CC BY
23УДК 550.34 Джанузаков К. Дж.
Институт сейсмологии НАН КР, г. Бишкек, Кыргызстан
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАТУХАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СОТРЯСЕНИЙ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ КЫРГЫЗСТАНА И ПРИЛЕГАЮЩИХ К НЕМУ РАЙОНОВ
Аннотация: Определены средние региональные значения коэффициентов затухания интенсивности сотрясений и получена формула, описывающая зависимости коэффициента затухания от глубины очага, а также получено уравнение для определения предельных радиусов изосейст различной балльности и их площади. Для случая наклонного очага получено, что сила сотрясения локального эпицентра на 1-1,5 балла выше, чем сила сотрясения нормального эпицентра.
Ключевые слова: Коэффициент затухания, магнитуда, интенсивность сотрясений, глубина очага, размер очага, эпицентр, радиус изосейсты, фронт волны, макросейсмическое поле, расхождение, поглощение, ближняя зона, сейсмическое районирование.
КЫРГЫЗСТАНДАГЫ ЖАНА АГА ЖАНАША ЖАТКАН РАЙОНДОРДОГУ KY4TYY ЖЕРТИТИРООЛОРДУН ТЕРМЕЛУУ KY4YHYH БАСАНДООСУНУН АЙМАКТЫК ОЗГОЧОЛУКТОРУ
Кыскача мазмуну: Жер титирее ky4yhyh басацдоо коэффициентинин регионалдык орточо мааниси аныкталган жана басацдоо коэффициентинин жер титиреенун очогунун терецдигинен коз карандылыгын аныктоочу формуласы алынган, ошондой эле ар кандай баллдагы изосейстердин чек радиустарын жана алардын аянттарын аныктоочу формула алынган. Жантык очоктуу жер титиреенун учурунда чакан (локалдык) эпицентрдеги титиреенун KY4Y нормалдуу эпицентрдикине Караганда 1-1,5 баллга чоц экени аныкталган.
Негизги создор: 04YY (басацдоо)коффициенти, магнитуда, силкилдеенун кучегендугу, очоктун терецдиги, очоктун ченеми, эпицентр, изосейсттердин радиусу, толкундун фронту, макросейсмикалык талаа, толкундардын чачырашы, сицируу, жакынкы зона, сейсмикалык райондоштуруу.
REGIONAL FEATURES OF AN ATTENUATION OF STRONG EARTHQUAKES INTENSITY IN THE KYRGYZSTAN AND ITS
ADJACENT REGIONS
Abstract: Regional average values of the attenuation coefficients for shock's intensity were determined. A formula describing the dependence of an attenuation coefficient on a focal depth was obtained, as well as an equation to determine limiting radiuses of isoseismal lines for various intensities and their areas. It is found that in case of an inclined focal area the shaking force of a local epicenter is 1-1.5 points higher than the shaking force of a normal epicenter.
Keywords: Attenuation coefficient, magnitude, intensity of tremors, focal depth, focal size, epicenter, isoseists radius, wave front, macroseismic field, divergence, absorption, near zone, seismic zoning.
Известно, что затухание сейсмических сотрясений с расстоянием определяется геометрическим расхождением фронта волны, рассеиванием энергии на неоднородностях и поглощением [1-6, 13].
В настоящее время в практике макросейсмических исследований наибольшее распространение получила модель макросейсмического поля с одним параметром затухания. В формулах типа Блейка-Шебалина:
10 = ЬМ-Уо1§11+ С (1Х
11= ьм -7о V а -+ + с
(2),
(3),
все указанные факторы учитываются совместно введением коэффициента эффективного затухания, а в формуле типа Ковеслигети: _
1{= ьм -7о а-+ь2 _р7 а 1 + ъ2 + с (4)
проводится раздельный учет расхождения (уб) и поглощения (Р).
Все выше приведенные формулы макросейсмического поля справедливы только для так называемого «точечного очага», когда его размеры малы по сравнению с расстоянием до точки наблюдения. Поэтому в ближней зоне влияние протяженности очага должно быть учтено.
При обработке и анализе макросейсмических данных выявлены некоторые новые закономерности затухания интенсивности сотрясений от землетрясений рассматриваемой территории. Было обнаружено, что для сильнейших землетрясений на территориях Северного и Южного Тянь-Шаня характерна большая область распространения и более низкие значения коэффициента затухания балльности, чем для Центрального Тянь-Шаня. Изосейсты их, как правило, приближаются к форме равновеликих эллипсов и ориентированы длинной осью по простиранию основных геологических структур. Следует отметить, что Северо- и Южно-Тянь-Шаньские зоны протягиваются в основном с запада на восток на 16001800 км и являются границами, отделяющими Тянь-Шаньскую горную систему с севера и юга от сопредельных структур Таримской и Туранской плит и Казахского щита. Здесь известны землетрясения с магнитудой М>8.0 (Кашгарское, 1902; Кеминское, 1911).
Анализ полученных данных по формуле (4) показывает, что в Срединном Тянь-Шане затухание балльности и поглощение происходит несколько сильнее (у0 = 3,8-3,9; Р = 0,006), чем в Северном Тянь-Шане (у0= 3,5-3,7; Р= 0,0055). Это свидетельствует о сравнительно большой прозрачности (однородности) вмещающей среды в пределах Северного Тянь-Шаня по сравнению со Срединным.
На конфигурацию и форму изосейст доминирующее влияние в ближайшей к очагу зоне оказывает размер очага (Ьх- горизонтальная и Ь2- вертикальная протяженность). Особенно это влияние велико в случае очага с большой горизонтальной протяженностью. Анализ показывает, что макросейсмический эффект протяженности очага исчезает для землетрясений с М=6 на расстояниях 25-35 км, для землетрясений с М=7 - на расстояниях 80-110 км. Наблюдаемые на больших расстояниях отличия формы изосейст от круговых должны объясняться анизотропией затухания вдоль и вкрест структур [11, 12].
Для оценки размеров очага землетрясений территории Кыргызстана и прилегающих к ней районов использовались полученные нами соотношения:
^Ьх = М^(0,23М-0,08) + 0,35 (5), ^ = 0,2М -0,15 для М > 5,5 (6), где Ьх- горизонтальная протяженность очага, W- ширина очага, М - магнитуда землетрясения.
Условное соотношение большой (Ъх) и малой осей (W)пpинятыx за основу эллипса имеет вид:
По соотношению (7) с ростом магнитуды эллипс вытягивается в длину, отражая в какой-то мере конфигурацию реальных сейсмических очагов (см. таблица 2).
Обнаружена зависимость коэффициентов затухания от магнитуды землетрясений. Такие сильнейшие землетрясения, как Верненское, Чиликское, Кеминское, Жаланаш-Тюпское, а также Чаткальское (сМ = 7,5-8,3), характеризуются более низким значением эффективного коэффициента затухания (у0= 3,3-3,5), чем землетрясения с магнитудой М= 5-6,5(у о=3,6- 4,0).
Наблюдается также некоторое уменьшение коэффициента затухания с глубиной и магнитудой. В среднем эта зависимость для всего региона описывается выражением:
у0= 5,3 - 1,5
у0=6,02 - 0,36М (8)
При глубине очага h =10 км значения у0=3,8, при h =20 км -у0= 3,3, а при магнитуде М=6,5 значения у0=3,7, при М=7,5 - у0=3,3.
Располагая достаточным объемом макросейсмических данных на территории Тянь-Шаня [9], проведено определение региональных значений коэффициентов затухания у0 и С в известном уравнении макросейсмического поля (2) в следующем виде:
1,5М-11=Уо1в</ А? + Ь2 +С(8а)
Cocтaвляя подобное условное уравнение, для «надежных» 32-х землетрясений (для которых надежно определены значения h и М) [10] и обработав их по методу наименьших квадратов, как с учетом, так и без учета протяженности очага вдоль и вкрест простирания основных геологических структур, определены значения коэффициентов у0 и С (таблица 1).
Таблица 1.
Значения коэффициентов у0 и С для Северного и Центрального Тянь-Шаня
Интервал расстояний, км Средние значения с учетом размера очага Вдоль структур с учетом размера очага Вкрест структур
Уо С Уо с Уо С
От 0 до 200 км 3,8 3,4 3,6 3,3 4,0 3,6
Получено соотношение между у0 и С: у0= 1,35 + 0,72 С (9).
Как показывают расчеты, соотношение (10) почти не зависит от глубины и магнитуды. Для большинства землетрясений коэффициент спадания балльности у0 изменяется в пределах от 3,0 до 5,0. Для Северного Тянь-Шаня коэффициент затухания равен 3,6 (3,8) -вдоль структур, 4,0 (4,2) - вкрест структур (таблица 1).
Уравнения макросейсмического поля, с уточненными коэффициентами имеют вид:
-2 7
Б = 1,5М- 3,6 V Л1 + Ь +3-4_
-2 2
Б = 1,5М-4,0 V Л1 + Ь +3>б_
вдоль структур (10), вкрест структур (11),
П= 1.5М-3.8-187 + + средний радиус (12).
На основе макросейсмических уравнений (10-12) с учетом горизонтальной протяженности очага (Ьх) и его ширины [4,11 и 12], определялись значения предельных радиусов изосейст различной балльности по формулам:
ЗМ+6,8-211
1-"
10
3.6
0,2М-0,15
- Ь -0,5-10
- вдоль структур (13),
- вкрест структур (14), где г1- и г1+- предельные радиусы изосейст различной балльности.
В таблице 2 приведены предельные радиусы изосейст различной интенсивности в зависимости от магнитуды (М) и минимальной глубины (И^) очага, с учетом его размера.
Таблица 2.
Радиусы изосейст, км Размеры очага, км
м Кр л 10 вдоль структур вкрест структур средние значения гориз. верт. ширин длина
10 9 8 7 10 9 8 7 10 9 8 7 Ь х Ь/ Ьх/
8 18,5 25 10 10 40 95 230 22 60 120 34 83 167 160 40 32 5,0
7,5 17,5 20 9,5 20 56 116 11 35 75 17 49 103 90 28 25 3,6
7,0 16,6 15 9,0 6 29 64 19 46 5 27 63 50 20 18 2,8
6,5 15,6 10 8,5 15 31 10 28 15 38 28 14 13 2,2
Предельная минимальная глубина очага Ит!П, для различных значений магнитуд с учетом вертикальной протяженности очага [4] определяется следующей формулой:
ьшп= 10°,24 М - 0'48(15)
Следует отметить, что при минимальной глубине очага (Ьт]п), верхняя часть очага почти выходит на поверхность земли, где наблюдается максимальная интенсивность сотрясений (10) в эпицентре, с появлением остаточных деформаций в эпицентральной зоне.
Получена также формула для определения площади сотрясений, ограниченной изосейстами различной балльности в зависимости от магнитуды и предельной минимальной глубины очага (15):
^ Б0 =1,1М - 0,5 11-0,4 ^ (15а)
Максимальный балл (10), указанный в таблице 2, определен с учетом предельной минимальной глубины очага по формуле:
10 = 0,59М + 5,2 (16)
Между тем следует отметить, что все вышеприведенные формулы справедливы только для вертикального очага.
В случае наклонного очага, когда изосейсты локального эффекта и локальный эпицентр (Е1) смещены по отношению к основным изосейстам и нормальному эпицентру Еп (рисунок 1), радиусы изосейст локального эффекта и глубина верхней части очага определяются по следующему соотношению [8]:
10
ТМГ
Уо
417).
Рисунок 1.
Простейшие модели вертикаль-ного (а)и наклон-ного (б)очага с близкой к поверхнос-ти верхней частью и соответствующее макросейсмическое поле [8].
Нормальная глубина очага - ^ определяется из уравнения:
(18),
вертикальная протяженность определяется формуле [7]: Ц=1,5(^- (19),
угол наклона плоскости очага 9 (рисунок 1) определяется из соотношения:
tg0 =(Ъп - ^^№£(20),
где EnEeSinp - расстояние от нормального эпицентра до оси первых изосейст локального эпицентра.
Точность определения наклона невелика, так как трудно определить положение нормального эпицентра Бп. Ошибка определения угла наклона 0 лежит в пределах 10-30°.
Площадь главного разрыва (Б0) может быть определена по величине горизонтальной (Ьх), вертикальной (Ь2) протяженности и наклону плоскости очага (5, 6, 19, 20), которая, по
мнению Н.В. Шебалина [5], связана с «логарифмической прочностью» среды (б)
соотношением У = М - ^Бо и может служить мерой прочностных свойств среды.
Как видно из рисунка 1 и имеющиеся наблюдения показывают, что сила сотрясения локального эффекта (11), в зависимости от угла наклона плоскости очага (0), на 1-1,5 балла выше, чем сила сотрясения (1п) нормального эпицентра.
Экспериментальные материалы показывают, что в подавляющем большинстве случаев (более 75%) происходят вертикальные и близвертикальные взбросовые подвижки с высокочастотными колебаниями, и как правила их интенсивность сотрясений на поверхности земли выше на 0,5 - 1 балл, чем при надвигах и сбросах.
Степень влияния каждого из перечисленных выше факторов(5-20) учтена при расчете максимальной интенсивности сотрясений различных сейсмогенерирующих зон, на новой карте сейсмического районирования.
Основные используемые формулы:
К = lgE дж, Е=10к дж - энергетический класс[2];
К = 1,8М +4,0 - корреляционное соотношение между магнитудой и энергетическим классом [2];
Io = 1,5М - 3,8 lgh +3,4 - максимальная балльность в эпицентре [4]; lgLx = 0,5M -1,8 - горизонтальная протяженность очага [4,11]; lgLz = 0,3M -0,8 -вертикальная протяженность очага [4,11]; lgW = 0,26M- 0,56 - ширина очага [11,12]; h=2/3 Lz - глубина очага сильного землетрясения [4].
Литература
1. Ризниченко Ю.В. Энергетика макросейсмики. //Изв. АН СССР. Физика Земли - 1974. №8. - С. 3-10.
2. Раутиан Т.Г. и др. Макросейсмическое проявление землетрясений и очаговые спектры. Вопросы инженерной сейсмологии; вып. 23.-М.: Наука. - 1982. - С. 74-82.
3. Шебалин Н.В. Балльность, магнитуда и глубина очага землетрясений. //Землетрясения в СССР.- М.: Наука. - 1961. - С. 126-138.
4. Шебалин Н.В. О предельной магнитуде и предельной балльности землетрясений. //Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1971. №6. - С. 12-21.
5. Шебалин Н.В. Очаги сильных землетрясений на территории СССР.- М.: Наука, 1974.-С.53.
6. Шебалин Н.В. Оценка размеров и положения очага Ташкентского землетрясения по макросейсмическим и инструментальным данным. - Ташкент: Фан. - 1971. - С.68-79.
7. Шебалин Н.В., Безрукова Д.И Затухание сейсмических сотрясений и добротность среды. - М.: Наука. - 1989. - С. 63-72.
8. Шебалин Н.В. Количественная макросейсмика. //Вычислительная сейсмология: Вып.34. -М.: РАН. 2003. - С. 57-197.
9. Джанузаков К.Д. Затухание интенсивности сотрясений и уравнения макросейсмического поля сильных землетрясений Тянь-Шаня. //Геолого-геофизические исследования в Институте сейсмологии HAH KP. - Бишкек: 2000. - С. 35-37.
10. Джанузаков К.Д., Омуралиев М.О. и др. Сильные землетрясения Тянь-Шаня в пределах территории Кыргызстана и прилегающих районов стран Центральной Азии.-Бишкек: Илим,2003.-215 с.
11. Сыдыков А. Сейсмический режим территории Казахстана. -Алматы: «Ылым». - 2004. - С. 31-52.
12. Уломов В.И. Геодинамика и сейсмическое районирование Северной Евразии. //Вулканология и сейсмология. - 1999, №4-5. - С. 6-22.
13. Медведев C.B. Инженерная сейсмология. - М.: Гостройиздат. - 1962. - С. 172-284.
