CC BY
16УДК 550.34.1 Мамыров Э., Маханькова В.А., Мозолева Е.Л.,
Молдобекова С., Хан В.В.
Институт сейсмологии НАН КР, г. Бишкек, Кыргызстан
ВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕГИОНА АЛАЙ-КАШГАР
Аннотация: В работе рассмотрена периодичность сейсмического режима региона Алай-Кашгар Южного Тянь-Шаня в пределах координат ф = 38.5° -39.4° (запад) - 38.5°- 41° (восток) и X = 69° - 76° и дан прогноз ожидаемых периодов повышения уровня сейсмической опасности до 2020 г. По инструментальным данным впервые установлено, что в сейсмическом режиме региона Алай-Кашгар наиболее устойчивой длиннопериодной группой гармоник являются 22-27-летние составляющие с максимальной амплитудой и со средним периодом 24 года.
Ключевые слова: сейсмический режим, периодичность, сейсмическая опасность, сейсмокатастрофа.
АЛАЙ-КАШГАР РЕГИОНУНУН СЕЙСМИКАЛЫК РЕЖИМИНИН УБАКТЫЛУУ ОЗГОРУШТОРУ
Кыскача мазмуну: TYfflTYK Тянь-Шандын ф = 38.5° -39.4° (батыш) - 38.5° - 41° (чыгыш), X = 69° - 76° координаттар чегиндеги Алай-Кашгар аймагындагы сейсмикалык режимдин убактылуу eзгepYЛYштepY каралган жана 2020-жылга чейинки кYTYЛгeн сейсмикалык коркунуч децгээлинин кeтepYЛYY мезгилинин болжолдоо убактысы берилген. Инструменталдык малыматтар боюнча алгачкы жолу Алай-Кашгар регионунун сейсмикалык режиминде эц туруктуу узун мeзгилдYY гармониктер тобу болуп максималдык амплитудагы 22-27 жылдыктары жана 24 жылдык орточо мeзгилдYYлePY экендиги белгиленген.
Негизги создор: сейсмикалык режим, мезгили сейсмикалык коркунуч, сейсмикалык такалануу.
TEMPORAL VARIATIONS IN SEISMIC CONDITIONS OF THE
ALAY-KASHGAR REGION
Abstract: In the paper the periodicity of the seismic conditions of Alay-Kashgar area of Southern Tien Shan within the coordinates of ф = 38.5° -39.4° (West) - 38.5°- 41° (East) and X = 69° - 76° was considered, and the prediction of the expected periods of seismic hazard increasing until 2020 was given. For the first time it was found that according to the instrumental data in the seismic conditions of the Alay-Kashgar region the most stable group of long-period harmonics are 22-27-year-old components with the maximum amplitude and the average time period of 24 years.
Keywords: seismic regime, periodicity, seismic hazard, seismic accident.
Введение. Общие закономерности. В настоящее время при анализе сейсмического режима и прогнозах возможных крупных сейсмокатастроф в пределах отдельных сейсмоактивных зон особый интерес вызывают вопросы периодичности активизации сейсмических процессов. Обзоры многочисленных публикаций по данной проблеме и неоднократные поиски параметров периодичности сейсмического режима в глобальном и региональном уровнях рассмотрены в работах [1-7].
По мнению многих исследователей, указанные периодичности могут быть вызваны как внешними космическими причинами, так и причинами внутреннего характера, например, колебаниями Земного ядра или разномасштабными волновыми тектонофизическими процессами [4]. С теоретических позиций прогноза вероятного времени ожидаемых сейсмокатастроф, по нашему мнению, наиболее важными являются следующие общие закономерности развития нелинейных геофизических систем.
Исследования последних лет основных типов взаимодействия волновых полей в нелинейной динамике геофизической среды показали, что эти процессы могут быть количественно отражены уравнениями солитонного типа: нелинейное уравнение Шредингера (НУШ), уравнение Кортевего-де-Фриза (КдФ) и др. [8]. Анализ взаимодействия коротковолновых и длинноволновых геофизических возмущений для КдФ на ЭВМ показал наличие эффекта «перемежаемости» аналогичного тому, что наблюдается в процессах возврата Ферми-Паста-Улама. Периоды спокойной длинноволновой динамики сменяются короткими периодами квазисолитонной активности, т.е. картина спокойствия сменяется следующим очередным «взрывом». Таким образом, в геофизической среде формируется собственный ритм в режиме самовозбуждения, который может быть идентифицирован с наблюдаемыми на геодинамических полигонах флуктуациями геофизических и геохимических параметров [8-10]. Все вышеуказанное полностью соответствует пространственно-временным циклам режима сейсмичности сейсмоактивных зон, включая сейсмический режим Тянь-Шаня [11-13].
