CC BY
6УДК 550.34
Мамбетова Г., Омуралиев М., Омуралиева А.
Институт сейсмологии НАН КР, г. Бишкек, Кыргызстан
МОГИТОРИНГ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ТЯНЬ-ШАНЯ И РАЙОНОВ СОСЕДНИХ РЕГИОНОВ ЗА 2012-2021 ГГ.
Аннотация. Изучена последовательность землетрясений за 2012-2022 гг. Тянь-Шаня и районов соседних регионов. Определены особенности последовательности землетрясений перед землетрясениями 28.01.2012 г., K=15.1 и 25.11.2016 г., K=15.4. Отмечено, что в течение 2022-2023 гг. усилится сейсмическая активизация Тянь-Шаня.
Ключевые слова: последовательность землетрясений, динамика последовательности, период повторения, иерархия сейсмических циклов.
2012-2021-ЖЫЛДАРДАГЫ ТЯНЬ-ШАНЬ ЖАНА КОЦШУ АЙМАКТАРДАГЫ
жер титиpeeлepдYн ырааттуулугунун мониторинги
Кыскача мазмуну. Тянь-Шань жана ага чектеш райондордогу 2012-2022-жылдардагы жер титирeeлeрдYн ырааттуулугу изилденди. 28.01.2012, K=15.1 жана 25.11.2016, K=15.4 болгон жер титиреелерге чейинки жер титирeeлeрдYн ырааттуулугунун eзгeчeлYктeрY аныкталган. 2022-2023-жылдары Тянь-Шандын сейсмикалык активдYYЛYГY кYчeйт деп белгиленген.
Негизги сездер: жер титирeeлeрдYн ыраттуулугу, ыраттуулуктун динамикасы, кайталануу периоду, сейсмикалык мерчимдердин (циклдердин) иерархиясы.
MONITORING OF THE EARTHQUAKES' SEQUENCE OF THE TIEN SHAN AND AREAS OF NEIGHBORING REGIONS FOR 2012-2021
Abstract. The sequence of earthquakes of the Tien Shan and neighboring areas for 2012-2022 has been studied. Features of the earthquakes' sequence before the earthquakes on January 28, 2012 with K=15.1 (M=6.2) and November 25, 2016 with K=15.4 (M=6.3) were determined. It is noted that seismic activity of the Tien Shan will intensify in 2022-2023.
Key words: sequence of earthquakes, dynamics of sequence, period of recurrence, hierarchy of seismic cycles.
С помощью цифровых сейсмических станций Кыргызстана, Казахстана, Узбекистана и Китая на территории, ограниченной координатами ф=39°-44° с.ш., Х=69°-81° в.д. (Рисунок 1) были зарегистрированы землетрясения и составлен соответствующий каталог Центром данных Института сейсмологии НАН КР. Представительный класс землетрясений K=6.0.
В целом, Тянь-Шань, ограниченный с юга плитой Тарим и областью горообразования Памир, а с севера - Казахским щитом и Туранской плитой (Рисунок 2), является областью горообразования и состоит из иерархии активных блоков, поднятий, впадин и разломов [1, 2]. Тянь-Шань, как блок первого порядка, разделяется зонами разломов - Джунгарский (ДжР) и Таласо-Ферганской (ТФР) северо-западного простирания на блоки второго порядка: Центральный, Восточный, Западный.
Введение
В работах [3, 4] отмечено, что последовательность землетрясений, сейсмические циклы и прерывистые накопления напряжений и деформаций являются фундаментальными характеристиками сейсмичности и сейсмического режима.
Рисунок 1. Карта -схема расположения цифровых станций (по данным Центра данных ИС НАН КР), данные которых применялись для составления каталога землетрясений Кыргызстана. Треугольниками белого цвета обозначены станции сети KNET (НС РАН), треугольниками чёрного цвета - станции сети KRNET (ИС НАН КР), треугольниками красного цвета - станции Казахстана, Узбекистана, Китая.
66* 68* 70* 72" 74* 76е 78* 80* 82' 84' 86'
= > =1 (и)
0 700 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000
Рисунок 2. Блоки второго порядка блока первого порядка Тянь-Шань: Западный, Центральный, Восточный [1, 2]. Линиями обозначены поперечные разломы северозападного простирания: Таласо-Ферганский (ТФР) и Джунгарский (ДжР).
