CC BY
14Учёные записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. Том 2 (68). № 4. 2016 г. С. 53-68.
550.348.435
СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОЧАГОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ КРЫМА 2015 ГОДА
Пустовитенко Б. Г., Эреджепов Э. Э.
Институт сейсмологии и геодинамики ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В. И. Вернадского», г. Симферополь, Россия
E-mail [email protected]
Приведены результаты решения обратной задачи по восстановлению спектральных и динамических параметров очагов (М0, r0, Да, s, т|о> Даг, й, Eu и Mw) шестнадцати землетрясений Крыма 2015 г. в диапазоне энергетических классов =6.5-10.8 по записям продольных и поперечных сейсмических волн, зарегистрированных цифровыми региональными сейсмическими станциями. Основой для расчета динамических параметров являлись рассчитанные сто восемнадцать станционных амплитудных спектров записей. Для аппроксимации полученных амплитудных спектров использована теоретическая дислокационная модель Брюна. Средние значения сейсмических моментов и радиусов круговой дислокации за 2015 г. в пределах погрешностей их определения удовлетворяют средним долговременным зависимостям параметров от энергетического уровня землетрясений, полученным по аналоговым записям. Дается анализ полученных результатов.
Ключевые слова: амплитудный спектр, модель Брюна, спектральная плотность, угловая частота, сейсмический момент, радиус дислокации, сброшенное и кажущееся напряжения, подвижка по разрыву, радиационное трение.
ВВЕДЕНИЕ
Сейсмические процессы, протекающие в очагах и очаговых зонах землетрясений, являются следствием региональных и локальных тектонических процессов. Прямые количественные измерения напряжений и деформаций в структурах Черноморского бассейна практически невозможны, т. к. основные сейсмогенерирующие разрывные нарушения скрыты под толщей водного слоя. В этих условиях изучение напряженного состояния глубинной среды возможно косвенным методом по данным об очаговых параметрах, в частности, спектральных и динамических параметров очагов сильных и слабых землетрясений, восстанавливаемых по инструментальным записям сейсмических колебаний.
К динамическим параметрам очага относятся: скалярный сейсмический момент М0, радиус круговой дислокации r0, сброшенное напряжение Да, величина деформации сдвига s, кажущееся напряжение rja , величина радиационного трения
Даг, средняя подвижка по разрыву U (или величина дислокации), Еи - энергия образования дислокации в очаге. Для определения этих параметров используются количественные связи, установленные между теоретическими моделями источников и основными характеристиками амплитудных спектров объемных волн.
Ежегодное определение очаговых параметров землетрясений и их оперативное опубликование необходимо для изучения пространственно-временных свойств и особенностей в очаговых зонах местных землетрясений и их использования в задачах геодинамических исследований.
53
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Большинство местных землетрясений Крыма, зарегистрированных в 2015 году региональной сетью сейсмических станций, относится к слабым (энергетические классы КП < 7), непредставительным для региона сейсмическим событиям [1], зафиксированным только ближайшими к очаговой зоне сейсмостанциями. Для таких землетрясений основные параметры определены с меньшей надежностью и потому их записи не использованы для восстановления очаговых параметров. Для анализа в 2015 г. выбраны все наиболее значимые представительные сейсмические события года с КП>9.0, а также более слабые толчки менее изученных территорий региона, в том числе Судакско-Феодосийской зоны (район № 4). Пространственное расположение эпицентров 16 землетрясений с энергетическими классами КП=6.5-10.8, для которых определены очаговые параметры, даны на рисунке 1, а их основные параметры по данным сводной обработки в Крыму приведены в таблице 1.
31° ЗУ 33° 34° 35° 36° 37° .18° 39°
Рис. 1. Карта эпицентров землетрясений Крымско-Черноморского региона за 2015 г., для которых восстановлены очаговые параметры: 1 - энергетический класс КП; 2 - глубина очага; 3 - сейсмическая станции; 4 - граница районов; 5 - крупные города; 6 - государственная граница.
Наибольшее количество изученных землетрясений (5 событий) относится к Судакско-Феодосийской зоне региона (район № 4), четыре - к Алуштинской (район № 3), по три - к Азово-Кубанской (район № 7) и Керченско-Анапской зоне очагов (район № 5), одно - к Черноморской впадине (№ 9).
54
Таблица 1.
Основные параметры землетрясений Крыма за 2015 год, для которых восстановлены динамические параметры очагов
№ п/п Время возникновения землетрясения, t0 Координаты эпицентра Глубина очага, км Энергетический класс Магнитуда Район
месяц день с в ^ мин с о* k О £ 1 ю £ ю 1 1 ю MSH
1 1 4 14 43 6.5 44.85 35.05 0.05 25 2 6.5 0.4 2.2/4 0.1 4
2 3 17 6 54 58 45.73 35.82 0.02 17 2 8.7 0.2 3.0/4 0.15 7
3 3 18 9 47 25.1 45.34 37.63 0.07 35 6 9.3 0.2 3.3/4 0.1 3.0 5
4 4 9 18 47 12.7 44.49 35.72 0.05 12 5 7.7 0.4 2.7/3 0.05 4
5 5 4 16 19 54.4 44.43 35.84 0.02 12 2 7.3 0.1 2.5/2 0.1 4
6 5 21 20 52 34.8 43.38 35.01 0.05 7 5 9.0 0.4 3.1/6 0.2 9
7 6 13 11 54 14.8 46.47 35.16 0.07 11 7 10.8 0.2 3.6/7 0.15 3.7 7
8 6 29 2 47 37.4 44.78 36.24 0.04 14 3 8.7 0.3 2.9/4 0.2 5
9 7 5 13 23 34.1 45.74 36.69 0.09 18 10 9.9 0.2 3.5/8 0.2 3.4 7
10 8 16 22 38 0.2 44.56 37.39 0.05 7 4 10.8 0.3 3.7/5 0.1 3.8 5
11 8 29 4 53 49.7 44.51 34.42 0.01 20 2 9.5 0.5 3.3/6 0.1 3.0 3
12 8 29 5 2 12.3 44.52 34.41 0.01 21 2 9.0 0.3 3.1/3 0.1 2.7 3
13 8 30 2 51 48.1 44.46 34.47 0.04 18 4 7.7 0.5 2.6/4 0.1 3
14 8 30 10 47 24.1 44.60 35.4 0.02 11 4 9.3 0.4 3.1/7 0.2 2.9 4
15 8 30 23 44 44.6 44.67 35.24 0.05 27 10 7.3 0.2 2.6/2 0.1 4
16 9 23 2 53 4.2 44.53 34.59 0.01 35 2 9.0 0.5 3.1/5 0.1 2.7 3
*-Значения Mw даны по результатам настоящей работы (Табл. 3);
n - число индивидуальных определений, участвовавших в осреднении.
