ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАТИСТИКИ НАПРАВЛЕНИЙ ДЛЯ ПАР ЭПИЦЕНТРОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ-СОСЕДЕЙ НА КАМЧАТКЕ

Слабые землетрясения, составляющие «фоновую сейсмичность», не распределены в пространстве-времени беспорядочно. Часто изучают пространственно-временное группирование, которое проявляется в виде афтершоковых серий и роев. Эти явления могут быть описаны как отклонение (увеличение) вероятности коротких расстояний и интервалов времени между событиями по сравнению с опорным «чисто случайным» (Пуассоновским) процессом; эта тенденция проявляется в статистике расстояний между эпицентрами. В данной работе мы изучаем статистику направлений для векторов, соединяющих пары эпицентров таких слабых землетрясений, которые близки в пространстве-времени; членов таких пар будем называть соседями. Исследование такого рода представляет интерес при установлении новых свойств статистической структуры наблюдаемых полей эпицентров, обнаружении взаимодействия между очагами землетрясений, выявлении геометрических свойств сетки активных разломов невысокого ранга. Мы показываем, что направления названных векторов заметно отклоняются от изотропии и демонстрируют вместо этого неоднородное распределение направлений, часто содержащее пики.

Пары соседей строились путем обработки каталога слабых (M_L=3.5–5.0) мелкофокусных землетрясений Камчатской зоны субдукции. Для выделения эпицентров-соседей использовали ограничение на расстояние (10–60 км) и на относительное запаздывание (0.5 сут) между членами пары. Перед извлечением пар рабочий каталог был прорежен с целью уменьшить пространственно-временную плотность событий в местах плотных групп. Создав каталог пар, мы построили распределения азимутов векторов, соединяющих членов пары (роза-диаграммы направлений). На рис. 3 можно видеть примеры гистограмм и соответствующих роза-диаграмм для двух 10-летних периодов (характеристики и обозначения периодов см. табл 1); обработка была проведена с использованием двух вариантов максимального запаздывания: 0.5 и 5 дней. Во всех гистограммах и роза-диаграммах использованы модифицированные азимуты v, отсчитываемые от направления с азимутом 37°, который принят как угол простирания островной дуги. До построения роза-диаграмм модифицированные азимуты приводили к диапазону [0–180°], вычитая 180°, если необходимо. Можно видеть, что при более жестком ограничении запаздывания – 0.5 сут – гистограммы и роза-диаграммы показывают более выраженные отклонения от однородного (изотропного) распределения углов. В обоих вариантах ограничения запаздывания проявляются пары, ориентированные вдоль дуги (на углах вблизи 0° и 180°). При менее жестком ограничении (5 сут) это направление начинает доминировать. Его появление можно было ожидать: оно отражает преимущественное распределение эпицентров в относительно узкой полосе (хорошо заметной на рис. 1). Эта тенденция никак не связана со спецификой поведения именно «соседей». Чтобы подавить вклад этого мешающего направления, была проведена специальная нормализация угловых гистограмм. Подобные гистограммы рассчитали для больших задержек, 100–150 дней (обозначены Т), и рассматривали их как проявление чистого эффекта геометрии поля эпицентров. Значения исходных R-гистограмм были разделены (поточечно) на соответствующие значения T-гистограмм. Таким путем получали нормализованные N-гистограммы. Считали, что они наилучшим образом характеризуют предпочтительные направления пар соседей. Для исключения субъективных результатов выполняли статистический контроль гипотезы «N-гистограмма отличается от постоянной»; для этого проверяли эквивалентную гипотезу «R-гистограмма отличается от T-гистограммы». Использовали критерий c² Пирсона. Уровень значимости, Q, обозначен на графиках, в основном, он ниже 0.1 %. Таковы методические основы работы, используемые при анализе данных.

