ON STRUCTURED AND DIFFUSE SEISMICITY, STIFFNESS OF EARTHQUAKE FOCI, AND NONLINEARITY OF MAGNITUDE RECURRENCE GRAPHS
https://doi.org/10.5800/GT-2011-2-3-0045
Abstract
Geological, geophysical and seismogeological studies are now conducted in a more detail and thus provide for determining seismic sources with higher accuracy, from the first meters to first dozens of meters [Waldhauser, Schaff, 2008]. It is now possible to consider uncertainty ellipses of earthquake hypocenters, that are recorded in the updated Earthquake Catalogue, as surfaces of earthquake focus generators. In our article, it is accepted that a maximum horizontal size of an uncertainty ellipse corresponds to an area of a focus generator, and seismic events are thus classified into two groups, earthquakes with nonstiff and stiff foci. Criteria of such a classification are two limits of elastic strain and brittle strain in case of uniaxial (3⋅10–5) or omnidirectional (10–6) compression. The criteria are established from results of analyses of parameters of seismic dislocations and earthquake foci with regard to studies of surface parameters and deformation parameters of fault zones. It is recommendable that the uniaxial compression criterion shall be applied to zones of interaction between tectonic plates, and the unilateral compression criterion shall be applied to low active (interplate) areas. Sample cases demonstrate the use of data sets on nonstiff and stiff foci for separate evaluation of magnitude reoccurrence curves, analyses of structured and dissipated seismicity, review of the physical nature of nonlinearity of recurrence curves and conditions of preparation of strong earthquakes. Changes of parameters of the recurrence curves with changes of data collection square areas are considered. Reviewed are changes of parameters of the recurrence curves during preparation for the Japan major earthquake of 11 March 2011 prior to and after the major shock. It is emphasized that it is important to conduct even more detailed geological and geophysical studies and to improve precision and sensitivity of local seismological monitoring networks in zones of nuclear stations and other hazardous facilities. It is noted that a list of parameters recorded in earthquake catalogues needs to be extended. Based on the above, it will be possible to ensure proper monitoring of stability of the seismic process during construction, operations and decommissioning of nuclear stations.
About the Author
Evgeny G. Bugaev
Scientific and Engineering Centre for Nuclear and Radiation Safety, Federal Agency
Russian Federation
Russian Federation
Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher, Head of Stability against External Impacts Section,
107140, Moscow, Malaya Krasnoselskaya Street, 2/8, Bld. 5
References
1. Аптикаев Ф.Ф. Сильные сейсмические движения грунта при землетрясениях (сейсмические воздействия): Автореф. дис. … докт. физ.мат. наук. М., 2001. 47 с.
2. Арефьев С.С. Эпицентральные сейсмологические исследования. М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. 375 с.
3. Болт Б.А. Землетрясения. Общедоступный очерк. М.: Мир, 1984. 356 с.
4. Бугаев Е.Г., Спивак А.А. Оценка эффективных деформационных и прочностных характеристик среды в очагах землетрясений // Нестационарные процессы в верхних и нижних оболочках Земли (геофизика сильных возмущений). М.: ИДГ РАН, 2002. С. 77–85.
5. Бугаев Е.Г., Спунгин В.Г. Комплексное изучение условий возникновения очагов землетрясений // Сборник материалов Международной научной конференции «Уроки и следствия сильных землетрясений (к 80-летию разрушительных землетрясений в Крыму)», Ялта, 25–28 сентября 2007 г. Симферополь: Институт геофизики НАНУ, Крымский экспертный совет, 2007. С. 162–164.
6. Ваков А.А. Геометрические параметры и магнитуда очагов землетрясений при различных типах подвижек // Вопросы инженерной сейсмологии. Вып. 33 (Инженерно-сейсмологические исследования для районирования сейсмической опасности). М.: Наука, 1992. С. 40–53.
7. Востриков В.А. Связь параметров графика повторяемости, сейсмического течения и очага землетрясения // Труды Геологического института РАН. Вып. 482. М.: Наука, 1994.
8. Гейликман М.Б., Писаренко В.Ф. О самоподобии в геофизических явлениях // Дискретные свойства геофизической среды / Отв. ред. М.А. Садовский. М.: Наука, 1989. С. 109–131.
9. Грачев А.Ф. О природе Нью Мадридской зоны высокой сейсмической активности на североамериканской платформе // Физика Земли. 1994. № 12. С. 12–23.
10. Добровольский И.П. Механика подготовки тектонического землетрясения. М.: ИФЗ АН СССР, 1984. 189 с.
11. Кайе А., Трикар Ж. Проблемы классификации геоморфологических явлений // Вопросы климатической и структурной геоморфологии. М.: Иностранная литература, 1959. С. 32–66.
12. Касахара К. Механика землетрясений. М.: Мир, 1985. 264 с.
13. Комплексные инженерно-геофизические исследования при строительстве гидротехнических сооружений / Под ред. А.И. Савича, Б.Д. Куюнджича. М.: Недра, 1990. 463 с.
14. Кочарян Г.Г., Спивак А.А. Динамика деформирования блочных массивов горных пород. М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. 423 с.
15. Никонов А.А. Голоценовые и современные движения земной коры: геолого-геоморфологические и сейсмотектонические вопросы. М.: Наука, 1977. 240 с.
16. Никонов А.А. Реконструкция основных параметров древних сильных землетрясений Средней Азии на основе палеосейсмологического метода // Вопросы инженерной сейсмологии. Вып. 28 (Сильные землетрясения и сейсмические воздействия). М.: Наука, 1987. С. 72–91.
17. Пиотровский М.В. Использование морфометрии для изучения рельефа и строения Земли // Земля во Вселенной. М., 1964. С. 278–297.
18. Прозоров А., Хадсон Д. Соотношение поверхностных и объемных волн в различных регионах и в цепочках взаимосвязанных землетрясений // Вычислительная сейсмология. Вып. 7 (Машинный анализ цифровых сейсмических данных). М.: Наука, 1974. С. 65–84.
19. Пустовитенко Б.Г., Пантелеева Т.А. Спектральные и очаговые параметры землетрясений Крыма. Киев: Наукова Думка, 1990. 252 с.
20. Раутиан Т.Г. Определение параметров субочагов землетрясений и их интерпретация // Вопросы инженерной сейсмологии. Вып. 29. М.: Наука, 1988. С. 21–29.
21. Ребецкий Ю.Л. Проблемы прогноза землетрясений – новая модель очага землетрясений // Активные геологические и геофизические процессы в литосфере. Методы, средства и результаты изучения: Материалы международной конференции. Воронеж, 2006. Т. 2. С. 105–110.
22. Садовский М.А. О естественной кусковатости горных пород // Доклады АН СССР. 1979. Т. 247. № 4. С. 829–831.
23. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. 270 с.
24. Стром А.Л. Сопоставление параметров современных и палеосейсмодислокаций // Физика Земли. 1993. № 9. С. 38–42.
25. Тяпкин К.Ф. Физика Земли. Киев: Выща школа, 1988. 310 с.
26. Уломов В.И. Физическая модель очаговой области Газлийских землетрясений 8 апреля и 17 мая 1976 года // Сейсмологические исследования в Узбекистане. Ташкент: Издательство «ФАН» Узбекской ССР, 1979. С. 53–63.
27. Уломов В.И. Региональные структуры сейсмичности // Современная динамика литосферы континентов. Подвижные пояса / Под ред. Н.А. Логачева, В.С. Хромовских. М.: Недра, 1995. С. 401–419.
28. Уломов В.И., Шумилина Л.С. Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации – ОСР97. Масштаб 1:8000000. Объяснительная записка и список городов и населенных пунктов, расположенных в сейсмоопасных районах. М., 1999. 57 с.
29. Хромовских В.С. Сравнительная сейсмогеология активизированных в кайнозое древних платформ и молодых складчатых областей Евроазиатского континента // Основные проблемы сейсмотектоники. М.: Наука, 1986. С. 178–182.
30. Хромовских В.С. Сейсмогенные деформации земной коры в эпицентральных и плейстосейстовых зонах сильных землетрясений // Современная динамика литосферы континентов. Подвижные пояса / Под ред. Н.А. Логачева, В.С. Хромовских. М.: Недра, 1995. С. 440–503.
31. Шебалин Н.В. Сильные землетрясения. Избранные труды. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. 542 с.
32. Штейнберг В.В., Пономарева О.Н. О размерах сильных землетрясений // Вопросы инженерной сейсмологии. Вып. 28 (Сильные землетрясения и сейсмические воздействия). М.: Наука, 1987. С. 63–72.
33. Benedik A.L., Ivanov A.V., Kocharyan G.G. Design of structural models of sections of the earth's crust at different hierarchical levels // Journal of Mining Science. 1995. V. 31. № 5. P. 345–354. doi:10.1007/ BF0204 6630.
34. Bonilla M.G. Surface faulting and related effects // Earthquake Engineering / Ed. R.L. Wiegel. Englewood Cliffs, N. J.: PrenticeHall, 1970. P. 47–74.
35. Bonilla M.G., Mark R.K., Liekaemper J.J. Statistical relations among earthquake magnitude, rupture length, surface fault displacement // Bulletin of the Seismological Society of America. 1984. V. 74. № 6. P. 2379–2412.
36. Chinnery M.A. The deformation of the ground around surface faults. // Bulletin of the Seismological Society of America. 1961. V. 51. № 3. P. 22–41.
37. Chiu J. A high resolution PANDA experiment in the central New Madrid seismic zone // Geological Society of America Abstracts. 1990. V. 22. P. A17.
38. Gomberg J. Tectonic deformation in the New Madrid seismic zone: inferences from map view and crosssectional boundary element models // Journal of Geophysical Research. 1993. V. 98. № B4. P. 6639–6664. doi:10.1029/92JB02857.
39. Iida K.J. Earthquake energy and earthquake fault // Journal of Earth Sciences, Nagoya University. 1959. V. 7. P. 98–107.
40. Iida K.J. Earthquake magnitude, earthquake fault and source dimensions // Journal of Earth Sciences, Nagoya University. 1965. V. 13. № 1. P. 15–32.
41. Kocharyan G.G., Kishkina S.B., Ostapchuk A.A. Seismic picture of a fault zone. What can be gained from the analysis of fine patterns of spatial distribution of weak earthquake centers? // Geodynamics & Tectonophysics. 2010. V. 1. № 4. P. 419–440.
42. Mandelbrot B. The fractal geometry of nature. San Francisco: W.H. Freeman and Co., 1982. 460 p.
43. Matsuda T. Magnitude and recurrence interval of earthquake from a fault // Journal of the Geological Society of Japan. 1975. V. 28. № 11. P. 269–283.
44. Mogi K. Pressure dependence of rock strength and transition from brittle fracture to ductile flow // Bulletin of the Earthquake Research Institute. 1966. V. 44. № 1. P. 215–232.
45. Strom A.L., Nikonov A.A. Relations between the Seismogenic fault parameters and earthquake magnitude // Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 1997. V. 33. № 12. P. 1011–1022.
46. Tocher D. Earthquake energy and ground breakage // Bulletin of the Seismological Society of America. 1958. V. 48. № 2. P. 147–153.
47. Waldhauser F., Schaff D.P. Largescale relocation of two decades of Northern California seismicity using crosscorrelation and doubledifference methods // Journal of Geophysical Research. 2008. V. 113. B08311. doi:10.1029/2007JB005479.
Review
For citations:
Bugaev E.G. ON STRUCTURED AND DIFFUSE SEISMICITY, STIFFNESS OF EARTHQUAKE FOCI, AND NONLINEARITY OF MAGNITUDE RECURRENCE GRAPHS. Geodynamics & Tectonophysics. 2011;2(3):244-265. (In Russ.) https://doi.org/10.5800/GT-2011-2-3-0045
Views:
1666
Email this article 