CC BY
25
УДК 550.34+551.2
СЕЙСМИЧЕСКОЕ ЗАТИШЬЕ ПЕРЕД КРОНОЦКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ (КАМЧАТКА), 5.12.1997 г., Мw = 7.9
Юлия Михайловна Романенко
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, младший научный сотрудник, тел. (383)333-03-99, e-mail: [email protected]
Пётр Георгиевич Дядьков
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, тел. (383) 333-03-99, e-mail: [email protected]; Новосибирский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2, доцент
С применением метода SEQ (Seismic Energy Quiescence) выполнен анализ сейсмического режима перед Кроноцким землетрясением, Mw = 7.9, 5.12.1997 г. Обнаружено сейсмическое затишье продолжительностью около 2 лет, которое закончилось активизацией района подготовки за два года до землетрясения. Выполнен сравнительный анализ результатов, полученных методами SEQ, Z-тест и RTL.
Ключевые слова: сильное землетрясение, методика выделения сейсмического затишья, Кроноцкое землетрясение.
SEISMIC QUIESCENCE PRIOR TO THE KRONOTSKY EARTHQUAKE ^w = 7.9, 5.12.1997), KAMCHATKA
Yuliya M. Romanenko
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Junior Research Scientist, tel. (383)333-03-99, e-mail: [email protected]
Peter G. Dyadkov
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Koptyug Prospect, Ph. D., Lead Senior, tel. (383)333-03-99, e-mail: [email protected]; Novosibirsk State University, 630090, Russia, Novosibirsk, 2 Pirogova St., Associate Professor
Analysis of seismic setting prior to 1997 Kronotsky earthquake (Mw=7.9, 5.12.1997) was conducted using SEQ (Seismic Energy Quiescence) method. Seismic quiescence of circa 2 years duration is detecting. Following seismic activation within the earthquake preparation area is observing two years ahead of the earthquake. Results of SEQ, Z-test and RTL methods were compared.
Key words: strong earthquake, seismic quiescence method, Kronotsky earthquake.
Одно из сильнейших землетрясений Камчатки последних десятилетий -Кроноцкое, произошло 5 декабря 1997 года (Mw = 7.9, ф = 54.64°, X = 162.55°, Н = 10 км [2]). Изучению сейсмических затиший и активизаций, которые наблюдались перед этим землетрясением, посвящен ряд работ. Согласно определению, сейсмическое затишье - это уменьшение активности слабых и умеренных землетрясений по сравнению с фоновым уровнем сейсмичности во
времени в районе подготовки очаговой области. Для выделения областей и временных интервалов сейсмического затишья по сравнению с фоновым уровнем сейсмической активности существуют несколько методов, такие как Z-тест [7, 12, 14-16], алгоритм RTL [9-11].
В данной работе анализ сейсмических затиший проводился методом SEQ (Seismic Energy Quiescence) на основе выделения дефицита сейсмической энергии. Основным отличием данной методики от методик Z-тест и RTL является выделение аномалий сейсмической энергии относительно некоторого энергетического фонового уровня [1].
Основные существующие методики по изучению сейсмических затиший ориентированы на среднесрочный прогноз сильных землетрясений: анализируется материал имеющихся каталогов землетрясений, изучаются такие параметры сейсмического режима, как количество событий и их энергия и их пространственно-временное распределение. Используются формализованные критерии оценки статистической значимости на основе установленных эмпирических связей между параметрами выявленных аномалий и землетрясениями, определяются координаты и магнитуды ожидаемого землетрясения. Время сильного события определяется обычно с точностью до первых лет или месяцев.
С целью сопоставить имеющиеся алгоритмы изучения сейсмических затиший с методом SEQ был выбран процесс подготовки Кроноцкого землетрясения (5.12.1997, Mw=7.9) на Камчатке. Сейсмическому затишью перед Кроноц-ким землетрясением было посвящено несколько работ [6, 8, 10].
Для изучения сейсмического процесса в ИНГГ СО РАН разработан метод SEQ [1], в котором для построения карт сейсмических затиший используется подход, состоящий из следующих этапов:
1. Исследуемая область разбивается равномерной сеткой на ячейки.
2. Для каждой ячейки рассчитывается количество сейсмической энергии, выделившейся за анализируемый интервал времени.
3. Полученное значение делится (нормируется) на энергию, выделяемую в этой ячейке в среднем за длительный интервал времени, например, за несколько десятков лет.
Полученное в результате число характеризует дефицит или превышение сейсмической энергии, выделяемой в исследуемый интервал времени в данной ячейке относительно нормы, и представляется в виде значения десятичного логарифма. Данные значения рассчитываются для каждой ячейки и выводятся в виде карт сейсмических затиший.
