СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕПОЧЕК ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ В ЭПИЦЕНТРАЛЬНОМ ПОЛЕ СЕЙСМИЧНОСТИ
METHOD FOR DETERMINING EARTHQUAKE CHAINS IN THE EPICENTRAL SEISMIC FIELD

Предлагаемое решение относится к сейсмологии и может быть использовано для технического контроля состояния литосферы по инструментальной регистрации землетрясений и обработке данных.
19
Тектонические землетрясения являются следствием упругопластичного деформирования литосферы Земли. Верхняя часть литосферы представляет собой иерархическую систему хрупких жестких блоков, разделенных разломами и разломными зонами, находящуюся под воздействием геофизических полей различной природы и потоков флюида [Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М.: Наука, 1987. 101 с.]. Суперпозиция глобального тектонического напряжения сжатия литосферы Земли и региональных напряжений формирует градиентно-неоднородное упруго-пластичное деформирование некоторых зон литосферы с диссипацией поступившей энергии в виде разрывных разрушений горных пород - землетрясений разных энергетических классов, и в виде крипа. Землетрясения происходят с импульсным выделением сейсмической энергии до 10 Дж при разрывах длиной в сотни километров [Ризниченко Ю.В. Размеры очага корового землетрясения и сейсмический момент / Исследования по физике землетрясений. М.: Наука, 1976. С. 9-27.]. Землетрясения обычно концентрируются на границах крупных литосферных плит, но достаточно часто они происходят вдали от границ в континентальных внутриплитных регионах, где имеются системы активных разломов, разделяющих жесткие блоки литосферы, и сохраняется наследственная геодинамическая связь с предыдущими тектоническими активизациями [Новая глобальная тектоника. М.: Мир, 1974. 472 с.]. На региональном и локальном уровне землетрясения, как элементы сейсмичности, отражают структурную наследственную неоднородность блочной иерархической среды и перераспределение напряжений и деформаций, которые концентрируются на границах блоков в зонах разломов, генерируя землетрясения.
Методические основы детального изучения сейсмичности и землетрясений разработаны в конце 1950-х годов [Бунэ В.И., Гзовский М.В., Запольский К.К. и др. Методы детального изучения сейсмичности / Труды ИФЗ АН СССР. М.: Изд-во АН СССР. 1960. №9 (176). 327 с.]. Методы и приемы изучения совершенствовались со временем при решении теоретических и прикладных задач сейсмической безопасности, сейсмического районирования территорий и прогноза сильных землетрясений. Поскольку прогноз сильных землетрясений является чрезвычайно важной научно-практической задачей, то изучение причин возникновения и пространственно-временного распределения сильных землетрясений всегда было и будет приоритетным. Проведенные исследования указывают на обусловленность сильных землетрясений глобальными, региональными и локальными геодинамическими явлениями различной природы, вызвавшими изменения напряженно-деформированного или реологического состояния горных пород [Keilis-Borok V.I., Knopoff L., Rotwain I., Allen C.R. Intermediate term prediction of occurrence times of strong earthquakes// Nature. 1988. V. 335. P. 690-694.; Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.; Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. 270 с.; Завьялов А.Д. Среднесрочный прогноз землетрясений: основы, методика, реализация. М.: Наука, 2006. 254 с.].
