CC BY
19
ГЕОФИЗИКА
УДК 550.34: 624.131.5
О КОРРЕЛЯЦИИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ РАЙОНА ВОСТОЧНОГО ПРЕДКАВКАЗЬЯ И СЕЙСМОГЕНЕРИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ
© 2009 г. А.А. Гаджиев, З.С. Айдунбекова
Дагестанский государственный технический университет, Dagestan State Technical University,
367015, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70, 367015, Makhachkala, Imam Shamil Ave, 70,
[email protected] [email protected]
Рассмотрена корреляция сейсмической активности района Восточного Предкавказья и сейсмогенерирующих факторов. Определялись коэффициенты корреляции и нормированные взаимные корреляционные функции для каждого фактора с последующим анализом степени их влияния.
Ключевые слова: землетрясения, сейсмическая активность, сейсмогенерирующие факторы, корреляция, солнечная активность.
The authors consider the correlation of seismic activity of the region East of Caucasus and factors, generating seismic activity. They are defined factors of correlations and normalized mutual correlating functions for each factor with the following analysis degree of their influences.
Keywords: earthquake, seismic activity, factors generating seismic activity, correlation, solar activity.
Постановка задачи
Землетрясения являются природными катастрофами, сопровождающиеся значительными потерями по числу жертв, размерам ущерба, по величине охваченных ими территорий и трудности защиты от них. В мировой практике сейсмологии пока нет практически пригодных методов прогнозирования сильных землетрясений. Практика попыток прогнозирования землетрясений показывает недостатки однопараметриче-ского подхода к решению проблемы. Мы считаем, что прогноз должен носить комплексный характер и основываться на системном анализе специально организованной, но разнообразной прогностической информации [1].
Наиболее важными с точки зрения формирования сейсмического режима района Восточного Предкавказья (ВПК) являются следующие сейсмогенерирующие факторы:
- солнечная активность (x1);
- циклическое движение Луны (х2);
- сейсмическая активность сопряженного региона
X);
- колебания уровня Каспийского моря (х4);
- динамика ледникового покрова Большого Кавказа (х5).
Факторы x1 и X2 относятся к глобальным, фактор x3 -к межрегиональному и факторы x4 и x5 - к региональным. Эти факторы представляют собой непрерывные случайные процессы, имеющие разную физическую природу, цикличность и мощность. Так как все они имеют различную физическую природу, имеет смысл использовать относительные значения, взяв за единицу максимальное значение ряда наблюдений за достаточно длительный период. Мы рассматриваем динамику изменения перечисленных факторов за 19702005 гг.
В табл. 1 и 2 приведены абсолютные значения этих факторов [2] и соответствующие им относительные значения, вычисленные по формуле x10тн = х^^ , где xi - значения /'-го фактора; ximax - максимальное значение /-го фактора.
Таблица 1
Абсолютные и относительные значения факторов x1y x4, x5 и сейсмической активности y
Солнечная активность Колебания уровня Динамика ледникового по- Сейсмическая активность
Год (числа Вольфа) Каспийского моря, м крова Большого Кавказа, м района ВПК, баллы рейтинга
x1 х1отн x4 х4отн Х5 х5отн y уотн
1970 65 0,310 -28,4 0,254 -2,81 0,404 870 0,569
