Статья опубликована в №106 (июнь) 2022
Разделы: Науки о Земле
Размещена 29.06.2022. Последняя правка: 31.01.2023.
Просмотров - 1023

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

Литовченко Ирина Николаевна

нет

Национальный научный центр сейсмологических наблюдений и исследований Республика Казахстан

Ведущий научный сотрудник

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

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.

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