CC BY
12
УДК 550.34.094+097
МОНИТОРИНГ ПОГЛОЩЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН В ОЧАГОВЫХ ОБЛАСТЯХ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ЮЖНОЙ ЧАСТИ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ СИСТЕМЫ
Анна Александровна Добрынина
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128; Геологический институт СО РАН, 670047, Россия, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, тел. (950)120-02-70, e-mail: [email protected]
Владимир Анатольевич Саньков
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128; Иркутский государственный университет, 664003, Россия, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией современной геодинамики, тел. (395)242-79-03, e-mail: [email protected]
Светлана Александровна Тощакова
Институт земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, ведущий инженер, тел. (924)634-71-54, e-mail: [email protected]
Петр Алексеевич Предеин
Геологический институт СО РАН, 670047, Россия, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, ведущий инженер, тел. (950)380-98-25, e-mail: [email protected]
Владимир Васильевич Чечельницкий
Байкальский филиал Федерального исследовательского центра Единой геофизической службы РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, кандидат геолого-минералогических наук, зам/ директора, тел. (914)901-64-62, e-mail: [email protected]
Представлены результаты исследования поглощения сейсмических волн в очаговых областях сильных землетрясений южной части Байкальского рифта на основе мониторинга отношений амплитуд и скоростей объемных прямых поперечных и продольных волн. Анализ показал существование временных вариаций затухания сейсмических волн в очаговых областях сильных землетрясений. Изменение параметров затухания сейсмических волн связывается с миграцией флюидов при изменении напряженно-деформированного состояния среды.
Ключевые слова: поглощение сейсмических волн, области сдвига, области растяжения, сильные землетрясения, афтершоки, Байкальская рифтовая система.
MONITORING OF SEISMIC WAVES ATTENUATION IN A FOCAL AREAS OF STRONG EARTHQUAKES OCCURRED IN THE SOUTHWESTERN PART OF THE BAIKAL RIFT SYSTEM
Anna A. Dobrynina
Institute of the Earth's crust SB RAS, 664033, Russia, Irkutsk, 128 Lermontova St.; Geological institute SB RAS, 667047, Russia, Ulan-Ude, 6a Sakh'yanovoy St., Ph. D., senior researcher, tel. (950)120-02-70, e-mail: [email protected]
Vladimir A. Sankov
Institute of the Earth's crust SB RAS, 664033, Russia, Irkutsk, 128 Lermontova St.; Irkutsl State University, 664003, Russia, Irkutsl, 1 K. Marks St., Ph. D., head of the laboratory of Recenr Geo-dynamics, tel. (395)242-79-03, e-mail: [email protected]
Svetlana А. Toshhakova
Institute of the Earth's crust SB RAS, 664033, Russia, Irkutsk, 128 Lermontova St., engineer, tel. (924)634-71-54, e-mail: [email protected]
Peter A. Predein
Geological institute SB RAS, 667047, Russia, Ulan-Ude, 6a Sakh'yanovoy St., engineer, tel. (950)380-98-25, e-mail: [email protected]
Vladimir V. Chechelnitsky
Baikal branch of the Federal Research Center of United Geophysical Survey Russian RAS, 664033, Russia, Irkutsk, 128 Lermontova St., Ph. D., vice-director, tel. (914)901-64-62, e-mail: [email protected]
The study of the seismic wave attenuation in the focal areas of strong earthquakes occurred in the southwestern part of the Baikal rift system on the basis of monitoring the ratios of the amplitudes and velocities the direct body P- and S-waves is given. The analysis showed the existence of temporal variations of the seismic waves attenuation in the focal areas. Modifying of the seismic wave attenuation parameters is associated with fluid migration during a changing of the stress-strain state of the medium.
Key words: attenuation of seismic waves, shear area, extension area, strong earthquake, aftershocks, Baikal rift system.