Другим общеизвестным примером ритмичности сейсмокатастроф на определенной территории является эмпирический закон повторяемости землетрясений Гутенберга-Рихтера, подобный основному закону статистической физики - распределению Максвелла-Больцмана микрочастиц по их энергиям, в том числе и фононов-квантов энергии упругих волн [11].
Новейшие исследования динамики сложных систем показали, что фундаментальной характеристикой изменения параметров геофизических, сейсмических, геохимических и гидродинамических полей, как и возникновения сильных землетрясений, является их периодичность, что присуще открытым системам с сильной нелинейностью во времени и пространстве, вытекающей из теории самоорганизации таких систем [9-10]. Циклы возрастания и снижения интенсивности сейсмических процессов, распада и объединения сейсмоактивных структур составляют внутреннюю закономерность нелинейных тектонофизических процессов. Проявления сильных землетрясений приурочены к периодам возникновения максимальных аномалий геофизических и геохимических полей, отражающих критическое неустойчивое напряженно - деформированное состояние земной коры Тянь-Шаня [13].
Исходя из вышеизложенных теоретических и эмпирических предположений, рассмотрим периодичность сейсмического режима региона Алай-Кашгар, являющегося частью Гиссаро-Кокшаальской зоны глубинного разлома. Следует отметить, что вопросы сезонной периодичности землетрясений в Центральной Азии в пределах Гармского полигона впервые были рассмотрены в работе [1], а отдельные региональные закономерности отражены в работах [6, 7, 12-13].
Исходные сейсмологические материалы. В отличие от других работ, где рассматривалась ежегодная суммарная энергия сейсмического излучения [2-7], нами в качестве исходного параметра была выбрана величина максимального энергетического класса Кш за каждый год для данного региона. Эффективность выбора этого параметра была доказана в наших публикациях [13-15].
В географическом отношении рассматриваемый регион расположен в пределах координат ф = 38.5° -39.4° (запад) - 38.5°- 41° (восток) и X = 69° - 76°, в тектоническом плане - в центральной части Гиссаро-Кокшаальского глубинного разлома, разграничивающего Южный Тянь-Шань от Памира. Сейсмотектонические условия данного региона подробно рассмотрены в работах [16-17], в которых указана высокая сейсмичность зоны разлома.
Карта эпицентров землетрясений с KR > 11.0 данного региона за 1930-2013 гг. представлена на рисунке 1, а в таблице 1 приведен каталог землетрясений с максимальной величиной Km за каждый год, составленного на основе работы [13]. Из представленных данных следует, что в среднем ежегодно на рассматриваемой территории происходит более 30 событий с KR > 11.0, более 9 - KR> 12.0 и одно событие с KR> 14.0 (рисунок 1, таблица 1).
К„: 11 12 13 14 15 16 17 N: 1715 510 187 53 16 8 1 = 2490 06.0i.1930- 18.04,2013 гг.
Рисунок 1. Карта-схема эпицентров землетрясений с Ки> 11 региона Алай-Кашгарза 19302013 гг.
Таблица 1.
Временной ряд значений Km землетрясений региона Алай-Кашгар за!930-2012 гг.
№№ п/п Годы Km №№ п/п Годы Km №№ п/п Годы Km №№ п/п Годы Km
1 1930 14.2 22 1951 14.5 43 1972 12.8 64 1993 11.6
2 1931 12.6 23 1952 12.6 44 1973 13.5 65 1994 13.3
3 1932 14.5 24 1953 13.0 45 1974 16.6 66 1995 13.6
4 1933 11.0 25 1954 13.0 46 1975 13.2 67 1996 11.8
5 1934 15.5 26 1955 16.4 47 1976 13.1 68 1997 11.7
6 1935 14.9 27 1956 13.0 48 1977 14.2 69 1998 11.2
7 1936 13.3 28 1957 14.0 49 1978 16.0 70 1999 11.6
8 1937 14.4 29 1958 14.0 50 1979 13.2 71 2000 11.7
9 1938 14.0 30 1959 14.6 51 1980 13.4 72 2001 11.8
10 1939 14.1 31 1960 12.9 52 1981 13.8 73 2002 13.0
11 1940 12.5 32 1961 14.0 53 1982 12.6 74 2003 11.8
12 1941 15.6 33 1962 13.0 54 1983 16.1 76 2005 11.9
13 1942 14.0 34 1963 15.9 55 1984 14.5 77 2006 13.7
14 1943 14.7 35 1964 13.1 56 1985 16.5 78 2007 14.8
15 1944 15.6 36 1965 13.0 57 1986 13.1 79 2008 16.0
16 1945 11.0 37 1966 14.0 58 1987 14.5 80 2009 12.3
17 1946 11.0 38 1967 15.0 59 1988 13.3 81 2010 13.5
18 1947 13.2 39 1968 12.1 60 1989 12.6 82 2011 14.2
19 1948 11.0 40 1969 14.8 61 1990 15.0 83 2012 13.0
20 1949 17.0 41 1970 13.0 62 1991 13.6
21 1950 13.8 42 1971 13.4 63 1992 12.2
Среди этих событий следует отметить крупнейшие землетрясения Центральной Азии: Агранкульское 1934 г. с 15.5, Гармское 1941 г. с 15.6, Гездарьинское 1944 г. с Ки=15.6, Хаитское 1949 г. с Ки=17.0, Улуучатское 1955 г. с Ки= 16.4, Иркештамское 1963 г. с 15.9, Маркансуйское 1974 г. с KR= 16.6, Дарауткурганское 1978 г. С 16.0, Кызыл-Суйское 1983 г. с Ки= 16.1, Кашгарское-3 1985 г. с Ки= 16.5 и Нура-Алайское 2008 г. с ^=16.0.