Для расчета амплитудных спектров и восстановления по ним динамических параметров очагов использовано 118 записей продольных (P) и поперечных (S) волн на сейсмических станциях «Алушта» (ALU), «Севастополь» (SEV), «Симферополь» (SIM), «Судак» (SUDU), для которых в 2015 году была проведена калибровка сейсмографов и рассчитаны амплитудно-частотные характеристики. Общая статистика использованного материала по каждой станции дана в таблице 2.
Таблица 2.
Статистика использованного материала
Сейсмическая станция % участия Количество спектров Количество записей объемных волн
P (Z) S ( N, E)
«Алушта» 69 24 3 21
«Севастополь» 75 29 5 24
«Симферополь» 44 18 4 14
«Судак» 100 47 15 32
55
Наибольшее количество спектров получено по записям сейсмических станций «Судак» и «Севастополь». Процент участия этих же станций в общей оценке динамических параметров отдельных землетрясений также наибольший, соответственно 100 % и 75 %. Меньше всего для анализа привлекались записи станции «Симферополь» (44 %), особенно для относительно слабых землетрясений, при которых сейсмические колебания часто осложнены высоким уровнем городских микросейсмических шумов. Большая часть динамических параметров очагов землетрясений восстановлена по характеристикам амплитудных спектров поперечных волн (5), амплитуды которых практически всегда в несколько раз превышают амплитуды продольных волн (Р).
Как и в предыдущем году [2], не использованы для анализа записи сейсмостанций «Феодосия» и «Керчь», которые расположены, соответственно, на мергелистых глинах и мшанковых известняках с пониженными прочностными свойствами и повышенным затуханием высоких частот. Сейсмические колебания от местных землетрясений на этих станциях не только осложнены микросейсмическим шумом, но и сложным образом искажены амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) среды, которую в настоящее время без специальных исследований корректно учесть пока не представляется возможным. Не использованы в данной работе также записи сейсмостанции «Ялта», в связи с недостаточным уровнем надежности оценки амплитудно-частотных характеристик сейсмографов.
2. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ АМПЛИТУДНЫХ СПЕКТРОВ
Для анализа отобраны только записи с четкими фазами объемных Р- и 5-волн, не осложненные микросейсмическим шумом с превышением полезного сигнала над фоном помех в два и более раза. Примеры таких записей даны на рисунке 2.
Амплитудные спектры поперечных волн (5) во всех случаях рассчитывались по двум горизонтальным составляющим записи (Ы-Б) и (Е-Ш), и вычислялся полный вектор колебаний, а продольных (Р) - по вертикальной составляющей (2). Относительная длительность т исследуемого участка записи принята равной интервалу времени от момента вступления 5- и Р-волн до времени спада их максимальных амплитуд Атах на уровень 73 Атах [3].
Станционные амплитудные спектры рассчитаны стандартным методом быстрого преобразования Фурье. Для интерпретации выбрана теоретическая дислокационная модели Брюна (га-2) [4], согласно которой амплитудный спектр объемной волны характеризуется тремя основными параметрами: спектральной плотностью О0 (х,/) в длиннопериодной части (при0), угловой частотой/0 (га 0) и углом наклона у—2.
Полученные амплитудные спектры записей землетрясений Крыма за 2015 г. уверенно аппроксимируются двумя прямыми: в длиннопериодной части спектра -прямой, параллельной оси частот, в области коротких периодов - наклонной прямой с угловым коэффициентом -2 (Рис. 3), что соответствует выбранной теоретической модели.
56
-КЯСШ1Е || 1 11
РТ2 П-' Г"|) <Ы И"3 1 1^4 I 1411 <1. 11 - ИЦШР J - 1к
а)
-
: СП ЛДХТМ-рУи м иV цщщ&г, , -----
-- ---ШИШ 7я
б)
Рис. 2. Примеры записей землетрясений 2015 г. по составляющим Z, N-S, Е-Ш (сверху вниз): а- 13 июня с КП =10.8 (№ 7 по таблице 1); б- 30 августа с КП =9.3 (№ 14 по таблице 1) соответственно на станциях «Алушта», Д=195 км и «Судак», Д=45 км.
Всего по записям объемных волн, отобранных для анализа шестнадцати землетрясений, рассчитано 118 амплитудных спектров по разным типам волн и составляющим записи на сейсмограмме. Ввиду многочисленности рассчитанных спектров их невозможно все представить в данной статье в полном объеме, потому на рисунке 3 приведены только характерные примеры для землетрясений по разным типам волн и отдельным станциям регистрации.
57
б П. м, с
№ 11'
1 г Л\ '
10 10 Г, Гц 10
№ 1. 2015-01-04 .: О. « с
10® Г. ГЧ
№ 2. 2015-03-17
о fi.ll' Г
ю-1 ю° юЧги
№ 3. 2015-03-08
П, ич
ю' тйНг*
№ 6. 2015-05-21
-С О.М-С
0 ю1 ГГц
п.