Внедрение компьютеров и вычислительных технологий позволило совершить скачок в получении новых знаний о пространственно-временном распределении землетрясений и природе сейсмичности. Эти знания лежат в основе современных теоретических и численных моделей сейсмичности, которые развиваются преимущественно как научная база для изучения пространственно-временной и энергетической структуры сейсмичности и предсказания сильных землетрясений [International handbook of earthquake and engineering seismology, 2002. Lee, W.H.K., Kanamori, H., Jennings, P.C. & Kisslinger, C. (eds.) Academic Press, Amsterdam, Boston, New York,.., Tokyo, Part A, 934 pp.; Проблемы геофизики XXI века. M.: Наука. 2003. Книга 1. 311 с. (под ред. А.В. Николаева). Книга 2. 333 с. (под ред. А.В. Николаева)]. Предполагается, что развитые модели сейсмичности и их объединение с феноменологией реализации землетрясения могут помочь в преодолении трудностей, связанных с отсутствием соответствующих фундаментальных уравнений и невозможностью прямых измерений параметров в глубинах литосферы, где генерируются землетрясения [Проблемы динамики литосферы и сейсмичности // Вычислительная сейсмология. М.: ГЕОС. 2001. Вып. 32. 303 с. (Отв. Ред. Г.М. Молчан, Б.М. Наймарк, А.Л. Левшин); Анализ геодинамических и сейсмических процессов // Вычислительная сейсмология. М.: ГЕОС. 2004. Вып. 35. 329 с. (под ред. В.И. Кейлис-Борока, Г.М. Молчана)]. При решении этих и ряда других, в том числе и прикладных геофизических задач, пятимерное пространство кинематических параметров землетрясений диагностируется путем совместного анализа моделей и феноменологии: скейлинг, подобие, самоподобие, пространственно-временная корреляция, отклики на возбуждение, предсказуемость на различных масштабах осреднения и миграции очагов землетрясений [Соболев Г.А. Перспективы прогноза землетрясений / Проблемы геофизики XXI века. М.: Наука, 2003. Кн. 2. С. 158-179.; Смирнов В.Б., Пономарев А.В. Закономерности релаксации сейсмического режима // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород. Москва, 2005. С. 54.].
Явление миграции очагов землетрясений стало широко известно с трудов Ч. Рихтера [Рихтер Ч. Элементарная сейсмология. М.: изд-во Ин. Литер. 1963. 670 с.], который описал перемещение эпицентров сильных землетрясений 1939-1957 гг. вдоль Северо-Анатолийского разлома в Турции. Явление миграции в виде перемещения источников акустических импульсов зарегистрировано в образцах горной породы [Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.]. Можно отметить, что первое описание перемещения эпицентров землетрясений выполнено в работе [Васильковский Н.П., Репников М.П. Тектоника и сейсмичность северо-восточной части Ташкентского района // Ташкент: Изд. УзФАН. 1940. 127 с.]. Миграции очагов землетрясений часто рассматриваются как средне- и краткосрочные предвестники места, времени и магнитуды сильных землетрясений и в большинстве работ проблемы миграции очагов сильных землетрясений рассматривались в связи с прогнозом сильного землетрясения [Тараканов Р.З. Повторные толчки землетрясения 4 ноября 1952 года // Труды СКНИИ СО АН СССР. 1961. Вып. 10. С. 112-116.; Mogi K. Migration of seismic activity // Bull. of the Earthquake Res. Inst. 1968 V. 46. P. 53-74; Вилькович E.B., Губерман Ш.А., Кейлис-Борок В.И. Волны тектонических деформаций на крупных разломах // Докл. АН СССР. 1974. Т. 219. №1. С. 77-80.; Уломов В.И. Волны сейсмогеодинамической активизации и долгосрочный прогноз землетрясений // Физ. Земли. 1993. №4. С. 43-53.; Duda S.J. Global earthquakes 1903-1985. Hamburg F.R. Germany: NEIC. 1992. 183 p.; Бот M. О проблеме предсказания землетрясений // Предсказание землетрясений, М.: Мир. 1968. С. 9-20.; Касахара К. Механика землетрясений. М.: Мир, 1985,264 с.].