Рисунок 2. Временной ряд Km землетрясений региона Алай-Кашгар за 1930-2012 гг.
Временной ряд Km3a 1930-2012 гг. представлен на рисунке 2, из которого следует, что в сейсмическом режиме данного региона наблюдаются колебания Km от 11.0 до 17.0 и периоды сейсмического «затишья» сменяются периодами крупных сейсмокатастроф.
Анализ периодичности Km. Прогнозное значение первой длиннопериодной гармоники. Поимеющемуся временному ряду Km (таблица 1) был выполнен периодограммный анализ за 1930-1972 гг., 1930-1993 гг., 1930-2000 гг. 1930-2012 гг., 19401972 гг., 1940-1993 гг., 1940-2000 гг., 1940-2012 гг., 1975-1998 гг. и 1979-2002 гг. (рисунок 3), из которых следует, что наиболее устойчивой длиннопериодной группой гармоник являются 22-27-летние составляющие с максимальной амплитудой и со средним периодом 24 года. Это первая главная гармоника четко выделяется для рядов Km за 1940-1972 гг., 1940-1993 гг., 1975-1988 гг. и 1979-2002 гг. (рисунок 3). На примере первой 24-х летней гармоники рассмотрены элементарные способы определения количественных параметров этой гармоники и ее роли для прогнозных построений. Уравнение ряда Фурье для его первой гармоники выглядит следующим образом [18]:
yi = a0 + b1 cos ti + b2 sin ti, (1)
n=12 n=12
Л y1cos ti Л y1sin ti
где a0 = ycp, b1 = —-, b2 = —-, n = число точек во временном ряду,
n/2 n/2
n
ycp = Л y¡ / n = a0 - среднее значение yi.
i=1
Для простых расчетов параметров первой гармоники обычно выбираются ряды n = 12или n = 24.
Выражение (1) можно представить в виде синуса: yi = a0 + A1sin(t¡. +^2), (2)
где Aj = (bx2 + b2 )0'5, ф - фаза колебания, tgqx = bx / b2.
Рисунок 3. Перидиограммы временных рядов Ктземлетрясений региона Алай-Кашгар за различные интервалы времени.
На основе выше представленных формул попытаемся определить возможные тенденции изменения сейсмического режима в начале XXI века по данным конца XX века. С этой целью за пиковое значение Кт временного ряда этого параметра приняты данные конца XX века, когда 23.08.1985 г. (ф = 39.43° X = 75.48°) произошло крупнейшее землетрясение
Центральной Азии с Мв= 7.6 и Кя = 16.5 и последнее в XX веке в зоне Гисаро-Кокшаальского разлома. Это значение Кя разместим в центре ряда с п = 12 при шаге Д и= 2
Выбранный временной ряд Кт = у1 на основе таблицы 1 представлен в таблице 2, в которой приведены параметры 24-х-летней гармоники и попытка прогноза тенденции изменений Кт на период 1999-2021 гг. (таблица 2). Так как первая гармоника с периодом 24 года имеет максимальную амплитуду, то без расчетов можно предположить, что после 1985 г, спустя 24 года, т.е. в 2009 г. следует ожидать крупное землетрясение с Кт> 13.72, т.е. больше чем среднее многолетнее Кт. Расчеты, выполненные по временному ряду Кт без сглаживания, количественно подтверждают эти прогнозы и резкий рост Кт ожидался в 2003 г. при Кт = 14.8 с максимумом Кт = 15.1-15.2 в 2007-2009 гг. В действительности рост Кт начался в 2005 г. с Кт = 14.8, а в 2008 г. произошло разрушительное Нура-Алайское землетрясение с Кя = 16.0 (таблица 2, рисунок 4А) т.е. прогноз тенденции роста Кт с вероятным максимумом в 2007-2009 гг. с использованием главной гармоники оказался оправданным.