Поглощение сейсмических волн в земной коре зависит от многих факторов, таких как геологическое строение и возраст коры региона, тектоническая активность, механическая нарушенность среды, тепловой поток, содержание флюидов и пр. [1-4]. Помимо этого, наблюдаются быстрые временные вариации поглощения, связанные, по-видимому, с активными процессами в литосфере. В частности, установлены значительные изменения сейсмической добротности во времени в отдельных слоях литосферы при исследовании сильных землетрясений Тянь-Шаньского [5], а также Байкальского и Саяно-Тувинского регионов [6]. В настоящей работе исследуются временные вариации поглощения сейсмических волн в земной коре южной части Байкальской рифтовой системы (Бусингольский и Южнобайкальский районы), где с 1991 по 2008 гг. произошло три сильных землетрясения, сопровождавшихся афтершоковой активностью -Бусингольское (27.12.1991 г., М = 6.5), Южнобайкальское (25.02.1999 г., М = 5.9) и Култукское (27.08.2008 г., Ms = 6.1) (рис. 1). Землетрясения сопровождались афтершоковыми последовательностями, для Южнобайкальского землетрясения также зафиксирована форшоковая активность [9]. Сейсмические волны очень чувствительны к содержанию флюида в среде, поэтому временные вариации отношений скоростей (Vp/Vs) и амплитуд (AS/AP) прямых объемных продольных (Р) и поперечных (S) волн на близких расстояниях (до 250 км) могут
интерпретироваться с точки зрения вариаций содержания флюида в этих объемах коры. В работе использовались землетрясения, входящие в состав афтер-шоковых последовательностей и отдельные события, локализованные в прилегающих к ним областях. Всего для Бусингольского района было рассмотрено 200 событий с магнитудами от 2.8 до 6.5 за период с 1991 по 2014 гг., для Южнобайкальского - 137 событий с М = 2.6-6.1 с 1999 по 2014 гг.
Рис. 1. Положение исследуемых районов. Для каждого района показаны эпицентры рассматриваемых землетрясений, треугольниками обозначены сейсмические станции. Для главных событий показаны механизмы очагов по данным Международного Сейсмологического Центра (ISC, http://www.isc.ac.uk/)
Анализ отношений VP/VS и AS/AP показывает различный характер их изменения во времени для разных афтершоковых последовательностей. Для Бусингольского района на ближайших к эпицентру сейсмических станциях (ARAD, KZL, ORL, MOY, HTG, TLY, IRK) отмечается тенденция к увеличению параметра VP/VS со временем (рис. 2). Интересное поведение VP/VS фиксируется на станции TDJ: в период с 2003 по 2008 гг. отмечается рост параметра VP/VS, а за период с 2013 по 2014 гг. - понижение. Это явление может быть связано с активизацией афтершоков в области Тувинских землетрясений 2011-2012 гг., локализованных на 250 км к северо-западу от рассматриваемой области [6]. Анализ вариаций отношений VP/VS для событий Южнобайкальской последовательности показывает, что в самом начале активизации (стадия форшоков) для большинства сейсмических станций наблюдались достаточно высокие значения VP/VS - до 1.78, с 25 февраля (основная стадия) эти значения на большинстве станций резко упали. Далее в ходе сейсмической активизации отмечаются значительные вариации отношения скоростей, и, наконец, в последующие годы
параметр VP/VS понижался до момента Култукского землетрясения. В частности, для станции Хурамша значение ^^ понизилось на 3 % за рассматриваемый период времени (1999-2008 гг.). На некоторых станциях (например, LSTR, см. рис. 2) за несколько лет до Култукского землетрясения хорошо заметно повышение значений ^^^ В ходе реализации Култукской афтершоковой последовательности значение VP/VS варьируется в широких пределах, в следующие несколько лет опять наблюдается тенденция к убыванию, а в последние годы для многих станций отмечается рост ^^^
Рис. 2. Примеры временных вариаций VP/VS в Бусингольском (вверху) и Южнобайкальском (внизу) районах. Черным показаны линии тренда
Увеличение скоростей P-волн и уменьшение скоростей S-волн наблюдается при прохождении через объемы, содержащие заметную долю жидкой фазы [7] и, вследствие этого, характеризующиеся высокой степенью поглощения. Временные вариации отношения скоростей и амплитуд сейсмических волн могут быть вызваны миграцией флюида в очаговую область из окружающего пространства [5]. Согласно выявленным тенденциям, такой процесс наблюдался в Бусингольском районе. Для Южнобайкальского района получен другой сценарий изменения поглощающих свойств сейсмогенной среды, который предполагает высокую насыщенность флюидами до сильных землетрясений с последующим падением параметра Vp/Vs. По-видимому, в этом случае в результате сейсмической активизации осуществлялась миграция флюида из очаговой области во внешнее пространство.
Общие представления о процессах развития хрупких деформаций в областях сильных землетрясений, сопровождающихся афтершоковыми последовательностями, позволяют сделать вывод об увеличении раздробленности, неоднородности среды в ходе реализации таких последовательностей независимо от геодинамической ситуации в регионе. Однако, полученные нами противоположные тенденции изменения параметров поглощения сейсмических волн свидетельствуют о более сложном характере процесса, происходящего в очаговой области, или о других факторах, обуславливающих изменения поглощения. Опираясь на выводы авторов работы [5], можно интерпретировать вариации поля поглощения как результат изменения содержания флюидов в области очага. Таким образом, уменьшение во времени поглощения связано с вытеснением флюида из области деформаций, и, наоборот, повышение поглощения связано с миграцией флюида из окружающего горного массива в фокальную область. Согласно нашим результатам, первая тенденция наблюдается для последовательностей, располагающихся в пределах Южнобайкальского района с преобладающим режимом растяжения земной коры по комплексу геолого-геофизических данных. Т. е., флюиды концентрируются в области готовящегося очага при растяжении, а затем перераспределяются в более широкой области разрушения. Вторая тенденция отмечена для Бусингольской последовательности, которая связана со сдвиговым механизмом деформирования коры. Здесь флюид, выдавленный в процессе усиливающегося во времени сжатия перед началом сейсмической активизации, мигрирует в область формирования хрупких деформаций, существенно увеличивая поглощающие свойства массива.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Aki K., Chouet B. Origin of the coda waves: source, attenuation and scattering effects // J. Geophys. Res. - 1975. - № 80. - Р. 3322-3342.
2. Romanowicz B. On the measurement of anelastic attenuation using amplitudes of low frequency surface waves // Physics of Earth and Planetary Interiors. - 1994. - № 84. - Р. 179-192.
3. Gusev A. A. Vertical profile of turbidity and Coda Q // Geophys. J. Int. - 1995. - V. 123. -P.665-672.
4. Sato H., Fehler M. C., Maeda T., Seismic wave propagation and scattering in the heterogeneous earth. - New York : Springer, 2012. - 496 p.
5. Копничев Ю. Ф., Соколова И. Н. Пространственно-временные вариации поля поглощения S-волн в очаговых зонах сильных землетрясений Тянь-Шаня // Физика Земли. -2003. - № 7. - С. 35-47.
6. Временные вариации затухания сейсмических волн в очаговых областях сильных землетрясений юга Восточной Сибири / А. А. Добрынина, В. А. Саньков, В. И. Герман, С. А. Тощакова, П. А. Предеин, В. В. Чечельницкий, Ц. А. Тубанов // Актуальные проблемы науки Прибайкалья. Вып. 1. 2015 г. / отв. ред. И. В. Бычков, А. Л. Казаков. - Иркутск : Изд-во Института географии им. В. Б. Сочавы, 2015. - С. 114-119.
7. Lee M. W. Velocity ratio and its application to predicting velocities // U.S. Geological Survey Bulletin. - 2003. - V. 2197. - 15 p.
© А. А. Добрынина, В. А. Саньков, С. А. Тощакова, П. А. Предеин, В. В. Чечельницкий, 2017
