 (рис.10), полученная магниту да совпадает с реально наблюденной М=7.0. Подобным образом были проаназизированы другие сильные землетрясения регаона.

Выводы: в проведенном исследовании предпринята попытка реализовать известный подход К.Моги. Данная методика и алгоритм аназиза механизмов глубокофокусных предвестников направлены на выявление зон подготовки ожидаемых очагов сильных коровых землетрясений. Такие потенциально опасные зоны предлагается картировать на основе количественного параметра плотности пересечения проекций осей сжатия глубокофокусиых землетрясений, рассчитываемых на основе диаграмм направленности, которые формируются при подвижках в глубокофокусиых очагах. Выполнены исследования зоны подготовки умеренных и сильных землетрясений Курило-Камчатской дуги, а также землетрясения Тохоку 11.03.2011 г. на океаническом склоне о. Хонсю.

Разработанный алгоритм анализа геодинамнческих проявлений сейсмичности в работе рассмотрен в качестве потенциальных предвестников готовящегося сильного коровою землетрясения, что открывает перспективы дальнейшего продвижения в области сейсмопрогиостичсских исследований |Сидорин. 2011]. Таким образом, проявления глубокофокусной сейсмичности на долговременном интервате времени может быть

эффективно использован в решении проблемы идентификации предвестников сильных коровых событий.

Вместе с тем, возможны и другие варианты построений, отличающиеся или подобные приведенным в исследовании, поскольку происхождение взаимосвязи глубокофокусной н коровой сейсмичности не находит пока исчерпывающе!« геофизическою объяснения. Выявленные эффекты требуют дазьнейшего специального рассмотрения в рамках исследования сейсмотектонических деформаций и природы сейсмогснеза.

Рис. 8 Схема зоны подготовки очага землетрясения 07.02.1996 г. М,=7.0 за 15 лет до события; представлен параметр плотности пересечений х

Рис. 9 Схема юиы подготовки очага землетрясения 07.02.19% г. М,=7.0 за 10 лет до события; представлен параметр плотности пересечений х

Рис. 10 Схема зоны подготовки очага землетрясения 07.02.19% г. М,=7.0 за 7 лет до главного толчка; представлен параметр плотности пересечений %

В третьей I лапе «Временные и энергетические параметры ..........коми о процесса

землетрясений Курило-Камчятекого региона» описаны результаты исследования связи параметров афтершокового процесса и магнитуды главного события.

Сильные коровые землетрясения обычно сопровождаются многочисленными повторными толками. Афтсршоковые процессы, вследствие различий в строении вмещающей среды и соответственно известной уникальности каждого сильного сейсмического события, не

могут быть адекватно описаны каким-то одним законом спада активности. Отмстим, что отсутствуют сколько-нибудь строгие критерии, определяющие пространственно-временные границы афтершокового процесса.

Были рассмотрены афтершоковыс последовательности 32 сильных и умеренных Курило-Камчатских землетрясений в интервале магннтуд 5.3 £ М»• <. 8.3. Оценены их продолжительности во времени Г,« (в днях) н суммарные скалярные сейсмические моменты Мсытшп, высвободившиеся в ходе развития афтершокового процесса.

Карта эпицентров землетрясений с положения их афтершоковых последовательностей представлена на рис. 11.

В проведенном исследовании критерием завершения афтершокового процесса считался его выход на фоновый уровень, определяемый, как правило, по временному ряду высвободившегося скалярного сейсмического момента с интервалом дискретизации в I месяц. Рассматривались ряды за некоторое время до возникновения главного события в очаговой области, оконтуривающей очаг по афтершокам первых месяцев. ">го время (как до, так и посте главного события) выбиралось тем ббльшим. чем больше была магннтуда рассматриваемого события. Поскольку использование этого приблизительного критерия иногда приводило к неоднозначности определения времени завершения процесса, при необходимости оно уточнялось с учетом отсутствия в течение месяца сейсмических событий с магнитудой, большей или равной представительной магнитуде используемого каталога.

Приведем пример исследований Симуширских землетрясений. При анализе парные события рассматривались как одно, продолжительности афтершоковых процессов двух землетрясений суммировались в соответствии с формулой Канамори [Канатом. 1977], моментная магннтуда М»определялась по сумме скалярных моментов каждого из них.