№ 7. 2014 -06-13
! ЁкУХЩ
■ Л.
ю1 юи ю'г.гп
№ 8. 2015-06-29
№ 9. 2015-07-05
ю1 г- г..
№ 10. 2015-08-16
58
а П..
10"Т
№ 11. 2015-08-29(04 ч)
а. л-с
г.
и гп . ! И)
1
М.1Г .
тй1 Г.гп
№ 14. 2015-08-30(10ч)
Л|Д .
г№г
%
10"' 10° Щ,1 *
№ 12. 2015-08-29(05 ч) № 13. 2015-08-30(02 ч)
О, м-
81М, V.
I1 '
Ю-1 10° Ю1 ГГц
№ 15. 2015-08-30(23ч)
ти° зп" /.Гп
№ 16. 2015-09-23
Рис. 3. Примеры амплитудных спектров объемных сейсмических волн землетрясений Крыма за 2015 г. по записям региональных цифровых сейсмостанций и их аппроксимация в рамках теоретической модели Брюна. Номера и даты землетрясений соответствуют таковым в таблице 1.
3. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОЧАГА
Для восстановления очаговых параметров в рамках дислокационной модели Брюна [4] используются две главные характеристики амплитудных спектров: спектральная плотность О0, которая пропорциональна скалярному сейсмическому моменту М0 (1) и угловая частота /0, прямо связанная с размером дислокации г0 (2).
М0 = О 0(4лр-Г3)/Я 0ф-О (А, к) • С (ю) • Бш/ (1),
где: О 0- максимальное значение спектральной плотности при ю ^ 0; V -скорость распространения объемной волны; р - плотность пород в окрестности очага, Яву -направленность излучения из очага на станцию регистрации; О(А, к) -
59
поправка за геометрическое расхождение; С (га) - частотная характеристика среды под станцией, Бжф — поправка за неупругое затухание в мантии.
Методика учета всех этих факторов при переходе от станционного спектра к спектру источника подробно изложена в работах [3, 5, 6] и не изменилась по сравнению с предыдущими годами.
Для дислокационной модели Брюна с разрывом в виде круга радиус дислокации г0 вычисляется по угловой частоте f0 по формуле:
г0 = 2.34-^- (2),
0 2я/0 ' '
По найденным значениям сейсмического момента М0 и размеров разрыва г0 с использованием формул из работ [3, 4, 5, 7, 8] определены другие динамические параметры очагов: сброшенное напряжение Дст, величина деформации сдвига е, кажущееся напряжение Г)7, величина радиационного трения Д7Г, средняя
подвижка по разрыву и (или величина дислокации), энергия образования дислокации в очаге Еи и моментная магнитуда Мм (Табл. 3). Моментная магнитуда рассчитана по индивидуальным оценкам сейсмических моментов М0 с использованием формулы Канамори [9]:
Мм =2/3-1§ М0-10.7 (3),
Мм =2/3-(1§ М0+7)-10.7 (4),
где: М0 имеет размерность дин-см(3) и Н-м (4), соответственно в СГС и СИ.
Большинство динамических параметров получено по группе независимых станционных определений. Только для двух слабых сейсмических толчков (№ 5 и № 15) энергетическим классом КП =7.3, произошедших в Судакско-Феодосийской зоне, динамические параметры рассчитаны по записям Р- и 5-волн на ближайшей к очагу станции «Судак».
Вычисление средних значений параметров и стандартных отклонений выполнено по станционным определениям с учетом логнормального закона распределения величин [3]. Поскольку станционные значения радиационного трения Даг получились отрицательными или знакопеременными, то их среднее значение вычислено по среднегеометрическим для данного очага напряжениям Да и г}<7 по формуле 5 [7]:
Даг =1/2 Да -ца (5).
В этом случае графа «стандартное отклонение» в таблице 3 не заполнялась. Среднее значение моментной магнитуды Мм определено как среднее арифметическое с соответствующей погрешностью.
Результаты расчета станционных и средних для землетрясения спектральных и динамических параметров представлены в таблице 3. Для каждой станции указаны
60
эпицентральное расстояние Д, км, тип использованной волны (Р, 5) и составляющая записи, где (Ы+Е) означает полный вектор колебаний по Ы+Б и Е-Ш.
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Количественные параметры амплитудного станционного спектра существенно зависят от энергии в очаге, направленности излучения на станцию регистрации, от свойств глубинной среды на пути распространения сейсмических волн и под станцией регистрации, а также от ряда факторов, которые трудно учесть. Поэтому для надежных оценок очаговых параметров очагов землетрясений Крыма за 2015 год использованы не только записи нескольких станций, но и разных типов волн. В осреднении очаговых параметров участвовало от двух до восьми станционных определений, что обеспечило в основном малую величину стандартного отклонения 5Х, показателя степени рассеяния индивидуальных оценок.
Таблица 3.