Развитые представления о миграции очагов сильных землетрясений как о поступательном перемещении гипоцентров толчков вдоль поверхности разлома можно перенести на слабые землетрясения. Это позволит изучить феномен миграции очагов землетрясений более детально и на большом фактическом материале, а не ждать реализации сильных землетрясений на каком-то разломе, обеспечивая продолжительный мониторинг. В отличие от миграции очагов сильных землетрясений, методика выделения которых достаточно проста [Mogi K. Migration of seismic activity // Bull. of the Earthquake Res. Inst. 1968 V. 46. P. 53-74.], для установления миграции очагов слабых толчков необходимо разработать формализованную методику, основанную на статистическом азимутальном анализе многочисленных землетрясений небольших энергетических классов. В целом стоит задача выделения квазилинейных цепочек землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности, и такая задача решается предлагаемым способом определения цепочек землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности.
Под цепочкой землетрясений обычно понимается квазилинейное одностороннее перемещение положения совокупности последовательных эпицентров землетрясений на поверхности исследуемой области литосферы. С позиций тектонофизики и геодинамики это явление можно связать с поступательной направленной генерацией очагов землетрясений вдоль зоны сейсмотектонической деструкции геологической среды, обусловленной, как полагают [Викулин А.В. Физика волнового сейсмического процесса. П-К.: КГПУ. 2003. 150 с.; Быков В.Г. Деформационные волны земли: концепция, наблюдения и модели // Геология и геофизика. 2005. Т. 46. №11. С. 1176-1190.], прохождением через зоны разломов деформационных волновых пакетов. Поскольку зона тектонической деструкции является квазилинейной разломной зоной, то условие квазилинейно ориентированной временной изменчивости положения эпицентров землетрясений на поверхности Земли будет отражать поступательную направленную в одну сторону миграцию очагов землетрясения в зоне разлома.
Разломы, как правило, на мелкомасштабных тектонических картах изображаются одной прямой линией, но на картах среднего масштаба появляется возможность представить их в виде двух-трех субпараллельных кулис и приблизить изображение к природной ситуации. По масштабу развития и протяженности в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ) выделены генеральные (длина L>80 км), региональные (L≈35-80 км) и локальные (L<35 км) разломы [Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. Новосибирск: Наука, 1977. 102 с.]. Генеральные разломы представляют собой глубинные структуры с ярко выраженной кайнозойской активизацией и кулисным строением. Они имеют преобладающее северо-восточное и субширотное простирание и играют роль структур, определяющих ориентировку отдельных звеньев рифтовой системы и ее наиболее крупных впадин. Этот уровень иерархии неоднородностей литосферы подтвержден исследованиями сейсмичности [Шерман С.И., Демьянович В.М., Лысак С.В. Сейсмический процесс и современная многоуровневая деструкция литосферы в Байкальской рифтовой зоне // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. №12. С. 1460-1472.]. Региональные разломы образуют очень большую группу разломов, в которой доминируют сбросы, ориентированные согласно общему простиранию БРЗ. Часть поперечных к рифтовой зоне региональных разломов - молодые образования, развивающиеся благодаря процессам кайнозойской активизации и рифтогенеза. Глубина проникновения региональных разломов соизмерима с мощностью земной коры, а преобладающие простирания - северо-восточное, субширотное и субмеридиональное. Локальные разломы, преимущественно кайнозойского возраста заложения, определяют внутреннюю структуру впадин и перемычек.
Близким, по сути, способу определения цепочек землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности является способ прогнозирования землетрясений по деформационным предвестникам [Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.], при котором исследуются сейсмотектонические деформации литосферы при выполнении следующих операций:
- выделяют сейсмогенерирующий линеамент (СГЛ - проекцию плоскости разлома на поверхность Земли как линию, вдоль которой располагаются эпицентры фоновых землетрясений),
- устанавливают пункты геодезических, деформографических, наклономерных и гидронивелирных наблюдений вблизи СГЛ,
- по аномалиям в результатах наблюдений и с учетом предшествующего опыта судят о возможности сильного землетрясения.