Рис. 11 Схема расположения эпицентров рассматриваемых землетрясений и их афтершоков Условные обозначения: окружности разного радиуса - эпицентры событий с магнитудами от 5.0 до 8.5 (величина радиуса отображает значение М)\ черные точки - эпицентры афтершоков

Схема афтершоковых областей прицелены на рис. 12.

*с ш

48 5

475 47

46 5 46

45 5

45 i

152 153 154 155 156 157'вд

Рис. 12 Схема афтершоковых областей анализируемых Симушнрских землетрясений. Условные обозначения: черные ромбы - эпииснтры главных событий: / - 15.11.2006 г, 2- 13.01.2007 г.; темные кружки - эпицентры афтершоков с m»2 3.8. зарегистрированных в первые сутки после первого из главных событий: светлые - то же самое для второго

Лфтсршоковая область Снмуширских землетрясений ограничена координатами 45.0°-48.5е ели., 152.5е-!57.0® в.д. и глубиной h менее 100 км. В этой области рассматривались временные ряды суммарного сказярного сейсмического момента (Mo««) с шагом дискретизации 3 мес. за период с 1985 г. по 2009 г. включительно. Достаточно длительный (25-летний) период анализа сейсмического процесса был выбран для обеспечения надежности установления фонового уровня высвобождения сказярного сейсмического момента.

Временной ряд суммарного скалярного сейсмического момента за период 19852009 гг. с шагом дискретизации 3 месяца представлен на рис. 13. Период с 1995 по 2005 гг. может быть отнесен к фазе сейсмического затишья перед Симуширскими землетрясениями 2006-2007 гг., поэтому фоновый уровень высвобождения Л/вшп следует определять по уровню 1985-1994 гг [Лутиков. Родина 2013).

Временной ряд с шагом дискретизации 3 месяца недостаточно детален для того, чтобы оценить время завершения афгершокового процесса. Дэя этой цели использовался временной ряд IgA/uw,, с шагом дискретизации 1 месяц (рис. 14), построенный от начата афтершокового процесса землетрясения 13.01.2007 г. по конец 2009 г.

В афтершоковом процессе могут быть выделены два этапа: первый - постепенное, довольно медленное, почти монотонное спатаиис его интенсивности в первые 7-8 месяцев; второй - три волны всплеска сейсмической активности, перемежающиеся с относительно короткими (1-3 мес.) периодами спада (всего около 10 мес.).

Таким образом, продолжительность афтершокового процесса оценивается приблизительно в 18 месяцев - до конца июня 2008 г. С учетом продолжительности афтершокового процесса первого из Снмуширских землетрясений, прерванного 13.01.2007 г. вюрым землетрясением, в общей сложности процесс длился 589 дней. Число зарегистрированных в этот период афтершоков с m» г 3.8 составило 1331; оценка их суммарного сказярного сейсмического момента - А/,кип,u ■ 6.3М0" Н-м.

JBSSë/Ш

Т ГОДЫ

Рис. 13 Временной ряд суммарного скалярного сейсмического момента М(*««( 1985-2009 гг.) с шагом дискретизации 3 месяца. Треугольниками обозначены максимальные моментные

магниту ды (М» 2 5.0) сейсмических событий на каждом шаге дискретизации (правая ось орлннат). Пунктиром даны коридоры стандартных отклонений, сплошной прямой линией -средние значения временного ряда та ратные периоды.

3 10 13 20 24

Т, месяцы (отсчет от события 13.01.2007)

Рис. 14 Рис. 3.4 Временной ряд 1$МоШ1|. построенный от- начата афтершокового процесса землетрясения 13.01.2007 г. но конец 2009 г. с шагом дискретизации I месяц. Условные обозначения те же, что и на рис. 13.

Аиаюгичным образом с оценкой продолжительности их афтершоковых последовательностей и высвободившийся суммарный скалярный сейсмический момент были проанализированы все остальные землетрясения.

