CC BY
11УДК 550.348.435
ОЧАГОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ КРЫМСКО-ЧЕРНОМОРСКОГО РЕГИОНА 2016 ГОДА
Пустовитенко Б. Г., Эреджепов Э. Э.
Институт сейсмологии и геодинамики ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В. И. Вернадского», Симферополь, Республика Крым, Российская Федерация
E-mail: bpustovitenko@mail.ru
Приведены результаты восстановления динамических параметров очагов (Mo, Г0, Да, s, по, Aar, й, Eu и Mw) семи землетрясений Крымско-Черноморского региона за 2016 год с Кп =7.9-13.1 по 52 амплитудным спектрам объемных волн P и S, зарегистрированных сетью станций Крыма. Для землетрясений 13 мая, 28 июня и 22 июля с Кп=10.5, 10.9 и 11.6 соответственно получены решения механизма очага по знакам смещений в продольных сейсмических волнах на основе дислокационной модели, а для наиболее сильного землетрясения 15 октября c Кп =13.1 использовано решение механизма очага по данным ISC. В соответствии с полученными решениями определена направленность излучения из очагов на станции регистрации. Выполнен анализ полученных результатов.
Ключевые слова: механизм очага, направленность излучения, амплитудный спектр, сейсмический момент, радиус дислокации, сброшенное напряжение, энергетический спектр.
ВВЕДЕНИЕ
Экспериментальное изучение очаговых параметров землетрясений является главной составляющей в научных исследованиях по физике разрушения горных пород под действием накопленных в земных недрах тектонических напряжений. При этом важно иметь статистические данные по очагам землетрясений в широком энергетическом диапазоне за длительный срок наблюдений. В связи с этим ежегодное определение и пополнение статистики по очаговым параметрам важно и необходимо как для теоретических исследований в области физики очага и геодинамики, так и для решения прикладных задач инженерной сейсмологии.
В данной работе приведены очаговые параметры: механизмы очагов, определяющие тип подвижки и кинематические параметры тектонических напряжений, под действием которых произошел разрыв сплошности среды; динамические параметры очага такие, как скалярный сейсмический момент М0, радиус круговой дислокации Г0, сброшенное напряжение Aа, величина деформации сдвига s, кажущееся напряжение rja , величина радиационного трения Aar, средняя
подвижка по разрыву U (или величина дислокации), Еи - энергия образования дислокации в очаге, магнитуда по сейсмическому моменту Mw. Для определения этих параметров использованы количественные связи, установленные между теоретическими моделями источников и экспериментальными характеристиками волновых форм сейсмических колебаний. Свойства и особенности спектральных характеристик излучения оценены по энергетическим спектрам.
51
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Для восстановления очаговых параметров землетрясений Крымско-Черноморского региона за 2016 г. выбраны только наиболее значимые представительные сейсмические события года с Кп>9.5, а также два более слабых толчка из юго-восточной части Севастопольского района (район № 1) для пополнения статистических данных по этой территории. Пространственное расположение изученных землетрясений показано на рис. 1, а их основные параметры по данным сводной обработки в Крыму приведены в табл. 1.
30° 31° 32° 33° 34° 35° Ж 37° 38° 39° 40'
31° 32° 33° 34° 35° 36° 37° ЗК° 39£
Рис. 1. Карта эпицентров землетрясений Крымско-Черноморского региона за 2016 г., для которых восстановлены очаговые параметры: 1 - энергетический класс КП; 2 - номер землетрясения по табл. 1; 3 - сейсмическая станция; 4 - граница районов № 9.
Наибольшее количество изученных землетрясений (3 события) относится к Черноморской впадине (район № 9), два - к Севастопольскому району (№ 1) и по одному - к Алуштинской (№ 3) и Керченско-Анапской зоне очагов (№ 5). Землетрясение № 3 с Кп =10.5 произошло вблизи побережья Южного берега Крыма и ощущалось с интенсивностью до 5 баллов в г. Алуште.
52
Таблица 1.
Основные параметры землетрясений Крыма за 2016 год, для которых восстановлены очаговые параметры
№ п/п Время возникновения землетрясения, to Координаты эпицентра Глубина очага, км Энергетический класс Магнитуда Район
месяц день с й у и к и с £ & £ О с^ Ю о * сё" •ч" ю £ ю -J? 1 ю 1
1 5 13 14 5 27.8 44.63 34.41 0.02 13 5 10.4 0.4 3.5/4 0.1 3.3 3
2 5 15 17 14 2.0 43.84 33.83 0.04 32 6 7.9 0.6 2.9/1 1
3 5 26 16 49 33.9 44.73 36.21 0.03 23 2 9.7 0.3 3.1/4 0.1 3.0 5
4 6 28 4 23 51.7 42.46 31.59 0.05 35 5 10.9 0.4 4.1/7 0.1 3.8 9
5 7 22 21 40 13.6 42.35 34.95 0.07 25 6 11.6 0.5 4.2/10 0.2 4.2 9
6 10 12 12 59 12.7 43.98 33.77 0.04 20 8 7.8 0.4 2.4/2 0.1 1
7 10 15 8 18 38.3 42.12 30.70 0.05 17 6 13.1 0.2 4.9/5 0.2 5.0 9
* - значенияMw даны по результатам настоящей работы (Табл. 6);
n - число индивидуальных определений, участвовавших в осреднении.
Для расчета амплитудных спектров и восстановления по ним динамических параметров очагов использовано 13 записей продольных (P) и 39 - поперечных (S) волн на пяти сейсмических станциях: «Алушта» (ALU), «Севастополь» (SEV), «Симферополь» (SIM), «Судак» (SUDU) и «Ялта»(YAL), для которых в 2016 году была проведена калибровка сейсмографов и рассчитаны амплитудно-частотные характеристики. Общая статистика использованного материала по каждой станции дана в табл. 2.
