авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «Камчатский государственный университет имени Витуса ...»

-- [ Страница 4 ] --

Из построенной периодограммы (рисунок 24) очевидно, что вариации активности AV представлены основными гармониками 50-54, 37-39, 24-26, 20-21, 5- лет. Менее отчетливо представлены гармоники с периодами 18, 15, 11 и 8-9 лет. На рисунке не представлена 91.2-летняя гармоника, исследование природы которой на основе используемых данных сомнительно. В дальнейшем в предположении, что при спектральном разложении определяются истинные (не привязанные строго к неким внешним периодическим воздействующим факторам) значения периодов вулканической (а также сейсмической) активности интервальные оценки будут заменяться точечными.

Гармоника с периодом 25.3 года (рисунок 24) хорошо соответствует 25 летнему периоду, полученному для Камчатки и для зон сжатия Земли [Хаин, Халилов, 2008]. 38.3-летняя гармоника удовлетворительно соответствует 40-летнему периоду, отмеченному там же. Для всех зон субдукции, на основе этой же работы, указанные значения варьируют в пределах 21-28, 39-54 лет, соответственно, отражая региональные особенности [там же].

Гармоника 11.6 лет, возможно, представляет 11-летний солнечный цикл.

Периоды 52.8, 18.5 и 21.1 года, по-видимому, представляют гармоники приливного цикла Луны и цикл Хейла уменьшенные в среднем на 3.6%. Подобное смещение, учитывая, что оно отражено на качественном уровне и в более надежных обобщенных данных работы [Хаин, Халилов, 2008], представляется значимым и свидетельствует в пользу различия спектров внешнего воздействия и реакции на него для периодов более 20 лет.

Рисунок 24. Периодограммы: 1 - вулканической активности;

2 - сейсмической активности [Соломатин, 2014а]. По вертикальной оси - доля вариаций временного хода, которая может быть объяснена гармоникой с соответствующим периодом (строго периодическому сигналу будет соответствовать значение 1). Метки на графике - диапазоны значений периодов, определяемые близкими пиками вулканической и сейсмической активностей.

В работе [Хаин, Халилов, 2008] для зон субдукции при более детальном анализе выделены также и циклы вулканической активности, связанные с периодичностями вариаций чисел Вольфа (даны в скобках): 14 (14), 10 (11.2), 8 (8.4), 6 (5.6) лет. Две последних периодичности хорошо согласуются с гармониками 8.5 и 5.7 лет (см.

рисунок 24), особенно важными для настоящего исследования.

Полученные результаты могут быть использованы и для прогноза хода вулканической активности. Процедура синтеза ее идеализированного хода на основе ряда основных гармоник в предположении постоянства их фаз во времени позволяет компенсировать возможное влияние эпизодичности ранних наблюдений.

Хорошая аппроксимация зависимости AV(t) была получена на основе шести гармоник со следующими периодами (в годах): 91.2 (0.44), 52.8 (0.67), 38.3 (0.50), 25. (0.87), 21.1 (0.52), 15.2 (0.34), рисунок 25. Коэффициенты в скобках отражают вклад каждой из компонент в представление вариаций вулканической активности. При этом значение 1 достигается в случае строго периодичных вариаций последней.

Компонента 15.2 года (0.34) эквивалентна по значимости компоненте 18.5 лет (0.33), не учтенной при синтезе.

Можно утверждать, что вулканическая активность, в том смысле, в котором она определена выше, в 2004 году была близка к максимальному уровню за предыдущие 40 лет. В качестве прогноза можно предположить, что в ближайшие несколько лет вулканическая активность на Камчатке и Северных Курилах уменьшится до среднего уровня7. С учетом предположения об общем характере хода вулканической активности во всем Курило-Камчатском регионе, а также в предположении об однородном геодинамическом строении среды в этом регионе, этот вывод можно сделать и для вулканов Курильских о-вов.

Необходимо также отметить, что ход вулканической активности не совсем согласуется со следующими фактами:

В 2013 году отмечалась значительная активизация вулканической деятельности на Камчатке, т.о. прогноз на этот год, и, скорее всего, на несколько следующих, можно считать неудавшимся. Причины такой активизации могут быть связаны с возмущением, подобным отмеченным в 1946 и 1980 гг с периодом около 34 лет, кратного 17-летнему периоду (см. далее). Возможна также ее связь с сильнейшим глубоким землетрясением под Охотским морем 24.V 2013 г., M = 8.3, H = 609 км - уникальным событием для исследуемого региона за всю историю наблюдений.

- предыдущее сильное вулканическое извержение на Камчатке было отмечено в 1975-1976 гг. [Большое..., 1984] на локальном минимуме вулканической активности;

- в 1996 г. вблизи абсолютного минимума произошло единственное за историческое время извержение вулкана Академии Наук;

- извержение вулкана Толбачик 2012-2013 гг. происходит на фоне значимого, до среднего уровня, спада вулканической активности (однако, в полном соответствии с прогнозом В.А. Широкова на основе лунного цикла, данным в работе [Широков, 1978]).

Рисунок 25. Оценки вариаций относительно среднего уровня вулканической активности AV (значений относительной активности A'V) в период с 1840 г. по начало 2013 г. и прогноз ее хода до 2025 г. [Соломатин, 2014а]. 1 - сглаженные значения относительной активности AV;

2 - аппроксимация значений AV основными гармоническими компонентами;

3 - график хода активности вулканов поясов сжатия земли из работы [Хаин, Халилов, 2008, стр. 73, рисунок 12] с вычетом линейного тренда;

4 - времена извержений и относительные величины объемов изверженных пород камчатских вулканов в соответствии с работой [Широков, Серафимова, 2008], приведены также текущие оценки для Толбачинского извержения, начавшегося в 2012 г;

5 - область существенной иррегулярности геомагнитной активности [Киселев, Киселев, 2006] (подробности - в тексте).

Тем не менее, при рассмотрении всех сильных извержений региона, данные о которых взяты из работы [Широков, Серафимова, 2008], очевидно, что в область максимумов вулканической активности попадает значимая их часть (см. рисунок 25), а наибольшая их плотность приурочена к положительной фазе 52.8-летней ее гармоники (1946-1973 гг., рис. 27 далее).

С учетом данных о существовании некоторой связи длительности промежутков времени до извержения и его силой, отмеченных в работе [Хаин, Халилов, 2008], неполное соответствие наиболее мощных проявлений вулканизма и периодов максимальной вулканической активности вполне объяснимо.

Такое явление может указывать на определенные независимые ограничения на объем изверженных пород, накладывающиеся на вулканическую активность. Таким образом, соотношение вулканической активности в качестве частоты вулканических проявлений и вулканической активности в качестве их интенсивности - неоднозначная функция, заслуживающая отдельного изучения.

В связи с оценками адекватности используемого представления хода вулканической активности интересно сравнить его также с ходом вулканической активности на основе общих данных об извержениях вулканов областей сжатия Земли [Хаин, Халилов, 2008]. Как видно из рисунка 25 совпадение вполне удовлетворительно:

значимое различие наблюдается лишь в периоды 1880-1894 гг. и 1940-1967 г. Кроме того, для периодов 1938-1949 гг. и 1970-1981 гг. характерна существенная иррегулярность вариаций значений вулканической активности (рисунок 25).

В работе [Киселев, Киселев, 2006] по данным 1868-1997 гг. для периода 1938 1957 гг. показано значимое уменьшение параметра Херста для aa-индекса геомагнитной активности, в то время, когда тот же показатель для солнечных чисел Вольфа практически не изменялся. Это означает, что в этот период изменилась рекуррентная структура вариаций геомагнитного поля. От процесса с памятью со значением параметра Херста H ~ 0.9-1.0 произошел переход к значениям H ~ 0.6, т.е. в сторону процесса, характеризующегося отсутствием памяти (H = 0.5). На рисунке область данной аномалии отмечена градиентной заливкой, в которой минимальному уровню H ~ 0.6 соответствует темная полоса. В то же время по данным этой работы к концу изученного периода - в интервале 1978-1997 гг. также отмечено пониженное (H ~ 0.8) значение этого параметра. Отмеченные факты, первый - полностью, второй отчасти, на уровне предположения, согласуются с разбросами значений вулканической активности в периоды 1938-1949 гг. (сильным) и 1970-1981 гг. (более слабым).

Можно также отметить, что находясь почти в противофазе со средним для зон субдукции ходом вулканической активности в 1950 г., уже к следующему максимуму 1976 г. ход региональной вулканической активность практически синхронизовался с ним. Этот факт указывает на характер влияния вариаций геомагнитного поля:

вулканическая активность следует его возмущениям, но в короткое время восстанавливает синхронизацию со среднемировым ходом. Возможно, этот вывод, в случае его справедливости, позволит в дальнейшем уточнить представление о более мощном механизме подобного воздействия за счет влияния на конвекцию в мантии и связанном с процессами расширения и сжатия Земли [Хаин, Халилов, 2008].

Важно подчеркнуть, что хотя полученные выше результаты основаны на изучении активности вулканов Камчатки и Северных Курил, предполагается, что значительная часть гармоник вариации вулканической активности, вызванной внешним воздействием, имеет пространственно более общий характер. Для целей настоящей работы подобное обобщение очень важно.

Для прогноза вулканической опасности в регионе также важно, что полученные выше результаты указывают и на сходимость в пределе оценок вулканической активности на основе предлагаемого концептуальной модели и метода, основанного на использовании эксплозивных извержений (см. рисунок 25). Это обстоятельство определяет принципиальную возможность прогноза на основе предлагаемой модели наиболее опасных вулканических проявлений - сильных извержений.

В настоящей работе используются только наиболее значимые гармоники как вулканического, так и сейсмического процессов. Полный разбор выявленных периодичностей представляет собой самостоятельную задачу, решение которой, возможно, даст дополнительную информацию о свойствах регионального геодинамического процесса в целом.

Для дальнейшего важно определиться с решением затронутого ранее вопроса о воспроизводимости спектра воздействия внешних факторов в спектре реакции вулканогенной и сейсмогенной сред. В работе [Хаин, Халилов, 2008] на основе сопоставления вулканической и сейсмической активности в зонах сжатия и растяжения Земли утверждается неоднозначность влияния на них внешних факторов.

Характерно также, что для разных регионов приведенные в указанной работе периодичности, в общем случае различаются.

В той же работе указано на группировку временных отрезков вариации активности с приблизительно равными периодами. Последнее явление характерно также для временного ряда Курило-Камчатских землетрясений (Раздел 5). Подобный механизм в принципе позволяет подстраивать фазу реакции среды на основе одного периода под фазу внешнего воздействия с периодом отличным от него.

С учетом сказанного выше можно утверждать, что подход, допускающий некоторые отклонения гармонических составляющих от их расчетных значений, а также «размытие» некоторых из них является вполне обоснованным. Таким образом, повышение точности спектрального разложения, а также уточнение фаз его гармоник на основе сопоставления полученных результатов с известными внешними периодичностями, возможно, дадут в дальнейшем ценную информацию о региональных свойствах и взаимосвязи сейсмогенных и вулканогенных структур.

Спектральное представление сейсмической активности (см. рисунок 24) определялось на основе времен сильнейших курило-камчатских землетрясений (таблица 9), взятых из каталога [Новый..., 1977] для землетрясений 1841-1975 гг., и из каталога NEIC (http://www.usgs.gov) для землетрясений 1976-2012 гг.

Фактически рассматривалось распределение времен сильнейших (M 7.7) землетрясений между и полупериодами «положительным» «отрицательным»

некоторой гармоники в виде функции от ее периода и начальной фазы.

Получено, что наиболее характерными при таком спектральном представлении сейсмической активности являются гармоники с периодами 54.0, 42.5, 18.6, 8.50-8.58, 5.67-5.72, 5.0 лет.

18.6-летняя гармоника почти точно совпадает с гармоникой лунного цикла, отмеченной в работах В.А. Широкова и А.А. Гусева. Ранее в ходе вулканической активности также была отмечена близкая гармоника 18.5 лет.

Вероятно, с лунной цикличностью связана и периодичность 54 года.

На квазипериодичность курило-камчатских сильнейших 5-летнюю землетрясений было указано в Разделе 5.

42.5-летняя гармоника близка к 45-летней, выделенной для мирового каталога в работе [Хаин, Халилов, 2008].

Таблица 9. Сильнейшие (M 7.7) курило-камчатские землетрясения с 1840 г.* Время землетрясения Координаты гипоцентра № M Год Мес. День Час ° с.ш. ° в.д. H, км 1 1841 5 17 21 52.5 159.5 30 8. 2 1843 4 25 - 44.7 149.7 40 8. 3 1894 3 22 - 42.5 146.0 40 8. 4 1902 6 11 5 50.0 148.0 600 8. 1904 6 25 14 52.0 159.0 30 7. 5** 1904 6 25 21 52.0 159.0 30 7. 6 1906 4 6 10 42.0 146.0 40 7. 7 1912 1 3 19 41.8 144.3 40 7. 8 1915 5 1 5 48.4 155.5 30 8. 9 1916 10 31 15 45.5 153.9 30 7. 1918 9 7 17 45.6 151.1 40 8. 10** 1918 11 8 4 44.9 151.4 40 7. 1923 2 3 16 53.0 161.0 20 8. 11** 1923 2 24 7 55.0 162.4 20 7. 12 1929 1 13 0 50.6 154.7 135 7. 13 1935 9 11 14 43.3 146.5 50 7. 14 1950 2 28 10 45.6 143.5 340 7. 15 1952 3 4 1 41.9 143.7 50 8. 16 1952 11 4 16 52.3 161.0 20 8. 17 1956 10 11 2 45.9 150.5 105 7. 18 1958 11 6 22 44.5 148.5 40 8. 19 1963 10 13 5 44.8 149.5 47 8. 20 1968 5 16 10 41.4 142.8 40 7. 1969 8 11 21 43.6 147.8 40 8. 21** 1969 8 11 21 43.6 147.2 38 7. 22 1971 12 15 8 55.9 163.4 30 7. 23 1973 6 17 3 43.2 145.9 55 7. 1978 3 23 3 44.1 149.3 28 7. 1978 3 24 19 44.2 149.0 31 7. 24** 1978 12 6 14 44.6 146.7 118 7. 25 1994 10 4 13 43.7 147.4 28 8. 26 1997 12 5 11 54.8 162.0 25 7. 27 2003 9 25 19 41.7 143.9 33 8. 2006 11 15 11 46.7 153.2 12 8. 28** 2007 1 13 4 46.2 154.5 23 8. 29 2008 7 5 2 53.9 152.9 646 7. 30 2012 8 14 2 49.8 145.1 583 7. Примечания.

* Параметры землетрясений взяты за период 1841-1975 гг..из [Новый..., 1977] и из каталога NEIC (http://www.usgs.gov) за период 1976-2012 гг.

** Серым фоном выделены параметры землетрясений, которые считаются основными в соответствующей группе и используются при расчетах спектра и прогноза.

Из рассмотренных выше наиболее близкими являются следующие гармоники сейсмической и вулканической (в скобках) активностей: 54.0 (52.8), 18.6 (18.5), 8. (8.5), 5.7 (5.7).

В целом, периоды спектра вулканической активности для диапазона значений более 20 лет меньше в среднем на 5.6% и практически совпадают с ними для меньших значений (см. рисунок 24).

В работе [Хаин, Халилов, 2008] как и для вулканической активности, выделены периодичности наиболее сильных землетрясений (M 7.7), близкие к гармоникам чисел Вольфа, в том числе гармоники с периодами 8 и 6 лет, вероятно представленные выше периодами 8.5 и 5.7 лет. Этот факт еще раз подчеркивает их важность, а их свойства являются основой приведенного ниже метода прогноза сильнейших (M 7.7) курило-камчатских землетрясений.

Наиболее же очевидным отличием спектров, является низкая значимость в ходе сейсмической активности гармоники с периодом, близким к 25.3 годам, но прекрасно выраженной в ходе вулканической активности (см. рисунок 24).

Возможны следующие объяснения этого факта:

- существует специфическая реакция вулканической активности с данным периодом;

- реакция сейсмического процесса на воздействие с данным периодом существует, но меняет свою фазу.

В последнем случае, если фаза 25-летней гармоники время от времени меняется на противоположную, может быть выражена вторая гармоника - 12.5-12.7 лет.

Действительно, близкие по периоду гармоники 12.6 (12.7) лет в спектрах присутствуют, но находятся на уровне, близком к уровню шума.

На гипотетическом уровне можно предположить реакцию на данную периодичность в виде ее третьей гармоники. И в сейсмической, и в вулканической активности отмечена выраженная гармоника с периодом 8.4-8.5, однако, близкая периодичность в настоящей работе рассматривается в качестве второй гармоники 17 летнего цикла.

Надо заметить, что в настоящем исследовании не рассматриваются гармоники с периодом 5 лет и меньше, так как в этом диапазоне уже достаточно высок уровень шумовой компоненты. Для дальнейших же исследований можно заметить, что в этом диапазоне кроме 5-летней наиболее сильно выделяется гармоника с периодом 2.0-2. года.

Для объективности необходимо отметить также, что в работе [Хаин, Халилов, 2008] выделен целый ряд других процессов, которые могут повлиять на вулканизм и сейсмичность: колебания уровня Мирового океана, изменения угловой скорости вращения Земли, погодные и другие явления. Ряд периодических процессов рассмотрен также в работе [Гусев, 2008].

А.5. Выделение периодичностей, характеризующих возникновение сильнейших землетрясений Курило-Камчатской островной дуги В настоящем исследовании, как уже было отмечено, в качестве показателя вулканической активности выбрано число наиболее активных в течение годового интервала времени вулканов Камчатки и Северных Курильских о-вов. В качестве индикаторов сейсмической активности выбраны сильнейшие (M 7.7) землетрясения - потенциально наиболее опасное явление для Курило-Камчатского региона в целом.

Использование спектров двух различных процессов позволяет уверенней выделять наиболее общие воздействующие факторы.

Такое сочетание оправдано представлениями о региональном, или даже глобальном, масштабе общих факторов воздействия, а также об однородности в первом приближении строения всего изучаемого региона. Кроме того, в настоящей работе считается, что влияние этих факторов в первом приближении подобно для всех уровней изучаемых явлений: от слабых вулканических активизаций до извержений и от слабых до сильных землетрясений.

Подтверждением значительных пространственных масштабов факторов, влияющих на возникновение тектонических землетрясений, служит их удаленное взаимодействие не только вдоль тектонического разлома, но и на расстояниях в сотни километров от него. В качестве недавнего и интересного примера можно выделить редкие глубокие сильнейшие землетрясения в Охотском море 5.VII 2008 г., H = 630 км, MW = 7.7, и 14.VIII 2012 г., H = 625 км, MW = 7.7 и реакцию на них виде удаленных форшоков и афтершоков в участках Курило-Камчатской сейсмогенной зоны за многие сотни километров8. Выявлено [Моги, 1988] также взаимодействие сильнейших глубоких и неглубоких землетрясений.

В качестве примера взаимосвязи вулканизма и сейсмичности можно привести достаточно очевидную связь глубокого сильнейшего землетрясения в Охотском море у западного побережья Камчатки 5.VII 2008 г., H = 630 км, MW = 7.7, и активизации вулкана Корякская сопка в 2008-2009 гг. Детально процессы, сопутствующие этим явлениям рассмотрены в работе [Широков, Дубровская, 2010]. Здесь же важно отметить представление о комплексе как планетарного, так и регионального масштабов вулканических и тектонических явлений, использованное в указанной работе.

В работе [Zlobin, Polets, 2011] извержение вулкана Пик Сарычева 11.VI 2009 г.

предполагается связанным с землетрясениями 2006-2009 гг. в сейсмогенной зоне на Средних Курилах через трещинообразование и проникновение в магматические очаги порций флюидов [Ребецкий, 2008].

В работе [Хаин, Халилов, 2008] предполагается механизм активизации вулканизма в зонах субдукции за счет подвижек в литосфере и длительного сжатия механизма, применяемого также в модели возникновения сильнейших землетрясений.

В рамках концептуальной модели здесь используется следующее представление об общем механизме связи вулканизма и сейсмичности: геодинамические процессы влияют на сейсмичность за счет изменения напряженного состояния сейсмоактивной среды в региональном масштабе, одновременно эти напряжения определяют проницаемость для продуктов вулканизма протяженных участков в вулканически активных областях.

В настоящем исследовании на основе материала сильнейших (M 7.7) Курило Камчатских землетрясений и вулканов Камчатки и Северных Курильских о-вов выше была получена гармоника 5.7 (5.667-5.717) лет (см. рисунок 24). Условные положительные фазы этой гармоники позволяют получить удовлетворительный ретроспективный прогноз 22 из 30 (73% без учета близких и повторяющихся в течение года) землетрясений, при времени ожидания 50% (таблица 9).

24.V 2013 г. в Охотском море у Западного побережья Камчатки на глубине 609 км. произошло еще более сильное землетрясение с M = 8.3. Это землетрясение предварялось роем землетрясений в основной, неглубокой, части сейсмогенной зоны напротив Авачинского залива, начавшимся 19 мая. После этого землетрясения рой прекратился.

При рассмотрении выпадающих землетрясений было отмечено, что 5 из них (1902, 1918, 1935, 1952, 1969 гг.) отстоят друг от друга на интервалы 16.2, 17.0, 17.1, 16.8, в среднем 16.8 лет. В полном же виде этот ряд представлен следующими 7-ю землетрясениями: 1902, 1918, 1935, 1952, 1969, 1994, 2012 гг. (таблица 9). Заметим, что отмеченный выше период 5.717 лет близок к третьей гармонике 17-летнего цикла (17/3).

При этом выявленная 17-летняя периодичность меняет фазу на временном отрезке гг. единственном отрезке между последовательными 1969-1994 сильнейшими землетрясениями приведенного выше ряда близком по продолжительности полуторному 17-летнему периоду. Эта инверсия служит основанием выбора для уточнения прогноза 17/2-летней (8.5 лет) гармоники.

Предполагаемая 17-летняя периодичность, вполне вероятно, соответствует 17 летним вариациям магнитного поля Солнца [Juckett, 1998].

Важно заметить, что интервал времени 1973-1984 гг., относящийся к периоду предполагаемой инверсии периодичности, характеризуется также 17-летней иррегулярностью вулканической активности аналогичной отмеченной выше и для интервала 1938-1949 гг. (см. рисунок 25). Этот факт служит еще одним указанием на предполагаемое активное влияние геомагнитного поля на геодинамические процессы.

Использование 8.576-летней гармоники (5.717·3/2 лет, начальная фаза 1898.77 г. получена на основе средней фазы указанных выше "выпадающих" землетрясений - 1899.187 г.) совместно с 5.717-летней (начальная фаза 1903.77 г.

получена на основе фазы спектрального разложения - 1903.561 г.) позволяет охватить ретроспективным прогнозом на основе условных положительных фаз 29 из сильнейших (M 7.7) курило-камчатских землетрясений при 75% длительности ожидания (рисунок 26). Оценка вероятности такого попадания точек в прогнозные интервалы, как случайного, по биноминальному закону - 0.2%, что может служить оценкой неслучайности полученного результата при отсутствии подбора фаз. При этом максимумам значений гармоники 8.5 лет соответствуют точки пересечения гармоникой 5.7 лет нулевых значений, т.е. максимальных скоростей ее изменений.

Не попадает в условную положительную фазу землетрясение 1971 г., расположенное на стыке Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг, и произошедшее, вследствие этого, в несколько отличных условиях [Федотов и др., 2011, 2012]. Таким образом, данным пропуском при прогнозе курило-камчатских землетрясений можно пренебречь.

Рисунок 26. Соответствие сильнейших (M 7.7) землетрясений Курило-Камчатской островной дуги прогнозным интервалам на основе периодичностей 5.717 и 8.576 лет, предположительно, являющихся гармониками 17-летнего (17.15 лет) цикла (подробности - в тексте) [Соломатин, 2014а]. а - представление для интервала 1840- гг. б - представление для интервала 1890-1955 гг.;

в - то же для интервала 1955-2025 гг. 1 графическое представление прогнозных интервалов и соответствия им времен сильнейших (M 7.7) курило-камчатских землетрясений (таблица 9), верхние участки линии прогноза отмечают наиболее вероятные временные интервалы их возникновения;

2 - то же на период 2013-2025 гг.;

3 - 67%-прогнозный интервал сильнейших (неглубоких) курило-камчатских землетрясений на основе 5-летних квазипериодичностей ([Федотов и др., 2011] и рисунок 21) и его продление на основе результатов настоящей работы до начала 2016 г.;

4 - второе решение для прогнозных интервалов.

Проверка полученной оценки неслучайности распределения времен землетрясений по использованным «активным» и «неактивным» интервалам проведена на основе метода Монте-Карло в предположении равной вероятности времен 29 сильнейших землетрясений на промежутке времени 1900-2012 г., но при дополнительном требовании, чтобы интервалы времени между ближайшими по времени землетрясениями были не меньше 1 года. Всего было рассчитано 20 подобных случайных выборок.

Влияние подбора варианта фаз, обеспечивающих минимальное число землетрясений, попавших в «неактивные» периоды, оценивалось случайными дополнительными фазовыми сдвигами. Для гармоники 5.7 лет в пределах ошибки определения ее фазы (0.27 лет) использованы 15 реализаций таких сдвигов. Для гармоники 8.5 лет в качестве верхней оценки рассчитывались 60 подобных реализаций в переделах ошибки 0.92 года. В качестве нижней оценки для гармоники 8.5 подбора фазы не проводилось, что ближе к реально использованной методике. Для каждой из 20 000 реализаций выборок землетрясений по 1560 реализациям сдвигов фаз отбиралось одно минимальное значение числа землетрясений, попавших в «неактивные» интервалы.

При получении верхней оценки в «неактивные» интервалы менее 2 точек попало в 92 случаях из 20 000 (0.46%). Нижняя оценка - 0.22% (44 случая), подобна расчетной. Оценка случайности полученного результата с учетом реального варианта подбора находится в диапазоне 0.2-0.5%. В случае снятия ограничения на временные промежутки между последовательными землетрясениями (для более корректного сопоставления с приведенным выше теоретическим значением 0.2%) полученные значения вероятности находятся в диапазоне 0.6-1.5%.

Полученные прогнозные результаты представлены на рисунке 26. Прогноз следующего сильнейшего землетрясения Курило-Камчатской островной дуги на их основе выглядит следующим образом.

С 2010 г. в регионе существует повышенная опасность сильнейших (M 7.7) землетрясений, и этот период продлится до III 2015 г. Вероятность попадания в этот период следующего землетрясения на основе представленных данных не меньше 7/21 7/17 или 33-41%. В дальнейшем до I 2018 г. такая вероятность менее 1/14 или 7%.

Окончание следующего опасного периода - II 2023 г. Этот результат согласуется с результатами Раздела 5.

Было найдено и второе аналогичное решение - с использованием фазы 8.576 летней гармоники, полученной на основе спектрального разложения - 1900.20 г. При этом минимумам значений гармоники 8.5 лет соответствуют нулевые точки гармоники 5.7 лет. Выпадающим в этом случае является землетрясение 1958 г. Это решение признано худшим, несмотря на то, что в нем короткие «асейсмичные паузы»

объединены (см. рисунок 26).

Проблема согласования двух полученных решений нуждается в дальнейшем изучении, пока же можно сделать обобщенный вывод текущий опасный интервал может продлиться на 11 месяцев дольше до II 2016 г., а следующий начнется также с I 2018 г.

На рисунке 26 представлена также 67% область прогноза следующего землетрясения Курило-Камчатской островной дуги, полученная в работе [Федотов и др., также Раздел 5) на основе квазипериодичных 2011] (см. 5-летних последовательностей курило-камчатских сильнейших землетрясений. В указанной работе, с учетом специфики проводимых в ней оценок, не учитывались глубокие землетрясения, поэтому землетрясения 2012 г. в Охотском море к указанному прогнозу формально отношения не имеет. Показательно же, что начало интервала прогноза в указанной работе совпадает с началом опасного интервала на основе результатов настоящей работы (см. рисунок 26).

С учетом данных работы [Федотов и др., 2011] о большой энергии, накопленной в пределах Камчатского участка (фактически равной энергии максимального наблюдавшегося в Курило-Камчатской островной дуге землетрясения, M = 8.5, таблица 9) полученный в настоящей работе результат позволяет продлить наиболее опасный период в этом районе до II 2016 г.9 Это согласуется также с данными о сохраняющейся высокой сейсмической опасности в регионе и, особенно, - в районе г.

Петропавловск-Камчатский (Камчатка), полученными на основе представляемого метода ДСП [Федотов и др., 2012].

Полученная лет) периодичность может определяться 17-летняя (17. вариациям магнитного поля Солнца с близким периодом [Juckett, 1998].

Уместно сравнить полученный прогноз с аналогичным прогнозом, данным до 2030 г. для Камчатки и Курильских островов в работе [Серафимова, Широков, 2012].

В ней выделены следующие сейсмически опасные периоды: Камчатка VIII 2015 VII 2017 гг. (M 7.6);

Курильские острова: IX 2013-II 2016 гг. и XI 2024-I 2026 гг.

(M 7.5). Вероятность сильнейшего землетрясения в регионе в целом, таким образом, повышена с IX 2013 до 2017 гг. Здесь пренебрегается различием во включении в сравниваемые прогнозы с одной стороны - глубоких землетрясений, с другой Землетрясение 24.V 2013 г., M = 8.3, H = 609 км, произошедшее в Охотском море возле западного побережья Камчатки вполне удовлетворяет сделанному в исследовании прогнозу, однако, оно не сняло значительного напряжения в Камчатской части сейсмогенной зоне, и прогноз, данный в представленном исследовании, сохраняет свою силу.

землетрясений с M = 7.5-7.6, т.к. и те и другие относительно редки в соответствующих прогнозных интервалах.

Расхождение результатов прогноза наблюдается, прежде всего, в период III 2016-VII 2017 гг., когда, по полученным в настоящем исследовании данным, вероятность сильнейших землетрясений во всем регионе сильно понижена. Можно заметить, что достоверность прогноза интервалов затишья в настоящей работе, вероятно, выше достоверности прогноза землетрясений в цитируемой. Пересечение сейсмически опасных периодов, полученных обоими методами, наблюдается с IX 2013 г. до 2015 г. включительно в районе Курильских островов и в конце 2015 г. на Камчатке.

При сопоставлении методов важно учесть, что в настоящей работе не использованы лунные цикличности и 22-летний Цикл Хейла, данный в ней прогноз определяется гармониками 17-летнего цикла, связанного, по-видимому, с другими компонентами солнечной активности, что указывает на независимость полученных результатов и результатов работы [Широков, Серафимова, 2006]. При этом если воздействие гармоник лунного цикла несколько различно для Курильских о-вов и Камчатки, то гармоники 17-летнего цикла, возможно, менее избирательны.

С учетом данных об упоминаемом ранее регулярном следовании камчатских землетрясений гармоникам лунного периода, а также других изложенных в настоящей работе фактов, можно говорить о сложной системе «вложенных» циклов разной природы с вероятной периодической фазовой синхронизацией.

Оценим также взаимоотношение вулканической активности и сильнейших землетрясений всего рассматриваемого Курило-Камчатского региона, включая его продолжение у восточного побережья о-ва Хоккайдо, на основе гармонической составляющей с периодом 52.8 года, выделенной в спектре вулканической активности (см. рисунок 24). Она также представлена на рисунке 27. Здесь же приведены зависимость на основе 55.8-летней гармоники, предложенная в работе [Гусев, 2008] для прогноза неглубоких камчатских землетрясений, и 54-летняя гармоника сейсмической активности (см. рисунок 24). Также здесь приведены с точностью до года моменты времени камчатских и курильских землетрясений. Необходимо заметить, что до 1900 г. очень вероятны пропуски сильнейших землетрясений.

Рисунок 27. Сопоставление времен сильнейших (M 7.7) землетрясений Курило Камчатской островной дуги с ходом гармонических компонент, соответствующих спектральным пикам сейсмической и вулканической активностей региона, близким к 56-летней гармонике лунного цикла. Исправлено в сравнении с [Соломатин, 2014а]10. - график хода гармонической компоненты с периодом 54.0 года, полученной на основе временного ряда сильнейших Курило-Камчатских землетрясений, в том числе глубоких (рисунок 24, таблица 9);

2 - то же для 52.8-летней гармоники вулканической активности AV;

3 ход периодичности, соответствующей 56-летней (55.8 лет) гармонике лунного цикла, и построенной для прогноза сильных неглубоких камчатских землетрясений [Гусев, 2008];

4 временные границы положительной фазы 54.0-летней компоненты;

5 - времена сильнейших землетрясений Курило-Камчатской островной дуги (таблица 9), внизу - землетрясения Курильской части, вверху - землетрясения Камчатки, в середине - глубокие (более 80 км) землетрясения.

Очевидно прекрасное совпадение в большей части указанных 50-летних гармоник сейсмической и вулканической активностей. Это указывает на синфазность влияния на них предполагаемого общего фактора, что позволяет не только совместно осуществлять их исследование, но и взаимно дополнять данные их прогноза.

Очевидно также, что 24 из 30 (80%) зарегистрированных в период 1840-2012 гг.

землетрясений (исключая парные, таблица 9) относятся к положительной фазе гармоники. Вероятность случайного появления данного факта на основе биноминального распределения - 0.2%.

Различие зависимостей на основе 52.8 и 55.8-летних периодичностей [Гусев, 2008] достаточно велико, особенно в конце рассматриваемого временного интервала, и отражает, по-видимому, уход текущей фазы региональной активности от долговременной средней, определяемой на основе лунной цикличности, с вероятной В указанной статье и в ее английском переводе вычисленной 52.8-летней гармонике вулканической активности, как и некоторым другим гармоникам (рисунок 28) был ошибочно приписан сдвиг на периода, что было связано с логической ошибкой автора при построении вычислительного алгоритма. На основные, принципиальные выводы статьи это не повлияло, однако, важный для дальнейших исследований вывод о том, что процессы, приводящие к активизации вулканов и повышению сейсмической опасности на этом и других рассмотренных периодах сдвинуты во времени на периода и, вследствие этого, связаны с принципиально разными физическими процессами не верен. Здесь и далее эта ошибка исправлена.

«подстройкой» в дальнейшем. Показательно, что максимальная плотность курильских землетрясений все-таки локализуется в районе максимумов периодичности, указанной А.А. Гусевым.

Оценка фазового сдвига между ходом вулканической и сейсмической активностей рассматривалась также в важном для прогноза сильнейших землетрясений диапазоне периодов 4.9-6.4 лет, включающем средний период повторяемости сильнейших курило-камчатских землетрясений 5 лет, спектральный пик, соответствующий периоду 5.7 лет, и третью гармонику лунного цикла 6.2 года (рисунок 28).

Рисунок 28. Разность фаз хода вулканической и сейсмической (на основе землетрясений Курило-Камчатской островной дуги, таблица 9) активностей для ряда гармоник в диапазоне периодов T = 5-6 лет (подробности - в тексте). Исправлено по сравнению с [Соломатин, 2014а]11.

Наиболее устойчивая разность фаз вулканической и сейсмической активностей - 0.0 лет отмечается в области общего максимума: 5.7 лет. Прогнозная ценность результата только на основе представленных данных низка, так как вариации общей вулканической активности с таким периодом относительно незначимы, тем не менее, она указывает на предполагаемую синфазность вариаций сейсмичности и вулканизма на этой гармонике, что дает стимул к продолжению исследований в этом направлении.

Для двух остальных спектральных пиков фазовые сдвиги определяются не столь надежно: для периода T = 5.02 не обнаружено значимой соответствующей гармоники вулканической активности, для периода T = 6.2 сдвиг фаз малозначим.

См. примечание к рисунку 27.

В целом, приведенные факты подтверждают существующие представление об опосредованной связи вулканических и сейсмических процессов в широком диапазоне временных интервалов, а также уточняют ее характер. Важную роль в проявлении этой связи в виде их согласованных вариаций, по-видимому, играют космические факторы.

А.6. Выводы раздела В настоящем исследовании на концептуальном уровне представлена методика определения вулканической активности, как частоты вулканических проявлений регионального масштаба. Результаты относятся, прежде всего, к вулканам Камчатки и Северных Курильских островов, но, как предполагается, они принципиально применимы и для всего Курило-Камчатского региона. На это позволяет надеяться общность факторов космического воздействия, как основы вариаций вулканической активности, и однородность в первом приближении геодинамических условий.

Адекватность определения гармонических периодов хода вулканической активности подтверждается:

- сравнением со среднемировыми данными ее периодограмм и хода;

- сравнением периодограмм вулканической и сейсмической активностей;

- сопоставлением возмущений усредненного хода вулканической активности с другими факторами, относящимися к соответствующим периодам.

Выявлен факт уменьшения на 3.6% значений периодов гармоник спектра вулканической активности по отношению к предполагаемым соответствующим периодам внешнего воздействия, наиболее значимый для больших (более 20 лет) периодов. При сравнении спектров вулканической и сейсмической активностей оказалось, что значения соответствующих пиков периодов для первой в среднем на 5.6% меньше также при периодах более 20 лет и практически равны для меньших периодов.

На основе последних фактов предполагается, что и вулканическая, и сейсмическая активности отражают реакцию сложной активной среды на внешнее воздействие в виде спектра гармоник, принципиально отличающегося от спектра воздействующих факторов. Согласование фаз гармоник реакции и воздействия происходит, по-видимому, за счет периодических фазовых сдвигов - «подстройки»

первой. Такая позиция дает основание использовать полученные на основе спектрального разложения значения периодов, в общем случае не равные значениям периодов известных внешних факторов воздействия. Нужно отметить, что такие результаты указывают на сложный, активный характер реакции среды на внешнее воздействие.

Наиболее значимой из всех выявленных, как в настоящей работе, так и в работе [Хаин, Халилов, 2008], является гармоника с периодом 25.3 года. Примечательно, что эта гармоника не находит адекватного отражения в периодичности сильнейших землетрясений региона. Ее природа не определена.

Сделан вывод, что в 2004 г. наблюдалась максимальная вулканическая активность за последние 40 лет. В 2013-2023 гг. она будет оставаться на среднем уровне12. Надо отметить, что данный прогноз не тождественен прогнозу отсутствия сильных извержений.

Результаты настоящей работы позволили выявить также опосредованную на основе цикла 52.8 года (соответствующего 55.8-летнему лунному периоду) связь между вулканической активностью и уровнем опасности сильнейших землетрясений в регионе.

Отличием настоящего исследования является также демонстрация значительного, если не определяющего, влияния на вероятность возникновения сильнейших землетрясений гармоник 17-летних вариаций, предположительно магнитного поля Солнца, а также представление о большом масштабе подобного воздействия (Курило-Камчатский регион). В этом плане влияние лунного цикла является уточняющим фактором.

В работе также получен прогноз сильнейших землетрясений Курило Камчатского региона на основе гармоник периодичности. Хотя 17-летней Как уже было отмечено выше, 2013 г. ознаменовался рекордной активизацией камчатских вулканов, что подтверждает сделанные в работе предположения о применимости понятия "вулканическая активность" к обширным регионам и о связи сейсмической и вулканической активностей (учитывая редкое сильнейшее глубокое землетрясение 24.V 2013 г., М = 8.3, H = 609 км в Охотском море). Однако, эта активизация противоречит сделанному здесь прогнозу хода вулканической активности. В связи с этим выше было также замечено, что подобные текущей краткосрочные активизации хорошо выделяются в 1946 и 1980 гг. (рисунок 25). Вполне возможно, что таким образом проявляется удвоенная по периоду 17-летняя периодичность. В любом случае эта проблема заслуживает дальнейшего изучения.

предполагается его практически 100% оправдываемость, условием этого является продолжительное (75%) время тревоги. По-видимому, значительно уменьшить последний без отказа от высокой надежности возможно за счет разбиения региона на более-менее однородные по геодинамическим условиям участки и детального на основе такого разбиения анализа влияния воздействующих факторов. В качестве хорошего примера использования указанного разбиения можно привести упоминавшиеся работы В.А. Широкова и А.А. Гусева.

Для получения необходимой детальности возможно использование большого массива данных по землетрясениям средней силы. Приведенные в настоящей работе обобщенные для всего региона спектры могут быть использованы в этом случае в качестве опорных.

Полученные результаты свидетельствуют, что существующая с 2000 г.

повышенная долговременная сейсмическая опасность в Курило-Камчатском регионе продлится еще около 15 лет. Наиболее же опасным в настоящее время является период до конца 2015 г. - начала 2016 г. Последние результаты согласуются с данными ДСП для Курило-Камчатской островной дуги по методу С.А. Федотова [Федотов и др., 2011, 2012], а также с данными Раздела 5. По отношению к прогнозу, данному в [Серафимова, Широков, 2012], отмечены следующие перекрывающиеся опасные интервалы: период IX 2013 - II 2016 гг., определяющий временной интервал вероятного сильнейшего землетрясения на Курилах, и период VIII 2015 - II 2016 гг. на Камчатке.

Полученные в настоящем Приложении результаты, как и результаты Раздела 5, позволяют существенно уточнить степень сейсмической опасности в пределах 5 летнего прогнозного прогноза, построенного по основной, апробированной методике представляемого метода ДСП.

Предложенная методика исследований может быть распространена и на другие вулканически и сейсмически активные регионы со сходными геодинамическими условиями.

Приложение Б Построение уточненного уравнения макросейсмического поля для землетрясений Курило-Камчатского региона.

Интерполяционный и регрессионный подходы [Соломатин, 2013] Б.1. Введение Решение задач по прогнозу интенсивности сейсмического воздействия необходимы, прежде всего, для рационального обоснования инженерных решений по строительству и сейсмоусилению в сейсмоопасных районах.

Изучаемая активная часть сейсмогенной зоны Курило-Камчатской островной дуги представляет собой узкий протяженный участок (2100100 км2) в котором происходит основная часть землетрясений Камчатки и Курильских островов, а также самые опасные из них - неглубокие землетрясения с M = 8 и более.

Наиболее угрожаемым населенным пунктом, близким к активному участку является г. Петропавловск-Камчатский административный, культурный и экономический центр Камчатского края. Его удаление от ближайшего потенциального эпицентра сильнейшего землетрясения - около 100 км. Расчетная для территории г. Петропавловск-Камчатский интенсивность сейсмического воздействия согласно карте ОСР-97-А составляет 9 баллов [Сейсмическое районирование..., 2000].

Настоящее исследование имеет в своей основе решение задачи прогноза интенсивности сейсмического воздействия землетрясений по их величине и удаленности. Список работ, касающихся данной темы, как и все ее аспекты, весьма обширен. Ниже приведены лишь самые общие сведения, необходимые для понимания сути решаемой задачи.

Сейсмическое воздействие определяется целым рядом факторов (ускорение, скорость и амплитуда колебаний поверхностного слоя, различного рода его нарушения, в том числе и в виде неоднородных остаточных смещений и др.) Шебалин, Хотя эти факторы, которые можно считать [Аптикаев, 1988].

элементарными, и поддаются по отдельности инструментальным измерениям, учет всего их комплекса при оценке сейсмического воздействия является крайне сложной инженерной задачей.

Наряду с инструментальными измерениями сейсмических воздействий землетрясений, активно развивающимися в настоящее время, широко используются их оценки по макросейсмическим шкалам. Подобные оценки связаны с достаточно сильным обобщением наблюдений, как правило, не связанных с инструментальными.

Именно комплексность учета множества элементарных факторов сейсмического воздействия, а также обобщающий и наглядный характер оценок являются основными преимуществами макросейсмических шкал.

Вторым немаловажным фактором, определяющим использование макросейсмических шкал, является накопленный сейсмологический материал, в том числе относящийся к доинструментальному периоду. В наибольшей степени это относится к таким важным случаям, как воздействие относительно редких сильнейших (с магнитудой M около 8 и более) землетрясений, а также к редким случаям предельно высоких его значений.

Основой оценок макросейсмического воздействия в России является шкалa MSK-64. Имеется также ее модификация - шкала MMSK-86 [Аптикаев, Шебалин, 1988]. Оценки по шкале макросейсмической интенсивности широко применяются, прежде всего, для целей массового строительства [Страхов и др., 1998;

Сейсмическое районирование..., 2000].

Для определения сейсмической опасности землетрясений используются различного рода модели сейсмического воздействия и чисто (возможен статистический подход - долговременный). Построение полной модели, как было указано выше, является крайне трудной задачей учета целого комплекса малоизученных факторов, относящихся к образованию, распространению сейсмического воздействия, а также к реакции на него.

В связи с этим необходимо отметить важный метод – построение и анализ вероятных сценариев развития сейсмического процесса с достаточно жестко заданными параметрами, выбранными на основе некоторых дополнительных предположений. Такой метод, в сочетании с глубоким анализом результатов, к которому в данном случае предъявляются повышенные требования, может применяться при решении наиболее ответственных задач. В качестве примера такой работы для оценки сейсмической опасности в районе г. Петропавловск-Камчатский можно привести статью [Гусев и др., 2005].

Более простая и обобщенная, классическая, модель сейсмического воздействия связывает, чаще всего, три параметра: магнитуду землетрясения M, гипоцентральное расстояние в точке наблюдения R (по замечанию Ф.Ф. Аптикаева несколько лучшей в настоящее время оценкой удаленности очага, чем гипоцентральное расстояние является расстояние до его ближайшей точки) и оценку интенсивности воздействия I.

Существует множество моделей такого рода в виде уравнений макросейсмического поля: f(I, M, R). При их построении используются следующие понятия:

- интенсивность сейсмического воздействия в ближней (очаговой) зоне, как функция магнитуды (энергии) землетрясения;

- функция на основе удаленности очага, определяющая закон ослабления сейсмического воздействия;

- условия в месте регистрации воздействия.

В качестве поправок могут быть учтены и дополнительные факторы, например, в качестве следующего приближения Ф.Ф. Аптикаев рассматривает выделение трех характерных зон гипоцентральных расстояний R. В работе [Гусев, Шумилина, 1999] в качестве дополнительного фактора сейсмического воздействия рассматривается протяженность (и, потенциально, сложное строение и особенности механизма) очага землетрясения.

Наиболее распространенными классическими моделями уравнений макросейсмического поля являются выражения следующего вида [Шебалин, 1968, 1975]:

I(R, M) ~ Ф1(M) – c·lg[R] (форма Блейка-Шебалина) (29) и I(R, M) ~ Ф2(M) – c·lg[R] – q·R (форма Ковеслигети-Шебалина). (30) К виду (30) относится уравнение макросейсмического поля, предложенное С.А. Федотовым и Л.С. Шумилиной для оценки сейсмического воздействия камчатских землетрясений [Федотов, Шумилина, 1971] и, с некоторыми уточнениями, использующееся для данного региона в настоящее время [Гусев, Шумилина, 1999]:

I ~ 1.5·M – 2.63·lg[R] – 0.0087·R (31) Формально к виду (29) относится выражение, предложенное М.А. Садовским [Садовский, 1999]:

lg[R] ~ 0.32·M – 0.25·I (32) Важно отметить, что похожая зависимость (lg[R] ~ 0.33·M) на основе теории подобия предложена и Ф.Ф. Аптикаевым.

В качестве основного результата в настоящем исследовании определяется уточненная с учетом ряда выявленных закономерностей зависимость I = f(M, R) вида (30) для Курило-Камчатского региона, основным источником сейсмической опасности для которого является Курило-Камчатская сейсмогенная зона. Для регуляризации данных, а также для предварительных оценок вида окончательной регрессионной модели применяется интерполяционная сеточная модель.

Б.2. Интерполяционный подход. Подбор коэффициентов опорной функции, оценка точности модели Под интерполяционным подходом уточнения модели уравнения макросейсмического поля понимается использование метода определения макросейсмической интенсивности I0 в некоторой заданной точке (M0, R0) на основе наблюдений Ii в точках (Mi, Ri), находящихся в ограниченной области возле нее в гипотетической плоскости (M, R): (M0 ± M, lg[R0] ± R).

Идея данного подхода достаточно очевидна. В частности, в техническом руководстве по использованию сейсмологического программного продукта ShakeMap [ShakeMap® Manual..., 2005] используется понятие «phantom stations» - регулярной сетки, узлы которой находятся на расстоянии в несколько десятков километров друг от друга. Для данных узлов на основании ближайших к ним станций рассчитываются параметры сейсмического воздействия.

Подобная оценка в настоящем исследовании производится с помощью интерполяционного выражения:

I0(M0, R0) = Wi ·(Ii + a·(M0 – Mi) – b·lg[R0 / Ri]) / Wi (33) где Wi = exp(–lg2[R0 / Ri] /R2)·exp[–(M0 – Mi)2 / M2] (34) В выражениях (33) и (34) индекс i (i = 1…n) определяет наблюдение (Ii, Mi, Ri).


Коэффициенты a и b определяются на основе приближенной линейной зависимости I(M, R) ~ a·M – b·lg[R] (в дальнейшем - опорной функции). Wi – весовая функция с постоянными параметрами R (lg[R]) и M, определяющими скорость ее уменьшения при удалении точки (Mi, Ri) от (M0, R0). Вид весовой функции достаточно произволен, но он должен обеспечивать слабое влияние наблюдений в наиболее удаленных точках.

При указанной весовой функции влияние наблюдений за пределами интервала (M0 ± 2·M, lg[R0] ± 2·R) пренебрежимо мало.

Основным преимуществом интерполяционного подхода является слабая зависимость точности прогноза от вида используемой опорной функции, а также точности определения ее коэффициентов. Иначе: данный вид модели в значительной мере свободен от систематических ошибок, возникающих при неудачном выборе моделирующей зависимости. Однако, возможности экстраполяции – оценок за пределами области, определяемой имеющимися наблюдениями (Ii, Mi, Ri) (а также, возможно, ее значимо удаленных друг от друга подобластей) - при данном подходе напрямую определяются точностью задания опорной функции.

Вторым преимуществом данного подхода является очевидные простота, наглядность и легкость переносимости в другие сейсмоопасные регионы.

В работе использовались данные макросейсмических наблюдений [Новый каталог..., 1977, с. 20-30, 374-447] за период 1900-1975 гг. и относящиеся к Курило Камчатскому региону. Всего использовалось 527 наблюдений для 224 землетрясений данного региона с магнитудами 5.5-8.5.

Для этих данных эмпирически была подобрана следующая опорная функция:

I(M, R) ~ 1.28·M – 3.25·lg[R] (35) Уместно заметить, что коэффициенты подобранной опорной функции оказались приближенно соответствующими коэффициентам обращенного выражения (32), которые рассматривались наряду с коэффициентами выражения (31), как наиболее вероятные. Результаты проверки модели (33) на основе данной функции состоят в следующем: величина ошибки прогноза = 1.01 при R = 0.2 и M = 0.15. Такую точность можно считать достаточно высокой (для модели (32) соответствующая точность определяется величиной 1.38). Для диапазона магнитуд M = 7.5-8.5 и в области гипоцентральных расстояний 70-330 км точность модели (33) - 0.77 (против 0.61 для модели (31)). Однако, модель (31) в отличие от модели (33) вне указанной области магнитуд и гипоцентральных расстояний имеет существенные систематические ошибки (рисунки 29, 30).

Рисунок 29. График ошибок определения значений интенсивности сейсмического воздействия I на основе модели (31) как функция гипоцентрального расстояния R [Соломатин, 2013]. 1 - для землетрясений с магнитудой M 7.5;

2 - для землетрясений с M 7.5;

3 - оценка линейного тренда ошибок для землетрясений с M 7.5.

Рисунок 30. График ошибок определения значений интенсивности сейсмического воздействия I на основе модели (31) как функция ее предсказанных значений [Соломатин, 2013]. 1 - для землетрясений с магнитудой M 7.5;

2 - для землетрясений с M 7.5.

Все сказанное выше указывает на высокую эффективность применения интерполяционного подхода в качестве одного из возможных методов оценки макросейсмического эффекта землетрясений Курило-Камчатского региона.

Б.3. Применение интерполяции для построения регулярной сетки макросейсмических данных. Получение данных для построения регрессионной модели Как указано выше, модель (33) при использовании опорной функции (35) имеет достаточно высокую точность при условии, что величины |lg[R] – lg[R0]| и |M – M0| не превышают значения 0.2-0.4 и 0.15-0.3, соответственно. Данный факт позволяет преобразовать нерегулярные данные в диапазоне R = 50-500 км и M = 5.75-8.5 в регулярную сетку I(Mi, Ri) с точностью I сопоставимой (за счет усреднения) с той, которая бы получена при прямых наблюдениях. Такое преобразование облегчает предварительный анализ перед построением регрессионной модели.

Указанные выше макросейсмические данные для Курило-Камчатского региона были приведены с помощью модели (33) на основе опорной функции (35) к сетке с шагом R = 0.05, M = 0.15 (рисунок 31). Тонкие серые линии представляют интерполированные эмпирические зависимости I(R) при различных фиксированных значениях от 5.75 до 8.5 с указанным шагом (за исключением последнего значения – 8.5, изолиния для которого выделена дополнительно).

Рисунок 31. График изолиний I(R) при различных значениях магнитуды M, полученных методами интерполяции (33) и регрессии (36) [Соломатин, 2013]. 1 - проекции на плоскость (I, R) точек (I, R, M) для землетрясений с магнитудой M 7.5;

2 - для землетрясений с M 7.5;

3 - изолинии I(R) для разных заданных с шагом 0.15 в диапазоне 5.75-8.3 магнитуд, полученные с помощью интерполяции данных;

4 - изолиния для магнитуды M = 8.5;

5 - изолинии I(R) для магнитуд M = 6.0-8.5, полученные на основе регрессионной модели (36). Вертикальные пунктирные линии показывают область, использованную при анализе интерполяционных изолиний.

Данные изолинии наглядно отражают основное свойство искомой зависимости I = f(M, R): уменьшение скорости ослабления сейсмического воздействия I = f(R) с ростом R при малых магнитудах M.

Второй, достаточно очевидный, факт – необходимость введения в зависимость I = f(M, R) члена, пропорционального R (по образцу модели (30)).

Менее очевидно сгущение указанных линий при малых магнитудах, означающее уменьшение вклада малых вариаций параметра M в вариацию наблюдаемой интенсивности I, и, кроме того, существенным для дальнейшего является факт плавного хода зависимости I = f(R) при магнитуде M = 8.5 (более толстая и самая верхняя изолиния на рисунке 31).

Последнее свойство было использовано для оценки изменений скорости ослабления сейсмического воздействия I(R) как функции магнитуд. Вектор значений Ii = f(Ri) при M = 8.5, как шаблон предполагаемой в первом приближении формы всех изолиний, был принят в качестве независимой переменной. В качестве зависимой переменной поочередно принимался подобный вектор значений, полученный для других магнитуд. Для оценок использовался только наиболее полный диапазон данных R = 50-500 км (lg[R] = 1.7-2.7).

Отличия величины наклона получаемой регрессионной зависимости от должны отражать изменения скорости ослабления сейсмического воздействия.

Изменения расстояний между значениями Iср.(M), т.е. для средних точек R = 158 км (lg[R] = 2.2), при разных значениях M должны отражать изменения вклада данного параметра в наблюдаемую интенсивность. Результаты данного построения приведены на рисунках 32 и 33.

Как и предполагалось, поведение изолиний при больших и малых магнитудах существенно различно. Прежде всего, коэффициент при параметре M в модели вида (31) практически скачком меняется от 0.88 при магнитудах M 7.0 до 1.59 при M 7.0 (см. рисунок 32). Скорость ослабления сейсмического воздействия, как наклон изолиний на рисунке 31, при магнитудах M = 7.4-7.5, практически так же - скачком, падает от 0.88 до 2/3 по отношению к ее величине при M = 7.5 (рисунок 33).

Оценить величины коэффициентов при lg[R] и R в выражении вида (31) для больших и малых магнитуд позволяет осреднение полученных выше данных I(R) в диапазонах магнитуд M = 7.5-8.5 и M = 5.75-7.4, соответственно.

Рисунок 32. График значений интенсивности сейсмического воздействия I в средней точке интерполяционных изолиний при различных значениях магнитуд M [Соломатин, 2013]. 1 - значения сейсмической интенсивности I для средних точек (lg[R] = 2.2) интерполяционных изолиний (см. рисунок 31) при различных значениях магнитуды М землетрясений с M 7.0;

2 - то же для землетрясений с M 7.0;

3 - линии аппроксимации зависимостей для каждого из двух указанных диапазонов.

Рисунок 33. График относительных скоростей спадания интенсивности сейсмического воздействия I при разных значениях магнитуд M [Соломатин, 2013]. 1 - относительные скорости спадания сейсмической интенсивности I(R), полученные на основе интерполяционных изолиний (подробности приведены в тексте) при различных значениях магнитуды М для землетрясений с M 7.5;

2 - то же для землетрясений с M 7.5;

3 - линии аппроксимации зависимостей для двух указанных диапазонов. Горизонтальные пунктирные линии продолжают аппроксимации до вертикальной оси.

Для M = 8.5 и M = 5.75 получены следующие аппроксимирующие соотношения (рисунок 34):

I(M = 8.5) = –4.047·lg[R] – 0.0041·R + 16. I(M = 5.75) = –2.842·lg[R] – 0.0009·R + 10. Данные результаты отражают значимость выделенных эффектов. Важно, что соотношение между коэффициентами при зависимых членах R и lg[R] является неустойчивым. Можно также отметить некоторое фактическое занижение значений I магнитуд при M = 8.5 на расстояниях R = 300 км (lg[R] = 2.5) по сравнению с усредненными зависимостями.

Необходимо заметить, что приведенные выше построения, хотя и позволяют выявить крайне важные для дальнейшего изложения факты, в целом достаточно схематичны. Развитие приведенного подхода, вероятно, может привести к более детальным и точным оценкам параметров модели макросейсмического поля, однако, прямой путь, позволяющий получить на данном этапе модель макросейсмического поля в ее классическом виде, – применение регрессионного анализа.

Рисунок 34. Усредненные изолинии I(R), приведенные к уровням M = 5.75 и M = 8.5 и их аппроксимация [Соломатин, 2013]. 1 - точки усредненных интерполяционных изолиний I(R) (подробности - в тексте);

2 - их аппроксимация.

Б.4. Построение модели уравнения макросейсмического поля для землетрясений Курило-Камчатского региона на основе регрессионного анализа Выявленные при предыдущих построениях факты дают необходимые сведения для построения регрессионной модели уравнения макросейсмического поля на основе фиктивных переменных:


I = a1·M1 + a2·M2 + b1·lg[R1] + b2·lg[R2] + c1·R1 + c2·R2 + d1·p1 + d2·p2 + e (36) В данной модели использованы следующие фиктивные переменные:

M1 = M при M 6.75 (уточненное значение) и M1 = 0 в противном случае;

M2 = M при M 6.75 и M2 = 0 в противном случае;

R1 = R при M 7.5 и (lg[R1] = 0, R1 = 0) в противном случае;

R2 = R при M 7.5 и (lg[R2] = 0, R2 = 0) в противном случае;

p1 = 1 при M 6.75 и p1 = 0 в противном случае;

p2 = 1 при M 7.5 и p2 = 0 в противном случае.

Приведенная модель является уточнением модели (30) (а также его частного, применяемого для Камчатских землетрясений, случая - (31)) позволяющим учесть отмеченные выше факты.

Результат оценки коэффициентов данной модели:

a1 = 1.77±0.30, a2 = 0.72±0.22 (коэффициенты при M);

b1 = –3.62±1.23, b2 = –2.52±0.36 (коэффициенты при lg[R]);

c1 = –0.0042±0.0023, c2 = –0.0012±0.0008 (коэффициенты при R);

d1 = –6.99±2.48, d2 = 2.89±2.41 (поправки для двух диапазонов M);

e = 5.19±1.45 (свободный член).

Коэффициенты, соответствующие различным указанным выше магнитудным диапазонам, очевидно, значимо различаются.

Стандартная ошибка оценок значений сейсмического воздействия I на основе данной модели - 0.97. Для диапазона M 7.5 ее величина - 0.62. Как видно из рисунков 35-37 систематические ошибки данной модели незначимы, и, следовательно, она является наиболее пригодной для прогнозов сейсмической опасности. Это лучшая модель из всех представленных в данной работе.

Изолинии I(R) на основе зависимости (36) для магнитуд M = 6.0-8.5 нанесены на рисунке 31. Сопоставление с изолиниями, полученными методом интерполяции показывает их хорошее соответствие в диапазоне магнитуд 6.0-8.5, что также служит свидетельством в пользу адекватности представленной регрессионной модели.

Обращает на себя внимание очевидный (см. рисунок 31) факт, что на больших расстояниях вследствие разной скорости затухания землетрясения с M = 7 и меньше производят сопоставимый сейсмический эффект в сравнении с более сильными: 7.5 8.5. Это относится к сотрясениям с балльностью I = 4 и ниже.

Рисунок 35. График ошибок определения значений интенсивности сейсмического воздействия I на основе регрессионной модели (36) как функция гипоцентрального расстояния R [Соломатин, 2013]. 1 - для землетрясений с M 7.5;

2 - для землетрясений с M 7.5.

Рисунок 36. График ошибок определения значений интенсивности сейсмического воздействия I на основе регрессионной модели (36) как функция ее предсказанных значений [Соломатин, 2013]. 1 - для землетрясений с M 7.5;

2 - для землетрясений с M 7.5.

Рисунок 37. График ошибок определения значений интенсивности сейсмического воздействия I на основе регрессионной модели (36) как функция магнитуды M [Соломатин, 2013]. 1 - для землетрясений с M 7.5;

2 - для землетрясений с M 7.5.

Отмеченные факты также вполне определенно указывают на следующую проблему: экстраполяция данных по средним и слабым землетрясениям (а, отчасти, по сильным) в область сильнейших, без учета данных по последним, может привести к существенным систематическим ошибкам. Важно, что на малых расстояниях данные ошибки означают существенное балла) занижение ожидаемой (около интенсивности.

Для оценки сейсмического воздействия близких землетрясений с протяженными очагами важно решение вопроса о «насыщении» такого воздействия. Во-первых, как указывает Ф.Ф. Аптикаев, в очаговой зоне (lg[R] 0.33·M – 1.51) затухание амплитуды ускорения отсутствует. Во вторых, на расстояниях порядка размера очага он не может рассматриваться в виде точечного источника, в результате сейсмический эффект на данных расстояниях не является чисто интегральным эффектом всего очага. Подобная модель обсуждается в работе [Гусев, Шумилина, 1999] с позиции протяженного очага, имеющего, кроме того, в потенциале сложное строение.

Полученные в работе данные из-за недостатка наблюдений необходимого диапазона не позволяют уверенно судить как о наличии эффекта насыщения значений I (их фактического занижения) вблизи очага сильнейшего землетрясения, так и о его отсутствии. Тем не менее, совокупный анализ графиков (рисунки 35-37) остатков позволяет предположить, что величина данного эффекта при гипоцентральном расстоянии около 50 км и для магнитуд M = 8.2-8.5 может составлять 0.5 балла для землетрясений Курило-Камчатской сейсмогенной зоны.

Б.5. Выводы раздела В работе представлены интерполяционная и регрессионная модели классического уравнения макросейсмического поля, существенно расширяющие область применимости используемого в настоящее время, построенного на основе землетрясений Курило-Камчатского региона выражения (31). Предложенные модели, являясь относительно точными, в значительной степени свободны от систематических ошибок в широком диапазоне магнитуд Курило-Камчатских землетрясений (M = 6.0-8.5) и при гипоцентральных расстояниях от первых десятков до ~1000 км.

Это позволяет на основе представляемого метода ДСП делать более точные, несмещенные, оценки сейсмической опасности практически на всей территории Камчатки, что особенно важно в связи с развернутой в Охотском море добычей углеводородов и необходимостью транспортировки их через Западное побережье Камчатки в краевой центр - г. Петропавловск-Камчатский. Возможности применяемой в настоящее время модели в этом отношении существенно ограничены.

Предложенная интерполяционная модель достаточно универсальна, наглядна, устойчива к ошибкам в задаваемых при ее построении параметрах, легко переносима на другие сейсмоопасные регионы. В то же время, она позволяет делать оценки интенсивности сейсмического воздействия I с относительно низкой стандартной ошибкой. Для Курило-Камчатского региона последняя составляет 1.0 (0.77 - для наиболее сильных, M 7.5, землетрясений) балл I.

К недостаткам данной модели можно отнести возможность оценок лишь в тех частях области (M, R), для которых имеются близкие по M и R наблюдаемые значения I. Это несколько (для Курило-Камчатского региона незначимо) сужает область его применимости.

Существенно, что интерполяционная модель позволяет облегчить предварительный анализ данных, позволяя построить более однородный их массив.

Это обстоятельство было использовано в работе: данная модель позволила определить значимые скачки параметров искомой регрессионной модели при магнитудах M 6.8-7.0 и M 7.5.

На основе интерполяционной модели был сделан вывод о возможных значительных систематических ошибках в случае переноса результатов анализа наблюдений, полученных в узком диапазоне магнитуд, за его пределы.

В свою очередь регрессионная модель, предложенная на основе полученных при анализе интерполяционной модели результатов, позволила уточнить вид линейной модели (31). В результате оказалось возможным оценивать значения функции I(M, R) с большей точностью - со стандартной ошибкой от 0.62 для наиболее сильных (M 7.5) курило-камчатских землетрясений и 0.97 - по всей их совокупности в широком диапазоне магнитуд и расстояний.

Однако, при использовании полученных в данной работе результатов необходимо учитывать следующие неисследованные эффекты.

Вероятно заметное рисунок превышение интерполированной (см. 31) интенсивности по отношению полученной на основе регрессии на больших (500 1000 км) расстояниях, однако, это может быть эффектом недостатка данных при построениях по интерполяционной модели.

Использованные данные не позволили судить о наличии или отсутствии эффекта насыщения интенсивности сейсмического воздействия в ближней зоне (R 100 км) протяженных очагов сильнейших (M 7.7) землетрясений. Тем не менее, в работе сделана оценка данного эффекта в предположении, что он существует.

Физический смысл выявленных в данной работе эффектов, отличающих полученное решение от классических выражений для уравнения макросейсмического поля, не обсуждается, так как подобное обсуждение потребовало бы существенного углубления теоретической части работы.

Приложение В Применение метода долгосрочного сейсмического прогноза для сейсмогенной зоны Северо-Восточной Японии В.1. Введение С самого начала построения представляемого метода ДСП сейсмогенная зона Северо-Восточной Японии рассматривалась в качестве естественного продолжения сейсмогенной зоны Курило-Камчатской островной дуги. В ранних работах [Федотов, 1965, 1967, 1968] для Северо-Восточной Японии по аналогии с районом Камчатки и Курильских островов были выделены сейсмические бреши и определены границы полосы прогноза. Результатом таких работ явился успешный прогноз места землетрясения 16.V 1968 г., M = 7.9, которое заполнило сейсмическую брешь южнее Хоккайдо [Fedotov et al., 1972].

Этот первый успех предложенного С.А. Федотовым метода ДСП является основанием более полного его применения в этом регионе.

В.2. Ретроспективный прогноз землетрясения 25.IX 2003 г., М = 8.1, у юго восточного побережья о-ва Хоккайдо 25.IX 2003 г. у юго-восточного побережья о-ва Хоккайдо произошло землетрясение с М = 8.1. В связи с этим для данного района был построен ретроспективный долгосрочный сейсмический прогноз на 2001-2005 гг. [Федотов и др., 2004].

Среди нерешенных к тому времени задач было определение сейсмического параметра A10 на основе магнитуд японских каталогов землетрясений, а также уточнение границ областей ДСП, аналогичных используемым в Курило-Камчатском регионе.

Для наибольшей части района Северо-Восточной Японии нет данных регионального каталога ближайшей Курильской региональной сейсмологической сети (ftp://ftp.gsras.ru), используемой при определении параметров A10 и D, но имеется собственный каталог магнитуд MJMA, сопоставимый с используемыми региональными каталогами по детальности, а также каталог мировых данных на основе магнитуды mb (http://neic.usgs.gov и http://www.isc.ac.uk).

Получение параметров зависимости между различными энергетическими и магнитудными шкалами землетрясений возможно на основе сопоставления графиков повторяемости этих шкал с использованием дополнительной магнитуды mb, достаточно полные каталоги которой имеются как для Курило-Камчатского региона, так и для Северо-Восточной Японии. Использованная методика близка по свойствам к ортогональной регрессии, однако является более наглядной.

Общая для обоих каталогов магнитуда mb необходима для получения аддитивного параметра в зависимости K(MJMA).

Так как использованный метод сопоставления не оригинальных, а ранжированных (как при построении графика повторяемости) независимо друг от друга пар значений {K;

MJMA}, несмотря на свою привлекательность, практически не используется, полученная зависимость проверялась и подтвердилась прямым методом - на основе построения параметра A10 для общей области - Южных Курильских о-вов.

В результате применения обоих методов получено, что зависимость K = 1.77·MJMA + 3.40 (37) удовлетворительно представляет соотношение K(MJMA) в диапазоне MJMA 5. и K 13.5.

Возможные отклонения от этой зависимости определяются ограничением магнитуд MJMA и mb, однако, учитывая аналогичную ограниченность шкалы K, диапазон линейности зависимости (37) должен быть несколько шире, что вполне приемлемо.

В качестве уточненной северо-западной границы зоны прогноза выбрана сглаженная изолиния A10 (рисунок 38), построенная по перекрывающимся площадкам радиусом 38 км способом Ю.В. Ризниченко [Ризниченко, 1964], которая на участке вдоль о-ва Хонсю совпала с приведенной в работах [Федотов, 1965, 1967, 1968;

Fedotov et al., 1972].

Для о-ва Хоккайдо эта граница была отодвинута за береговую линию (рисунки 38-40), а начало первого участка карты прогноза для Курило-Камчатской островной дуги было отодвинуто к юго-западному краю очага землетрясения 4.III 1952 г.

Добавленный участок (0) охватил зону активности, расположенную южнее о-ва Хоккайдо (рисунки 38, 39).

Рисунок 38. Карта изолиний параметра A10 для сейсмогенной зоны возле о. Хоккайдо по данным за 1996-2000 гг., H = 0-80 км [Федотов и др., 2004]. 1 - номера участков;

2 инструментальные эпицентры главных толчков землетрясений;

3 - границы областей очагов, проведенные с точностью 10 км;

4 - участки тех же границ, проведенные с меньшей точностью;

5 - зона прогноза;

6 - оси глубоководных желобов;

7 - северо-западная граница зоны землетрясений с глубинами очагов H = 0-80 км;

8 - эпицентр землетрясения 25.IX 2003 г.;

9 - изолинии параметра A10, радиус осреднения 38 км.

Вероятности P(A10) и P(D), а также параметр B = P(A10)·P(D) (см. Раздел 1) для участков 0 и 1б (таблица 11) были получены в предположении, что характеристики сейсмического цикла аналогичны таким же характеристикам, полученным для Курило-Камчатской сейсмогенной зоны. Для их определения была использована пропорция между P(M 7.7) и соответствующими величинами параметра (1 – B), полученная для Курило-Камчатской зоны на период 2001-2005 гг. При этом также учитывались длины участков прогноза 0 и 1б (таблицы 10 и 11, рисунок 40).

Найденные значения P(M 7.7) для областей 0 и 1б в качестве ожидаемых областей следующего сильнейшего землетрясения равны и 12.0 17.6%, соответственно, в сумме 29.6%. Большие вероятности P(M 7.7) были определены на этот период только для юга Камчатки и Авачинского залива: 20.5 и 18.3% (в сумме 38.8%).

Участок 1а, отчасти занятый очагом землетрясения 4.III 1952 г., M = 8.3, был отнесен к участкам, проходящим II-ю стадию сейсмического цикла. Оценка P(M 7.7) на 2001-2005 гг. для него определялась по нормальному закону распределения вероятных периодов сейсмического цикла (см. Раздел 1).

Таким образом, сейсмическая брешь в сейсмогенной зоне, протянувшейся вдоль юго-восточного побережья о-ва Хоккайдо, перед сильнейшим землетрясением 25.IX 2003 г., M = 8.1, была одним из наиболее опасных мест в участке Тихоокеанского сейсмического пояса от мыса Эримо (о-в Хоккайдо) до г. Усть Камчатск (п-ов Камчатка).

Полученный результат подтверждает применимость используемой методики ДСП для сейсмогенной зоны у о-ва Хоккайдо.

По данным за период X 2003-III 2004 г. была построена область очага землетрясения 25.IX 2003 г. К ней была отнесена часть области афтершоков, для которой A10 10 и D 1 [Федотов и др., 1980].

Полученный результат показал, что очаг землетрясения 25.IX 2003 г. занял не только самое опасное место в сейсмической бреши, но также значительную часть области очага сильнейшего землетрясения 4.III 1952 г. (рисунки 39-40). Это важная особенность данного землетрясения. Интересны их изучение и сопоставление с аналогичными случаями предыдущих пар сильнейших землетрясений: возле о-ва Итуруп (6.XI 1958 г., M = 8.2, и 24.III 1978 г., M = 8.0), возле о-ва Шикотан (11.VIII 1969 г., M = 8.2, и 4.X 1994 г., M = 8.1), а также пары землетрясений возле о ва Симушир (15.XI 2006 г., M = 8.2, и 13.I 2007 г., M = 8.1), см. рисунок 1, Раздел 1.

Рисунок 39. Карта изолиний параметра B для сейсмогенной зоны возле о. Хоккайдо по данным за 1996-2000 гг., H = 0-80 км [Федотов и др., 2004]. 1 - номера участков;

2 инструментальные эпицентры главных толчков землетрясений;

3 - границы областей очагов, проведенные с точностью 10 км;

4 - участки тех же границ, проведенные с меньшей точностью;

5 - эпицентр и граница очага землетрясения 25.IX 2003 г., построенная по данным за полгода после него;

6 - зона прогноза;

7 - оси глубоководных желобов;

8 - северо-западная граница зоны землетрясений с глубинами очагов H = 0-80 км;

9 - изолинии параметра B = P(A10)·P(D), радиус осреднения 50 км.

Для исследуемого участка Северо-Восточной Японии по данным за период 1996-2000 гг. была рассчитана также карта изолиний параметра B с усреднением по областям радиусом 50 км (рисунок 39). Можно отметить аномально высокие значения интенсивности сейсмического процесса (определяемые областями пониженных значений параметра B) сразу двух зон в районе краев очага землетрясения 25.IX 2003 г. Наибольшая интенсивность наблюдалась в районе стыка готовящегося очага и очага землетрясения 16.V 1968 г., M = 7.9 (участок 0).

Рисунок 40. Ретроспективный прогноз мест и вероятности землетрясений с М 7.7 для района о. Хоккайдо на 2001-2005 гг., H = 0-80 км [Федотов и др., 2004]. 1 - номера участков;

2 - инструментальные эпицентры главных толчков землетрясений;

3 - границы областей очагов, проведенные с точностью 10 км;

4 - участки тех же границ, проведенные с меньшей точностью;

5 - эпицентр и граница очага землетрясения 25.IX 2003 г., построенная по данным за полгода;

6 - наиболее вероятные места следующих землетрясений с М 7.7;

- возможные места следующих таких землетрясений;

8 - зона прогноза;

9 - оси глубоководных желобов;

10 - северо-западная граница зоны землетрясений с глубинами очагов H = 0-80 км;

11 - вероятности возникновения землетрясений с М 7.7 в 2001-2005 гг.;

12 - эпицентры афтершоков за первые полгода с M 5.0;

13 - эпицентры афтершоков за первые полгода с M 5.0.

Другие две значимые аномалии параметра B в районе Южных Курильских о вов и возле северо-восточного побережья о-ва Хонсю (см. рисунок 39), определяются афтершоками землетрясений 4.X 1994, M = 8.1, и 28.XII 1994, M = 7.5, соответственно.

В.3. Прогноз места гигантского землетрясения 11.III 2011 г., М = 8.9, у восточного побережья о-ва Хонсю В 2005 г. в рамках проекта № 03-1-0-08-007 «Долгосрочный сейсмический прогноз для Курило-Камчатской дуги, продолжение прогноза катастрофических землетрясений, развитие метода и применение в других регионах мира»

Направления 1 Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № «Изменения окружающей среды и климата: природные катастрофы» был построен пробный сейсмический прогноз для Северо-Восточной Японии на 2005-2010 гг., включающий участок сейсмогенной зоны возле восточного побережья о-ва Хонсю.

При построении прогноза в этом районе была указана протяженная сейсмическая брешь, в которой в начале 80-х годов прошлого века могла завершиться II стадия сейсмического цикла. Серия последних сильнейших землетрясений этого района произошла 1896-1901 гг. [Федотов, 1965] (рисунок 41).

11.III 2011 г. данная брешь была заполнена почти полностью от области землетрясений 2.III 1933 г., M = 8.5, и 16.V 1968 г., M = 7.9 - на севере до области землетрясения 1.IX 1923 г., M = 8.2 - на юге, очагом катастрофического землетрясения с M = 8.9 (рисунок 42), что подтвердило указанный прогноз вероятного места следующего сильнейшего землетрясения.

Важно также, что для данного землетрясения на основе применяемой методики, сценария форшоков, мог быть дан краткосрочный прогноз: перед главным толчком землетрясения 11.III 2011 г. в непосредственной близости к его эпицентру, на стыке трех очагов сильнейших (M 7.7) землетрясений 1933 и 1968 гг. и области очагов группы землетрясений M = 7.8-8.3 1897-1901 гг., в течение месяца наблюдалась значительная сейсмическая активизация, включавшая показательный мощный форшок 9.III 2011 г. с M = 7.3.

Рисунок 41. Области очагов сильных землетрясений (M 7) Северо-Восточной Японии в 1897-1963 гг. и вероятные места следующих землетрясений с M [Федотов, 1965]. Положение очага последовавшего землетрясения 16.V 1968 г., M = 7.9.

Инструментальные эпицентры землетрясений [Федотов и др., 2012]. 1 - сильнейших землетрясений 1923-1963 гг.;

2 - 1897-1905 гг. с M = 8-8;

3 - M = 8-8;

4 - M = 7;

эпицентры форшоков и афтершоков: 5 - M 7;

6 - M = 6.0-6.9;

7 - M = 5.0-5.9;

8 - эпицентры форшоков;

9 - эпицентры афтершоков;



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.