Спектральные и динамические параметры очагов землетрясений Крыма за 2015 год
Станция Волна Составляющая < и со О О а и со О о а н £ 3 ¡4 "о 5 о 5 1Ъ 1 О СО 3 о 'Я 5- 1Ь 6 р 5. 'о о < 4 со 0 1 5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
№ 1. 4 января, <0=14 ч 43 мин 6.5 с; ф = 44.85°, Х= 35. 05°; к = 25 км; КП=6.5
АЬи Б Ы+Е 264 1.2 1.6 10.5 0.88 0.67 2.2 0.14 2.85 -2.5 1.2 3.28
БЕУ Р 2 323 0.008 4.8 6.22 0.51 2.03 6.76 0.25 4.82 -3.8 2.1 3.13
БЕУ Б Ы+Е 323 0.065 2.6 9.65 0.54 2.62 8.73 0.35 3.11 -1.8 4.2 3.26
БШи Б Ы+Е 212 0.26 2.2 21.5 0.61 4.16 1.39 0.61 1.4 0.7 14.9 3.49
X - среднее значение 10.8 0.6 2 3.67 0.29 2.78 -1.78 3.54 3.3
стандартное отклонение 0.11 0.05 0.17 0.19 0.13 0.11 0.24 0.1
№ 2. 17 марта, < 0=6 ч 54 мин 58 с; ф = 45.73°, X = 35. 82°; к = 17 км; КП =8.7
АЬи Б Ы+Е 161 0.18 3 8.17 0.45 4.01 13.4 0.43 1.3 0.7 5.46 3.21
БЕУ Б Ы+Е 213 0.02 5 1.69 0.27 3.83 12.8 0.25 6.3 -4.4 1.08 2.76
БШи Р 2 113 0.01 4.2 3.37 0.55 0.61 2.03 0.08 4.5 -4.2 0.24 2.85
БШи Б Ы+Е 113 0.097 2.3 4.39 0.58 0.97 3.23 0.14 2.4 -1.94 0.71 0.03
X - среднее значение 3.78 0.44 1.74 5.79 0.19 3.1 -2.23 1 3.0
стандартное отклонение 0.14 0.08 0.21 0.21 0.16 0.15 0.28 0.15
__ _____ Продолжение таблицы 3.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16
61
Продолжение таблицы 3.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16
№ 3. 18 марта, ¿0=09 ч 47 мин 25.1 с; ф = 45.34°, X = 37. 63°; к = 35 км; КП =9.3
АЬи Б М+Е 264 1.2 1.6 10.5 0.88 0.67 2.2 0.14 2.85 -2.5 1.2 3.28
БЕУ Р г 323 0.008 4.8 6.22 0.51 2.03 6.76 0.25 4.82 -3.8 2.1 3.13
БЕУ Б М+Е 323 0.065 2.6 9.65 0.54 2.62 8.73 0.35 3.11 -1.8 4.2 3.26
БШи Б М+Е 212 0.26 2.2 21.5 0.61 4.16 1.39 0.61 1.4 0.7 14.9 3.49
X - среднее значение 10.8 0.6 2 3.67 0.29 2.78 -1.78 3.54 3.3
стандартное отклонение 0.11 0.05 0.17 0.19 0.13 0.11 0.24 0.1
№ 4. 9 ап| теля. <0=18 ч 47 мин 12.7 с; ф = 44.49°, X = 35. 72°; к = 12 км; КП =7.7
АЬи Б М+Е 107 0.65 3 1.65 0.42 0.96 3.2 0.09 0.81 -0.33 0.27 2.75
БШи Р г 73 0.009 5 1.2 0.45 0.59 1.96 0.06 0.12 -0.83 0.12 2.66
БШи Б М+Е 73 0.78 2.8 1.3 0.40 0.89 2.98 0.09 1.03 -0.59 0.19 2.68
X - среднее значение 1.37 0.42 0.8 2.65 0.08 0.46 -0.06 0.18 2.7
стандартное отклонение 0.04 0.01 0.07 0.07 0.06 0.3 0.1 0.03
№ 5. 4 мая, <о=16 ч 19 мин 54.4 с; ф = 44.43°, X = 35. 84°; к = 12 км; КП =7.3
БШи Р г 84 0.003 5.8 0.46 0.39 0.35 1.17 0.03 1.46 -1.29 0.03 2.38
БШи Б М+Е 84 0.03 3.8 0.84 0.33 0.99 3.3 0.08 0.8 -0.31 0.14 2.55
X - среднее значение 0.62 0.36 0.59 2 0.05 1.1 -0.81 0.06 2.5
стандартное отклонение 0.13 0.04 0.23 0.23 0.21 0.13 0.33 0.1
№ 6. 21 мая, <0=20 ч 52 мин 34.8 с; ф = 43.38°, X = 35. 01°; к = 7 км; КП =9.0
АЬи Р г 153 0.012 4 2.4 0.56 0.6 2.0 0.08 7.44 -7.14 0.24 2.86
АЬи Б М+Е 153 0.3 2.4 10.9 0.53 3.25 10.8 0.42 1.64 -0.09 5.92 3.29
БЕУ Б М+Е 168 0.08 2.25 2.86 0.50 1.02 3.4 0.13 6.26 -5.75 0.49 2.91
Б1М Б М+Е 189 0.5 1.9 10.1 0.59 2.17 7.24 0.31 1.77 -0.07 3.65 3.27
БиБи Р г 168 0.045 3.1 7.44 0.6 1.5 5.0 0.22 2.4 -1.65 1.86 3.18
БиБи Б М+Е 168 0.32 2 11.4 0.51 3.81 12.7 0.47 1.56 0.34 7.26 3.31
X - среднее значение 6.32 0.54 1.7 5.69 0.23 2.82 -1.97 1.8 3.1
стандартное отклонение 0.12 0.01 0.13 0.13 0.12 0.12 0.25 0.2
№ 7. 13 июня, <0=11 ч 54 мин 14.8 с; ф = 46.47°, X = 35. 16°; к = 11 км; К П =10.8
АЬи Б М+Е 195 1.2 2.2 59.1 0.58 13.6 45.2 1.89 8.05 -1.27 134 3.78
БЕУ Р г 233 0.02 5.2 9.7 0.45 4.73 15.8 0.51 4.9 -4.66 7.7 3.26
БЕУ Б М+Е 233 0.18 3 14.1 0.42 8.18 27.3 0.84 33.8 -29.7 19.2 3.37
Б1М Р г 177 0.2 3.7 32.4 0.6 6.44 21.5 0.94 14.7 -11.4 34.9 3.61
Б1М Б М+Е 177 1.6 1.9 47.2 0.67 6.98 23.3 1.13 10.1 -6.58 55 3.72
БиБи Р г 162 0.2 3.2 59.3 0.70 7.61 25.4 1.29 8.02 -4.22 75.2 3.79
БиБи Б М+Е 162 0.81 2.0 43.7 0.63 7.53 25.1 1.16 10.9 -7.12 54.8 3.7
X - среднее значение 31.68 0.57 7.52 25.1 1.04 10.8 -7.04 39.7 3.6
стандартное отклонение 0.12 0.03 0.03 0.06 0.07 0.07 0.15 0.2
№ 8. 29 июня, <0=02 ч 47 мин 37.4 с; ф = 44.78°, X = 36.24°; к = 14 км; КП =8.7
АЬи Б М+Е 146 0.3 3 10.5 0.42 6.08 20.5 0.61 1.0 2.02 10.6 3.28
БЕУ Б М+Е 204 0.018 3.2 1.23 0.40 0.87 2.9 0.08 8.7 -8.24 0.18 2.66
БиБи Р г 95 0.01 4.6 1.81 0.49 0.69 2.31 0.08 5.87 -5.52 0.21 2.78
БиБи Б М+Е 95 0.12 2.9 3.96 0.44 0.21 6.94 0.22 2.69 -1.65 1.57 3.0
X - среднее значение 3.10 0.44 0.94 5.56 0.17 3.42 -2.95 0.89 2.9
62
Продолжение таблицы 3.
