Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?

Научные направления

Поделиться:
Статья опубликована в №106 (июнь) 2022
Разделы: Науки о Земле
Размещена 29.06.2022. Последняя правка: 31.01.2023.
Просмотров - 495

АКТИВИЗАЦИЯ СЛАБОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ, КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ОЧАГОВЫХ ЗОН СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ В ЗЕМНОЙ КОРЕ СЕВЕРНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ

Литовченко Ирина Николаевна

нет

Институт сейсмологии Республика Казахстан

Ведущий научный сотрудник

Лютикова Вероника Сергеевна, МНС, Амиров Нурканат Бакытбекович, ВНС. Институт сейсмологии МЧС РК


Аннотация:
Рассматривается активизация слабой сейсмичности сейсмоактивного региона Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий (на примере роев) перед сильными землетрясениями. Рои землетрясений распознаны по методу графической кластеризации (МГКл). За период наблюдений с 1960-2022 г.г. получены карты-схемы роев, сильных землетрясений и их афтершоков. Проведенные исследования показали, что рои землетрясений, особенно в сочетании с другими сейсмическими событиями, могут быть использованы как эффективный прогностический признак


Abstract:
The activation of weak seismicity of the seismically active region of the Northern Tien Shan and adjacent territories (by the example of swarms) before strong earthquakes is considered. Earthquake swarms are recognized by the method of graphical clustering (MGCl). Over the observation period from 1960-2022 schematic maps of swarms, strong earthquakes and their aftershocks were obtained. The conducted studies have shown that earthquake swarms, especially in combination with other seismic events, can be used as an effective prognostic feature.


Ключевые слова:
рои землетрясений; сильные землетрясения; афтершоки; метод графической кластеризации (МГКл)

Keywords:
swarms of earthquakes; strong earthquakes aftershocks, the method of graphical clustering (MGCl)


УДК 550.343

Введение. Рассматривается активизация слабой сейсмичности сейсмоактивного региона Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий (на примере роев) перед сильными землетрясениями. Рои землетрясений распознаны по методу графической кластеризации (МГКл). За период наблюдений с 1960-2022 г.г. На материалах сейсмологических наблюдений за 1960-2022гг. [4], исследованы рои землетрясений перед сильными событиями. В качестве сильных землетрясений рассмотрены 31 толчок с К=12-17 (таблица 1), имеющих инструментальные наблюдения. Вблизи очаговых зон главных толчков, отмечалось повышение активности слабых землетрясений (роев) [1-3, 5-10]. Интервал времени между возникновением роев и главных событий (сильных землетрясений) исследовался ранее в [5,6,10]. В таблице 1 приводятся данные о сильных землетрясениях региона исследования: номер, дата и время возникновения землетрясения, координаты эпицентра, энергетический класс (К), магнитуда (М), глубина очага (Н), количество афтершоков каждого из сильных землетрясений. В отдельных случаях можно выделить два типа временных последовательностей землетрясений: 1. активизация слабой сейсмичности (роевая активность) заканчивается задолго до возникновения главного толчка; 2.  активизация нарастает, практически до сильного землетрясения.

Цели, задачи, материалы и методы. С целью выявления закономерностей пространственного и временного распределения роев перед сильными землетрясениями, использован метод графической кластеризации (МГКл) [6]. По общепринятым методам кластерного анализа проанализированы соответствия элементов строк в матрице заданным правилам [5, 6, 7,8]. Если существует пространственная взаимосвязь и взаимообусловленность событий, то она выражается через "расстояния" (евклидовы или другие) между событиями в  n-мерном  пространстве.  Если известны географические координаты события, то в качестве меры взаимосвязи выбираем геометрическое расстояние между эпицентрами землетрясений.

Таблица 1. Список сильных землетрясений (К≥14) на территории юго-востока Казахстана в  1970-2022 гг. [4]

 