N-гистограммы были определены для трех кругов радиуса 150 км, показанных на рис. 1, и для пяти десятилетних периодов. Соответствующие R-, T- и N гистограммы и роза-диаграммы см. на рис. 5, 4 и 6. Можно видеть выраженное и почти везде значимое отклонение от изотропии; вместо этого во многих случаях заметны узкие лепестки. На рис. 7 и 8 приводятся примеры, поясняющие, чему соответствуют эти лепестки на исходной карте. Из этого материала можно сделать следующие выводы. (1) Наблюдаемое распределение азимутов пар существенно отличается от равномерного закона; во многих случаях это отклонение проявляется в виде узких лепестков направленности. (2) В роза-диаграммах вида N часто присутствует выраженный лепесток, ориентированный поперек островной дуги и вдоль оси наибольшего сжатия. Возникновение такого лепестка трудно объяснить с позиций геомеханики. (3) Имеет место очевидное различие между роза-диаграммами для двух южных кругов SK и SP, расположенных в основной части островной дуги, и таковыми для круга KG, расположенного вблизи стыка Курило-Камчатской и Алеутской дуг. (4) Имеются явные вариации роза-диаграмм во времени, что может указывать на кратковременные изменения параметров сейсмотектонической деформации («сейсмического течения горных масс» по Б.В. Кострову [Kostrov, 1974, 1975]). Мы полагаем, что наблюдаемая картина может быть объяснена на основе представления о распространении вдоль вторичных разломов импульсов асейсмического скольжения. Такие импульсы сопровождаются слабыми землетрясениями. Таким образом, возникает картина множества ориентированных пар эпицентров, она близка к идее миграции эпицентров. Расположение ориентированных пар привязано к нескольким гипотетическим системам субпараллельных (эшелонированных) разломов, каждая такая система проявляет себя в формировании индивидуального лепестка роза-диаграммы. Эта интерпретация понятна из рис. 7 и 8, где можно видеть, как отдельный лепесток роза-диаграммы соотносится с множеством субпараллельных пар эпицентров, которые его сформировали.

Результат исследования – разработка и опробование новой методики определения скрытой угловой анизотропии поля эпицентров, обнаружение временных вариаций выявленных особенностей. В перспективе методика имеет потенциал для задачи слежения за активными процессами в литосфере.

1. Amorese D., Lagarde J.L., Laville E., 1999. A point pattern analysis of the distribution of earthquakes in Normandy (France). Bulletin of the Seismological Society of America 89 (3), 742–749.

2. Gusev A.A., 1971. The nomogram for the selection of earthquake groups. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) (3), 36–43 (in Russian) [Гусев А.А. Номограмма для выделения групп землетрясений // Геология и геофизика. 1971. № 3. С. 36–43].

3. Gusev A.A., Palueva A.A., 2016. Preliminary results from the statistic study of directions for pairs of neighboring earthquake epicenters in Kamchatka. In: Volcanism and related processes. Proceedings of the 19th Annual regional conference dedicated to Volcanologists Day. IVS FEB RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky, p. 180–189 (in Russian) [Гусев А.А., Палуева А.А. Предварительные результаты изучения статистики направлений для пар эпицентров землетрясений-соседей на Камчатке // Вулканизм и связанные с ним процессы: Материалы XIX ежегодной региональной научной конференции, посвященной Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2016. С. 180–189].

4. Jones R.H., Stewart R.C., 1997. A method for determining significant structures in a cloud of earthquakes. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 102 (B4), 8245–8254. http://dx.doi.org/10.1029/96JB03739.

5. Kostrov B.V., 1974. Seismic moment, energy of earthquakes, and seismic flow of rock masses. Izvestiya AN SSSR, seriya Fizika Zemli (Izvestiya, Physics of the Solid Earth) (1), 23–40 (in Russian) [Костров Б.В. Сейсмический момент, энергия землетрясений и сейсмическое течение горных масс // Известия АН СССР, серия Физика Земли. 1974. № 1. С. 23–40].