Таблица 2.
Преобразование многолетних колебаний Кт в ряд Фурье (24-летняя гармоника) для землетрясений региона Алай- Кашгар за 1975 - 1997 гг.
11/11 о^о^ Годы К ¿У О 008 1 сл О О У 1Ш ^я ¿У сл 0 О -О 3 -О сл 0 О + ^Я 1 £ а а У - ¿У Годы Кт
инстр. расч. прогноз
1 1975 13.2 0 1.0 13.2 0.0 0.0 -0.92 0.0 -0.92 12.80 0.40 1999 11.6 12.8
2 1977 14.2 30 0.866 12.3 0.50 7.1 -0.80 0.60 -0.20 13.52 0.68 2001 11.8 13.5
3 1979 13.2 60 0.50 6.6 0.866 11.43 -0.46 1.04 0.58 14.30 -1.10 2003 11.8 14.80
4 1981 13.8 90 0 0 1.0 13.80 0 1.20 1.2 14.92 -1.12 2005 11.9 14.9
5 1983 16.1 120 -0.50 -8.05 0.866 13.94 0.46 1.04 1.50 15.22 0.98 2007 14.8 15.2
6 1985 16.5 150 -0.866 -14.29 0.500 8.25 0.80 0.60 1.40 15.12 1.38 2009 12.3 15.1
7 1987 14.5 180 -1.00 -14.50 0 0 0.92 0.0 0.92 14.64 -0.14 2011 14.2 14.6
8 1989 12.6 210 -0.866 -10.91 -0.50 -0.6.30 0.80 -0.60 0.20 13.92 -1.32 2013 - 13.9
9 1991 13.6 240 -0.50 -6.8 -0.866 -11.78 0.46 -1.04 -0.58 12.68 -0.92 2015 - 12.7
10 1993 11.6 270 0.0 0 -1.00 -11.60 0 -1.20 -1.20 12.52 -0.98 2017 - 12.5
11 1995 13.6 300 0.50 6.80 -0.866 -11.78 -0.46 -1.04 -1.50 12.22 1.38 2019 - 12.2
12 1997 11.7 330 0.866 10.13 -0.50 -5.85 -0.80 -0.60 -1.40 12.32 -0.62 2021 - 12.3
164.6 164.18
Ср. 13.72 13.68
Г 49.03 54.52 5.74
2" 54.55 - 47.31 -5.28
Д - 5.52 7.21 0.46
Ьх - 0.92
Ь2 1.20
У1 = 13.72 - 0.92 00811+ 1.2 8тЪ А24 = 1.32, ф24 = -37.5°; сглаженные значения А24 = 1.10 ф24 = -47.5°
Рисунок 4. Сопоставление изменений расчетных Кш по первой 24-х-летней гармонике с наблюденными Кш для Алай-Кашгарского региона. При расчетах использованы данные за: А - 1975-1997 гг., В - 1979-2002 гг. Прогноз: А - 1998-2015 гг., В - 2003-2015 гг.
Вышеуказанные результаты позволили перейти к детализации прогнозных построений с увеличением временного ряда Кш до 24 с шагом в 1 год. За начало был выбран 1979 г., когда после Дараут-Курганского землетрясения с Кя = 16.0 произошло резкое снижение Кш до 13.2 (таблица 1). Временный ряд Кш за 1979-2002 г. и параметры первой 24-х-летней гармоники представлены в таблице 3, а в таблице 4 приведен прогноз возможных землетрясений Кшза 2003-2015 гг. (таблица 4); сравнение инструментальных и расчетных Кш показано на рисунке 4В.
Таблица 3.
Преобразование многолетних колебаний Кт в ряд Фурье (24-летняя гармоника) для землетрясений региона Алай- Кашгар за 1979-2002 гг.