Методика и результаты исследований
В последовательности землетрясений в месячных, квартальных и годовых интервалах (масштабах) времени поэтапно выделяются относительно максимальные значения, в частности, энергетического класса [2, 5, 6]. По ряду этих выбранных значений проводят полиномиальный тренд (нелинейную ПТ-функцию), в результате чего выделяется сейсмический цикл, например, третьего порядка, состоящий из пика сейсмической активизации, периода спада сейсмической активизации, периода сейсмического затишья, минимума периода затишья и периода подъема сейсмической активизации. По пикам сейсмического цикла третьего порядка с различными интервалами времени на основе ПТ-функции выделяются пик сейсмической активизации, период спада сейсмической активизации, период сейсмического затишья, минимум периода затишья и период подъёма сейсмической активизации, которые составляют сейсмический цикл второго порядка. Аналогичным образом по пикам сейсмического цикла второго порядка с различными интервалами времени на основе ПТ-функции выделяются пик сейсмической активизации, период спада сейсмической активизации, период сейсмического затишья, минимум периода затишья и период подъема сейсмической активизации, которые составляют сейсмический цикл первого порядка. Одновременно, по ходу проявления землетрясений поэтапно составляется серия графиков кумулятивной сейсмической энергии. На каждом графике кумулятивной сейсмической энергии определяется линейный тренд, проводятся через верхний и нижний пределы флуктуации кумулятивной сейсмической энергии верхняя и нижняя линии графика, параллельные линии тренда. Угловой коэффициент уравнения линейного тренда в отдельно взятом интервале времени выражает скорость высвобождения сейсмической энергии. Измеряется интервал от конечной точки графика кумулятивной сейсмической энергии горизонтально до его нижней линии и определяется вероятная продолжительность затишья [7].
На Рисунке 3, в качестве примера, приведена последовательность проявления землетрясений за 2012 г. На графике выделяются циклы второго порядка при К > 6.5. Далее по пикам циклов второго порядка выделяется цикл второго порядка.
14,5
13,5
12,5
ад '
и
и 11,5
и «
Ч X
« 10,5
X и и
а 9,5
г
н
^ 8,5 =
т
7,5 6,5
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Сутки 2012г.
Рисунок 3. График последовательности проявления землетрясений с К > 6.5 Тянь-Шаня за 2012 г. Пунктирной с точками линией обозначены циклы третьего порядка, линией точечной - цикл второго порядка.
Интересно рассмотреть циклы третьего и второго порядков за август-январь 2012 г. перед землетрясением Каркыра-Сарыджаз (28.01.2013 г., К=15.0). В таблице 1 приведены пики циклов третьего порядка. Период повторения данного цикла составляет около 18 - 44 сутки. По пикам циклов третьего порядка проведён цикл второго порядка. График этого цикла третьего порядка приведён на Рисунке 4, который выражается формулой:
К = 7Е-08 х4-2е-05х3+0.0024х2-0.1156х+13.1, Я2=1, (1)
где K=lgE (Дж) - энергетический класс землетрясения, х- сутки, Я2 -достоверность аппроксимации. При этом с 8 августа по 10 сентября отмечалась фаза спада сейсмической активизации, затем по 28 ноября - фаза затишья, с 16 декабря наступила фаза сейсмической активизации.
Таблица 1. Пики циклов третьего порядка за август- январь 2012 г.
№ п.п. месяц число Время, сутки Энергетический класс 1§Е, Дж Период повторения, сутки
1 8 11 224.398 13.1
2 9 10 253.585 11.3 29.187
3 10 14 287.687 11.1 34.102
4 11 28 332.229 11.2 44.542
5 12 16 350.437 11.6 18.208
Сутки 2012 г. (начало 11 август)
Рисунок 4. График сейсмического цикла Тянь-Шаня второго порядка за август-январь 2012 г. перед землетрясением Каркыра-Сарыджаз (28.01.2013 г., К=15.0).
Изменение кумулятивной сейсмической энергии Ек за 2012 г. приведён на Рисунке 5 - график неровный, ступенчатый, отражает характер сейсмических циклов. Линейный тренд выражается формулой:
Ек = (0.0042х- 0.1341)*Е+14, Дж, (2)
где коэффициент 0.0042*Е+14 имеет размерность Дж/сутки и представляет собой скорость высвобождения энергии Тянь-Шаня и приграничных районов- соседних блоков литосферы, х- сутки.
Флуктуация кумулятивной сейсмической энергии очерчивается верхней и нижней предельными линиями. Относительно верхней линии можно оценить максимальную энергию, а относительно нижней линии можно оценить продолжительность сейсмического затишья и время ожидания сильного землетрясения. По графику кумулятивной сейсмической энергии предполагается максимальный энергетический класс К >14.0 и время ожидания до 412 суток.
1,6
ы
5 1
,2
о X
" 1
К 1
«
и
0
г 0,8
в -
и
щ 0,6
к
«
1 0,4 н
к
Е 0,2
£
0
Ек = (0 00421 0,134 1)хЕ+1 4,Дж
А
н
у У
У
90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 Сутки 2012г.
Рисунок 5. Кумулятивная сейсмическая энергия, высвобожденная при землетрясениях с энергетическими классами больше 6.5 на Тянь-Шане и в районах соседних регионов за 2012 г. Красной точечной линией обозначено время ожидания землетрясения Каркыра-Сарыджаз (28.01.2013 г., К=15.0).
Последовательность землетрясений за 2012-2022 гг. приведена на Рисунке 6.
16
,4
13
11
X
т
365
2012 2013 2014
730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650 Сутки за 01 2012-08 2022 гг.
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023
Годы
Рисунок 6. График последовательности проявления землетрясений с К > 8.0 Тянь-Шаня за 2012 -2022 гг. Линией пунктирной с точками обозначены циклы третьего порядка, точечной линией - цикл второго порядка, пунктирной линией - цикл первого порядка.
0
30
60
15
12
& 10
8
0
Важно рассмотреть последовательность землетрясений и сейсмических циклов между сильными землетрясениями 2013 г. с К=15.1 и 2016 г. с К=15.4. В таблице 2 приведены пики циклов третьего порядка за 2013- 2016 гг. Период повторения этих циклов составляет 0.4-1.8 год.
Таблица 2. Пики циклов третьего порядка за 2013-2016 гг.
№ п.п. Год месяц число Годы Энергетический класс 1gE, Дж Период повторения, год
1 2013 01 28 2013.077 15.1
2 2014 11 14 2014.871 13.7 1.794
3 2015 11 17 2015.880 14.1 1.0
4 2016 6 26 2016.488 15.1 0.608
5 2016 11 25 2016.902 15.4 0.414
По этим пикам проведён цикл второго порядка (Рисунок 7), который выражается формулой:
К=-0,0486Х3+0.718Х2-1.9377Х+15.1, Я2=0.97, (3)
где К=1§Е (Дж) - энергетический класс землетрясения, х- год, Я2 -достоверность аппроксимации.
На графике этого сейсмического цикла после 2013 г. отмечалась фаза «спуска» сейсмической активизации, в 2014 г. наблюдалась фаза затишья, в 2015 г. наступила фаза сейсмической активизации, в 2016 г. сейсмическая активизация достигла своего пика.
Годы
Рисунок 7. График сейсмического цикла Тянь-Шаня второго порядка за 2013-2016 гг.
Изменение кумулятивной сейсмической энергии Ек за 01.2012-08.2022 гг. приведено на Рисунке 8 - график неровный, ступенчатый и отражает характер сейсмических циклов. Линейный тренд обозначается формулой:
Ek = (0.0022t - 0.2978)*Е+15, Дж, (4)
где коэффициент 0.0022*Е+15 имеет размерность Дж/сутки и представляет собой скорость высвобождения энергии Тянь-Шаня и приграничных районов соседних блоков литосферы, ^ сутки.
График кумулятивной сейсмической энергии предполагает максимальную энергию 4Е+15 Дж, в течение 2022-2023 гг. сейсмическая активизация усилится.
9
Ч 8
Ы
-
5 -
6
<и Я
т -
я а
о <и
Т -
§ 4 о за о
ä =
sa s
н -
£
£
Ek = (0,002 2t - 0,29 78)xE + 15, Дж у' У ^У
у У У У У У У У У
У У
У
у* У -Г" У У У У У У У У
У У У / У У У У У У У
У У У У У У У У У У
у У У У У У У У У
/ У У
У У У У
у' У У У У У
0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650 4015 4380
Сутки за 01 2012- 08 2022 гг.
Рисунок 8. Кумулятивная сейсмическая энергия, высвобожденная при землетрясениях с энергетическими классами больше 8 на Тянь-Шане и в районах соседних регионов за 01.2012-08.2022 гг.