1|2| 3 |4|5|6|7 8 9 10 | 11 12 13 14 15 16
стандартное отклонение 0.21 0.02 0.3 10.22 0.21 0.21 0.4 0.2
№ 9. 5 июля, ¿о=13 ч 23 мин 34.1 с; ф = 45.74°, X = 36.69°; к = 18 км; К т =9.9
АЬи Р 2 214 0.01 3.6 3.16 0.65 0.51 1.7 0.08 26.8 -26.5 0.27 2.94
АЬи Б Ы+Е 214 1.0 2.2 60.3 0.61 11.7 38.9 1.72 1.4 4.43 117.0 3.79
БЕУ Р 2 271 0.015 5 8.41 0.47 3.65 12.2 0.41 10.1 -8.24 5.1 3.22
БЕУ Б Ы+Е 271 0.14 3.6 15.0 0.37 12.7 42.3 1.15 5.64 0.71 31.7 3.39
Б1М Р 2 219 0.09 4.2 20.5 0.55 5.27 17.6 0.71 4.12 -1.49 18.0 3.48
Б1М Б Ы+Е 219 1.22 2.2 53.1 0.61 10.3 34.2 1.52 1.59 3.54 90.9 3.75
БИБи Р 2 162 0.07 3.8 23.4 0.61 4.46 14.9 0.66 3.61 -1.36 17.4 3.52
БИБи Б Ы+Е 162 0.67 2.1 42.9 0.64 7.21 24.0 1.12 1.97 1.63 51.5 3.69
X - среднее значение 20.1 0.56 5.13 17.1 0.69 4.21 -1.65 17.2 3.5
стандартное отклонение 0.15 0.03 0.16 0.16 0.15 0.15 0.3 0.2
№ 10. 16 августа, <0=22 ч 38 мин 0.2 с; ф = 44.56°, X = 37.39°, к = 7 км; КП =10.8
АЬи Б Ы+Е 237 1.0 1.7 78.8 0.74 8.35 27.8 1.51 6.06 -1.86 110 3.87
БЕУ Б Ы+Е 294 0.2 2.1 19.6 0.60 3.01 13 0.57 24.3 -22.3 12.8 3.45
Б1М Б Ы+Е 262 1.56 1.5 68.1 0.84 4.96 16.5 1.01 6.98 -4.51 56.2 3.83
БИБи Р 2 193 0.08 3.6 28.2 0.62 5.16 17.2 0.78 16.9 -14.3 24.3 3.57
БИБи Б Ы+Е 193 0.75 2.2 48.1 0.58 11.0 36.6 1.54 9.88 -4.36 88.6 3.72
X - среднее значение 42.7 0.67 5.89 20.6 1.01 11.1 -8.2 44.3 3.7
стандартное отклонение 0.11 0.03 0.1 0.08 0.08 0.11 0.18 0.1
№ 11. 29 августа, <0=04 ч 53 мин 49.7 с; ф = 44.51°, X = 34.42°; к = 20 км; КП =9.5
БЕУ Р 2 59 0.05 4.2 6.49 0.55 1.67 5.56 0.22 6.53 -5.69 1.81 3.14
БЕУ Б Ы+Е 59 0.3 2.9 7.44 0.46 3.3 11.0 0.37 5.69 -4.04 4.09 3.18
БиБи Р 2 62 0.08 4 10.2 0.58 2.27 7.55 0.32 4.15 -3.02 3.85 3.28
БиБи Б Ы+Е 62 0.47 2.8 11.5 0.48 4.57 15.2 0.53 3.7 -1.42 8.72 3.31
Б1М Р 2 54 0.3 2.95 17.8 0.79 1.58 5.27 0.3. 2.38 -1.59 4.69 3.44
Б1М Б Ы+Е 54 1.6 1.6 18.1 0.84 1.35 4.49 0.27 2.34 -1.67 4.06 3.44
X - среднее значение 11.1 0.6 2.23 7.41 0.32 3.83 -2.7 4.1 3.3
стандартное отклонение 0.08 0.04 0.08 0.08 0.05 0.08 0.09 0.1
№ 12. 29 августа, <0=05 ч 2 мин 12.3 с; р = 44.52°, X = 34.41°; к = 21 км; Кп =9.0
БЕУ Б Ы+Е 58 0.19 2.9 4.63 0.46 2.05 6.84 0.23 4.59 -3.56 1.58 3.05
БиБи Р 2 62 0.04 4.5 5.1 0.52 1.61 5.38 0.2 4.16 -3.36 1.37 3.08
БиБи Б Ы+Е 62 0.42 2.8 10.2 0.48 4.08 13.6 0.47 2.07 -0.03 6.96 3.28
X - среднее значение 6.22 0.49 2.38 7.94 0.29 3.41 -2.22 2.5 3.1
стандартное отклонение 0.11 0.02 0.12 0.12 0.11 0.11 0.23 0.1
№ 13. 30 августа, <0=02 ч 51 мин 48.1 с; ф = 44.46°, X = 34.47°; к = 18 км; КП =7.7
БЕУ Б Ы+Е 63 0.017 3.5 0.44 0.38 0.34 1.13 0.03 3.07 -2.9 0.025 2.36
АЬи Б Е 25 0.21 3 1.5 0.45 0.74 2.45 0.08 0.89 -0.5 0.18 2.72
БиБи Р 2 63 0.0042 5.8 0.54 0.4 0.37 1.23 0.04 2.46 -2.3 0.034 2.43
БиБи Б Ы+Е 63 0.042 2.9 1.04 0.46 0.46 1.54 0.05 1.29 -1.0 0.08 2.61
X - среднее значение 0.78 0.42 0.45 1.51 0.05 1.72 -1.5 0.06 2.5
стандартное отклонение 0.12 0.02 0.08 0.08 0.09 0.12 0.19 0.1
№ 14. 30 августа, <0=10 ч 47 мин 24.1 с; ф = 44.60°, X = 35.4°; к = 11 км; КП =9.3
63
Продолжение таблицы 3.
1 2 3 1 4 5 6 7 8 9 10 | 11 12 13 14 15 16
АЬи Б М+Е 79 0.71 2.3 13.4 0.55 3.51 11.7 0.47 2.24 -0.5 7.84 3.35
БЕУ Р 2 136 0.01 4.8 2.5 0.47 1.08 3.61 0.12 12 -11.5 0.45 2.87
БЕУ Б М+Е 136 0.04 3.2 1.82 0.40 1.28 4.28 0.12 16.5 -15.9 0.39 2.79
БШи Р 2 45 0.11 4.4 6.49 0.51 2.17 7.23 0.27 4.62 -3.5 2.35 3.14
БШи Б М+Е 45 1.05 2.3 15.8 0.55 4.14 13.8 0.55 1.9 0.17 10.9 3.4
Б1М Б М+Е 109 0.46 2.5 8.4 0.51 2.84 9.47 0.35 3.56 -2.14 4.0 3.22
X - среднее значение 6.12 0.5 2.23 7.45 0.27 4.9 -3.8 2.28 3.1
стандартное отклонение 0.16 0.02 0.1 0.1 0.12 0.16 0.25 0.2
№ 15. 30 августа, ¿0=23 ч 44 мин 44.6 с; <р = 44.67°, X = 35.24°; к = 27 км; КП =7.3
БШи Р 2 31 0.07 6.0 0.56 0.39 0.42 1.39 0.04 1.2 -1.0 0.04 2.43
БШи Б М+Е 31 0.093 3.7 1.42 0.36 1.3 4.34 0.11 0.47 0.18 0.31 2.7
X - среднее значение 0.89 0.37 0.74 2.46 0.07 0.75 -0.38 0.11 2.6
X-среднее значение 0.2 0.02 0.25 0.25 0.22 0.2 0.44 0.1
№ 16. 23 сентября, <0=02 ч 53 мин 4.2 с; ф = 44.53°, X = 34.59°; к = 35 км; Кп =9.0
БЕУ Б М+Е 72 0.07 3.3 2.77 0.43 1.54 5.12 0.16 7.66 -6.9 0.71 2.9
БШи Р 2 51 0.09 4.6 14.5 0.53 4.16 13.9 0.54 1.46 0.62 10.1 3.38
БШи Б М+Е 51 0.27 2.8 8.31 0.51 2.82 9.39 0.34 2.55 -1.15 3.9 3.22
Б1М Р 2 60 0.07 4.2 6.35 0.59 1.39 4.62 0.2 3.34 -2.65 1.47 3.14
Б1М Б М+Е 60 0.3 3.1 5.2 0.46 2.39 7.97 0.27 4.09 -2.89 2.07 3.08
X - среднее значение 6.43 0.5 2.27 7.55 0.28 3.3 -2.2 2.43 3.1
стандартное отклонение 0.12 0.02 0.09 0.09 0.09 0.12 0.2 0.1
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 5г0 = 0.01^0.0.2. Стандартные отклонения по другим параметрам для большинства землетрясений менее 5Х<0.2. Уверенно определены средние значения моментных магнитуд Мм> с погрешностью не выше ±0.2, с преобладанием 5 Мм> ±0.1. Для магнитудных оценок это достаточно высокая точность.
Наибольшие значения динамических параметров (М0, г0, До, £, Га , и, Ей и Мм>) получены для двух наиболее сильных землетрясений 13 июня (№ 7) и 16 августа (№ 10) с Кп =10.8, произошедших в Азово-Кубанском и Керченско-Анапском районах на глубинах, соответственно, И = 11 км и И = 7 км. В целом, с ростом энергетического уровня землетрясений количественные значения динамических параметров очагов увеличивались в пределах разброса измеряемых величин. Радиационное трение Дог для всех исследованных землетрясений имело отрицательное значение, указывая на сложное скольжение разрыва в очаге за счет неравномерного распределения прочностных свойств глубинной среды в очаговых зонах. Во всем диапазоне энергий средняя величина сброшенных напряжений не превысила До= 8105 Па (8 бар), а кажущихся напряжений г/о < 12 105 Па (12 бар).
Анализ станционных определений по данным за 2015 год показал, что значения сейсмических моментов М0 и, соответственно, моментной магнитуды Мм>,
64
восстановленные по записям станции «Севастополь», как по продольным, так и поперечным волнам во всех случаях получились существенно ниже, чем по записям станции «Судак» и «Симферополь». В дальнейшем предполагается на статистически значимом материале установить, являются ли эти станционные отклонения систематическими для всех очаговых зон и глубин очагов для введения соответствующих поправок или есть технические ошибки в расчетах амплитудно-частотных характеристик регистрирующей цифровой аппаратуры на станции.
Сравнение полученных в 2015 г. динамических параметров очагов со средними их долговременными величинами [10], как и в предыдущие годы [2, 11, 12], проведено только для сейсмического момента М0 и радиуса круговой дислокации г0 (Рис. 4). Эти параметры определяются непосредственно по спектрам записей сейсмических колебаний на станциях регистрации, а остальные параметры вычисляются по их значениям. Для сравнения использованы зависимостиМ0 (КП) и г0 (КП) [10].
1§Мо = 0.645(±0.027)- Кп + 15.142(±0.271), р=0.99 1§ Г0 = 0.112(±0.011)- Кп - 1.293(±0.107), р=0.93,
где: р - коэффициент корреляции.
а б
Рис. 4. Сравнение динамических параметров очагов землетрясений Крыма за 2015 г.: а - сейсмического момента М0 и б - радиуса круговой дислокации г0 с долговременными зависимостями М0(КП) и г0(КП), 1 - экспериментальные данные за 2015 г. Пунктиром обозначены пределы погрешностей долговременных зависимостей [10].
Из рисунка 4 наглядно видно, что для большинства землетрясений 2015 г. средние значения М0 и г0 находятся в пределах доверительных областей долговременных зависимостей М0(КП), г0КП). При этом значения г0 были равномерно распределены относительно регрессии г0КП), а М0 - в основном располагались ниже средней зависимости М0(КП). Наибольшее отличие М0 от долговременных параметров по зависимости М0(КП) получены для наиболее сильных землетрясений: 13 июня (№ 7), и 16 августа (№ 10) с КП =10.8. Эти отклонения могут быть связаны как с участием в осреднении М0 данных по станции «Севастополь», дающей заниженные значения М0, так и с возможными ошибками в
65
определении глубин очагов краевых зон региона (h = 11 км и h = 7 км. соответственно), влияющих на выбор скоростных моделей среды для расчета M0. Как следует из формулы (1), точность оценок M0 существенно зависит от корректности задания условий модели среды в районе очага и пути распространения сейсмических волн. Так, отнесение гипоцентра к верхней части земной коры или нижней (при ошибке Sh=5—10 км) может привести к различиям в сейсмическом моменте почти в 2 раза. Кроме того, невозможно точно учесть не только многообразие физических свойств среды на пути распространения сейсмических колебаний и в верхней толще пород под станциями регистрации, но также направленности излучения без знания механизма очагов для слабых землетрясений.
Список литературы
1. Свидлова В. А., Сыкчина З. Н., Пасынков Г. Д. Оценка представительности землетрясений Крыма по материалам цифровых станций // Сейсмологический бюллетень Украины за 2009 год. Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2011. С. 65-67.
2. Пустовитенко Б. Г., Эреджепов Э. Э. Спектральные и динамические параметры очагов землетрясений Крыма 2014 года // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия «География». 2014. Т 27 (66). № 4. С. 70-86
3. Пустовитенко Б. Г., Пантелеева Т. А. Спектральные и очаговые параметры землетрясений Крыма. Киев: Наукова думка, 1990. 251 с.
4. Brune I. V. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // Journal Geophysical Research. 1970, v.75, no. 26, pp. 4997-5009.
5. 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. С. 66-79.
6. 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 определения динамических параметров очагов землетрясений. Унификация исходных данных и процедуры расчета амплитудных спектров // Вулканология и сейсмология. 1985. № 2. С. 60-70.
7. Костров Б. В. Механика очага тектонического землетрясения. М.: Наука, 1975. 179 с.
8. Кейлис-Борок В. И. Исследование источников, приближенно эквивалентных очагам землетрясений // Труды Геофизического Института АН СССР. 1959. № 9 (136). С. 20-42.
9. Hanks T. С., Kanamori H. A. Moment magnitude scale // Journal Geophysical Research. 1979, v. 84, no. 35, pp. 2348-2350.
10. Пустовитенко Б. Г., Пустовитенко А. А., Капитанова С. А., Поречнова Е. И. Пространственные особенности очаговых параметров землетрясений Крыма // Сейсмичность Северной Евразии. Обнинск: ГС РАН, 2008. С. 238-242.
11. Пустовитенко Б. Г., Калинюк И. В., Мержей Е. А, Пустовитенко А. А. Спектральные и динамические параметры очагов землетрясений Крыма 2012 года // Сейсмологический бюллетень Украины за 2012 год. Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2013. С. 11-21.
12. Пустовитенко Б. Г., Мержей Е. А., Пустовитенко А. А., Калинюк И. В. Очаговые параметры землетрясений Крыма 2013 года // Сейсмологический бюллетень Украины за 2013 г. Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2014. С. 12-21.
66
nycmoeumeuKO E. r., Spedwenoe 3. 3.
SPECTRAL AND DYNAMIC PARAMETERS OF THE FOCI OF 2015 CRIMEAN EARTHQUAKES Pustovitenko B. G., Eredzhepov E. E.
V. I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Russia E-mail: bpustovitenko@mail. ru
The spectral and dynamic source parameters ((M0, r0, Act, s, no, A, ü, Eu u Mw)) of 16 Crimean earthquakes with KQ = 6.5-10.8, restored by 118 amplitude spectra of longitudinal and transverse seismic waves recorded by digital regional seismic stations have been shown. Approximation of the spectra and the source dynamic parameters calculation based on their parameters has been performed in the framework of the the Brune dislocation model. The best convergence station definitions were obtained for the radius of the circular dislocation, the size of which does not explicitly depend on the orientation of the radiation energy from the source and environmental conditions under the registration station. The degree of dispersion of individual determinations r0 for the majority of the studied earthquakes ranged 5 r0 = 0.01 + 0.0.2. The standard deviation of the other parameters for the majority of earthquakes less 5X <0.2. Surely determined average values of moment magnitude Mw with an error no greater than ± 0.2, with a predominance of 5 Mw ±
0.1. For estimates of the magnitude Mw is fairly high accuracy.
The highest values of dynamic parameters (M0, r0, Act, s, íjct , ü, Eu u Mw) have been obtained for the earthquakes on 13 June and 16 August with KQ =10.8, which occurred in the Azov-Kuban and Kerch-Anapa areas at depths, respectively, h = 11 km and h = 7 km. In general, with increasing energy values of dynamic parameters of earthquake foci increased. The radiation friction Act,, for all the earthquakes had a negative value, pointing to complex slide of the rupture in the source to the uneven distribution of the strength properties of depth media in the focal areas.