№ п/п Годы £ ео8 11° у 1ео8 1 8Ш °1 >у Ю о О 4^1 'й о е + 'й И о и + иг Я Я *тт а ю + "Л <г> ¡¿У 0 Л
1 1979 13.2 0 1.00 13.20 0.0 0.0 -0.13 0.0 -0.13 13.06 0.24
2 1980 13.4 1 0.966 12.94 0.259 3.47 -0.12 0.37 0.25 13.40 0.04
3 1981 13.8 2 0.866 11.95 0.500 6.80 -0.11 0.72 0.61 13.80 -0.0
4 1982 12.6 3 0.707 8.91 0.707 8.91 -0.09 1.02 0.93 14.12 1.52
5 1983 16.1 4 0.50 8.05 0.866 13.94 -0.06 1.25 1.19 14.38 -1.72
6 1984 14.5 5 0.259 3.75 0.966 14.01 -0.03 1.39 1.36 14.55 0.05
7 1985 16.5 6 0.0 0 1.00 16.5 0.0 1.44 1.44 14.63 -1.87
8 1986 13.1 7 -0.259 -3.39 0.966 12.65 0.03 1.39 1.42 14.61 1.51
9 1987 14.5 8 -0.500 -7.25 0.866 12.56 0.06 125 1.31 14.50 0.0
10 1988 13.3 9 -0.707 -9.40 0.707 9.40 0.09 1.02 1.11 14.30 1.00
11 1989 12.6 10 -0.866 -10.91 0.500 6.80 0.11 0.72 0.83 14.02 1.42
12 1990 15.0 11 -0.966 -14.49 0.259 3.88 0.12 0.37 0.49 13.68 -1.32
13 1991 13.6 12 -1.0 -13.6 0.0 0.0 0.13 0 0.13 13.32 -0.28
14 1992 12.2 13 -0.966 -11.78 -0.259 -3.16 0.12 -0.37 -0.25 12.94 0.74
15 1993 11.60 14 -0.866 -10.04 -0.500 -5.80 0.11 -0.72 -0.61 12.58 0.98
16 1994 13.30 15 -0.707 -9.40 -0.707 -9.40 0.09 -1.02 -1.11 12.08 -1.22
17 1995 13.60 16 -0.50 -6.80 -0.866 -11.78 0.06 -125 -1.19 12.00 -1.60
18 1996 11.8 17 -0.259 -3.06 -0.966 -11.40 0.03 -1.39 -1.36 11.83 0.03
19 1997 11.7 18 0.0 0.0 -1.00 -11.7 0.0 -144 -1.44 11.75 0.05
20 1988 11.2 19 0.259 2.90 -0.966 -10.82 -0.03 -1.39 -1.42 11.77 0.57
21 1999 11.6 20 0.500 5.80 -0.866 -10.04 -0.06 -1.25 -1.31 11.91 -0.28
22 2000 11.7 21 0.707 8.27 -0.707 -8.27 -0.09 -1.02. -1.11 12.08 0.38
23 2001 11.8 22 0.866 10.22 -0.500 -5.90 -0.11 -0.72 -0.83 12.36 -0.50
24 2002 13.0 23 0.966 12.56 -0.259 -3.37 -0.12 -0.37 -0.49 12.70 -0.30
316.7 316.38
У! 13.19
Ур 13.18
Г 98.55 108.92 9.13
100. 12 91.64 6.96
£ДсР 2.17
А, - 1.57 17.28 0.09
ь, - 0.131 1.44
Ь2
урас. = 13.19 - 0.13 ео8 124 + 1.44 8ш 124
tg ф24 = - 0131 = - 0.091 1.44 ф24 = - 5.25°
А24 = (0.0169 + 2.086)0'5 = 1.45 Урас.= 13.19 + 1.45 8ш( 1°24 - 5.25°);
сглаженные значения: А24 = 1.37, ф = -13°.
Таблица 4. Прогноз возможных изменений Кт для ожидаемых землетрясений на период 2003-2015 гг. региона Алай- Кашгар по временному ряду Ктза 1979- 2002 гг. (24-летняя гармоника, начало расчетов 1979 г.)