Считаем, что наиболее взаимосвязанными являются те события, для которых межэпицентральные расстояния минимальны.  Время проведения расчетов для МГКл [6] пропорционально числу событий в выборке, образующей матрицу [9,10]. Такие ситуации могут возникнуть при анализе временных последовательностей событий, когда существуют кластеры, время жизни которых меньше интервала всей выборки. Так, для территории, ограниченной координатами 39-470N и 700-850E в 2007-2022 гг. представительными являются землетрясения с К≥7.Процесс образования роя можно идентифицировать с процедурой пространственного группирования сейсмических событий. Некоторые, самые общие, качественные характеристики группирования для  землетрясений  с К≥9 (М=2.8) на территории Северного Тянь-Шаня приведены в [5,10]. За радиус вероятного группирования принимали 15 км. При этом количество группирующихся землетрясений составило 10% от размера выборки [5-10]. Отметим, что устойчивые кластеры-группы размером не более 20'-25' угловой меры (т.е.  размеров очаговых зон землетрясений с М=6-7 на изучаемой территории) образуются, если расстояние между событиями L≤10'. Характеристика «роев землетрясений» связана с числом землетрясений в рое (или группе). Вероятность попадания трех случайных событий в площадку радиусом равным L=10' столь мала, что ей можно пренебречь. Поэтому принималась за рой группа, в которой число землетрясений N≥3, без ограничения N по максимальной величине. Результаты расчетов по МГКлс учетом L и Nпоказали, что рои действительно группируются вблизи зон, в которых на изучаемой территории происходили землетрясения с M≥5.5.Для более строгого описания роя необходимо введение еще одной характеристики. Известно, что «рои» могут быть и короткоживущие(минуты, часы), так и долгоживущие(месяцы и даже годы).  Поэтому их нельзя характеризовать ни числом событий N, ни временем жизни роя Тls («lifeswarm»). Более объективной характеристикой является время между землетрясениями в рое Тm(0<Тmхарактеристики роев дают более точную математическую зависимость в описании распознавания их образов в сейсмических данных. Далее производилось пространственно-временное распределение этих событий на территории исследования. Дополнительно выносились сильные землетрясения региона и их афтершоки.

Научная новизна. На базе полученных характеристик роев построены карты-схемы распределения роев, сильных землетрясений и их афтершоков (рисунок 1-3). Выявлено, что рои землетрясений формируются накануне сильных землетрясений, очаги которых формируются в земной коре структурных неоднородностей, литосфера которых в новейшем этапе тектогенеза разрушена и наcыщена высокотемпературными массами [1,2,10]. Рои образуют за период примерно 3-5 лет максимальные значения по количеству N. Пространственное и временное распределение слабых толчков (роевых скоплений) показано на рисунке 1.

Результаты. Результатами проведенных исследований стали карты-схемы, приведенные на рисунках 1-4. На рисунках 1-4 показаны рои, эпицентры главных толчков землетрясений с К≥12, и их афтершоки за указанный период (1960-2022гг.). Анализ пространственного распределения эпицентров, предшествующего периода перед главными толчками показывает, что роевые скопления концентрируются в локальных сгущениях, расположенных от эпицентра главных толчков на расстояниях, соизмеримых с размерами очаговых зон соответствующих сильных землетрясений. На рисунке 2 представлены главные толчки (сильные землетрясения) региона исследования, после главного землетрясения (рис. 3) показаны афтершоки каждого из 31 сильных толчков. Пример локализации и распределения роевых скоплений, главных толчков и их афтершоков показаны на рисунке 4.

Достаточно высокая стабильность появления роев (около 85 % случаев) указывает на возможность их использования для прогноза будущего сильного землетрясения. Эффективность этого способа значительно возрастает при применении их совместно с сейсмическими затишьями. В настоящее время в сейсмоактивном регионе Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий проводится анализ сейсмической обстановки с помощью слежения за роевой активностью.

 

   

Рис. 1 Карта-схема роев землетрясений за период 1960-2022гг. региона исследования 39-47N, 70-85E с К≥7 (красным цветом –рои землетрясений, синим цветом- сильные землетрясения с М>6)

Рис. 2  Сильные землетрясения региона исследования (цифры - главные толчки, h - глубина)

 

Однако их положение во многих случаях не совпадает с современными представлениями о том, что в процессе подготовки слабые толчки (рои) концентрируются в зоне будущего сильного землетрясения.

   

Рис. 3  Афтершоки 31 сильных землетрясений юго-востока Казахстана (серым цветом – сильные толчки, голубым цветом –афтершоки)

 

Рис. 4 Карта-схема пространственно-временного распределения сейсмических событий в регионе исследования за 2007-2022г.г.(38-47°N, 70-85°E): ( рои– красным  цветом, сильные толчки – зеленым цветом, афтершоки – синим цветом)

 