При изучении Кроноцкого землетрясения был использован каталог землетрясений Камчатки и Командорских островов (1962-1997 гг.) [2]. Нижний энергетический порог землетрясений принят равным магнитуде ML > 4.5, что соответствует уровню надежной регистрации для исследуемого региона. Площадь, выбранная для анализа, включая район Командорских островов для периода 1962-1997 гг., разбивалась сеткой с шагом 0.6° по широте и 1° по долготе.
Заметим, что погрешности построения карт сейсмических затиший зависят от точности определения эпицентров землетрясений и от точности опреде-
ления энергии. Амплитуда наблюдаемых нами аномалий составляет примерно 2.0-3.0 единицы энергетического класса (lgE), что в 4-6 раз больше погрешности определения класса землетрясения, которая, как правило, не превышает 0.5 единицы класса. Точность определения эпицентровдля этого региона составляет 10-20 км. Соответственно, в этих пределах находится и точность привязки аномалий, выделенных методом SEQ. Метод SEQ включен в геоинформационную систему EEDB (Expert Earthquake Data Base), разработанную в ИНГГ СО РАН при участии ИВМиМГ СО РАН [13].
Построенные карты аномалий сейсмических затиший по методу SEQ показали, что в период 1992-1993 гг. область сейсмического затишья на востоке еще полностью не сформировалась (рис. 1, а). В период 1994-1995 гг. она принимает максимальные значения как по размеру площади, так и по амплитуде (рис. 1, b). Область затишья объединила по изолинии lgE = -1.5 ряд ранее существовавших на западе и на севере аномалий и возникшую в рассматриваемый период аномалию на востоке от эпицентра будущего землетрясения. Следует также отметить, что выделенная методом SEQ аномалия фактически окружает область будущего очага Кроноцкого землетрясения. В начале 1996 года (рис. 1, с) началась активизация всего района подготовки данного события и затишье распалось.
a) 1992 - 1993 гг.
b) 1994 - 1995 гг.
с) 1996 - 1997 гг.
Рис. 1. Аномалии выделения сейсмической энергии, полученные методом БЕР, в районе подготовки Кроноцкого землетрясения 5.12.1997 г. (М№ = 7.9) для 3-х последовательных интервалов времени по данным о событиях с МЬ > 4.5. Наблюдается увеличение размеров области сейсмического затишья в период 1994-1995 гг. Эпицентр Кроноцкого землетрясения 5.12.1997 г.,
М№ = 7.9 обозначен звездочкой
Кроме метода БЕР рассмотрим результаты применения двух других методов выделения областей сейсмических затиший.
1. Метод 7-тест позволяет определять сейсмические затишья как статистически значимое уменьшение скорости потока землетрясений в ограниченном объеме среды и оценивать их количество [7, 12, 14-16].
2. Параметр RTL представляет собой произведение трех функций: эпицен-тральной R, временной Т и функции размера очага L [9-11].
При локализации зоны сейсмической аномалии в районе подготовки Кро-ноцкого землетрясения методом Z-тест выделяются две пространственно независимые области затишья [6]. Южная область существовала в период с сентября 1991 по декабрь 1994 г., северная - в период с июня 1994 по июль 1996 г. На рис. 2 показана область сейсмического затишья, выделенная методом SEQ для временного интервала 1994-1996 гг., и две области сейсмических затиший, выделенные методом Z-тест, они не совпадают между собой. Это объясняется различием методических подходов к выделению аномалий, основанных на подсчете выделения сейсмической энергии (SEQ) и количестве землетрясений (Z-тест).
159° 162° 165°
Рис. 2. Сравнение областей сейсмических затиший в районе подготовки Кроноцкого землетрясения, выделенных методом SEQ, Z-тест и алгоритмом RTL. Территория, для которой выполнялся анализ Z-тестом, и выделенные этим методом аномалии оконтурены пунктирной линией. Район применения алгоритма RTL оконтурен сплошной линией и показан на врезке справа вместе с выделенной этим методом аномалией параметра g.
Эпицентр Кроноцкого землетрясения 5.12.1997 г., Mw = 7.9
обозначен звездочкой
Использование авторами [10] прогностического параметра RTL позволило выделить области и стадии затишья, а также последующую активизацию. Кро-ноцкое землетрясение предварялось сейсмическим затишьем в 1995-1996 гг. (рис. 2) и стадией форшоковой активизации в 1996-1997 гг. [8]. Область сейсмического затишья имела линейные размеры приблизительно 200 км, эпицентр землетрясения находился на ее южной границе. В том же направлении от
эпицентра, но севернее располагается один из экстремумов аномалии, выделенной по методу SEQ.
Отметим, что в программах Z-тест и RTL удаление афтершоков из каталога производилось по программе В.Б. Смирнова с использованием алгоритма [4]. В геоинформационную систему EEDB включен другой метод удаления афтершоков [3, 5].
Расчеты по методу SEQ производились как без удаления, так и с удалением афтершоков. Заметных отличий в контурах и амплитудах аномалий сейсмических затиший, рассчитанных методом SEQ как с удалением афтершоков, так и без удаления, не выявлено. Слабая чувствительность к землетрясениям малых магнитуд при наличии более высоких - одна из особенностей метода SEQ.