а 17 16 1$ 14

В результате исследования получены регрессионные зависимости между lg.Wowm.n и М» (рис. 15) и IgT,« (в днях) (рис. 16) от магнитуды главного события М»

21 -

20 •

§1,

247 1в

15 -----•.....................

S 5.S 6 6.5 7 7.5 8 8.5

Рис. 15 Регрессионные зависимости между моментной магнитуды М» г лавного события

_и'кМо«.»_

3.5 3

2.5 « 2

I-

З11.5

0.5 0

5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5

Рис. 16 Регрессионные зависимости между моментной магнитуды Мя главного события

и IgT*

В аналитической форме зги роресснонныс зависимости имеют вил: i&Momm .я) = ( 1 -57±0.11 )ЛЛ»+7.025±0.23, R<- 0.932, Ig Тл =(0.645±0.064)А/, <-2.394+0 42, R, - 0.879, где Äc - коэффициент линейной корреляции.

Полученные выше зависимости демонстрируют достаточно тесную корреляционную связь между параметрами афтершокового процесса <H)mm aß и 7^1 и моментной магиитудой

5 5.S 6 6.5 7 7.5 8 8.

Мм

главного события. При этом более низкий коэффициент корреляции для Гаf представляется вполне естественным, поскольку, как правило, трудно или практически невозможно указать точные временные границы окончания афтершокового процесса. Периферийные по времени афтершоки обычно являются сравнительно слабыми и вносят незначительный вклад в суммарный скалярный сейсмический момент всей совокупности афтершоков.

Относительная интенсивность афтершокового процесса, определяемая как отношение M>sum_aft/Mome (Моте ~ скалярный сейсмический момент главного события), не обнаруживает никакой значимой зависимости ни от Mw главного события, ни от механизма его очага или пространственного положения его гипоцентра. На рис. 17 приведена гистограмма распределения всех рассмотренных землетрясений по величине отношения A/osura_aft/M)me. Видно, что для более, чем 70% землетрясений относительная интенсивность афтершокового процесса лежит в пределах 0.0038 < M,Sum_aft/M)me < 0.04, т.е. в подавляющем большинстве случаев в афтершоках высвобождается не более 4% от скалярного момента главного события. Эмпирическое распределение на рис. 17 является примером распределения с "тяжелыми хвостами", достаточно типичного для сейсмологии [Родкин, Писаренко, 2007].

Mostim art I Моте

Рис. 17 Распределение землетрясений Курило-Камчатского региона по величине отношения M0sum_aft/Mome

Суммарный скалярный сейсмический момент всех афтершоков можно представить в виде A/0sumafl = . Используя формулу Канамори и проведя логарифмирование и

интегрирование, получим общую формулу, связывающую суммарный скалярный сейсмический момент афтершоков с моментной магнитудой самого сильного афтершока и параметрами среднего по всей афтершоковой последовательности графика повторяемости: 'g Мы™,« = О -5 ■- K)MWaltlrax + 9.1 + - lg - lg[lnl0(l .5 - Ъ„)~\,

где bw, Лиг - параметры среднего закона повторяемости по моментной магнитуде, построенного по всей афтершоковой последовательности, Л/(сайтах— моментная магнитуда самого сильного афтершока.

Используя ещё раз формулу Канамори, получим в явном виде величину суммарного скалярного сейсмического момента афтершоков:

ait m*x+A«Mg g/t ^

M0lumaft- [/„10(1.5-6 J]

где Moaftmax - скалярный сейсмический момент самого сильного афтершока. Таким образом, в теоретическом плане суммарный скалярный сейсмический момент афтершоков определяется моментной магнитудой и соответственно скалярным сейсмическим моментом сильнейшего афтершока и параметрами графика повторяемости, построенного по всей афтершоковой последовательности.