Недостатками этого способа являются:
- высокий уровень помех, обусловленный неоднородностью и неустойчивостью разломной среды вблизи СГЛ,
- трудности однозначной интерпретации результатов наблюдений, приводящие в конечном итоге к необходимости ограничиться статистической оценкой вероятности реализации сильного землетрясения,
- фоновые землетрясения не рассматриваются как сейсмотектонические деформации.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ определения параметров структуры разломной трещиноватости литосферы по азимутальному распределению землетрясений (патент RU 2625615), содержащий этапы, на которых:
- строят карту эпицентров землетрясений исследуемой территории,
- для сравнительно однородных участков поля эпицентров землетрясений создают векторную диаграмму азимутов последовательности землетрясений,
- диаграмму преобразуют в матрицу азимутальных параметров,
- выполняют разделение матрицы по частоте реализации используемого параметра в выбранном угле-секторе каждого азимута,
- строят розу-диаграмму используемого параметра,
- строят азимутально-временную диаграмму используемого параметра,
- выделяют устойчивую во времени зону азимутальной анизотропии,
- зону азимутальной анизотропии идентифицируют как временную структуру разломной трещиноватости литосферы,
- по азимутально-временной диаграмме определяют вариации структуры разломной трещиноватости во времени,
- по розе-диаграмме определяют форму, длину, ширину и ориентацию структуры разломной трещиноватости.
Недостатки решения:
- при ограниченном количестве данных разброс эпицентров землетрясений затрудняет однозначное определение зоны разломной трещиноватости,
- существенное искажение могут внести группы афтершоков и роевых землетрясений, происходящих в одно время в разнесенных частях литосферы.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения цепочек землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности с целью технического контроля состояния литосферы.
Поставленная задача решается предлагаемым способом определения цепочек землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности, при котором по экспериментальным материалам разнесенных на поверхности сейсмических станций строят карту эпицентров землетрясений исследуемой территории, выбирают сравнительно однородные участки поля эпицентров землетрясений, при этом строят карту эпицентров землетрясений выбранного участка в форме круга, создают векторную диаграмму азимутов эпицентров последовательных во времени землетрясений, по векторной диаграмме в заданном угловом секторе размером β определяют количество направленных в одну сторону последовательных во времени эпицентров землетрясений n, при n≥3 считают эту последовательность как цепочку землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности.
Технический результат: повышение точности прогноза землетрясений.
Изобретение поясняется чертежами, где:
1
1
2
2
3
3
Фиг. 1. Карта эпицентров сгенерированных событий в круглой площадке радиусом R=100 км (а) и изолиний плотности эпицентров в круглых площадках радиусом r=10 км (б). Карта получена для 950 сгенерированных случайным образом с постоянной плотностью вероятности событий. Звездочками показаны вставленные цепочки из n=3 (азимут α=25°), n=4 (азимут α=75°) и n=5 (азимут α=225°) событий. Изолинии проведены по данным, приписываемым центрам площадок с радиусом r=10 км, с перекрытием площадок на r=10 км по широте и долготе.
1
1
2
2
3
3
Фиг. 2. Карта векторной диаграммы азимутов последовательности 950 сгенерированных событий. Звездочками показаны вставленные цепочки из n=3 (азимут α=25°), n=4 (азимут α=75°) и n=5 (азимут α=225°) событий.
1
2
3
Фиг. 3. Цепочки, определенные из вставленных 12=3+4+5=(n+n+n) и сгенерированных 950 событий, выделенные при угловом секторе размером β=10° (±5° от азимутального направления):
1
1
2
2
3
3
а. Три цепочки, определенные из вставленных 12 событий с n=3 (азимут α=25°), n=4 (азимут α=75°) и n=5 (азимут α=225°); б. Двенадцать цепочек, определенных из сгенерированных 950 событий (1-12 - номера цепочек).
LH
P
Фиг. 4. Карта эпицентров и изолиний плотности эпицентров в площадках 0.2°×0.3°, построенная для 52700 землетрясений Байкальского региона (1964-2013 годы). 1 - основные разломы, 2 - впадины, 3 - озера, 4 - границы и номера районов, 5 - изолинии плотности эпицентров, 6 - эпицентры представительных землетрясений с магнитудой M≥2.5 (энергетический класс K≥8).