Методика выделения и распознавания роевых скоплений осуществляется с помощью программ распознавания и кластеризации образов роев землетрясений, описанных в работах [5-10]. Роевые скопления выделяются заблаговременно до возникновения каждого сильного землетрясения с К≥12. Площадь скопления роев варьируется в пределах 30-1502 км. В совокупность роевых скоплений входят последовательности слабых землетрясений с К≥7, произошедших на этой площади. Анализ временных рядов показывает, что лишь в некоторых площадках, где происходили роевые землетрясения, иногда возникают сильные землетрясения, а иногда нет. Активизация роев может продолжаться от 12 до 18 месяцев, до возникновения главных толчков. Подобная картина наблюдается при подготовке некоторых землетрясений с К=12-17 на Алматинском прогностическом полигоне. Локализация очагов готовящихся землетрясений производилась на наш взгляд с точностью, соизмеримой с протяженностью их очаговых зон. При исследованиях временного хода аномалий сейсмического режима в процессах подготовки сильных землетрясений с М≥12 обычно анализируются отдельно предшествующие рои, и активизация сейсмичности непосредственно перед главным толчком, как разные явления. Статистическая обоснованность роевых скоплений из-за этого занижается. Проведенный анализ показал, что при подготовке землетрясений с М≈5 четкого различия временных последовательностей нет. Возможная причина различия интервалов времени между предшествующими роями и главными толчками заключается в разной степени состояния горных пород, в которых развиваются процессы подготовки. Положение главных толчков в области группирования землетрясений Алматинского сейсмопрогностического полигона, отражающего прочностные свойства горных пород, согласуется с такой физической интерпретацией.

Выводы

На базе полученных характеристик роев построены карты распределения роев, главных толчков и их афтершоков. Рои землетрясений возникают накануне сильных землетрясений, очаги которых формируются в земной коре структурных неоднородностей, насыщенных высокотемпературными массами, за 1.5-2 года. В целом, проведенные исследования показали, что рои землетрясений, особенно в сочетании с другими сейсмическими событиями, могут быть использованы как эффективный прогностический признак.

Библиографический список:

1. Курскеев А.К. Гравитационное взаимодействие планет Солнечной системы и сейсмичность Земли. - Алматы.2021 «Эверо».-547 с.
2. Курскеев А.К. Землетрясения и сейсмическая безопасность Казахстана Алматы. 2004. «Эверо».-501 с.
3. Курскеев А.К., Абаканов Т.Д., Серазетдинова Б.З. Землетрясения: Происхождение и Прогнозирование.- Алматы, 2012. «Эверо». -314 с.
4. Каталог землетрясений /Сейсмическая опытно-методическая экспедиция (СОМЭ) РК [Электронный ресурс]: режим доступа -http://some.kz/index.php?p=card&outlang=1&oid=9.
5. Лютикова В.С. Пространственно-временное распределение роев сильных землетрясений и их афтершоков в регионе Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий// XIII Международная конференция молодых ученых и студентов «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ В НАУЧНЫХИССЛЕДОВАНИЯХ».- Бишкек, 2021.-СС. 113-116.
6. Литовченко И.Н., Лютикова В.С., Амиров Н.Б. Метод графической кластеризации данных для распознавания роев землетрясений XVIII Международный конкурс научных работ PTScience, Москва, 2020.
7. Литовченко И.Н., Лютикова В.С. Распознавание роев землетрясений//IX Международная конференция по когнитивным наукам.-Москва, 2021.-CC.282-285.
8. Лютикова В.С. Рои землетрясений как отклик энергонасыщенных структур земной коры на воздействие астрофизических факторов//Всемирный Конгресс инженеров и ученых «Энергия будущего: инновационные сценарии и методы их реализации», WSEC-2017.-Астана, Казахстан,.-Т.4.- Алматы, 2017. - 328-331 с.
9. Литовченко И. Н., Амиров Н. Б., Лютикова В. С. "SWARMS EARTHQUAKES AT THE NORTH TIEN-SHAN AND ADJACENT TERRITORIES IN 2019-2020"//Международная конференция "GLOBAL SCIENCE AND INNOVATIONS 2020: CENTRAL ASIA", Нур-Султан, 2020.-СС. 33-37.
10. Lyutikova V.S., Litovchenko I.N., Amirov N.B. Аctivation of weak seismicity as an indicator of the formation of source zones of strong earthquakes in the earth's crust northern tien shan"//Международная конференция "Global science and innovations 2022: central asia».-no. 2(16). april 2022.-series "physical and mathematical sciences".-Нур-Султан, 2022.-СС.3-7.




Рецензии:

22.07.2022, 13:50 Петрухин Геннадий Михайлович
Рецензия: Мы привыкли рассматривать землетрясения, как трудно предсказуемые стихийные бедствия. Ученые-специалисты работают над этой проблемой, что в перспективе позволит снизить число человеческих жертв. Статья посвящена этой проблеме, актуальность темы статьи не вызывает сомнений.Рекомендуется к публикации.



Комментарии пользователей:

23.07.2022, 13:30 Литовченко Ирина Николаевна
Отзыв: Благодарим вас за рецензию.


Оставить комментарий


 
 

Вверх