Выводы: установлена достаточно тесная корреляционная связь между десятичными логарифмами М0тт aft и Гац и моментной магнитудой главного события и получены соответствующие корреляционные зависимости для Курило-Камчатского региона. В результате анализа данных отмечено, что относительная интенсивность афтершокового процесса, определяемая нами как отношение М0sum aft/M)me, не обнаруживает значимой зависимости ни от Mw главного события, ни от механизма его очага или пространственного положения его гипоцентра. Построенное эмпирическое распределение всех рассмотренных землетрясений по величине отношения A/osum aft/Mime имеет один резкий максимум при 0.0038 S M>SUm aft/M)me ^ 0.04.Таким образом, около 72% всех рассмотренных сейсмических событий характеризуется относительной интенсивностью афтершокового процесса в пределах 0.38-4.0% от Ма главного события. В целом, отношение M>sum a ft/ Мме по всем событиям не превосходит 0.234. Выявлено, что в теоретическом плане суммарный скалярный сейсмический момент афтершоков определяется моментной магнитудой и соответственно скалярным сейсмическим моментом сильнейшего афтершока и параметрами графика повторяемости N(Mw), построенного по всей афтершоковой последовательности. Оценки MhUm aft, выполненные для Симуширских 20062007 гг. и Шикотанского 1994 г. землетрясений, показали удовлетворительное согласие с прямыми оценками, полученными суммированием скалярных моментов всех афтершоков.

Предполагается, что аналогичные зависимости между Iog(MoCUm aft) и log Тад и Mw, полученные для других регионов Земли, будут, вероятно, демонстрировать близкую по величине Rc (коэффициент корреляции) корреляционную связь, но параметры таких зависимостей могут существенно отличаться от таковых для Курило-Камчатского региона. Соотношения между продолжительностью афтершоковых последовательностей сильных и умеренно сильных землетрясений Курило-Камчатского региона и суммарного скалярного сейсмического момента, высвободившегося в ходе их развития и магнитуды главного события Mw необходимо применять при мониторинге хода афтершокового процесса крупнейших землетрясений в Курило-Камчатском регионе и прогнозировании их сильных повторных толчков.

Заключение

Выделение потенциальных очагов землетрясений по средством совместной интерпретации некоторых предвестников на различных этапах созревания сейсмических очагов (результатов общего сейсмического районирования совместно с данными внерегионального анализа; проявлений специфических глубокофокусных землетрясений и др.) имеет огромные перспективы для решения задачи прогнозирования сильных землетрясений. Мониторинг потенциально опасных зон в рамках такого комплексного подхода обеспечит своевременную передачу информации прогностического характера в МЧС России и другие заинтересованные структуры.

В рамках диссертации проведены исследования, связанные с изучением проявления землетрясений в пространстве и времени для некоторых территорий.

Параметры сейсмического режима являются характеристикой сейсмической активности региона и основой для построения карт сейсмического районирования. На примере трех областей были проведены исследования сейсмического режима на основе обобщенных сейсмологических и палеосейсмогеологических данных. Для территорий северного Сахалина, Монгольского Алтая и Корякин сведения о повторяемости сильных землетрясений для периода, охватывающего большую часть голоцена, были пересмотрены. Проведена комплексная интерпретация данных возможной максимальной магнитуде для каждой области. Так, для северного Сахалина и Монгольского Алтая максимальная магнитуда оценивается как Мтах=8.0±0.5, для Коряки - Мтах=7.5±0.5. Полученные результаты существенно дополняет и

углубляет имеющиеся представления о долговременном сейсмическом режиме рассматриваемых территорий.

Исследования глубокофокусных землетрясений показали, что представляется возможным оконтурить потенциальные области готовящихся землетрясений и оценить степень созревания очагов, а также магнитуду готовящегося событий. Такой подход используется при долгосрочном и среднесрочном прогнозе землетрясений Курило-Камчатской дуги для повышения достоверности и обоснованности научных прогнозов. Ретроспективные исследования сильнейших землетрясений, приведенные в работе, показали достаточно точное выявление пространственного положения очаговых зон и магнитуд готовящихся событий.

Сведения о продолжительности развития афтершокового процесса крупнейших землетрясений в Курило-Камчатском регионе и прогнозировании их сильных повторных толчков крайне важная информация для таких служб как МЧС России при проведении поисково-спасательных работ и операций по ликвидации последствий землетрясений. В связи с этим полученные в ходе работы корреляционные зависимости между высвободившимся суммарным скалярным сейсмическим моментом, продолжительностью афтершокового процесса и магнитудой главного события являются важными. В теоретическом плане показано, что суммарный скалярный сейсмический момент афтершоков определяется моментной магнитудой, скалярным сейсмическим моментом сильнейшего афтершока и параметрами графика повторяемости.