P
1
1
2
2
3
3
Фиг. 5. Карта эпицентров землетрясений в круглой площадке радиусом R=100 км (центр круга имеет координаты ϕ=54.0°с.ш., λ=109.0° в.д., середина Байкальского региона) (а) и изолиний плотности эпицентров в круглых площадках радиусом r=10 км (б), полученная для 951 землетрясения Байкальского региона с энергетическим классом K=8. Звездочками показаны вставленные цепочки из n=3 (азимут α=25°), n=4 (азимут α=75°) и n=5 (азимут α=225°) событий. Изолинии проведены по данным, приписываемым центрам площадок с радиусом r=10 км, с перекрытием площадок на r=10 км по широте и долготе.
P
1
1
2
2
3
3
Фиг. 6. Карта векторной диаграммы азимутов последовательности 951 землетрясения Байкальского региона с энергетическим классом K=8. Звездочками показаны вставленные цепочки из n=3 (азимут α=25°), n=4 (азимут α=75°) и n=5 (азимут α=225°) событий.
1
2
3
Фиг. 7. Цепочки, определенные среди вставленных 12=3+4+5=(n+n+n) событий и реальных 951 землетрясений, выделенные при угловом секторе размером β=10° (±5° от азимутального направления):
1
1
2
2
3
3
а. Три цепочки, определенные из вставленных 12 событий с n=3 (азимут α=25°), n=4 (азимут α=75°) и n=5 (азимут α=225°); б. Двадцать две цепочки, определенные из реальных 951 землетрясений (1-22 - номера цепочек).
Техническая сущность способа состоит в следующем.
0
P
В каталогах землетрясения характеризуются пятью параметрами: координатами гипоцентров (долгота ϕ, широта λ, глубина h), временем возникновения t и энергетическим классом K (иногда магнитудой М). Можно отметить, что глубины гипоцентров h землетрясений определялись редко и с высокой погрешностью, и по этой причине каталоги землетрясений более полувека анализируются по четырем основным параметрам - долготе, широте, энергетическому классу и времени возникновения [Бунэ В.И., Гзовский М.В., Запольский К.К. и др. Методы детального изучения сейсмичности / Труды ИФЗ АН СССР. М.: Изд-во АН СССР. 1960. №9 (176). 327 с.]. В таком случае для определения цепочек землетрясений можно привлечь только эти четыре параметра. Непосредственная физическая связь между землетрясениями, происходящими в литосфере исследуемой территории (геологической среде определенного объема подвергнутой тектоническим деформациям), может возникать только по пространству. Связь по времени и по энергетическому классу вторична, она является отражением факта возникновения очага землетрясения в определенной точке пространства и является производной от координат землетрясений. При определении цепочек эпицентров самым простым вариантом является анализ землетрясений одного энергетического класса. Анализ выборки землетрясений в полном диапазоне классов не представляет трудностей и не изменяет технической сущности предлагаемого способа.
Техническая сущность предлагаемого способа базируется на экспериментально установленных фактах приуроченности землетрясений к зонам разломов. Чтобы определить цепочки землетрясений для относительно однородных участков строят карту эпицентров землетрясений в форме круга заданного радиуса. Затем выборка землетрясений анализируется на предмет связи эпицентров последовательных землетрясений, как разрывов в литосфере. По выборке эпицентров землетрясений создается векторная диаграмма азимутов от эпицентра первого землетрясения ко второму, от второго к третьему и т.д. до последнего землетрясения. Проводят временной анализ векторной диаграммы азимутов в секторах размером β=10° (Δβ=±5° от азимутального направления, β и Δβ можно изменять) и определяют количество направленных в одну сторону последовательных во времени эпицентров землетрясений n. Если выполняется условие n≥3, то считают эту последовательность как цепочку землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности.