№ п/п Годы 5 * С08 1;° Ю О о 8Ш 11 о 'й ■Л о С + И о е + Н + о\ <г! л п <
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 2003 11.8 24 1.0 -0.13 0.0 0.0 -0.13 13.06 1.26
2 2004 13.3 25 0.966 -0.12 0.259 0.37 0.25 13.44 -0.14
3 2005 11.9 26 0.866 -0.11 0.500 0.72 0.61 13.80 1.90
4 2006 13.7 27 0.707 -0.09 0.707 1.02 0.93 14.12 0.42
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
5 2007 14.8 28 0.50 -0.06 0.866 1.25 1.19 14.38 -0.50
6 2008 16.0 29 0.259 -0.03 0.966 1.39 1.36 14.55 -1.45
7 2009 12.3 30 0.0 0.0 1.00 1.44 1.44 14.63 2.33
8 2010 13.5 31 -0.259 0.03 0.966 1.39 1.42 14.61 1.11
9 2011 14.2 32 -0.500 0.06 0.866 1.25 1.31 14.50 -0.30
10 2012 13.0 33 -0.700 0.09 0.707 1.02 1.11 14.30 1.30
11 2013 34 -0.866 0.11 0.500 0.72 0.83 14.02
12 2014 35 -0.960 0.12 0.259 0.37 0.49 13.68
13 2015 36 -1.00 0.13 0.0 0.0 0.13 13.32
Из представленного материала следует, что анализ данных за 1979 - 2002 гг. по 24-летней гармонике, как и в предыдущем случае, удовлетворительно предсказывает возможные тенденции изменения Кш, а также рост максимальных Кш до Кш= 14.12-14.62 в 2006-2010 гг. (таблица 4, рисунок 4В). При сравнении инструментальных и расчетных величин временных рядов Кш за 1975-1998 гг. и 1979-2002 гг. (таблицы 2-4) выясняется, что при шаге Д1 = 1 год ип = 24 точность прогнозов повышается: при шаге Д1 = 2 года максимальная ошибка достигает 22% (таблица 2, 2003 г., Кш=14.8 против 11.8), при шаге Д1 = 1 год максимальная ошибка достигает 17% (таблица 4, 2009 г., Кш = 14.63 против 12.3). Однако, как видно из рисунка 4А,В, несмотря на удовлетворительное предсказание тенденции вероятных изменений Кш по первой гармонике появление короткопериодных гармоник не позволяет более точно определить возможные пиковые значения Кш (рисунок 4А,В).
Прогнозное значение короткопериодных гармоник. Для временного ряда Кш за 1979-2002 гг. по компьютерной программе были установлены следующие периоды с максимальными амплитудами: 3, 7, 11 и 24 года (рисунок 5), а при расчетных прогнозах Кш были использованы следующие составляющие с периодами: 3, 4, 5, 6, 7, 11, 15 и 22 года с амплитудами: Аэ = 0.46, А4 = 0.15, А5 = 0.40, Аб = 0.48, А7 = 0.58, Ац = 0.65, А15 = 0.08, А24 = 1.37, с фазами: ф3 = 90°, ф4 = 33°, ф5 = 74°, ф6 = 143°, ф7 = 29°, фП = -87°, Ф15 = -75° и 41 ф24 = -13° (фазы в целях упрощения округлены до целых значений). При этом для первой гармоники амплитуды и фазы сглаженного ряда Кш удовлетворительно совпадают с несглаженными А24 и ф24 (таблицы 2-3).
На фоне общей тенденции роста Кш коротко периодные 3, 6, 7 и 11-летние гармоники приводят к появлению резонансных «взрывных» ростов Кш, т.е. взаимодействие коротковолновых и длинноволновых деформаций мы наблюдаем как эффекты «перемежаемости», что предсказывают теоретические предположения. Прогнозные расчеты по двум рассмотренным временным рядам Кш приведены на рисунке 5, из которого видно, что рассмотренные величины Кш за 2003-2012 гг. удовлетворительно совпадают с инструментальными, а в 2013-2015 гг. возможны проявления землетрясений е Кя = 15.0 (рисунок 5). Из рисунка 4 А,В, следовало, что при использовании только одной главной 24-летней гармонике к 2015 г. ожидалось снижение Кш до средних многолетних значений Кш= 13.2-13.7. Однако благодаря воздействию короткопериодных 3, 7 и 11-летних колебаний, уровень сейсмической опасности после Нура-Алайского землетрясения 2008 г. к 2013-2015 гг. вновь остается повышенным (рисунок 5).
Рисунок 5. Графики изменения наблюденных и расчетных значений максимальных годовых энергетических классов землетрясений (Кт) для Алай-Кашгарской сейсмоактивной зоны.
Для расчетов Кт взяты интервалы: А - 1975-1998 гг., В - 1979-2002 гг. При расчетах использовались гармоники: А - 3-7, 9, 12, 24; В - 3-7, 11, 15, 24. г- коэффициент корреляции; Ктср. - среднемноголетние значения;
Эти предположения подтверждаются прогнозными расчетами и по длительным временным рядам за 1930-2000 и 1940-2000 гг., которые приведены на рисунке 6. Кроме этого, на рисунке 6 видно, что новая локальная фаза снижения Кт ожидается в 2016-2018 гг., за которой в 2019 г. возможно новое повышения уровня сейсмической опасности с Кт = 15.0 (рисунок 6). На вышеприведенных примерах четко видна роль влияния короткопериодных гармоник на возможные изменения сейсмического режима центральной части зоны Гиссаро-Кокшаальского глубинного разлома.