6. Kostrov B.V., 1975. Mechanics of Tectonic Earthquake Source. Nauka, Moscow, 176 p. (in Russian) [Костров Б.В. Механика очага тектонического землетрясения. М.: Наука, 1975. 176 с.]

7. Lukk A.A., 1978. Spatio-temporal sequences of weak earthquakes in the Garm region. Izvestiya AN SSSR, seriya Fizika Zemli (Izvestiya, Physics of the Solid Earth) (2), 25–37 (in Russian) [Лукк А.А. Пространственно-временные последовательности слабых землетрясений Гармского района // Известия АН СССР, серия Физика Земли. 1978. № 2. С. 25–37].

8. Lukk A.A., Turchaninov I.V., 1998. Identification of linear earthquake epicenter sequences in the seismic field of the Garm region. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 34 (10), 787–804.

9. Mogi K., 1968. Sequential occurrences of recent great earthquakes. Journal of Physics of the Earth 16 (1), 30–36. http://dx.doi.org/10.4294/jpe1952.16.30.

10. Molchan G.M., Dmitrieva O.E., 1991. Identification of aftershocks: an overview and new approaches. In: I.N. Keilis-Borok, A.L. Levshin (Eds.), Modern methods of seismic data processing. Computational Seismology, vol. 24. Nauka, Moscow, p. 19–50 (in Russian) [Молчан Г.М., Дмитриева О.Е. Идентификация афтершоков: обзор и новые подходы // Современные методы обработки сейсмологических данных / Ред. В.И. Кейлис-Борок, А.Л. Левшин. Вычислительная сейсмология. Вып. 24. М.: Наука, 1991. С. 19–50].

11. Ouillon G., Ducorbier C., Sornette D., 2008. Automatic reconstruction of fault networks from seismicity catalogs: Three‐dimensional optimal anisotropic dynamic clustering. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 113 (B1), B01306. http://dx.doi.org/10.1029/2007JB005032.

12. Rebetsky Yu.L., Alekseev R.S., 2014. The field of recent tectonic stresses in Central and South-Eastern Asia. Geodynamics & Tectonophysics 5 (1), 257–290 (in Russian) [Ребецкий Ю.Л., Алексеев Р.С. Поле современных тектонических напряжений Средней и Юго-Восточной Азии // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 5. № 1. С. 257–290]. http://dx.doi.org/10.5800/GT-2014-5-1-0127.

13. Richter C.F., 1958. Elementary Seismology. W.H. Freeman and Co., San Francisco, 768 p. [Русский перевод: Рихтер Ч. Элементарная сейсмология. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. 670 с.].

14. Scholz C.H., 2002. The Mechanics of Earthquakes and Faulting. Second edition. Cambridge University Press, Cambridge, 471 p.

15. Shebalin P.N., 2005. Chains of epicenters as an indicator of the increasing correlation radius of seismicity before strong earthquakes. Vulkanologiya i Seismologiya (Journal of Volcanology and Seismology) (1), 3–15 (in Russian) [Шебалин П.Н. Цепочки эпицентров как индикатор возрастания радиуса корреляции сейсмичности перед сильными землетрясениями // Вулканология и сейсмология. 2005. № 1. С. 3–15].

16. Vil’kovich E.V., Shnirman M.G., 1980. On earthquake foci migration along large faults and Benioff zones. In: V.I. Keilis-Borok, A.L. Levshin (Eds.), Methods and algorithms of seismic data interpretation. Computational Seismology, vol. 13. Nauka, Moscow, p. 19–24 (in Russian) [Вилькович Е.В., Шнирман М.Г. О миграции очагов землетрясений вдоль крупных разломов и зон Беньофа // Методы и алгоритмы интерпретации сейсмологических данных / Ред. В.И. Кейлис-Борок, А.Л. Левшин. Вычислительная сейсмология. Вып. 13. М.: Наука, 1980. С. 19–24].