2
2
Модельный пример. При модельном решении в площадке круглой формы радиусом R=100 км генерируется поле случайно распределенных с постоянной плотностью вероятности эпицентров событий. Подсчитывается число событий в элементарных круглых площадках радиусом r=10 км со сглаживанием данных путем перекрытия площадок на r=10 км по широте и долготе. В соответствии с этими числами событий проводятся изолинии плотности эпицентров в площадках площадью S=πr≈314 км. В заданном азимуте вставляется детерминированная линейная цепочка из n=3÷5 событий. Предусмотрено включение нескольких линейных цепочек в разных азимутах. В площадке формируется векторная диаграмма азимутов последовательных во времени событий. Проводится временной анализ векторной диаграммы азимутов при угловом секторе β=10° (Δβ=±5° от азимутального направления) и определяется количество n направленных в одну сторону последовательных во времени эпицентров событий. Если выполняется условие n≥3, то эта последовательность определяется как цепочка событий в эпицентральном поле моделированной сейсмичности. Реализована программа, генерирующая заданное множество синтезированных событий, строящая карту изолиний плотности эпицентров, формирующая векторную диаграмму азимутов последовательных во времени событий, производящая необходимые расчеты и определяющая цепочки событий.
P
1
2
3
1
2
3
2
В качестве примера модельного решения приведем результаты определения цепочек при распределении 950 сгенерированных событий (число 950 почти равно числу 951 реальных землетрясений с энергетическим классом K=8, которые произошли в выбранной круглой площадке в центре Байкальского региона, см. ниже Фиг. 5а). Генерируется выборка из 950 событий, распределенных случайным образом с постоянной плотностью вероятности на поверхности площадки круглой формы радиусом R=100 км. Изолинии плотности эпицентров проведены по значениям чисел землетрясений в центрах круглых площадок площадью S≈314 км со сглаживанием данных путем перекрытия площадок на r=10 км по широте и долготе. В азимутах α=25°, α=75° и α=225° вставляются линейные цепочки из n=3, n=4 и n=5 событий соответственно (Фиг. 1а). Видно, что сгенерированные события равномерно распределены на поверхности круга, а в изолиниях плотности отсутствуют пространственные особенности - на Фиг. 1б нет значительных максимумов и минимумов плотности событий. Это связано с условием генерации событий, распределенных случайным образом с постоянной плотностью вероятности на поверхности площадки. Выход изолиний плотности событий за пределы круга обусловлен линейной интерполяцией данных компьютером. Сгенерированные события и вставленные цепочки событий соединяются линией друг с другом во временной последовательности от первого ко второму, от второго к третьему и т.д. до последнего событий, формируя векторную диаграмму азимутов событий (Фиг. 2). Векторная диаграмма азимутов сгенерированных событий занимает всю круглую площадку. На ней не выделяются зоны повышенной плотности и одной ориентировки, распределения азимутов последовательных событий не имеет особенностей. Это также связано с условием генерации событий, распределенных случайным образом с постоянной плотностью вероятности на поверхности площадки. Проводится временной анализ векторной диаграммы азимутов при угловом секторе размером β=10° (Δβ=±5° от азимутального направления). Определяется количество направленных в одну сторону последовательных во времени событий n. Если выполняется условие n≥3, то эта последовательность считается цепочкой событий в эпицентральном поле моделированной сейсмичности. Полученные результаты сводятся к следующему:
1
2
3
1. Определены все три вставленные нами детерминированные цепочки событий. На Фиг. 3а они показаны как три определенные в заданных азимутах α=25°, α=75° и α=225° цепочки. Видно, что их расположение полностью соответствует вставленным цепочкам событий на Фиг. 1, 2.