Каждая из рассмотренных методик является важным звеном в решении задач прогнозирования. Полученные результаты имеют как в научную ценность, так и могут быть использованы для решения прикладных задач. Последовательное применение на различных этапах созревания сейсмических очагов и совместное интерпретация изложенных подходов в комплексе с другими данными позволят более надежно и достоверно решить задачу сейсмической оценки территории и прогноза сильных землетрясений.

Список равот, опубликованных по теме диссертации \

II i списка ВАК:

1. Рогожин Е.А., Новиков С.С., Родина С.Н. Палеоземлетрясения и долговременный сейсмический режим Корякского нагорья // Геофизические исследования, 2010. Т 11, №4, с.35-43.

2. Рогожин Е.А., Родина С.Н. Палеосейсмогеологические исследования и долговременный сейсмический режим севера острова Сахалин // Вопросы инженерной сейсмолопш, 2011. Т 38, №3 с.45-58.

3. Рогожин Е.А., Шеи Джун, Родина С.Н. Сопоставление сейсмотектонических особенностей Горного и Монгольского Алтая // Вопросы инженерной сейсмологии, 2012. Т 39, №3, с.5-20.

4. Рогожин Е.А., Юнга СЛ., Родина С.Н. Особенности реализации сейсмотектонических деформаций при генезисе очага 2011 Тохоку // Геофизические процессы и биосфера, 2011.Т 10, №2, с.22-36.

5. Юнга С.Л., Рогожин Е.А., Родима С.Н. Алгоритм и методика анализа механизмов глубокофокусных очагов для выявления зон подготовки сильных землетрясений Курило-Охотского региона // Сейсмические приборы, 2011. Г 47, №3, е.31-43.

Мат ериалы н тезисы:

1. Рогожин Е.А., Родима С.Н. Палеоземлетрясения и сейсмическим режим северного Сахалина// Проблемы сейсмотектоники: Материалы XVII Международной конференции 20-24 сентября 2011 г. Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2011. С.461-463

2. Родина С.Н. Реконструкция долговременного сейсмического режима Корякского нагорья с использованием иалеосейсмогелогических данных //Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических дынных Материалы Шестой Международной ссейсмологическон школы Апатиты 15-19 августа 2011 г. Обнинск: ГС РАН, 2011. с.271-274.

3. Родина С.Н. Сравнение долговременного сейсмического режима Горного и Монгольского Алтая с использованием результатов палеосейсмогеологическпх исследований // Современная геодинамика Центральной Азии и опасные природные процессы: результаты исследований на количественной основе Материалы Всероссийского совещания и молодежной школы (23-29 сентября 2012 г.) Том 2, Иркутск 2012 е.69-71.

4. Rodina S.N., Lutikov A.I. Aftercliock's process temporal and power parameters of the Kuriles-Kamchatka earthquakes [Электронный ресурс] Knowledge for the future, Goteborg, 2013. USB-stick.

5. Rogozhin E.A., Rodina S.N. Reconstruction of long-term seismic regime for the Far East region using instrumental, historical and paleoseismological data [Электронным ресурс] Seminar on East-Asia Earthquakes Studies — Earthquakes, Tsunamis and Volcanoes in Northeast Asia: International Collaboration and Regional Capacity Building for the Forecast, Preparedness and Early Warning. Beijing, 2011. CD-ROM.

6. Rodina S.N., Rogozhin E.A. Refinements of long-term seismic regime of the Koryak Upland using paleoseismic data // Geophysics-cooperation and sustainable development Hanoi&Sapa November 14-17 2012. Nha Xuat Ban Khoa Hoc tu Nhien va Cong Nghe, 2012. pp. 265-267.