In the whole energy range, the average value of the released stress did not exceed Ao= 8105 PA (8 bar) and perceived stress íjct < 12 105PA (12 barFor most 2015 earthquakes, the average M0 u r0 values were within the confidence regions of long-term dependencies M0(KQ), r0(KQ). The values of r0 were evenly distributed about the regression r0(KQ) and M0 is mostly located below the average according to M0 (KQ). The biggest difference of M0 from the long-term parameters depending on the M0 (KQ) were obtained for the most strong earthquakes: June 13, and August 16 with KQ =10.8. These deviations can be associated with participation in the M0 data averaging of the station "Sevastopol", which gives low values of M0 and possible errors in determining the depths of foci influencing the choice of velocity models of the environment to calculate M0.
Keywords: amplitude spectrum, Bruno model, spectral density, the angular frequency, seismic moment, dislocation radius, apparent stress drop, radiation friction.
References
1. Svidlova V. A., Sykchina Z. N., Pasynkov G. D. Ocenka predstavitel'nosti zemletryasenij Kryma po materialam cifrovyh stancij (Evaluation of the Crimean earthquakes representativeness by the materials
67
of the digital stations). Sejsmologicheskij byulleten Ukrainy za 2009 god. Sevastopol: NPC «EHKOSI-Gidrofizika», 2011, pp. 65-67 (in Russian).
2. Pustovitenko B. G., Ehredzhepov E. E. Spektral'nye i dinamicheskie parametry ochagov zemletryasenij Kryma 2014 goda (Spectral and dynamic parameters of the foci of 2014 Crimean earthquakes). Uchenye zapiski Tavricheskogo nacional'nogo universiteta im. V. I. Vernadskogo. Seriya «Geografiya. 2014, v. 27(66), no. 4, pp. 70-86 (in Russian).
3. Pustovitenko B. G., Panteleeva T. A. Spektral'nye i ochagovye parametry zemletryasenij Kryma (Spectral and focal parameters of earthquakes of the Crimea). Kiev: Naukova dumka, 1990, pp. 251 (in Russian).
4. Brune I. V. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // Journal Geophysical Research. 1970, v.75, no. 26, pp. 4997-5009 (in English).
5. 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 P-voln v zadache opredeleniya dinamicheskih parametrov ochagov zemletryasenij. Perekhod ot stancionnogo spektra k ochagovomu i raschet dinamicheskih parametrov ochaga (Spectra of P-waves in the problem of determining the dynamic parameters of earthquake sources. The transition from station to focal range and the calculation of dynamic source parameters). Vulkanologiya i sejsmologiya. 1989, no. 2, pp. 66-79 (in Russian).
6. 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 P-voln v zadache opredeleniya dinamicheskih parametrov ochagov zemletryasenij. Unifikaciya iskhodnyh dannyh i procedury rascheta amplitudnyh spektrov (Spectra of P-waves in the problem of determining the dynamic parameters of earthquake sources. Harmonization of raw data and the procedure of calculating the amplitude spectra). Vulkanologiya i sejsmologiya. 1985, no. 2, pp. 60-70 (in Russian).
7. Kostrov B. V. Mekhanika ochaga tektonicheskogo zemletryaseniya (Mechanics of the tectonic earthquake focus). Moscow: Nauka, 1975, 179 p. (in Russian).
8. Kejlis-Borok V. I. Issledovanie istochnikov, priblizhenno ehkvivalentnyh ochagam zemletryasenij (Study of the sources, approximately equivalent to the foci of earthquakes). Trudy Geofizicheskogo Instituta AN SSSR. 1959, no. 9 (136), pp. 20-42 (in Russian).
9. Hanks T. C., Kanamori H. A. Moment magnitude scale // Journal Geophysical Research. 1979, v. 84, no. 35, pp. 2348-2350 (in English).
10. Pustovitenko B. G., Pustovitenko A. A., Kapitanova S. A., Porechnova E. I. Prostranstvennye osobennosti ochagovyh parametrov zemletryasenij Kryma (Spatial features of focal parameters of earthquakes in the Crimea). Sejsmichnost' Severnoj Evrazii. Obninsk: GS RAN, 2008, pp. 238-242 (in Russian).
11. Pustovitenko B. G., Kalinyuk I. V., Merzhej E. A, Pustovitenko A. A. Spektral'nye i dinamicheskie parametry ochagov zemletryasenij Kryma 2012 goda (Spectral and dynamic parameters of the foci of earthquakes of the Crimea in 2012). Sejsmologicheskij byulleten' Ukrainy za 2012 god. Sevastopol: NPC «EHKOSI-Gidrofizika», 2013, pp. 11-21 (in Russian).
12. Pustovitenko B. G., Merzhej E. A., Pustovitenko A. A., Kalinyuk I. V. Ochagovye parametry zemletryasenij Kryma 2013 goda (Focal parameters of earthquakes of the Crimea in 2013). Sejsmologicheskij byulleten' Ukrainy za 2013 g. Sevastopol: NPC «EHKOSI-Gidrofizika», 2014, pp. 12-21 (in Russian).
Поступила в редакцию 15.11.2016 г.
68