Нура-Алай
М
17 16 15 14 13 12 11
1
я 1, \
г \ N -- У \ \\
/ Л Ж И 1 у
1 1
ч
—1 СЧ С1 ^Г '•"I ЧЭ 00 (ЛО
_оооооо°°о—<—> —<—. гч 0000000°°00000000 ОО оо
СЧ<"Ч<"ЧСЧСЧСЧ(-Ч<"Ч<ЧСЧСЧ<"Ч(-)0Ч<-Ч<"Ч<"Ч ГЧ <4 N о
Годы
Временные ряды данных Кт использованные при расчетах:
- - 1930-2000 гг.--- 1940-2000 гг
-- 1979-2002 гг.
Инструментальные данные (2000-2012 гг.)
Рисунок 6. Наблюденные и расчетные значения ^ землетрясений региона Алай-Кашгар за 2000-2012 гг. и прогноз ^ до 2017-2020 гг.
Обсуждение полученных результатов. Анализ колебаний ^ по региону Алай-Кашгар за различные периоды наблюдений показывает, что общие тенденции возможных инерционных колебаний роста или снижения уровня сейсмической опасности на ближайшие 5-10 лет определяются параметрами первой гармоники. Для рассматриваемого региона период этой гармоники колеблется от 23 до 27 лет и в среднем составляет 24 года. В пределах вышеуказанного периода, когда могут проявиться землетрясения с ^>13.8 (до 16.6), изменения колебаний условной вероятности p1 по 24-х летней гармонике можно выразить формулой:
Р1 = 0.50 + 0.5^па, (3)
где а = + ф24, для случая таблицы 3 ф = -5.25°. В соответствии с (3) по ряду ^ за 19792002 гг. величина p1 возрастала от 0.44 в 1979 г. до 0.99 в 1985 г. и снижалась до 0.01 (1997 г.), а в 2002 г. величина р1 составляла 0.33 и к 2007 г. (за год до Нура-Алайского землетрясения) р1 возросла до р1 = 0.91. (рисунок 7).
Выделенные в сейсмическом режиме региона Алай-Кашгар периодичности 3, 5, 7-8, 9-18 и 22-27 лет имеют различную статистическую значимость. Наиболее значимые из них периодичности - 3, 7, 11 и 22-27 лет. В свете физических экспериментов в области изучения разрушения твердых тел и моделирования взаимодействия, геофизических полей [4, 8] получены результаты, которые позволяют объяснить возможные причины сейсмических флуктуаций, связывая их, например, с триггерными механизмами в виде дискретно-волновых колебательных движений различного происхождения. По масштабу их можно разделить на внеземные, общепланетарные, региональные и локальные [4]. Последние 2 типа могут проявляться как деформационные волны, генерируемые из районов с высокоактивным тектоническим режимом. В нашем случае таковым является отдельный сегмент региона коллизий Индостанской и Евроазиатской плит - зона Гиссаро-Кокшаальского глубинного разлома.
КТ11 17
16 15 14 13 12
11
Пр огкоз 2003-2015 гг.
1 I 1 Кура-А лай Pi
20( IS г.
у
/ \
/
Pi
1
0.8 0.6 0.4 0.2 0
os
Ео S os os os os
Годы
Максимальные годовые энергетические классы землетрясений (Кт)
BQBëS^PP
оооооооо
■ Условная вероятность pi
Рисунок 7. Предполагаемые изменения условной вероятности рх проявления землетрясений с 13.7 по 24-х-летней первой гармонике для региона Алай-Кашгар на 2003-2015 гг. по данным 1979-2002 гг. (таблица 3-4).
По [4] природа внеземных и планетарных триггеров весьма разнообразна. Судя по наблюдаемым гармоникам, происхождение некоторых из них может быть связано с ротационным режимом Земли, чандлеровскими колебаниями ее оси вращения, орбитальным положением нашей планеты по отношению к Солнцу в разные месяцы года, приливным влиянием Луны и Солнца и, возможно, с другими космическими причинами.
Действия триггерных механизмов в сейсмическом режиме можно пояснить следующим образом [4]. В тех объемах геофизической среды, где горные породы находятся в состоянии крайней динамической неустойчивости, достаточно малых возмущений от осцилляторов различной природы для запуска механизма лавинно-неустойчивого трещинообразования (модель ЛНТ) или быстрого проскальзывания берегов разрывов сейсмогенерирующих разломов (модель stick-slip). Механизмы внешних квазипериодических возмущений могут быть весьма различны, но, несмотря на их во многом пока неясную природу, можно предполагать реальной их регулирующую роль в проявлениях сейсмичности.