2. Среди сгенерированных 950 событий определено 12 цепочек. На Фиг. 3б показано 12 цепочек, определенных среди сгенерированных событий. Можно отметить бессистемный характер распределения цепочек по месту положения и азимуту ориентировки, обусловленный генерацией событий случайным образом с постоянной плотностью вероятности.
Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями в области сейсмологии землетрясений показывает следующее.
i
i
i+1
i
i+1
i
При определении средних скоростей миграции очагов землетрясений используются пространственно-временные карты эпицентров сильных землетрясений. На картах экспертом визуально подбираются линейные цепочки толчков или выбираются полоски с аномально большим числом землетрясений [Mogi K. Migration of seismic activity // Bull. of the Earthquake Res. Inst. 1968 V. 46. P. 53-74.; Викулин А.В. Физика волнового сейсмического процесса. П-К.: КГПУ. 2003. 150 с.]. Совершается переход от двухмерной системы координат (географические долгота-широта эпицентра землетрясения) к одномерной (расстояние L вдоль линии концентрации эпицентров) и экспертом выявляются линейные последовательности сейсмических толчков, которые определяются как цепочки миграции землетрясений. Иногда используется алгоритм по выделению миграционных цепочек в пределах исследуемого региона или зоны. Этот способ сводится к нахождению в каталоге землетрясений для каждого i-го события с координатой L временем T такого (i+1) события, координаты и время которого удовлетворяют условиям L≥L, T≥T. Исследования миграции очагов осуществляются в пределах диапазонов магнитуд сильных землетрясений.
Недостатки применяемых методов:
- подход применяется только к сильным землетрясениям, все менее значительные землетрясения, а тем более слабые толчки, исключаются из анализа;
- выбор цепочки не формализован, не оговорены условия включения сильных землетрясений в данную цепочку;
- на основании заранее визуально подобранных линейных цепочек выделяются те же самые линейные цепочки, которые затем определяются как цепочки миграции землетрясений;
- не определены границы выбора землетрясений;
- в целом выбор цепочки зависит от представлений эксперта.
Предлагаемый способ позволяет исключить эти недостатки и является шагом в решении проблемы формализованного определения цепочек землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности.
Не выявлено в результате поиска и сравнительного анализа технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, обеспечивающих при использовании достижения аналогичных результатов, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень".
Пример реализации способа
LH
P
Предлагаемое техническое решение реализовано для Байкальского региона следующим образом: сетью сейсмических станций региона осуществляется запись землетрясений, определяются кинематические и динамические параметры толчков, и по этим данным формируется "Каталог землетрясений Прибайкалья". На Фиг. 4 представлена карта эпицентров 52700 представительных землетрясений с магнитудой M≥2.5 (энергетический класс K≥8) и изолиний их плотности в площадках 0.2°×0.3°, зарегистрированных в Байкальском регионе с 1964 по 2013 годы. Можно отметить, что землетрясения такого класса регистрируются в пределах региона без пропусков, т.е. являются представительными. Анализ карты показывает, что эпицентры землетрясений локализуются в области БРЗ, за ее пределами сейсмичность рассеяна и минимальна на Сибирской платформе. Изолинии плотности эпицентров в площадках 0.2°×0.3° позволяют установить особенности распределения землетрясений по территории БРЗ и выбрать сравнительно однородные районы и участки. По внешнему контуру изолинии n=15 (линия типа "hachure") рифтовую зону можно разделить на три района. На юго-западном фланге БРЗ (район 1, ϕ=48.0°-54.0° с.ш., λ=96.0°-104.0° в.д.) эпицентры формируют полосы преимущественно субширотной и субмеридиональной ориентировки, в результате чего сейсмичность рассеяна по территории. В центральной части БРЗ (район 2, ϕ=51.0°-54.0° с.ш., λ=104.0°-113.0° в.д.) эпицентры толчков создают одну полосу северо-восточного простирания. На северо-восточном фланге БРЗ (район 3, ϕ=54.0°-60.0° с.ш., λ=109.0°-122.0° в.д.) эпицентральное поле землетрясений имеет форму "треугольника". Районы разделены пополам по долготе λ=100.0°, λ=108.0° и λ=116.0° на шесть участков, которым даны номера 1-6, начиная отсчет с юго-западной границы региона. Такая схема деления территории региона обычно применяется при исследовании сейсмичности и напряженно-деформированного состояния литосферы БРЗ [Ключевский А.В. Напряжения и сейсмичность на современном этапе эволюции литосферы Байкальской рифтовой зоны // Физика Земли. 2007. №12. С. 14-26.; Ключевский А.В., Демьянович В.М., Джурик В.И. Иерархия сильных землетрясений Байкальской рифтовой системы // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. №3. С. 279-288].