Таблица 2.
Статистика использованного материала
Сейсмическая станция % участия Количество спектров Количество записей
P (Z) S ( N, E)
«Алушта» 71 10 2 8
«Севастополь» 57 10 2 8
«Симферополь» 71 12 3 9
«Судак» 57 12 4 8
«Ялта» 43 8 2 6
Наибольшее количество спектров получено по записям сейсмических станций «Симферополь» и «Алушта». Процент участия этих станций в общей оценке динамических параметров отдельных землетрясений составил 71 %. Большая часть
53
динамических параметров очагов землетрясений восстановлена по характеристикам амплитудных спектров поперечных волн (S), амплитуды которых практически всегда в несколько раз превышают амплитуды продольных волн (P).
Решения механизмов очагов трех землетрясений 13 мая, 28 июня и 22 июля с Кп=10.5, 10.9 и 11.6 соответственно получены по знакам первых вступлений продольных (Р) сейсмических волн на станции Крыма и Международной сети [1], расположенных по отношению к рассмотренным очагам в широком азимутальном створе. Для наиболее сильного землетрясения 15 октября c Кп =13.1 использовано решение механизма очага по данным ISC.
2. МЕХАНИЗМЫ ОЧАГОВ
Решения механизмов очагов (Табл. 3) получены на основе теории дислокации по стандартной методике [2] с использованием знаков первых вступлений продольных Р-волн на сейсмических станциях. Большинство знаков первых движений уточнено по первичным данным волновых форм. Углы выхода сейсмических волн определены по [3] для удаленных станций и по Крымскому [4] -для близких. На стереограммах знаки первых вступлений уверенно разделились нодальными плоскостями (Рис. 2).
Рис. 2. Стереограммы механизмов очагов землетрясений № 1, 4, 5 - по табл. 1 (в проекции нижней полусферы). P - оси сжатия; T - растяжения.
Тип подвижки в очаге ощутимого землетрясения 13 мая, которое произошло вблизи южного берега Крыма, - чистый сдвиг: правосторонний по плоскости NP1 и левосторонний - по NP2. Обе нодальные плоскости имели близдиагональное простирание (STK1 = 152° и STK2=244°) с вертикальным погружением (Рис. 2, Табл. 3).
Землетрясение 28 июня произошло в западной части Черноморской впадины под действием горизонтальных сил сжатия (PL=9°), ориентированных в AZM=158°. Обе нодальные плоскости наклонные (DP1 = 54° и DP2=36°) с падением NP1 к северо-западу и NP2 - к юго-востоку (Табл. 3). Тип подвижки в очаге - взброс (надвиг).
54
Таблица 3.
Параметры механизмов очагов землетрясений Крымско-Черноморского региона за 2016 год
to, Оси главных напряжений Нодальные плоскости
№ Дата ч мин с T N P NP1 NP2
PL AZM PL AZM PL AZM STK DP SLIP STK DP SLIP
1 13 мая 14 05 28 20 106 67 315 10 200 152 83 158 244 68 07
4 28 июня 04 23 51.7 81 325 1.7 66 9 156 65 54 88 248 36 93
5 22 июля 21 40 13.6 71 104 19 284 0 14 266 48 64 122 48 115
При землетрясении 22 июля также произошел взброс под действием горизонтальных сжимающих напряжений (PL=0°), ориентированных близмеридионально (AZM =14°). Одна из нодальных плоскостей имела широтное простирание (NP1=266°), а другая - диагональное (NP2=122°). Обе плоскости наклонены к горизонту под одинаковыми углами (DP=48°) (Рис. 2, Табл. 3).
Решение механизма наиболее сильного землетрясения 15 октября с ЛП=13.1, произошедшего в западной части Черного моря у берегов Турции, взято из [ISC] по данным обработки в разных международных агентствах (Табл. 4, Рис. 3).
Таблица 4.
Параметры механизма очага землетрясения 15 октября 2016 года c А"п=13.1 по данным [1].
Агент- t0, h, Mw Оси главных напряжений Нодальные плоскости
ство ч мин с км T N P NP1 NP2
PL AZM PL AZM PL AZM STK DP SLIP STK DP SLIP
GCMT 08 18 35.9 22 5.3 72 219 11 92 14 360 75 33 70 279 60 103
NEIS-1 08 18 33.6 8 5.0 88 335 0 236 2 146 56.2 47 90.5 236 43 89.5
NEIS-2 08 18 39 16 5.1 72 337 5 232 17 141 55 62 95 224 28 80
В соответствии с полученными решениями землетрясение произошло под действием близгоризонтальных (PLp=2°-17°) сил сжатия диагональной ориентации (AZMp=141°-146°) по данным NEIS и меридиональных - по GCMT (AZMp=360°). Тип подвижки в очаге по данным всех агентств - взброс.
55
Рис. 3 Стереограммы механизма очага землетрясения 15 октября 2016 года по данным агентств: а - №ЛБ-1: б - №ЛБ-2; в - GCMT (в проекции нижней полусферы).
Далее, по параметрам механизмов очагов землетрясений определена направленность излучения из очага на станции регистрации, введена соответствующая поправка в расчет динамических параметров.
3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОЧАГОВ
Методика обработки и интерпретация амплитудных спектров не изменились по сравнению с 2014 и 2015 гг. [5, 6]. Для расчета амплитудных спектров использованы записи только с четкими фазами объемных P- и 5-волн, с превышением полезного сигнала над фоном помех в два и более раза. Примеры таких записей даны на рис. 4. Как и прежде [5, 6], для расчетов амплитудных спектров и восстановления динамических параметров очагов не использованы записи сейсмостанций «Феодосия» и «Керчь», которые расположены на грунтах с пониженными прочностными свойствами и повышенным затуханием высоких частот. Сейсмические колебания от местных землетрясений на этих станциях существенно осложнены микросейсмическим шумом.
Амплитудные спектры поперечных волн ^) рассчитывались по двум горизонтальным составляющим записи (Ы^) и (Е^), вычислялся полный вектор колебаний, а продольных (Р) - по вертикальной составляющей Относительная длительность т исследуемого участка записи принята равной интервалу времени от момента вступления S- и P-волн до времени спада их максимальных амплитуд Атах на уровень 1/з Атах [7].
Для интерпретации амплитудных спектров выбрана теоретическая дислокационная модель Брюна (ю-2) [8], согласно которой амплитудный спектр объемной волны характеризуется тремя основными параметрами: спектральной плотностью О о(х,/) в длиннопериодной части (при /^0), угловой частотой /о (ю о) и
углом наклона у--2 в области коротких периодов. Рассчитанные амплитудные
спектры объемных волн землетрясений Крыма за 2016 г. надежно
56
аппроксимируются в рамках выбранной теоретической модели (Рис. 5).
щщ |||
—-
а
•П 55ШЕШ!™=5йшЗа!
б
Рис. 4. Примеры записей землетрясений 2016 г. по составляющим К^, E-W (сверху вниз): а - 13 мая с =10.4 (№ 1 по табл. 1); б - 15 октября с =13.1 (№ 7 по табл. 1) соответственно на станциях «Симферополь» (Д=42 км) и «Судак» (Д=463 км).
На рисунки 5 приведены примеры спектров для землетрясений по разным станциям и типам волн. Номера и даты землетрясений соответствуют таковым в табл. 1.
57
-5 Ь М* Г
улцг
.....X Ж\ !
10° 10' С Гц
№ 1. 13.05.20:
ю° ю1 и Ги
№ 4. 28.06.2016
П.
вЕУ.г
........ш
ю
: Д
К: ,1 ,,
10° ю Г. Ги
10° ю1 (.Гп
: |
....."Г/ЙД : ! V
10 10° 10 г, Гц
№ 3. 26.05.2016 П. м -с
аш; г
\||1
г 1
10 1 10° ю1Ы'и
№ 5. 22.07.2016 П. м-с
БЕУ^
\1 ;
гт
1,;
10° ю г. Гц
№ 6. 12.10.2016 № 7. 15.10.2016
Рис. 5. Примеры амплитудных спектров Р- и S- - волн землетрясений Крыма за 2016 г.
Расчет динамических параметров очага выполнен по параметрам амплитудных спектров записей: спектральной плотности О 0, которая
58
пропорциональна скалярному сейсмическому моменту М0, и угловой частоте /0, прямо связанной с размером дислокации г0 с использование формул (1) и (2):
М0 = О 0(4гср-V3 )т еФ-G (А, h) • С (ю) • Бтф, (1),
где О 0- максимальное значение спектральной плотности при ю ^ 0; V - скорость распространения объемной волны; р - плотность пород в окрестности очага, Rец> -направленность излучения из очага на станцию регистрации; G(А, к) - поправка за геометрическое расхождение; С(ю) - частотная характеристика среды под станцией, Sm(f) - поправка за неупругое затухание в мантии.
Методика учета всех этих факторов при переходе от станционного спектра к спектру источника подробно изложена в работах [7, 9, 10] и не изменилась по сравнению с предыдущими годами [5, 6, 7].
По параметрам механизма очага определены поправки за направленность излучения из очага Reф на станцию регистрации (Табл. 5), которые далее использованы при оценке сейсмического момента М0.
Таблица 5.
Поправки за направленность излучения (коэффициент Rеф) на станции регистрации от землетрясения 2016 г.
Дата Станция ALU SEV SIM SUDU YAL
Волна P S P S P S P S P S
13.05 —еф 0.16 0. 26 0.13 0.39
28.06 —еф 0.27 0.32 0.24 0.28 0.25 0.29 0.29 0.52
22.07 -еф 0.07 0.51 0.05 0.56 0.11 0.49 0.18 0.32 0.12 0.42
15.10* -еф 0.39 0.17 0.57 0.24 0. 58 0.24 0.38 0.17
*- по GCMT
Для дислокационной модели Брюна с разрывом в виде круга радиус дислокации r0 вычисляется по угловой частоте f о по формуле:
r = 2.34-^- (2).
Другие динамические параметры очагов: сброшенное напряжение Дст, величина деформации сдвига s, кажущееся напряжение rj(J , величина радиационного трения
Даг, средняя подвижка по разрыву U (или величина дислокации), энергия образования дислокации в очаге Еи и моментная магнитуда Mw рассчитаны по формулам из работ [7, 8, 9, 11, 12, 13] с использованием прямых определений по спектрам записей значений сейсмического момента М0 и размеров разрыва r0.
59
Результаты станционных и средних значений динамических параметров представлены в табл. 6.
Большинство динамических параметров получено по группе независимых станционных определений. Только для двух слабых сейсмических толчков (№ 2 и № 6), с энергетическим классом Кп =7.9 и Кп =7.8, произошедших в Севастопольской зоне, динамические параметры рассчитаны по записям спектрам на ближайших к очагу станциях «Алушта» и «Севастополь» соответственно.
Вычисление средних значений параметров и стандартных отклонений выполнено, как и прежде, по станционным определениям с учетом логнормального закона распределения величин [7]. Поскольку станционные значения радиационного трения Дстг получились отрицательными или знакопеременными, то их среднее значение вычислено по среднегеометрическим для данного очага напряжениям Дст и qa по формуле [11]:
Дar =1/2Дст -qa .
В этом случае графа «стандартное отклонение» в табл. 6 не заполнялась. Среднее значение моментной магнитуды Mw определено как среднее арифметическое с соответствующей погрешностью.
Для каждой станции указаны эпицентральное расстояние Д, км, тип использованной волны (Р, S) и составляющая записи, где (N+E) означает полный вектор колебаний по N+S и E-W.
Таблица 6.
Спектральные и динамические параметры очагов землетрясений Крыма за 2016 год
Ü «5 rt и ш Составляющая < о ö d 0 1 ö d w £ 3 о s £ 5 о Ь < ö tb 3 ö 'ä £ о b о 13 < 0 1 * 1
i 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
№ 1. 13 мая , to= 14 ч 05 мин 27.8 с; p = 44.63°, X= 34. 41°; h = 13км; Кп=10.4
SIM P Z 42 0.2 3.2 22.8 0.73 2.6 8.63 0.46 14.8 -13.5 9.83 3.5
SIM S N+E 42 3.0 2.1 38.7 0.64 6.51 21.7 1.01 8.7 -5.45 42.0 3.7
YAL P Z 28 0.1 3.5 20.3 0.67 3.02 10.1 0.49 16.6 -15 10.2 3.5
YAL S N+E 28 1.25 2.0 16.6 0.67 2.41 8.04 0.39 20.2 -19.1 6.7 3.4
X - среднее значение 23.35 0.68 3.33 11.10 0.55 14.4 -12.7 12.96 3.5
стандартное отклонение 0.08 0.01 0.1 0.1 0.09 0.08 0.18 0.1
№ 2. 15 мая, 10=17 ч 14 мин 02 с; ф = 43.84°, X = 33. 83°; h = 32 км; Кп =7.9
ALU | S | N+E 1104| | 0.11 | 3.6 | 3.23 | 0.39 | 2.23 | 7.7 | 0.22 | 0.6 | 0.57 | 1.25 | 2.9
60
Продолжение таблицы 6.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16
№ 3. 26 мая, <0=16 ч 49 мин 33.9 с; ф = 44.73°, X = 36.21°; h = 23 км; Кп =9.7
ALU S N+E 143 0.2 2.5 7.88 0.54 2.1 7.24 0.28 7.8 -6.7 2.78 3.2
SIM S N 165 0.09 2.2 2.96 0.61 0.57 1.01 0.08 20.2 -19.9 0.28 2.9
SUDU Р Z 97 0.02 5.0 4.1 0.47 1.78 5.9 0.2 19.6 -13.7 1.22 3.0
SUDU S №Е 97 0.2 2.55 7.84 0.53 2.36 7.86 0.3 7.6 -6.5 3.08 3.2
X - среднее значение 5.23 0.54 1.5 4.29 0.19 12.4 -11.7 1.31 3.1
стандартное отклонение 0.11 0.02 0.14 0.21 0.13 0.12 0.24 0.1
№ 4. 28 июня. <о=04 ч 23 мин 48.1 с; ф = 42.46°, X = 31. 59°; h = 35 км; Кп =10.9
ALU S N+E 335 0.32 2.3 312 0.73 35.8 59.7 3.15 4.3 13.6 932 4.27
SUDU Р Z 384 0.025 3.6 321 0.85 23 38.4 2.37 4.18 7.34 617 4.27
SUDU S N+E 384 0.11 2.3 204 0.73 23.4 39.0 2.06 6.58 5.11 398 4.14
YAL S N+E 306 0.08 2.9 138 0.58 31.8 53 2.22 9.7 6.2 367 4.03
SIM Р Z 343 0.02 3.8 121 0.8 10.2 17 0.99 11.1 -6.0 102 3.99
SIM S N+E 343 0.18 2.2 147 0.76 14.7 24.6 1.36 9.14 -1.78 180 4.05
SEV S N+E 286 0.08 3 134 0.56 34.1 56.9 2.3 10 -7.06 382 4.02
X - среднее значение 182.4 0.71 22.7 37.9 1.95 7.35 4 346 4.1
стандартное отклонение 0.07 0.03 0.08 0.08 0.06 0.07 0.12 0.1
№ 5. 22 июля, <0=21 ч 40 мин 13.6 с; ф = 42.35°, X = 34. 95°; h = 25 км; Кп =11.6
SUDU Р Z 283 0.3 2.4 1050 1.02 42.6 142 10.6 3.61 17.7 7430 4.62
SUDU S N+E 283 1.4 1.6 657 0.88 41.5 138 8.91 5.75 15.0 4550 4.48
SIM Р Z 298 0.04 3.1 180 0.79 15.8 52.6 3.03 21 -13.1 473 4.11
SIM S N+E 298 0.75 1.8 145 0.79 13.1 43.7 2.5 26 -19.4 317 4.04
SEV Р Z 266 0.01 3.3 150 0.74 15.9 53.1 2.88 25.1 -17.1 399 4.05
SEV S N+E 266 0.15 2.25 124 0.63 21.8 72.7 3.33 30.5 -19.6 450 4.0
YAL Р Z 248 0.02 3.2 122 0.77 11.7 39.1 2.19 31.0 -25.2 238 4.0
YAL S №Е 248 0.3 2.5 125 0.57 30.2 101 4.15 30.1 -15 632 4.0
ALU Р Z 264 0.03 3.0 243 0.82 19.3 64.4 3.84 15.5 -5.9 782 4.19
ALU S N+E 264 1.35 2.1 391 0.67 56 187 9.14 9.65 18.3 3650 4.33
X- среднее значение 233.7 0.76 23.4 77.9 4.3 16.2 -4.5 910 4.2
стандартное отклонение 0.11 0.02 0.07 0.07 0.08 0.11 0.17 0.2
№ 6. 12 октября, <0=12 ч 59 мин 12.7 с; р = 43.98°, X = 33. 77°; h = 20 км; Кп =7.8
SEV Р Z 63 0.004 5 0.55 0.47 0.24 0.08 0.03 3.36 -3.34 0.022 2.4
SEV S N+E 63 0.013 3.6 0.34 0.37 0.23 0.1 0.02 5.57 -5.4 0.016 2.3
X- среднее значение 0.43 0.41 0.23 0.09 0.02 4.33 -4.2 0.02 2.4
стандартное отклонение 0.1 0.05 0.01 0.05 0.09 0.11 0.07 0.1
№ 7. 15 октября, <0=08 ч 18 мин 33.3 с; ф = 42.12°, X = 30. 70°; h = 17 км; Кп =13.1
ALU Р Z 413 0.4 2 1010 1.23 23.7 79.5 7.1 59.5 -47.6 3980 4.61
SEV S N+E 358 2.2 1.5 1530 0.94 79.5 265 18.2 39.2 0.5 20200 4.73
SIM S N+E 418 10.65 1.25 4510 1.13 136 453 37.3 13.3 54.7 102000 5.04
SUDU Р Z 463 2 2 6220 1.23 147 488 43.7 9.6 63.6 152000 5.13
SUDU S N+E 463 4.74 1.3 7960 1.09 212 707 60.7 7.5 98.6 281000 5.2
X- среднее значение 3218 1.12 95.6 319 26.4 18.6 29.2 51154 4.9
стандартное отклонение 0.18 0.02 0.17 0.17 0.17 0.18 0.34 0.2
61
Наилучшая сходимость станционных определений получена для радиуса круговой дислокации, размеры которого в явном виде не зависят от направленности излучения энергии из очага и условий среды под станцией регистрации. Степень рассеяния индивидуальных определений г0 для большинства изученных землетрясений находилась в диапазоне Зго = 0.01+0.05. Стандартные отклонения по другим параметрам для большинства землетрясений менее SX<0.2. Уверенно определены средние значения моментных магнитуд Mw с погрешностью не выше ±0.2, с преобладанием З Mw ±0.1. Для магнитудных оценок это достаточно высокая точность.
Наибольшие значения динамических параметров (Моо, го, Да, 8, , и, Ей и Mw) получены для наиболее сильного землетрясения 15 октября с Кп = 13.1, произошедшего в районе Черноморской впадины на глубине h = 18 км, а наименьшие - для слабого сейсмического события с Кп = 7.8 по данным только одной станции «Алушта». Радиационное трение Даг для большинства исследованных землетрясений имело отрицательное значение, указывая на сложное скольжение разрыва в очаге за счет неравномерного распределения прочностных свойств глубинной среды в очаговых зонах.
Как и в предыдущие годы [5, 6], проведем сравнение полученных в 2016 г. динамических параметров очагов: сейсмического момента М0 и радиуса круговой дислокации г0 со средними их долговременными величинами (Рис. 6). Для сравнения использованы зависимости Мо (Кп) и го (Кп) из [14]:
^ Мо = 0.645(±0.027) Кп + 15.142(±0.271), р=0.99 ^ го = 0.112(±0.011)- Кп - 1.293(±0.107), р=0.93,
где р - коэффициент корреляции.
15 14
13 "
1ем0
_____;
9 10 11 12 13
а
0.5 0.25 О
-0.25 -0.5
-0.75,
-----------
•
-"в"* • — .....
------
б
Рис. 6. Сравнение динамических параметров очагов землетрясений Крыма за 2016 г.: а - сейсмического момента Мо и б - радиуса круговой дислокации го с долговременными зависимостями М0(КП) и г0(КП) [14]. Точки - экспериментальные данные за 2016 г. Пунктиром обозначены пределы погрешностей долговременных зависимостей.
В целом для землетрясений 2016 г. средние значения М0 и г0 находятся в пределах доверительных областей долговременных зависимостей Мо(Кп), го(Кп).
62
При этом большинство значений г0 расположены ниже относительно линии регрессии Г0(Кп). Наибольшее отличие М0 от долговременных параметров по зависимости М<£КП) получены для наиболее слабого землетрясения 12 декабря (№ 6) по данным только одной станции «Севастополь» и 26 мая (№ 3) с КП =9.7. Следует отметить, что станция «Севастополь» систематически дает заниженные значения М0 [6]. Наилучшее соответствие сейсмического момента долговременным его значениям (для аналогичного энергетического уровня) получено для землетрясений 28 июня, 22 июля и 15 октября (Рис. 6, а) с известными механизмами очагов. Для этих очагов в расчеты М0 по формуле (1) введены поправки за реальную направленность излучения В то же время введение поправки Reф по механизму очага для землетрясения 15 мая привело только к хорошей внутренней сходимости станционных определений М0, но среднее значение все равно оказалось ниже долговременной зависимости М0(Кп). Вероятно, это связано с особенностями энергетических затрат по перемещению крыльев разрыва относительно друг друга на среднюю величину дислокации в очаге.
4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
Спектральные свойства очагов землетрясений 2016 г. изучены дополнительно по энергетическим спектрам. Переход от спектральной плотности амплитудного спектра к энергетическому спектру осуществлялся по формуле из [15]:
рс
п =—-—<У3П2(ы)
,
где Ошибка! Источник ссылки не найден.- плотность пород в окрестности очага, с - скорость распространения объемных волн (Р или S), Ошибка! Источник ссылки не найден. (ю) - модуль спектральной плотности, определяемый из амплитудного спектра.
Для исключения осцилляций энергетические спектры сглаживались скользящим осреднением в пределах октавной ширины по оси частот и представлены в билогарифмической системе координат (Рис. 7). Методика и алгоритм расчета энергетических спектров, их обработка описаны в [7, 15].
Для всех энергетических спектров (Рис. 7) получена характерная резонансная форма с одним выраженным максимумом плотности энергии qmax в ограниченной области частот, как и для других землетрясений Крымско-Черноморского региона [7].
Рассмотрена главная характеристика энергетических спектров - ширина максимума спектра 8/ q на уровне 0.9 от максимального значения qmax в высокочастотной / q1) и низкочастотной /2) части спектра:
8/q = М -/2.
Результаты расчета 8/ q по разным составляющим записи (8/ Е, 8/ N 8/ Z) представлены в табл. 7.
63
№ ) SIM, z
\
igmrn
A Al U, N
/ \
/ J \
(
1
ig(0
№ 1. 13.05.2016
№ 2.15.05.2016
¡8<q AL U, E
-
/ lg(f)
SUDU, E
Igffl
IMIM ScV, ¿
flíO.ru
■o! u 0.5
№ 3 26.05.2016
№ 4. 28.06.2016
ig(q ALU ,N
ig№
ig(o ) YAL E
igrl.ru
-0.5 0 oj i l_í
•1.5 •! -0.í o 0.s i ij i
№ 4. 28.06.2016
l<l(q¡) SEV. Z
vigin.ru
i AU . F
ig(f)jru
-0.5 0 o.í 1 1.5 2
№ 5. 22.07.2016
SUUJ. N
lg(f)irM
0,5 i 1j
64
№ 6. 12.10.2016_|_№ 7.15.10.2016_|
Рис. 7. Примеры энергетических спектров землетрясений Крыма 2016 г.
Таблица 7.
Значения ширины максимума энергетических спектров 5/ q землетрясений за 2016 г. по разным станциям и составляющим записи
№ Дата Станция Кп Д,км 5/ Е 5/ N 5/ Z
1 13.05.2016 Б1М 10.5 42 двугорбый 0.85-2.85 2.86-6.45
1 13.05.2016 YLT 10.5 26 2.3-7.2 3.2-7.9 3.0-9.0
2 15.05.2016 ALU 7.9 104 1.15-3.6 2.3-5.7
3 26.05.2016 ALU 9.7 143 2.57-5.6
3 26.05.2016 SIM 9.7 165 3.6-8.31 2.3-7.41
3 26.05.2016 SUDU 9.7 97 2.63-5.89 3.5-6.6
4 28.06.2016 ALU 10.9 335 1.9-3.6 2.26-4.79
4 28.06.2016 SEV 10.9 286 2.89-5.69 2.83-4.07 2.95-5.67
4 28.06.2016 SIM 10.9 343 0.88-1.78 1.75-3.6 2-3.1
4 28.06.2016 SUDU 10.9 384 2.88-5.75 3.68-6.3
4 28.06.2016 YLT 10.9 306 3.58-7.76 2.8-5.67
5 22.07.2016 ALU 11.6 264 1.6-3.24 1.79-5.7
5 22.07.2016 SEV 11.6 266 2.28-4.56 2.14-4.53 3.5-6
5 22.07.2016 SIM 11.6 298 1.15-4.55 2.28-3.71 2.69-3.8
5 22.07.2016 SUDU 11.6 283 1.15-3.11 0.79-2.48 1.15-2.1
5 22.07.2016 YLT 11.6 248 2.8-3.9 2.8-3.6 1.7-5.6
6 12.10.2016 SEV 7.8 63 2.8-4.6 1.79-4.57 3.5-5.68
7 15.10.2016 ALU 13.1 413 1.16-3.59
7 15.10.2016 SEV 13.1 358 1.7-4.55 2.1-3.47 2.83-4.5
7 15.10.2016 SIM 13.1 418 1.14-2.26 1.58-3.9 2.57-5.75
7 15.10.2016 SUDU 13.1 463 1.38-3.6 1.14-2.85 1.77-4.54
Добавлено примечание (^1]): Тире при обозначении цифровых диапазонов (рекомендуем уточнить в таблице)
Из рис. 7 и табл. 7 видно, что значения qmax по всем станциям и разным составляющим записи, несмотря на вариации индивидуальных энергетических спектров, находятся в сравнительно ограниченном диапазоне частот: 5/=1 ....6 Гц с преобладанием максимальных значений плотности сейсмической энергии вблизи 3 Гц. Можно отметить некоторую тенденцию сдвига qmax в сторону более высоких частот для продольных волн ^-составляющая). Прямой зависимости значений 5/ от энергетического уровня землетрясения и эпицентрального расстояния из-за ограниченного числа статистических данных не установлено.
65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В Крымско-Черноморском регионе не каждый год происходят землетрясения, для которых можно набрать достаточное количество экспериментальных данных по волновым формам для решения механизмов очагов. В 2016 г. удалось получить надежные решения очагов для четырех землетрясений, одно из которых произошло вблизи побережья Крыма, три других - в Черноморской впадине. Это существенно пополняет статистику для тектонофизических построений и реконструкции современных полей напряжений в регионе.
Для надежных оценок спектральных и динамических параметров очагов землетрясений Крыма за 2016 год использованы только очень четкие записи объемных сейсмических волн на сейсмических станциях с надежными характеристиками регистрирующей аппаратуры. В осреднении динамических параметров очагов участвовало от двух до десяти станционных определений, что обеспечило в основном малую величину стандартного отклонения SX, показателя степени рассеяния индивидуальных оценок. В этой связи количественные оценки спектральных и очаговых параметров можно отнести к категории надежных для дальнейшего их использования в научных и научно-прикладных задачах, в частности при моделировании прогнозных сейсмических воздействий в соответствии с методикой [16, 17] и разработке геодинамических моделей.
Список литературы
1. International Seismological Centre, On-line Bulletin [Electronic resource]. URL: http://www.isc.ac.uk.
2. Балакина Л. А., Введенская А. В., Голубева Н. В., Мишарина Л. А., Широкова Е. И. Поле упругих напряжений Земли и механизм очагов землетрясений. М.: Наука, 1972. 198 с.
3. Kennet B. L. Seismological Tables. Sydney: Research School of Earth Sciences. Australian National University. 2005, 80 p.
4. Кульчицкий В. Е., Сафонова Г. П., Свидлова В. А. Годографы сейсмических волн Крымско-Черноморских землетрясений. Сейсмологический бюллетень Западной территориальной зоны ЕССН СССР (Крым - Карпаты) за 1983 г. Киев: Наукова думка, 1986. С. 94-103.
5. Пустовитенко Б. Г., Эреджепов Э. Э. Спектральные и динамические параметры очагов землетрясений Крыма 2014 года // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. «География. Геология». 2014. Том 27 (66). № 4. С. 70-86
6. Пустовитенко Б. Г., Эреджепов Э. Э. Спектральные и динамические параметры очагов землетрясений Крыма 2015 года // Ученые записки Крымского федерального университета им. В. И. Вернадского. «География. Геология». 2016. Том 2 (68). № 4. С. 53-68.
7. Пустовитенко Б. Г., Пантелеева Т. А. Спектральные и очаговые параметры землетрясений Крыма. Киев: Наукова думка, 1990. 251 c.
8. Brune I. V. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // J. Geophys. Res. 1970. V.75. № 26. P. 4997-5009.
9. Аптекман Ж. Я., Белавина Ю. Ф., Захарова А. И., Зобин В. М., Коган С. Я., Корчагина О. А., Москвина А. Г., Поликарпова Л. А., Чепкунас Л. С. Спектры Р-волн в задаче определения динамических параметров очагов землетрясений. Переход от станционного спектра к очаговому и расчет динамических параметров очага // Вулканология и сейсмология. 1989. № 2. C. 66-79.
10. Аптекман Ж. Я., Дараган С. К., Долгополов В. В., Захарова А. И., Зобин В. М., Коган С. Я., Корчагина О. А., Москвина А. Г., Поликарпова Л. А., Чепкунас Л. С. Спектры Р-волн в задаче
66
определения динамических параметров очагов землетрясений. Унификация исходных данных и процедуры расчета амплитудных спектров // Вулканология и сейсмология. 1985. № 2. С. 60-70.
11. Костров Б. В. Механика очага тектонического землетрясения. М.: Наука, 1975. 179 с.
12. Кейлис-Борок В. И. Исследование источников, приближенно эквивалентных очагам землетрясений // Труды Геофизического института АН СССР. 1959. № 9 (136). C. 20-42.
13. Hanks T. C., Kanamori H. A. Moment magnitude scale // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. № 35. P. 23482350.
14. Пустовитенко Б. Г., Пустовитенко А. А., Капитанова С. А., Поречнова Е. И. Пространственные особенности очаговых параметров землетрясений Крыма. Сейсмичность Северной Евразии. Обнинск: Геофизическая служба РАН, 2008. С. 238-242.
15. Ризниченко Ю. В., Сейдузова С. С. Спектрально-временная характеристика сейсмической опасности. М.: Наука, 1984. 180 с.
16. Пустовитенко Б. Г., Кульчицкий В. Е., Калинюк И. В., Мержей Е. А. Сравнительные характеристики акселерограмм, смоделированных для разных сеймотектонических условий // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2012. № 6. C. 20-23.
17. Пустовитенко Б. Г., Мержей Е. А. К прогнозу ожидаемых сейсмических воздействий от сильных землетрясений Крыма // Доповщ Нацюнально1 академп наук Украши. 2014. № 5. C. 102-109.
FOCAL PARAMETERS OF 2016 CRIMEAN-BLACK SEA REGION EARTHQUAKES
Pustovitenko, B. G., Eredzhepov, E. E.
V. I. Vernadsky ", Simferopol, Republic of Crimea, Russia E-mail: bpustovitenko@mail.ru
Focal parameters of seven 2016 earthquakes of Crimean-Black sea region with Kp =7.9-13.1 have been recovered. Solutions of focal mechanisms that determine the type of shifts in the foci have been obtained for the four strongest earthquakes: 13.05, 28.06, 22.07 and 15.10. The dynamic source parameters - the scalar seismic moment M0, radius of the circular dislocation r0, released stress Act, the magnitude of shear deformation s, the apparent stress /ct , the value of the radiation friction Act,-, the average shift in the gap U, the energy of dislocation formation in the source Eu, the magnitude of the seismic moment Mw - have been restored for seven earthquakes by 52 amplitude spectra using Brune theoretical dislocation model. Properties and peculiarities of spectral radiation characteristics have been evaluated by the energy spectra.
The shift type in the focus of May 13 appreciable earthquake, which happened near the southern coast of Crimea, is a plain shift: right hand side along the plane NP1 and left hand side along the plane NP2. The 28 June, 22 July and 15 October earthquakes occurred in the Black sea basin under the action of horizontal forces of compression. The shift type in the focus is an up thrust. The mechanism parameters of these earthquakes have been used to determine the direction of the radiation from the source at the station of registration to account for some relevant amendments in the calculation of the seismic moment M0.
Calculation of the source dynamic parameters has been made by the parameters of the amplitude spectra records: the spectral density Q 0, which is proportional to the scalar seismic moment M0 and the corner frequency f0, which is directly associated with the size of dislocation Г0 .
67
In general, average values of Mo and r0 for 2016 earthquakes, were within the confidence regions of long-term dependencies Mo (Kp), ro(Kp). The best match of the seismic moment to the long-term seismic moment values has been obtained for the earthquakes of 28 June, 22 July and 15 October with known focal mechanisms. For these foci corrections for the real direction of the radiation Rev have been introduced in the formula for Mo calculation. Despite the variation of individual energy spectra, the values of qmax for all the stations and different record components, were within comparatively limited frequency range: Sf =1 ....6 Hz, with a predominance of the maximum values of seismic energy density around 3 Hz. The trend of qmax towards higher frequencies for longitudinal waves (Z-component) was noted.
For reliable estimates of the spectral and dynamic source parameters of the 2016 Crimean earthquakes only very clear records of body waves at seismic stations with reliable characteristics of recording equipment have been used. The averaging of the source dynamic parameters has been done with the help of from two to ten station definitions, which provided a small value of standard deviation SX. In this regard, quantitative estimates of focal parameters can be classified as reliable for further use for scientific and scientific-applied problems, in particular, when modelling the forecast of seismic effects and the development of geodynamic models.
Key words: focal mechanism, direction of radiation, amplitude spectrum, seismic moment, the radius of the dislocation, the released stress, the energy spectrum.
References
1. International Seismological Centre, On-line Bulletin [Electronic resource]. URL: http://www.isc.ac.uk.
2. Balakina L. A., Vvedenskaya A. V., Golubeva N. V., Misharina L. A., Shirokova E. I. Pole uprugih napryazhenij Zemli i mekhanizm ochagov zemletryasenij. Moscow: Nauka (Publ.), 1972. 198 p. (in Russian).
3. Kennet B. L. N. Seismological Tables. Sydney: Research School of Earth Sciences Australian National University (Publ.), 1991, 167 p. (in English).
4. Kul'chickij V. E., Safonova G. P., Svidlova V. A. Godografy sejsmicheskih voln Krymsko-Chernomorskih zemletryasenij // Sejsmologicheskij byulleten' Zapadnoj territorial'noj zony ESSN SSSR (Krym-Karpaty) za 1983 g. 1986, pp. 94-103 (in Russian).
5. Pustovitenko B. G., Ehredzhepov Eh. Eh. Spektral'nye i dinamicheskie parametry ochagov zemletryasenij Kryma 2014 goda // Uchenye zapiski Tavricheskogo nacional'nogo universiteta im. V. I. Vernadskogo; Geografiya. Geologiya. 2014, Tom 27(66), no.4, pp. 70-86 (in Russian).
6. Pustovitenko B. G., Ehredzhepov Eh. Eh. Spektral'nye i dinamicheskie parametry ochagov zemletryasenij Kryma 2015goda // Uchenye zapiski Krymskogo Federal'nogo universiteta im. V. I. Vernadskogo. Geografiya. Geologiya. 2016, Tom 2 (68), no. 4, pp. 53-68 (in Russian).
7. Pustovitenko B. G., Panteleeva T. A. Spektral'nye i ochagovye parametry zemletryasenij Kryma. Kiev: Naukova dumka (Publ.), 1990, 251 p. (in Russian).
8. Brune I. V. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // J. Geophys. Res. 1970, V.75, no. 26, pp. 4997-5009 (in English).
9. Aptekman Zh. Ya., Belavina Yu. F., Zaharova A. I., Zobin V. M., Kogan S. Ya., Korchagina O. A., Moskvina A. G., Polikarpova L. A., CHepkunas L. S. Spektry R-voln v zadache opredeleniya dinamicheskih parametrov ochagov zemletryasenij. Perekhod ot stancionnogo spektra k ochagovomu i raschet dinamicheskih parametrov ochaga // Vulkanologiya i sejsmologiya, 1989, no. 2, pp. 66-79 (in Russian).
10. Aptekman Zh. Ya., Daragan S. K., Dolgopolov V. V., Zaharova A. I., Zobin V. M., Kogan S. Ya., Korchagina O. A., Moskvina A. G., Polikarpova L. A., Chepkunas L. S. Spektry R-voln v zadache opredeleniya dinamicheskih parametrov ochagov zemletryasenij. Unifikaciya iskhodnyh dannyh i
68
procedury rascheta amplitudnyh spektrov // Vulkanologiya i sejsmologiya, 1985, no. 2. pp. 60-70 (in Russian).
11. Kostrov B. V. Mekhanika ochaga tektonicheskogo zemletryaseniya. Moscow: Nauka (Publ.), 1975, 179 p. (in Russian).
12. Kejlis-Borok V. I. Issledovanie istochnikov, priblizhenno ehkvivalentnyh ochagam zemletryasenij // Trudy Geofizicheskogo Instituta AN SSSR. 1959, no. 9 (136), pp. 20-42 (in Russian).
13. Hanks T. C., Kanamori H. A. Moment magnitude scale // J. Geophys. Res., 1979. V. 84, no. 35, pp.
2348-2350 (in English).
14. Pustovitenko B. G., Pustovitenko A. A., Kapitanova S. A., Porechnova E. I. Prostranstvennye osobennosti ochagovyh parametrov zemletryasenij Kryma. Sejsmichnost' Severnoj Evrazii. Obninsk: Geofizicheskaya sluzhba RAN (Publ.), 2008, pp. 238-242 (in Russian).
15. Riznichenko Yu. V., Sejduzova S. S. Spektral'no-vremennaya harakteristika sejsmicheskoj opasnosti. Moscow: Nauka (Publ.), 1984, 180 p. (in Russian).
16. Pustovitenko B. G., Kul'chickij V. E., Kalinyuk I. V., Merzhej E. A. Sravnitel'nye harakteristiki akselerogramm, smodelirovannyh dlya raznyh sejmotektonicheskih uslovij // Sejsmostojkoe stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzhenij, 2012, no. 6, pp. 20-23 (in Russian).
17. Pustovitenko B. G. Merzhej E. A. K prognozu ozhidaemyh sejsmicheskih vozdejstvij ot sil'nyh zemletryasenij Kryma // Dopovidi Nacional'noi Akademii Nauk Ukraini, 2014, no. 5, pp. 102-109 (in Russian).
69