Подписано в печать 17.12.2013. Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1,6. Тираж 100 экз. Отпечатано в ИИЦ ИФЗ РАН

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Родина, Светлана Николаевна, Москва

На правах рукописи

04201454363

Родина Светлана Николаевна

Комплексный анализ сейсмологических и

сейсмотектонических данных для оценки сейсмической опасности и прогноза

землетрясений

Специальность 25.00.03 - «Геотектоника и геодинамика»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Рогожин Евгений Александрович

Москва 2013

Оглавление

введение......................................................................................................................4

ГЛАВА 1 СЕЙСМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ КАК ОСНОВА ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ.................................................................................................10

1.1 Вводные понятия............................................................................................10

1.1.1 График повторяемости..................................................................................10

1.1.2 Палеосейсмологический метод....................................................................11

1.1.3 Сейсмическая активность.............................................................................14

1.1.3 Определение максимально возможных землетрясений............................14

1.2 Северный Сахалин.............................................................................................15

1.2.1 Основные черты геологического строения и сейсмотектоника региона. 15

1.2.2 Оценка сейсмической опасности.................................................................18

1.2.3 Строение очаговой области Нефтегорского землетрясения.....................20

1.2.4 Палеосейсмологические исследования.......................................................22

1.2.5 Сейсмический режим северного Сахалина.................................................23

1.2.5.1 График повторяемости............................................................................27

1.2.5.2 Сейсмическая активность.......................................................................31

1.2.5.3 Распределение гипоцентров по глубинам.............................................32

1.2.5.4 Определение максимально возможных землетрясений......................34

1.3 Монгольский Алтай...........................................................................................35

1.3.1 Основные черты геологического строения и сейсмотектоника региона. 35

1.3.2 Оценка сейсмической опасности.................................................................37

1.3.3 Строение очаговой области Алтайского землетрясения...........................39

1.3.4.1 Сейсмический режим Горного Алтая.......................................................40

1.3.4.2 Сейсмический режим с учетом данных об Алтайском землетрясении

2003г......................................................................................................................43

1.3.4.3 Сейсмотектонические и палеосейсмогеологические исследования на западном склоне Монгольского Алтая.................................................................46

1.3.5.1 График повторяемости............................................................................50

1.3.5.2 Сейсмическая активность.......................................................................52

1.3.5.3 Распределение гипоцентров по глубинам.............................................53

1.3.5.4 Определение максимально возможных землетрясений......................54

1.4 Корякское нагорье..............................................................................................55

1.4.1 Основные черты геологического строения и сейсмотектоника региона. 55

1.4.2 Сейсмическая история и оценка сейсмической опасности.......................57

1.4.3 Строение очаговой области Олюторского землетрясения........................60

1.4.4 Палеосейсмологические исследования.......................................................61

1.4.5 Сейсмический режим....................................................................................62

4.5.1 График повторяемости...............................................................................64

1.4.5.2 Сейсмическая активность.......................................................................65

1.4.5.3 Распределение гипоцентров по глубинам.............................................66

1.5 Выводы.................................................................................................................67

ГЛАВА 2 ВЗАИМОСВЯЗЬ КОРОВЫХ И ГЛУБОКОФОКУСНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ.......................................................................................................69

2.1 История вопроса.................................................................................................69

2.2 Краткая характеристика сейсмотектоники региона..................................74

2.3 Развитие метода К.Моги...................................................................................75

2.4 Модифицированный метод К.Моги................................................................79

2.5 Выводы.................................................................................................................89

ГЛАВА 3 ВРЕМЕННЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ АФТЕРШОКОВОГО ПРОЦЕССА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ КУРИЛО-КАМЧАТСКОГО РЕГИОНА.......................................................................................91

1.1 Обзор истории изучения афтершоковых последовательностей............91

1.2 Анализ экспериментальных данных..........................................................93

1.3 Обсуждение результатов.............................................................................106

1.4 Выводы............................................................................................................109

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................111

ЛИТЕРАТУРА.............................................................................................................113

Введение

Е.А. Рогожиным, В.Н. Страховым, С.Л. Юнгой, А.И. Захаровой и А.И. Лутиковым в конце прошлого века была предложена комплексная методология прогноза, которая включает в себя совместную и последовательную интерпретацию различных предвестников на разных этапах созревания сейсмического очага. Эта методика была опробована на активной континентальной окраине западной части Тихого океана [Рогожин и др., 19996, 2001,2003].

