CC BY
20
УДК 550.3+539.3
1 12 Л.А. Назаров , Л.А. Назарова , М.П. Козлова
1ИГД СО РАН, Новосибирск
2ИНГГ СО РАН, Новосибирск
МЕТОД ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ОЧАГА ГОТОВЯЩЕГОСЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
В работе предложена методика количественной оценки фокальных параметров готовящегося сейсмического события по геодезическим данным. Очаг предстоящего сейсмического события ассоциируется с аномальной зоной в окрестности тектонического нарушения и моделируется точечным источником типа «двойная сила с моментом».
L.A. Nazarovl, L.A. Nazaroval, M.P. Kozlova2
1Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
Krasniy Prosp., 54, Novosibirsk, 630091, Russia
2Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS (IPGG)
Acad. Koptyug av. 3, Novosibirsk, 630090, Russian Federation
METHOD OF INTERPRETATION OF THE GEODETIC DATA FOR THE ESTIMATION OF PARAMETERS OF AN IMMINENT SEISMIC EVENT FOCUS
In the paper we propose a technique for quantitative determining parameters of an imminent seismic event focus using geodetic data. The source of the prepared seismic event describes as an anomalous zone in the vicinity of a tectonic fault and simulates by point source as «double force with a moment».
Накопленная в последние годы по GPS данным информация о смещениях земной поверхности позволяет моделировать квазистационарные процессы деформирования геологической среды, которые предшествуют динамическому событию (например, землетрясению).
На рис. 1 стрелками показаны среднегодовые смещения пунктов GPS юга Западной Сибири относительно пункта “Новосибирск”, которые фиксировались в течение трех лет до Алтайского землетрясения 27.09.2003 [1].
Посредством триангуляции области рассчитаем главные деформации (рис. 1) s\ и S2 (черные линии - укорочение, серые - удлинение). Можно заметить, что в южной части представленного региона происходило локальное повышение деформаций. Сделаем количественную оценку фокальных характеристик землетрясения, которое могут вызвать накопленные за указанный период времени напряжения.
Рассмотрим параллелепипед О (рис. 2) в декартовой системе координат. Ось I вертикальна, а х и у ориентированы по направлениям действия главных горизонтальных напряжений, которые характеризуются коэффициентами бокового отпора дх и ду [2]. В области О расположен тонкий слой Т
мощностью А, моделирующий тектоническое нарушение с углом простирания а и углом падения 90° - р.
А пункты GPS (J эпицентр Алтайского землетрясения 27.09.2003
О эпицентры афтершоков
Рис. 1. Главные деформации юга Западной Сибири, вычисленные по GPS данным 2000-2003 гг.
Всюду в G выполнены уравнения равновесия, в области G \ T деформирование среды описывается законом Гука, а в T - следующими соотношениями [3]:
cj(P) = K0 PH (P) /(1 - P / P*)
Рис. 2. Схема расчетной области и модель эквивалентного источника
Тт (Rm ) — KtRmH(Rm — R* ) +
+ х* H (й* — Rm) ’
(т — 1, 2) (2)
P и Rm - конвергенция и проскальзывания границ T , а и й* - их
7^0
предельные значения; Кп - начальная нормальная жесткость; К — т* / й* - касательная жесткость; Н - функция Хевисайда.
Граничные условия заданы следующие: их (0, у>г) — 0, ^хх (Ьх , у5 г) — дх°У (г),
иу (х,0,7) — 0, сгуу (х, Ьу, г) — дуау (г), (3)
и2 (^ y, Ь2 ) — 0, сг^ (x, у,0) — 0,
все касательные напряжения на дО - нулевые, (2) — р^2.
Подготовка землетрясения [4] начинается с возникновения на разломе участка 5 (рис. 2) с аномальными свойствами, либо зоны концентрации
напряжений. В результате в среде происходит изменение поля деформаций.
Текущие жесткости нарушения увеличиваются с возрастанием нормального напряжения, поэтому возникновение аномальной зоны будем моделировать изменением жесткости. В качестве входных данных для задачи определения параметров аномальной зоны будем использовать приращения
компонентов тензора деформаций на свободной поверхности.
Решение задачи осуществлялось методом конечных элементов с использованием кода 3МКЭГК [5].
Определить конфигурацию, местоположение и свойства 5 по известным ёу практически невозможно, поскольку на расстояниях порядка нескольких
диаметров 5 все особенности дополнительного поля деформаций
нивелируются (принцип Сен-Венана [6]). Поэтому воспользуемся идеей построения эквивалентного точечного источника, широко применяющейся при интерпретации сейсмических данных [7], используя - априорные данные об
очаге возможного сейсмического события.
Будем искать источник, создающий в невесомой (р — 0) области О поле деформаций, которое на поверхности г — 0 близко к ёгу в дискретном множестве точек (хк, ук )к=1...К . Будем строить эквивалентный источник типа «пара
сосредоточенных сил с моментом», приложенным на разных берегах разлома -одна из распространенных моделей очага землетрясения [8].
На рис. 3 а, б показано распределение приращений компонентов тензора деформаций ёхх и ё на свободной поверхности при возникновении
аномальной зоны 5 - прямой призмы 2х2х0.1 км с координатами центра х5 —
5 км, у, — 25 км, г, — 5 км; / — 1.05; а — 0; р — 15°; А — 0.1 км; дх — 0.33, ^ — 0.6
(сбросовый тектонический режим [2]). На рис. 3в,г представлены изолинии деформаций єхх (х, у,0) и єху (х, у,0) при действии источника типа “пара сил с
моментом”, параметры которого (¥х = 0, ¥у = 0.64-1013 Н, ^ = 0.89-1013 Н, х0 = х^,
у0 = ys , і0 = ) найдены в результате минимизации функции Ф . Отметим
хорошее количественное соответствие этих полей (относительная ошибка менее 10%), хотя эквивалентный источник строился только по информации о сдвиговых поверхностных деформациях.
Рис. 3. Приращения горизонтальных компонентов тензора деформаций на дневной поверхности, обусловленные: а, б - возникновением аномальной зоны;
в, г - действием эквивалентного источника
В [9] получены эмпирические зависимости площади разрыва в очаге S (M ) и амплитуды силы F (M) от магнитуды землетрясения M, используя которые
9 И
можно оценить следующие параметры S(4) = 4.38 км, F(4) = 1.03-10 Н. Эти значения хорошо количественно соотносятся с результатами расчетов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гольдин С.В. Поля смещений земной поверхности в зоне Чуйского землетрясения, Горный Алтай [Текст]:/ С.В. Гольдин, В.Ю. Тимофеев, Д.Г. Ардюков //ДАН. - 2005. - Т. 405. № 6. - С. 804-809
2. Назарова Л.А. Использование сейсмотектонических данных для оценки полей напряжений и деформаций земной коры [Текст]:/ Л.А. Назарова // Физ.-тех. пробл. разраб. пол. ископ. - 1999. - № 1. - С. 28-36.
3. Barton N.R. Deformation phenomena in jointed rock [Text]:/ N.R. Barton // Geotechnique. - 1986. - V.36. N 2. - Р. 147-167.
4. Шемякин Е.И. К вопросу о классификации горных ударов [Текст]:/ Е.И. Шемякин, М.В. Курленя, Г.И. Кулаков // Физ.-тех. пробл. разраб. пол. ископ. -1986. - № 6. - С. 3-11.
5. Назарова Л.А. Моделирование объемных полей напряжений в разломных зонах земной коры [Текст]:/ Л.А. Назарова // ДАН. -1995. - Т. 342. № 6. - С. 804-808.
6. Новацкий В. Теория упругости. [Текст]:/ В. Новацкий // М.: Мир. -1975. - 872с.
7. Аки К. Количественная сейсмология. Т. 1. [Текст]:/ К. Аки, П. Ричардс// М.: Мир. - 1983. - 519 с.
8. Райс Дж. Механика очага землетрясения. [Текст]:/ Дж.Райс//М.: Мир. -1982. - 217 с.
9. Ризниченко Ю.В. Проблемы сейсмологии. [Текст]:/ Ю.В. Ризниченко// М.: Наука. - 1985. - 408 с.
© Л.А. Назаров, Л.А. Назарова, М.П. Козлова, 2011