P
1
2
3
1
2
3
В качестве примера реализации способа на Фиг. 5а представлена карта эпицентров 951 землетрясения Байкальского региона с энергетическим классом K=8. По аналогии с модельным примером карта имеет форму круга радиусом R=100 км, координаты центра круга ϕ=54.0°с.ш., λ=109.0° в.д. В азимутах α=25°, α=75° и α=225° вставлены линейные цепочки из n=3, n=4 и n=5 землетрясений. Изолиний плотности эпицентров проведены по значениям чисел землетрясений в круглых площадках радиусом r=10 км со сглаживанием путем перекрытия площадок на r по широте и долготе (Фиг. 5б). Видно, что распределение эпицентров и изолинии плотности реальных землетрясений отличаются от распределения сгенерированных событий на Фиг. 1. Эпицентры реальных землетрясений занимают часть круга, отражая факт реализации на разломах. Выделяются две полосы концентрации плотности эпицентров землетрясений, отражающие две субпараллельные зоны разломов северо-восток - юго-западной направленности.
P
1
2
3
На Фиг. 6. представлена карта векторной диаграммы азимутов последовательности 951 землетрясения Байкальского региона с энергетическим классом K=8. Звездочками показаны вставленные цепочки из трех (азимут α=25°), четырех (α=75°) и пяти (α=225°) событий. На Фиг. 6 хорошо видна северо-восток - юго-западная направленность векторной диаграммы азимутов, отражающая повышенную трещиноватость разломных зон.
В результате проведенного временной анализ векторной диаграммы азимутов при угловом секторе размером β=10° (Δβ=±5°от азимутального направления) получены следующие результаты:
1
2
3
1
2
3
1. Определены все три вставленные линейные цепочки из n=3, n=4 и n=5 цепочки событий. На Фиг. 7а показаны три определенные в заданных азимутах (азимут α=25°), четырех (α=75°) и пяти (α=225°) вставленные цепочки событий. Видно, что их расположение полностью соответствует вставленным цепочкам событий на Фиг. 5, 6.
2. Среди реальных землетрясений определено 22 цепочки. На Фиг. 7б показаны 22 цепочки, определенные среди реальных землетрясений. Можно отметить системный характер распределения цепочек по месту положения и азимуту ориентировки, обусловленный расположением зон разломов. Наблюдается неслучайный характер распределения цепочек по месту положения и азимуту ориентировки. Место соответствует зонам повышенной плотности эпицентров землетрясений, а ориентация почти всех цепочек (за исключением одной) соответствует северо-восток - юго-западной вытянутости изолиний плотности эпицентров на Фиг. 5б и направленности векторной диаграммы азимутов на Фиг. 6.
Получаемую по предлагаемому техническому решению информацию по определению цепочек землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности можно использовать для характеристики сейсмической обстановки и опасности на территориях возможного промышленного и гражданского строительства, т.е. предлагаемое решение соответствует условию патентоспособности изобретения "промышленная применимость". Информацию по формированию цепочек землетрясений в эпицентральном поле сейсмичности можно использовать в качестве предвестника сильных землетрясений, т.е. предлагаемое решение соответствует условию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень".