Способ выделения очаговых зон возможных сильных землетрясений Советский патент 1993 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к области сейсмологии, в частности, к методам сейсмического районирования.

Целью предложенного способа является повышение эффективности выделения очаговых зон возможных сильных землетрясений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе выделения очаговых зон возможных сильных землетрясений, включающем установку сейсмических станций, регистрацию сейсмических волн от взрывов и местных землетрясений и обработку и интерпретацию полученных записей, в исследуемом районе устанавливают не менее 30 сейсмостанций на расстояниях не более 30 км от источника сейсмических волн и с расстояниями между станциями 5-10 км, а при обработке сейсмограмм осуществляют узкополосную частотную фильтрацию вертикальных компонент сигналов с центральной частотой 0,8-1.25 Гц и шириной фильтра (1 /2-1/3) октавы на уровне 0,7 от максимума, измеряют огибающие кода- волн на временах t 2ts, где t - время от начала излучения, ts - время пробега поперечной волны, и в случае обнаружения резкого измерения формы огибающих коды в интервале времени от 18-22 с до 70-80 с на расстояниях не более 10-15 км с относительным изменением уровня амплитуды не менее 0,3 ед.лог., судят о возможности возникновения сильных землетрясений с М б,0 в районе, где наблюдаются такие изменения; при этом землетрясениям с М 7,0 соответствует специфическая форма огибающих, характеризующихся участком очень крутого спадания амплитуд в

00 СА)

ОК Ю

ю

со

указанном интервале времени с относительным изменением уровня амплитуд на расстояниях 10-15 км не менее 0,50 ед.лог. и далее участком пологого наклона на временах до T40-16UC.

Суть способа состоит в следующем. В работе показано, что короткопериодная кода близких землетрясений и взрывов с частотой 1 Гц сформирована главным образом поперечными волнами, отраженными от многочисленных субгоризонтальных границ в коре и мантии со слабыми скачками скорости. При этом увеличению времени вдоль записи соотаетствуют отражения от все более глубоких границ. Таким образом, волны, формирующие коду, просвечивают литосферу и астеносферу в районе между эпицентром и станцией. Очевидно, что резкое увеличение наклона огибающих коды соответствует случаям, когда лучи попадают в слои относительно сильного поглощения поперечных волн, связанного с присутствием маловязкого частично расплавленного материала в верхней мантии. Можно ожидать, что в случае существования зон большого контраста поглощения,, соответствующих контакту относительно жестких и маловязких блоков верхней мантии, в литосфере могут накапливаться большие напряжения, в конечном счете приводящие к сильным землетрясениям. Полученные нами данные, описываемые ниже, хорошо согласуются с этим заключением.

Выбор 30 км в качестве максимального расстояния от источника обусловлен необходимостью выполнения условия t 2ts при t 18-20c( начало крутого спада на огибающих, соответствующее проникновению поперечных волн в верхи мантии); при форма огибающих становится неустойчивой. Выбор расстояния между станциями связан с тем. что на расстояниях 5-10 км в тектонически активных районах могут наблюдаться резкие различия в форме огибающих коды; на меньших расстояниях эти различия, как правило, невелики. Диапазон частотной фильтрации выбран из тех соображений, что короткопериодная кода с частотой 2l1 Ц. в отличие от более низких и более высоких частот, имеет достаточно большую, длительность для обычных карьерных взрывов; кроме того, на более высоких частотах увеличивается доля изотропно рассеянных волн, затрудняющих выделение слоев повышенного и пониженного поглощения в верхней мантии.

. Предлагаемый способ реализован следующим образом. В различных очаговых зонах сильных землетрясений в районе Тянь-Шаня были установлены группы стационарных и временных станций Института физики Земли РАН, которые, в частности, регистрировали карьерные взрывы и землетрясения на эпицентральных расстояниях

до 30 км. Проводилась узкополосная частотная фильтрация записей сигналов с центральными частями в диапазоне 0,8-1,25 Гц и шириной фильтра (1/2-2/3) октавы на уровне 0,7 от максимума. Измерялись огибающие кода-волн на временах t 2:2ts.

На фиг. 1-4 показаны примеры огибающих коды для некоторых районов Тянь-Шаня. Видно, что для всех очаговых зон сильных землетрясений с ,0 (Верненского, 1887, ,3; Гармского, 1941, М-6,4; Чаткальского, 1946, ,5, Джиргатальско- го, 1987, ,4) на расстояниях до 10-15 км наблюдается большой контраст формы огибающих коды в интервале времени от 18-22

с до 70-80 с. При этом сильным землетрясениям с М 7,0 соответствует специфическаяформаогибающих, характеризующихся участком очень крутого спадания амплитуд в интервале времени от

18-22 с до 70-80 с с относительным изменением уровня амплитуд не менее 0,50 ед.лог. и далее участком относительно пологого на- / клона на временах до 140-160 с.

Для модели однократных отражений поперечных волн это соответствует очень большому контрасту- поглощения в верхах мантии в диапазоне глубин приблизительно от 30-40 до 160-180 км. Существенно при этом, что с очаговыми зонами землетрясе

ний с М 7,0 связаны области очень тонкой коры (30-40 км), под которой до глубин 160-180 км простирается мощной слой очень сильного поглощения. Таким образом,

можно полагать, что зоны глубинных разломов, к которым приурочены очаги сильных землетрясений, имеют очень глубокие корни. Для них характерна очень тонкая литосфера, по-видимому, ограниченная границей

м, поднимающейся здесь на 20-30 км по сравнению с окружающими районами, а также сравнительно узкая зона очень мощной астеносферы. Существование столь ярко выраженной зоны маловязкого

материала облегчает относительные перемещения различных блоков литосферы, что и проявляется, в частности, в генерации в таких районах сильных землетрясений. Естественно при этом, что увеличению контраста вязкости литосферы и астеносферы, а также возрастанию мощности маловяэкого слоя в верхах мантии соответствует увеличение максимальной энергии возможных землетрясений.

В то же время, по нашим данным, в слабосейсмичных или асейсмичных районах огибающие коды характеризуются достаточно большой устойчивостью формы.

На фиг. 5 показаны примеры огибаю- щих коды для района Украинского щита. Как известно, здесь не зарегистрированы землетрясения с М 5,0. Характерно, что в этом, а также в других асейсмичных районах огибающие коды отличаются очень высокой устойчивостью формы на расстояниях по крайней мере до 30-35 км, а в некоторых случаях (например, в районе Илийской впадины) - даже до 200 км. Различия в изменении уровня огибающих в указанном выше интервале времени здесь не превышает 0.20ед.лог.

Таким образом, использование информации о характеристиках коды близких карьерных взрывов и землетрясений позво- ляет надежно выделять очаговые области возможных сильных землетрясений.

Применение предлагаемого метода выделения очаговых зон сильных землетрясений обеспечивает по сравнению с су- шествующими способами следующие преимущества:

1.Анализируется информация о поглощении короткопериодных поперечных воли, позволяющая наиболее надежно выделять области маловязкого материала верхней мантии, который является, по-видимому, одной

из главных причин тектонических движений.

2.Очень высокая детальность картирования пол поглощения, обеспечивающая возможность выделения контрастных зон

в верхах мантии на расстояниях не более 10-15 км.

3. В качестве источников колебаний могут быть использованы обычные карьерные взрывы.

Формула изобретения Способ выделения очаговых зон возможных сильных землетрясений, включающий установку сейсмических станций, регистрацию сейсмических волн от взрывов и местных землетрясений и обработку и интерпретацию полученных записей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности выделения очаговых зон сильных землетрясений, в исследуемом районе устанавливают не менее 30 сейсмо- станций на расстояниях не более 30 км от источника сейсмических волн и с расстояниями между станциями 5-10 км, а при обработке записей осуществляют узкополосную частотную фильтрацию вертикальных компонент сигналов с центральной частотой 0,8-1,25 Гц и шириной фильтра 1/2-1/3 октавы на уровне 0,7 от максимума, измеряют огибающие кода-волн на временах t 2ts, где t - время от начала излучения, ts - время пробега поперечной волны, и в случае обнаружения относительного изменения уровня амплитуды огибающих коды-волн не менее 0,3 лог.ед. в интервале времени от 18-22 с до 70-80 с судят о возможности возникновения сильных землетрясений с М б,0 в районе, где наблюдаются такие изменения, а при относительном изменении уровня амплитуд в указанном интервале времени не менее 0.5 ед.лог. и существовании далее участка пологого наклона огибающих кода-волн на временах до 140-160 с судят о возможности возникновения землетрясений с М 7,0.

i i i i i 11

Использование: сейсмология, сейсмическое районирование. Сущность изобретения: способ выделения очаговых зон возможных сильных землетрясений с М 6.0 связан с анализом характеристик короткопериодной коды записей взрывов или землетрясений на расстояниях до 30 км от источника. Выявляются специфические огибающие коды, соответствующие большому контрасту поглощения поперечных волн в верхах мантии на расстоянии не более 10-15 км. В таких районах наблюдается очень крутой наклон огибающих коды в интервале времени от 18- 22 с до 70-80 с, связанный с очень сильным поглощением сейсмических волн в диапазоне глубин от 30-40 до 160-180 км. 5 ил. Ё

ю so 4o eo no sao t,c

Фиг.I. Огибающие коды для очаговой зоны Верыенского землетрясения 1887г. 1,2 - временные станции; контраст формы огибающих наблюдается на расстояниях fc IO-I5 км..

ю го 40 so

Фиг.2. Огибающие коды для очаговой зоны Гармского землетрясения 1941г. 1,2 - ст.Гарм, г 5-Ю км.

юо гоо (,с

n so

Фиг.З. Огибающие коды для очаговой золы Чаткальского земл«.. семия 1946г. 1,2 - времеииые ст.акции, . 5-10 Км.

so 40 ее юо too t,c

Фиг.4, Огибающие коды для очаговой эожы Джиргатальского землетрясения 1987г.. 1,2 - временная стамция, t & 5-10 км.

40 60 ЮО SCO tfC

ПX40 60 ЮО t,C

Фиг.5. Огибающие коды для района Украинского щита. 1,2 - юго- западиая граиица щита, г 30-35 км; 3,4 - центральная часть щита, км.