Проведенный сравнительный анализ позволяет сказать, что метод SEQ более близок к методу RTL, поскольку последний учитывает и размеры дислокаций анализируемых событий.
Следует отметить, что для анализа как методом Z-тест, так и алгоритмом RTL были выбраны достаточно локальные области, которые не включают полностью даже ближнюю зону подготовки Кроноцкого землетрясения, если считать ближней зоной область размером примерно 2L, где L (~200 км) - размер области активной деструкции среды.
Применение метода SEQ позволило выделить перед Кроноцким землетрясением сейсмическое затишье в 1994-1995 гг. на региональном уровне. Это региональное затишье, фактически окружающее район будущего очага, включает аномалии, обнаруженные двумя другими методами - Z-тест и RTL.
Таким образом, при постоянном мониторинге формирования областей дефицита выделения сейсмической энергии с использованием метода SEQ возможно выявление пространственного расположения очага готовящегося землетрясения с целью среднесрочного прогноза землетрясений.
Работа выполнена при частичной поддержке Программы ФНИ IX.128.2 и проектов Комплексной программы СО РАН IL2WIX128.1/128.5, РФФИ № 17-05-01234а.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК
1. Дядьков П.Г., Кузнецова Ю.М. Аномалии сейсмического режима перед сильными землетрясениями Алтая // Физическая мезомеханика. - 2008. - Т. 11, № 1. - С. 19-25.
2. Камчатский филиал ФИЦ ЕГС РАН, Единая информационная система сейсмологических данных, http://www.emsd.ru/sdis.
3. Михеева А.В. Геоструктурные элементы, выявляемые математическими алгоритмами и цифровыми моделями геоинформационно-вычислительной системы GIS-ENDDB. - Новосибирск: Омега Принт, 2016. - 297 с.
4. Молчан Г.М., Дмитриева О.Е. Идентификация афтершоков: обзор и новые подходы // Вычислительная сейсмология. Вып. 24. - М.: Наука, 1991. - С. 19-50.
5. Прозоров А.Г. Динамический алгоритм выделения афтершоков для мирового каталога землетрясений. Математические методы в сейсмологии и геодинамике // Вычислительная сейсмология. Вып.19. - М.: Наука, 1986. - С. 58-62.
6. Салтыков В.А., Кугаенко Ю.А., Кравченко Н.М. Сейсмические затишья и активизации, предшествовавшие Кроноцкому землетрясению // Кроноцкое землетрясение на Камчат-
ке 5 декабря 1997 года. Предвестники, особенности, последствия. - Петропавловск-Камчатский: Из-во КГАРФ, 1998. - С. 55-67.
7. Салтыков В.А., Кугаенко Ю.А. Сейсмические затишья перед двумя сильными землетрясениями 1996 года на Камчатке // Вулканология сейсмология. - 2000. - № 1. - С. 57-65.
8. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. - М.: Наука, 2003. - 270 с.
9. Соболев Г.А., Тюпкин Ю.С. Аномалии в режиме слабой сейсмичности перед сильными землетрясениями Камчатки // Вулканология сейсмология. - 1996. - № 4. - С. 64-74.
10. Соболев Г.А., Тюпкин Ю.С. Стадии подготовки, сейсмологические предвестники и прогноз землетрясений Камчатки // Вулканология сейсмология. - 1998. - № 6. - С. 17-26.
11. Способ среднесрочного прогноза землетрясений / Г.А. Соболев, Ю.С. Тюпкин, В.Б. Смирнов, А Д. Завьялов // Докл. РАН. - 1996. - Т. 347, № 3. - С. 405-407.
12. Тихонов И.Н. Обнаружение и картирование сейсмических затиший перед сильными землетрясениями Японии // Вулканология сейсмология. - 2005. - № 5. - С. 60-76.
13. Dyadkov P.G., Mikheeva A.V. The expert earthquake database (EEDB) for seismic-geodynamic research // Bulletin of the Novosibirsk Computing Center. Series: Mathematical Modeling in Geophysics. - 2010. - N 13. - P. 15-30.
14. Wiemer S., Wyss M., Seismic quiescence before the Landers (M=7.5) and Big Bear (M = 6.5) 1992 Earthquakes // Bull. Seism. Soc. Amer. - 1994. - Vol. 84, N 3. - P. 900-916.
15. Wyss M. Seismic quiescence precursor to the 1983 Kaoiki (Ms = 6.6) Hawaii earthquake // Bull. Seism. Soc. Amer. - 1986. - Vol. 76. - P. 785-800.
16. Wyss M., Habermann R.E. Precursory quiescence // Pure Appl. Geophys. - 1988. - Vol. 126. - P. 319-332.
© Ю. М. Романенко, П. Г. Дядьков, 2017