0
Заключение
1. Осуществлён мониторинг последовательности землетрясений за 2012-2022 гг. на территориях обозначенных регионов. Выделена иерархия сейсмических циклов области внутриконтинентального горообразования Тянь-Шань, которая состоит из иерархии тектонических блоков.
2. Выделены сейсмические циклы за 2012 г. перед землетрясением Каркыра - Сарыджаз (28.01.2013 г., ^15.1). Период повторения третьего цикла составлял около 18-44 сутки. Цикл второго порядка выражается формулой:
K=7E-08 x4-2E-05x3+0.0024x2-0.1156x+13.1, R2=1, где K=lgE (Дж) - энергетический класс землетрясения, х- сутки, R2 - достоверность аппроксимации. Установлено, что с 8 августа по 10 сентября 2012 года отмечалась фаза спада сейсмической активизации, после по 28 ноября - фаза затишья, с 16 декабря наступила фаза сейсмической активизации.
3. Изучено изменение кумулятивной сейсмической энергии Ек за 2012 г. Линейный тренд выражается формулой:
Ek = (0.0042х - 0.1341)*Е+14, Дж,
где коэффициент 0.0042xE+14 имеет размерность Дж/сутки и представляет собой скорость высвобождения энергии Тянь-Шаня и приграничных районов соседних блоков литосферы, х- сутки. № основании графика кумулятивной сейсмической энергии определено время ожидания землетрясения Каркыра- Сарыджаз (28.01.2013 г.) - около одного месяца после декабря 2012 г.
4. Установлено, что периоды повторения циклов третьего порядка между сильными землетрясениями 2013 г. с K=15.1 и 2016 г. с K=15.4 составляли около 0.4-1.8 год. Цикл второго порядка выражается формулой:
K = -0.0486x3+0.718x2- 1.9377x+15.1, R2=0.97, где K=lgE (Дж) - энергетический класс землетрясения, х- год, R2 - достоверность аппроксимации. После 2013 г. отмечалась фаза «спуска» сейсмической активизации, в 2014 г. наблюдалась фаза затишья, в 2015 г. наступила фаза сейсмической активизации, в 2016 г. сейсмическая активизация достигла своего пика.
5. Линейный тренд кумулятивной сейсмической энергии Ek за 01.2012-08.2022 гг. выражается формулой:
Ek = (0.0022t - 0.2978)*E+15, Дж,
где коэффициент 0.0022xE+15 имеет размерность Дж/сутки представляет собой скорость высвобождение энергии Тянь-Шаня и приграничных районов соседних блоков литосферы, t- сутки. № основании графика кумулятивной сейсмической энергии отмечается, что в течение 2022-2023 гг. наступит фаза сейсмической активизации в пределах Тянь-Шаня.
Литература
1. Omuraliev M., Omuralieva A. Late Cenozoic tectonics of the Tien Shan, Central Asia. -Bishkek: Ilim. 2004. -166 p.
2. Омуралиев M., Омуралиева A. Средне- и краткосрочная сейсмическая опасность Тянь-Шаня, и иерархия динамики сейсмических процессов (на территории Кыргызстана и приграничных районов соседних стран). Бишкек: «Триада Принт». 2016. -116
3. Федотов СА. О закономерностях распределения сильных землетрясений Камчатки, Курильских островов и северо-восточной Японии //Труды Института Физики Земли AH СССР. -1965. -№36 (203). -С.66-93.
4. Касахара К. Mеханика землетрясений. -Mосква: M^. 1988. -264 с.
5. Mамбетова ГА., Омуралиев M. Сейсмические циклы Тян-Шаня на территории Кыргызстана и землетрясение Каркыра-Сарыджаз 28 января 2013 г. К=15 //Вестник Института Сейсмологии HAH КР. -2019. -№1(13). -С.60-69.
6. Mамбетова Г., Омуралиева A., Омуралиев M. ^линейная динамика последовательности проявления землетрясений //Вестник Института Сейсмологии HAH КР. -2020. -№1(15). -С.50-80.
7. Журавлёв В.И., Омуралиева A., Омуралиев M., Сидорин A^. Циклы и миграция сейсмичности в зоне сочленения Памира и Тянь-Шаня //Шука и технологические разработки (Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта PAH). -2021. -Т.100, №2. -С. 59-80.
Рецензент: д.ф.-м.н. Погребной В.Н.