Таким образом, выявленные периодичности 3, 7-8, 9-18 и 22-27 лет в сейсмическом режиме региона Алай-Кашгар - в центральной части Гиссаро-Кокшаальского глубинного разлома уже в настоящее время могут использоваться в прогностических целях экстраполяции на определенный интервал - 10-15 лет. Такие же попытки впервые были предприняты в Прибайкалье и в ряде других регионов [2, 4, 6-7, 14]. Они привели к выводу о необходимости учитывать ожидаемые периодические изменения в сейсмической «погоде» этих регионов при прогнозе вероятной сейсмической опасности на ближайшие 10-15 лет.
ВЫВОДЫ
1. По данным инструментальных наблюдений за 1930-2012 гг. в сейсмическом режиме региона Алай-Кашгар выделяются устойчивые гармонические составляющие с периодами 3, 5, 7, 11 и 22-27-лет. При этом параметры первых длиннопериодных колебаний определяют общие тенденции роста или снижения вероятной сейсмической опасности на ближайшие 1015 лет.
2. Совместное взаимодействие короткопериодных и длиннопериодных тектонофизических колебаний приводят к усложнению периодичности сейсмического режима, характерного и для других сейсмоактивных зон.
3. По прогнозным предположениям новая фаза активизации сейсмичности в данном регионе ожидается в 2013-2015 гг. с последующим снижением сейсмической опасности в 2016-2018 гг. и новый подъем Km до 15.0 в 2019 г.
Литература
1. Кропоткин П.Н. Люстих А.Е. Сезонная периодичность землетрясений. //ДАН СССР, 1974, т. 217,5, с.1061-1064.
2. Гамбурцев А.Г. Александров С.И. Беляков A.C. и др. Сейсмичность Земли и Луны. //Атлас временных вариаций природных процессов. - Москва: ОИФ3 РОАН, т.1., 1994, с.32-41.
3. Сытинский А.Д. Зависимость сейсмичности Земли от процессов на Солнце, в межпланетной среде и в атмосфере. //Атлас временных вариаций природных процессов. Москва: ОИФЗ РАН, т. 2., 1998, с.70-72.
4. Любушин A.A., Писаренко В.Ф., Ружич В.В., Буддо В.Ю. Выделение периодичностей в сейсмическом режиме. // Физика Земли, 1998, №1, с.62-76.
5. Соболев Г.А. Понамарев A.B. Физика землетрясений и предвестники. - Москва: Наука, 2003, 270 с.
6. Чипизубов A.B.. Реконструкция и прогноз изменений сейсмичности Земли. - Иркутск: ИЗК СО РАН, 2008, 240с.
7. Курскеев А.К. Землетрясения и сейсмическая безопасность Казахстана. - Алматы: Эверо, 2004, 504с.,
8. Володин И.А. Нелинейность и многомасштабность сейсмоакустики. // Проблемы геофизики XXI века. Москва: Наука, кн. 2, 2003, с.5-35.
9. Князева E.H., Курдюмов С.П. Особенности неравновесных процессов в открытых диссипативных средах. // Проблемы геофизики XXI века. Москва: Наука, кн.1, 2003, с.37-65.
10. Тимашев С.Ф. О базовых принципах «нового диалога с Природой». // Проблемы геофизики XXI века. - Москва: Наука, кн.1, 2003, с.104-139.
11. Мамыров Э., Омуралиев М. Теоретическое обоснование статистики землетрясений и его значение для сейсмологии. - Бишкек: Илим, 1993, 68с.
12. Мамыров Э., Омуралиев М., Усупаев М.Э. Оценка вероятной сейсмической опасности территории Кыргызской Республики и приграничных районов стран Центральной Азии на период 2002-2005 гг. - Бишкек: Аль. Салам, 2002, 92 с.
13. Мамыров Э. Землетрясения Тянь-Шаня: магнитуда, сейсмический момент и энергетический класс. Бишкек: ИНСАНАТ 2012, 234с.
14. Мамыров Э., Маханькова В.А. Анализ квазипериодичности правления слабых сильных землетрясений Тянь-Шаня. //Наука и новые технологии, №2, 2010, с. 66-78.
15. Mamyrov E. Cycling analysis of Tien Shan seismic regime. //Book Abstracts European Seismological Commission 33 RD General Assemly August 2012. Moscow - Obninsk, Russia, 2012, pp. 29-30.
16. Абдрахматов K.E., Томпсон С., Уилдон Р. Активная тектоникаТянь-Шаня. - Бишкек: Илим, 2007, 72 с.
17. Лемзин ИН Разломы Кыргызской части Тянь-Шаня. - Бишкек: Илим, 2005, 60с.
18. Афанасьев В.Н., Юзбашев М.М. Анализ временных рядов и прогнозирование. -Москва: Финансы и статистика, 2001, 228с.