1971 68 0,324 -28,5 0,218 0,03 0,922 10 0,007
1972 39 0,186 -28,5 0,187 -2,28 0,501 62 0,041
1973 35 0,167 -28,7 0,139 -0,04 0,909 0 0,000
1974 15 0,071 -28,6 0,155 -2,75 0,415 592 0,387
1975 12 0,057 -28,8 0,103 -2,46 0,468 1528 1,000
Окончание табл. 1
Год Солнечная активность (числа Вольфа) Колебания уровня Каспийского моря, м Динамика ледникового покрова Большого Кавказа, м Сейсмическая активность района ВПК, баллы рейтинга
Х1 Х1отн Х4 Х4отн Х5 Х5отн У уотн
1976 28 0,133 -29 0,020 -0,93 0,747 182 0,119
1977 125 0,595 -29 0,000 -2,98 0,373 264 0,173
1978 210 1,000 -29 0,024 -1,48 0,647 428 0,280
1979 185 0,881 -28,5 0,194 -1,13 0,710 348 0,228
1980 181 0,862 -28,4 0,254 -1,56 0,632 214 0,140
1981 152 0,724 -28,1 0,353 0,46 1,000 232 0,152
1982 136 0,648 -28,1 0,377 -3,16 0,341 424 0,277
1983 88 0,419 -28 0,393 -1,67 0,612 245 0,160
1984 57 0,271 -28 0,413 -3,31 0,313 138 0,090
1985 21 0,100 -27,9 0,448 -5,03 0,000 138 0,090
1986 14 0,067 -27,8 0,496 -3,84 0,217 334 0,219
1987 33 0,157 -27,7 0,540 -2,99 0,372 247 0,162
1988 112 0,533 -27,5 0,611 -2,42 0,475 669 0,438
1989 191 0,910 -27,5 0,591 -4,2 0,151 539 0,353
1990 182 0,867 -27,4 0,627 -2,38 0,483 321 0,210
1991 191 0,910 -27,1 0,766 -2,23 0,510 51 0,033
1992 129 0,614 -26,9 0,825 -1,57 0,630 212 0,139
1993 72 0,343 -26,8 0,861 -1,85 0,579 56 0,037
1994 43 0,205 -26,5 0,996 -2,01 0,550 101 0,066
1995 27 0,129 -26,5 1,000 -1,74 0,599 75 0,049
1996 13 0,062 -26,8 0,881 -2,12 0,530 116 0,076
1997 27 0,129 -26,9 0,833 -1,74 0,599 132 0,086
1998 83 0,395 -26,8 0,869 -1,85 0,579 70 0,046
1999 125 0,595 -26,8 0,861 -1,96 0,559 652 0,427
2000 160 0,762 -26,9 0,845 -1,85 0,579 149 0,098
2001 159 0,757 -27,1 0,756 -1,98 0,556 373 0,244
2002 163 0,776 -27 0,782 -1,88 0,574 347 0,227
2003 103 0,490 -27 0,810 -2,05 0,543 279 0,183
2004 61 0,290 -26,9 0,849 -1,95 0,561 452 0,296
2005 43 0,205 -26,8 0,893 -2,15 0,525 563 0,368
Примечание к табл. 1 и 2. Статистические данные по сейсмической активности ВПК (у) и факторам х;,х3 заимствованы из бюллетеней ЦОМЭ ГС РАН за 1970-2005 гг., по х4 - по наблюдениям Гидрометеослужбы РД.
Таблица 2
Абсолютные и относительные значения факторов х2, х3 и сейсмической активности у
Год Циклическое движение Луны Сейсмическая активность сопряженного региона, баллы рейтинга Сейсмическая активность района ВПК, баллы рейтинга
Х2 Х2отн Х3 Х3отн У уотн
1970 0,069 0,672 686 0,184 870 0,569
1971 0,003 0,506 1929 0,517 10 0,007
1972 -0,063 0,340 1285 0,344 62 0,041
1973 -0,122 0,191 1395 0,374 0 0,000
1974 -0,167 0,077 971 0,260 592 0,387
1975 -0,193 0,011 1758 0,471 1528 1,000
1976 -0,198 0,000 1941 0,520 182 0,119
1977 -0,180 0,045 2498 0,669 264 0,173
1978 -0,142 0,141 295 0,079 428 0,280
1979 -0,088 0,278 1832 0,491 348 0,228
1980 -0,023 0,440 1074 0,288 214 0,140
1981 0,043 0,608 1147 0,307 232 0,152
1982 0,105 0,764 488 0,131 424 0,277
1983 0,142 0,856 1197 0,321 245 0,160
1984 0,181 0,954 820 0,220 138 0,090
1985 0,199 1,000 734 0,197 138 0,090
1986 0,194 0,988 371 0,099 334 0,219
1987 0,167 0,921 319 0,085 247 0,162
1988 0,105 0,764 757 0,203 669 0,438
1989 0,044 0,609 547 0,147 539 0,353
1990 -0,023 0,440 666 0,178 321 0,210
1991 -0,087 0,279 656 0,176 51 0,033
Окончание табл. 2
Год Циклическое движение Луны Сейсмическая активность сопряженного региона, баллы рейтинга Сейсмическая активность района ВПК, баллы рейтинга
Х2 Х2отн Х3 Х3отн У уотн
1992 -0,141 0,142 643 0,172 212 0,139
1993 -0,180 0,046 533 0,143 56 0,037
1994 -0,198 0,000 1134 0,304 101 0,066
1995 -0,193 0,011 806 0,216 75 0,049
1996 -0,167 0,077 1029 0,276 116 0,076
1997 -0,122 0,191 1770 0,474 132 0,086
1998 -0,063 0,339 915 0,245 70 0,046
1999 0,003 0,505 2882 0,772 652 0,427
2000 0,068 0,671 1845 0,494 149 0,098
2001 0,126 0,817 2148 0,575 373 0,244
2002 0,170 0,927 3089 0,827 347 0,227
2003 0,195 0,989 3733 1,000 279 0,183
2004 0,192 0,982 1640 0,439 452 0,296
2005 0,177 0,946 2667 0,714 563 0,368
Корреляция между сейсмической активностью района ВПК и глобальными факторами
Для оценки степени влияния глобальных факторов хI и х2 (и других факторов, которые будут рассмотрены ниже) нами использованы взаимная корреляционная функция рху (т) и коэффициент корреляции Кху.
Нормированная взаимная корреляционная функция сейсмической активности района ВПК и солнечной активности (рис. 1), вычисленная по формуле
Р.
n—L
Zti-xoJbi+T-yo. i-1_
(1)
xy
"3 v ä "x0^ Ъ Vi+т ■ 1
y0
нечной активности (10-12 лет), которая рассматривается в качестве причины сейсмической активизации.
Коэффициент корреляции между сейсмической активностью района ВПК и солнечной активностью, вычисленный по формуле [3]
Kxo -
(I ykxk) k=1_
n , n ,
ny\- nx2
k 1 k 1
(2)
\п-т
Е <
1=\ I=
где xi - значения /-го фактора; х0 - среднее значение фактора х0; yi - значения выходного параметра; у0 -среднее значение выходного параметра; п - число реализаций; т - значение интервала.
i 0.8
0.6 0.4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0.8 -1 -i,2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Т
Рис. 1. Взаимная корреляционная функция сейсмической активности района ВПК и солнечной активности
По графику функции рху (т) (рис. 1) сейсмической активности района ВПК и солнечной активности можно заключить:
1. График имеет сложный колебательный характер, по-видимому, из-за случайного характера функций Х]^) и уА).
2. График имеет затухающий характер в зависимости от т.
3. Заметны четыре всплеска при т = 2,5, 10, 21 и 32 года с периодом Т~11т. Период всплесков свидетельствует о том, что они соответствуют цикличности сол-
где ук - к-ое значение выходного фактора параметра (сейсмической активности); хк - к-ое значение входного фактора; п - число реализаций; к - номер точки; равен Кху = 0,606.
Коэффициент корреляции между сейсмической активностью района ВПК и циклическим движением Луны равен Кху = 0,626.
Большое значение Кху, очевидно, связано с тем, что хотя Солнце находится в 372 раза дальше Луны, и масса Луны в 27 млн раз меньше массы Солнца, сила притяжения Луны в 2,16 раз больше, чем сила притяжения Солнца.
Взаимная корреляционная функция сейсмической активности района ВПК и циклического движения Луны приведена на рис. 2.
0 1 23456 789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 X
Рис. 2. Взаимная корреляционная функция сейсмической активности района ВПК и циклического движения Луны
График функции имеет колебательный и затухающий характер, период между максимумами при т = 5 и т = 23 равен 18 лет, т.е. лунный цикл 18,6 лет определяет колебания взаимной корреляционной функции.
Корреляция между сейсмической активностью района ВПК и сейсмической активностью сопряженного региона
Коэффициент корреляции между сейсмической активностью района ВПК и колебаниями уровня Каспийского моря равен Кху = 0,561.
Взаимная корреляционная функция сейсмической активности района ВПК и сопряженного региона (Иран, Турция) приведена на рис. 3.
Рис. 3. Взаимная корреляционная функция сейсмической активности района ВПК и сопряженного региона
При анализе данных на рис. 3 можно отметить:
1. График имеет сложный колебательный и затухающий с ростом т характер, при этом частота колебаний на интервалах т = 0+16 лет ниже, чем частота колебаний на интервалах т = 16+35. По-видимому, это объясняется тем, что при больших значениях т (16+35) корреляционная зависимость определяется преимущественно фактором-причиной, т.е. в основном изменениями его абсолютных значений.
2. На первой половине шкалы изменения интервала т = 0+16 наблюдаются колебания с периодом Т, = (4-5)т, на второй половине изменения т = 16+35 период колебаний Т2 = (2-3)т.
Коэффициент корреляции сейсмической активности района ВПК и сейсмической активности сопряженного региона, вычисленный по формуле (2), равен
Кху = 0,66.
По значению коэффициента корреляции зависимость сейсмической активности у = _Дх3) считается значительной.
Корреляция между сейсмической активностью района ВПК и региональными факторами
Бассейн Каспийского моря, будучи изолированным от Мирового океана, чувствительно реагирует на малейшие региональные и локальные геодинамические деформации, являясь своеобразным индикатором сейсмогеодинамических процессов.
Нормированная взаимная корреляционная функция колебаний уровня Каспийского моря и сейсмической активности района ВПК, построенная по статистическим данным за период 1970-2005 гг., приведена на рис. 4.
Анализ функции показывает, что она носит аналогичный характер при сравнении с другими факторами: наблюдается такой же цикл с периодом Т1 = 16 лет, модулированный колебаниями большей частоты Т2 = 2-3т.
На графике рис. 4 наблюдается цикл с периодом 30 т, который также имеет колебательный характер.
1,2 1 0.8
0.6 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
Рис. 4. Взаимная корреляционная функция сейсмической активности района ВПК и колебаний уровня Каспийского моря
Нормированная взаимная корреляционная функция сейсмической активности района ВПК и динамики ледникового покрова Большого Кавказа (БК), построенная по статистическим данным за тот же период, приведена на рис. 5.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
Рис. 5. Взаимная корреляционная функция сейсмической активности района ВПК и динамики ледникового покрова БК
Коэффициент корреляции между сейсмической активностью района ВПК и динамикой ледникового покрова БК равен [4] Кху = 0,635.
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. По всем приведенным в данной работе функциям прослеживается корреляция между сейсмической активностью и рассмотренными факторами.
2. Для рассмотренных пяти факторов рху(т) имеет вид убывающих функций, и чем больше значение т, тем больше коррелированность между рассматриваемыми случайными процессами х(.() и у(.1), и тем большее влияние имеют х(1) и у(.().
3. Сравнительный анализ значений коэффициентов корреляции показывает, что на сейсмическую активность наибольшее влияние оказывает межрегиональный фактор (Кху = 0,66). Это утверждение можно считать правдоподобным, поскольку тектонофизика обширного региона, охватывающего Иран, Турцию, Закавказье и Предкавказье, определяется поступательно-вращательными движениями Аравийской плиты.
Литературы
1. Гаджиев А.А. Предсказание землетрясений. (Нетрадиционный подход к решению). Махачкала, 2005. 406 с.
2. Панов В.Д. Эволюция современного оледенения Кавка-
за. СПб. 1993. 432 с.
3. Гаджиев А.А., Айдунбекова З.С. О корреляции динамики
ледникового покрова Большого Кавказа и сейсмической активности района Восточного Предкавказья //
Окружающая среда и здоровье: Сб. ст. IV рос. укр. на-уч.-техн. и метод. симп. Пенза, 2006. С. 66-68.
4. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М., 1969. 512 с.
Поступила в редакцию_4 апреля 2008 г.