Комплексный подход можно разделить на несколько ключевых этапов:

2. Мониторинг долгосрочных сейсмологических предвестников (длительностью 10-12 лет), который включает в себя наблюдение за удаленными глубокофокусными землетрясениями (форшоками в широком смысле) с целью оконтуривания области ожидаемого сильного корового землетрясения в пространстве и временных рамках.

В рамках исследования были поставлены следующие задачи:

Научная новизна. На основе инструментальных и исторических данных далеко не всегда удается получить представление о максимально возможной магнитуде землетрясений отдельного региона. В таких случаях привлечение палеосейсмогеологических данных просто необходимо для уточнения сейсмической опасности. Изучение разломов в траншеях широко распространено в мире, но для оценки сейсмической опасности территории результаты этих работ напрямую не используются [Annals..., 2001]. Е.А. Рогожиным и А.И. Захаровой было предложено применять такого рода данные для восстановления долговременного сейсмического режима [Захарова, Рогожин 20046, 2005а; Рогожин и др. 2006]. Обобщение сейсмологического и палеосейсмогеологического материала позволило впервые оценить сейсмический режим на протяжении всего голоцена территорий северного Сахалина, Монгольского Алтая и Корякского нагорья. Полученные материалы внесли существенный вклад в представление о сейсмической опасности рассматриваемых регионов.

Исследования глубокофокусных землетрясений Охотского моря показали, что на базе мониторинга количественной характеристики плотности пересечения проекций осей сжатия глубокофокусных землетрясений представляется возможным оконтурить потенциально опасные зоны готовящихся сильных коровых землетрясений Курило-Камчатского региона с предварительной оценкой магнитуды будущего события.

Защищаемые положения:

Параметры сейсмического режима чрезвычайно важны для понимания активности региона и построения карт сейсмического районирования. В связи с этим, обобщение материалов, анализ и расчёты характеристик режима, а таюке выявление максимально возможной магнитуды землетрясений является важной задачей для оценки реальной сейсмической опасности различных территорий.

применение результатов данной методики в комплексе с другими предвестниками обеспечивает повышение достоверности и обоснованности научных прогнозов.

РАН (г. Москва, 2013); Генеральная Ассамблея Международной ассоциации по сейсмологии и физике земных недр (г. Гетеборг, Швеция, 2013)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них 5 в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. На основании составленных автором сводных каталогов землетрясений территорий северного Сахалина, Монгольского Алтая, северной Камчатки и собранных результатов палеосейсмогеологических исследований разных авторов, выполнено обобщение и расчет характеристик сейсмического режима.

Благодарности. Автор искренне благодарит за сотрудничество, помощь и ценные советы сотрудников ИФЗ РАН: А.И. Лутикова, Г.Ю. Донцову, М.С. Кучая, С.Л. Юнгу, Л.Б. Славину, Л.И. Иогансон, А.Н. Овсюченко, С.С. Новикова, сотрудника ВГУ К.Ю. Силкина. Также автор выражает благодарность А.Д. Завьялову и A.M. Корженкову за внимание к работе и важные замечания.

Особую признательность автор выражает научному руководителю профессору, д.г.-м.н. Е.А.Рогожину.

Глава 1 Сейсмический режим как основа для сейсмического

прогнозирования 1.1 Вводные понятия

Сейсмический режим является показателем уровня сейсмической опасности и сейсмической активности. Под сейсмическим режимом какой-либо территории понимается совокупность очагов землетрясений, рассматриваемая в пространстве и во времени [Сейсмическое..., 1980].

Определение параметров сейсмического режима того или иного региона необходимо для сейсмического районирования и оценки сейсмической опасности. Эти задачи являются актуальными в настоящее время и приоритетными в области наук о Земле.

Целью изучения сейсмического режима является количественная оценка повторяемости землетрясений различных магнитуд, картирование сейсмической активности, определение мощности и глубины залегания сейсмоактивного слоя, и т.п.

Существует три основных параметра сейсмического режима: наклон графика повторяемости землетрясений, сейсмическая акт

Информация о работе

Родина, Светлана Николаевна
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2013
ВАК 25.00.03

Диссертация

Комплексный анализ сейсмологических и сейсмотектонических данных для оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Комплексный анализ сейсмологических и сейсмотектонических данных для оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы