Analysis of Spatial Clustering of Seismic Events in the Northwest Pacific Ocean

Толық мәтін

ВВЕДЕНИЕ

Исследование группируемости землетрясений в пространственно-временной области остается актуальной задачей как на глобальном, так и на региональном уровнях. Оно включает в себя не только выделение зависимых сейсмических событий для формирования каталога фоновых событий, используемого в вероятностных оценках сейсмической опасности и связанных с ними рисков, но и анализ динамики естественной группируемости сейсмических событий как важной региональной характеристики сейсмического потока. Например, “взрыв афтершоков”, подтвержденный в исследованиях [Keilis-Borok et al., 1980; Akasheh, Kossobokov, 1989], долгие годы используется в прогнозе сильнейших землетрясений мира [Кособоков, Щепалина, 2020]. Другой тип группируемости, сейсмический рой, продолжает вызывать дискуссии и требует отдельной интерпретации в каждом конкретном случае. Недавнее значительное землетрясение М_w = 7.5 у западного берега о. Хонсю, Япония, вызвало повышенный интерес, в том числе, из-за необычного группирования сейсмических событий. В частности, землетрясение произошло в районе, активность которого усилилась за три года до роя сильных событий. Это, по-видимому, указывало на существенное изменение динамики сейсмического потока в месте землетрясения, произошедшего 01.01.2024 г. [Toda, Stein, 2024].

Северо-западная часть Тихого океана – одна из самых опасных территорий мира, где жители и инфраструктура подвергаются экстремальным природным угрозам из-за уникальной тектоники и геодинамики региона. Регион ограничен с юга Филиппинскими и Марианскими островами и на востоке побережьем Аляски. Он характеризуется сложной тектоникой, включая глубокую субдукцию и задуговые бассейны с горизонтальным растяжением. Движение восточной части Евразии с северо-востока на восток в ответ на индо-азиатскую коллизию, начавшуюся около 50 млн лет назад, привело к формированию гигантской связанной системы задуговых бассейнов в северной части Тихого океана. Это движение противоречит традиционным тектоническим реконструкциям жестких плит, но согласуется с современными представлениями о нежесткости континентальной и океанической литосферы [Soloviev et al., 2022]. Пересечение Алеутской и Камчатской зон субдукции создает резкий перелом в северо-западной части Тихого океана, выделяющийся высоким уровнем сейсмической активности.

Вдоль Камчатской зоны субдукции возраст погружающейся океанической плиты постепенно уменьшается с юга на север (от 50 до 56° с.ш.) от 104.5 до 77 млн лет. Максимальная глубина землетрясений уменьшается от 500 до 100 км, а протяженность сейсмически активного участка в зоне субдукции меняется от 700 до 230 км. Угол погружения плиты на всем протяжении Камчатского участка Курило-Камчатской дуги остается постоянным и составляет около 55°. Севернее, до сочленения с Алеутской дугой, структура зоны субдукции изменяется: до широты 55° наблюдается постепенное уменьшение глубины гипоцентров землетрясений с 500 до 300 км, а севернее происходит резкое изменение с 300 до 100 км, и угол погружения плиты уменьшается до 35°. Вулканический фронт, почти линейный на широтах 50–55° с.ш., севернее смещается на северо-запад, и Тихоокеанская литосферная плита изгибается в этом же направлении, исчезая в зоне стыка с Алеутской дугой на широте около 56.5° [Гордеев и др., 2006].

Широтное изменение геометрии зоны субдукции региона отражается также в параметрах сейсмического потока. В Камчатском филиале Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН” (КФ ЕГС) принято деление сейсмичности территории на 10 отдельных зон. Анализ группировки эпицентров на территории трех из этих зон, а также на всей территории регистрации КФ ЕГС, рассмотрен в настоящей работе.

За шестидесятилетнюю историю регистрации КФ ЕГС каталог, очевидно, имеет неоднородную структуру, связанную с развитием параметров сейсмической сети. Например, резкое повышение числа землетрясений в каталоге КФ ЕГС с 1996 г. связано с внедрением системы цифровой регистрации. При этом каталог, вероятно, имеет стабильные во времени абсолютные ошибки в определении эпицентров камчатских землетрясений – до 10 км, и до 15–20 км в определении глубин [Gorbatov et al., 1997; Гордеев и др., 2006].

Последовательный анализ изменений параметров пространственной кластеризации для эпицентров сейсмических событий за различные периоды регистрации региональной сейсмической сетью был выполнен алгоритмом топологической фильтрации DPS (Discrete perfect set) для территории Прибайкалья [Некрасова и др., 2024]. Особенности кластеризации эпицентров на территории Прибайкалья выявили общую изменчивость пространственного распределения сейсмических событий региона с 1964 по 2018 гг. Применение алгоритма DPS как инструмента для наблюдения за изменением пространственного распределения эпицентров в отдельных сейсмически активных регионах представляется интересной и информативной задачей исследования.

В пилотном исследовании [Агаян, Некрасова, 2023] анализ данных КФ ЕГС за период с 1963 по 2022 гг. с помощью алгоритма DPS выявил наиболее плотное распределение эпицентров как мелкофокусных, так и землетрясений, произошедших на промежуточных глубинах, связанное с территорией, объединяющей Курило-Камчатскую сейсмофокальную зону и западный участок Командорского сегмента Алеутской дуги. Анализ сейсмичности, ограниченной только Курило-Камчатской сейсмофокальной зоной показал, что топологическая фильтрация подтверждает деление, принятое в КФ ЕГС на Южный и Северный сегменты [Левина и др., 2013]. Настоящая работа посвящена проверке и детализации результатов пространственной группируемости эпицентров, представленной в работе [Агаян, Некрасова, 2023], и их устойчивости для различных периодов регистрации.

ДАННЫЕ

В работе использованы данные каталога землетрясений Камчатки и Командорских островов Камчатского филиала Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН” (КФ ЕГС) http://sdis.emsd.ru/info/earthquakes/catalogue, [Чеброва и др., 2020] с 1963 по 2022 гг.

Пространственная кластеризация эпицентров мелкофокусных (с глубиной h ≤ 70 км) землетрясений рассмотрена как на всей территории регистрации КФ ЕГС, так и для отдельных зон сейсмичности Камчатского региона. Из десяти тектоно-географических зон (структур), имеющих существенно различные характеристики сейсмичности [Левина и др., 2013], показанных на рис. 1а вместе с областью ответственной регистрации КФ ЕГС, анализ пространственной группируемости выполнен для наиболее сейсмически активных зон: сейсмофокальной зоны Курил и Южной Камчатки (зона 1 на рис. 1а), северной части Камчатской сейсмофокальной зоны (зона 2) и Командорского сегмента Алеутской дуги (зона 3). Южный и Северный сегменты сейсмофокальной зоны анализировались алгоритмом как единая территория. На рис. 1б показано схематичное трехмерное распределение структур, принятых в КФ ЕГС.

 

Рис. 1. Зоны сейсмичности Камчатского региона и его окрестностей: (a) [Левина и др., 2013] – поверхностное сечение (1 – сейсмофокальная зона Курил и Южной Камчатки; 2 – северная часть Камчатской сейсмофокальной зоны; 3 – Командорский сегмент Алеутской дуги). Пунктиром отмечена зона ответственности региональной сети; (б) – 3D.

 

Сейсмичность в пределах 10 зон рассмотрена для двух магнитудных диапазонов и временной границы 1996 г., выбранной из-за резкого увеличения числа землетрясений в каталоге КФ ЕГС с этого года после внедрения системы цифровой регистрации [Гордеев и др., 2006].

Пространственная кластеризация с использованием алгоритма DPS описана и проанализирована для эпицентров:

– землетрясений с магнитудой M ≥ 4.4, зарегистрированных в зоне ответственности региональной сети КФ ЕГС c 1963 по 2022 гг., и для трех непересекающихся временных интервалов – с 1963 по 1982, с 1983 по 2000 и с 2001 по 2022 гг. Временные границы внутри основного временного интервала выбирались так, чтобы число зарегистрированных землетрясений в эти периоды было примерно одинаковым;

– землетрясений с магнитудой M ≥ 3.5, зарегистрированных в зоне ответственности региональной сети КФ ЕГС c 1996 по 2022 гг. и для трех непересекающихся временных интервалов c 1996 по 2003, с 2004 по 2014 и с 2015 по 2022 гг.;

– землетрясений с магнитудой M ≥ 3.5, зарегистрированных на территории Камчатской сейсмофокальной зоны (Южный и Северный сегмент) c 1963 по 1983, с 1984 по 2000 и с 2001 по 2022 гг.;

– землетрясений с магнитудой M ≥ 3.5, зарегистрированных в Командорском сегменте Алеутской дуги c 1996 по 2022 гг.

Пороговая магнитуда M = 4.4 соответствует энергетическому классу K_Р = 12 и является заведомо представительной для всего периода регистрации КФ ЕГС. Пороговая магнитуда M = 3.5 соответствует энергетическому классу K_Р = 10, что выше заявленного минимального представительного класса для неглубоких землетрясений на территории регистрации Камчатской сейсмофокальной зоны K_Р = 9 (см., например, работу [Левина и др., 2013]).

МЕТОД

Алгоритм DPS [Агаян и др., 2011; 2014; Gvishiani et al., 2013а] разработан для анализа способности объектов формировать пространственные кластеры. Этот процесс включает в себя определение областей, где плотность взаимного расположения объектов наиболее высока по сравнению с общей плотностью пространственного распределения на рассматриваемой территории.

Параметрами алгоритма DPS являются степень – q и мера связанности объектов – â. При заданных параметрах q и â, пространственная кластеризация описывается через q-степенное среднее расстояний между объектами R_q и локальной плотностью кластеров á. Радиус R_q определяется в ходе работы алгоритма при заданном отрицательном значении степени q (см. уравнение (14), [Агаян и др., 2014]). Локальная плотность кластеров á однозначно определяется по заданному значению уровня связанности â из отрезка [–1, 1] (см. уравнение (15), [Агаян и др., 2014]).

Алгоритм DPS применен последовательно к наборам эпицентров мелкофокусных землетрясений, описанным в разделе Данные. Для каждого подкаталога, оценка пространственной кластеризации выполнена при фиксированных значениях параметра q = –2 и четырех значениях параметра â = {–0.5, –0.25, 0, 0.25}. Значение â = –0.5 соответствует минимальной (для исследуемой выборки), а â = 0.25 – максимальной степени связанности эпицентров внутри выделенных кластеров.

Временная изменчивость кластеров эпицентров описана для параметров алгоритма DPS q = –2 â = –0.5. Значения R_q порядка 30–60 км, полученные при анализе кластеризации Камчатского региона при q = –2, cоответствуют зоне очага землетрясений с радиусом R(M) = 10^{c + dM} (при c = –2.29, d = 0.57, [Wells, Coppersmith, 1994]) для M ≈ 7.2–7.6. Таким образом кластеры, выделенные алгоритмом DPS, заведомо не связаны с отдельными афтершоковыми сериями землетрясений с M < 7. Значение â = –0.5 позволяет рассматривать кластеры с относительно малыми значениями локальной плотности, что, в свою очередь, позволяет избежать “концентрации” алгоритма на отдельных афтершоковых сериях.

РЕЗУЛЬТАТЫ

На рис. 2 представлены результаты топологической фильтрации (q = –2, â = –0.5) для эпицентров землетрясений (h ≤ 70),зарегистрированные КФ ЕГС с магнитудой M ≥ 4.4, c 1963 по 2022 гг. (рис. 2а) и с магнитудой M ≥ 3.5, зарегистрированных КФ ЕГС c 1996 по 2022 гг. (рис. 2б) [Агаян, Некрасова, 2023]. Границы двух сегментов Курило-Камчатской (К–К) сейсмофокальной зоны (Северный и Южный), а также Командорского сегмента Алеутской дуги показаны на рис. 2 цветными линиями.

 

Рис. 2. Пространственное распределение эпицентров землетрясений, h ≤ 70, объединенных в кластеры алгоритмом DPS (q = –2 и β = –0.5) (а) – для событий с магнитудой M ≥ 4.4, зарегистрированных с 1963 по 2022 гг.; (б) – для событий с магнитудой M ≥ 3.5, зарегистрированных с 1996 по 2022 гг.

 

Параметры топологической фильтрации для двух соответствующих подкаталогов представлены в табл. 1. Для характеристики сейсмичности в терминах топологической фильтрации в таблице приведены данные о числе выделенных кластеров – N; о проценте эпицентров, вошедших в выделенные кластеры (от общего числа эпицентров) – n_eq, %; минимальная локальная плотность эпицентров, объединенных в кластеры – á; радиус кластеризации – R_q.

 

Таблица 1. Параметры кластеризации эпицентров сейсмических событий для территории регистрации КФ ЕГС

Параметры алгоритма DPS		Характеристики кластеризации
q	â	N	neq, %	Rq, км	á
1963–2022 гг., глубина ≤ 70, M ≥ 4.4 (9981 событий)
–2	–0.5	1	79.0% (7884)	57.81	31.60
	–0.25	3	59.5% (5934)		58.42
	0	1	26.7% (2661)		93.12
	0.25	1	4.0% (404)		140.05
1996–2022 гг., глубина ≤ 70, M ≥ 3.5 (27578 событий)
–2	–0.5	4	80.0% (22049)	59.35	92.23
	–0.25	2	60.5% (16688)		165.58
	0	3	15.1% (4163)		260.01
	0.25	–	–		–

 

Радиус кластеризации R_q составляет 57.81 км для эпицентров землетрясений с магнитудой M ≥ 4.4 и 59.35 км для эпицентров с магнитудой M ≥ 3.5, соответственно. В один кластер (рис. 2а) вошло 79.0% (7884 событий) эпицентров землетрясений, зарегистрированных с 1963 по 2022 гг. Эпицентры событий с магнитудой M ≥ 3.5, вошедшие в четыре кластера (рис. 2б), составили 80.0% (22049 событий) от эпицентров землетрясений, зарегистрированных с 1996 по 2022 гг. Из них 21 207 эпицентров относятся к единому кластеру, занимающему территорию, совпадающую с территорией кластера на рис. 2а. В этот кластер вошли эпицентры двух из пяти неглубоких сильнейших землетрясений, произошедших за анализируемый период. А именно, землетрясение 05.12.1997 г., M_W = 7.8 в северной части К–К сейсмофокальной зоны и землетрясение в Тихом океане 20.12.2018 г., M_W = 7.3. С эпицентрами еще трех сильнейших событий связаны три небольших кластера на рис. 2б. Это Олюторское землетрясение, произошедшее в апреле 2006 г. в Корякском нагорье M_W = 7.6, Ближне-Алеутское землетрясение 17.07.2017 г., M_W = 7.7 и землетрясение, произошедшее в южной части К–К сейсмофокальной зоны 25.03.2020 г., M_W = 7.5. Эпицентры самих указанных землетрясений не вошли в кластеры, выделенные алгоритмом DPS. Значения моментной магнитуды M_W приведены по данным Геологической службы США (USGS).

Результаты топологической фильтрации мелкофокусных землетрясений с M ≥ 4.4, зарегистрированных КФ ЕГС за три временных интервала с 1963 по 2022 гг., представлены в табл. 2.

 

Таблица 2. Параметры кластеризации эпицентров сейсмических событий для территории регистрации КФ ЕГС, 1963–2022 гг., M ≥ 4.4

Параметры алгоритма DPS		Характеристики кластеризации
q	â	N	neq, %	Rq, км	á
1963–1982 гг., глубина ≤ 70, M ≥ 4.4 (3110 событий)
–2	–0.5	3	80.9% (2515)	50.71	9.61
	–0.25	3	62.9% (1955)		17.62
	0	5	30.3% (942)		28.20
	0.25	1	4.3% (135)		43.01
1983–2000 гг., глубина ≤ 70, M ≥ 4.4 (3304 событий)
–2	–0.5	7	80.5% (2661)	48.21	10.22
	–0.25	5	59.8% (1974)		18.81
	0	3	30.18% (994)		30.24
	0.25	1	8.4% (278)		46.99
2001–2022 гг., глубина ≤ 70, М ≥ 4.4 (3567 событий)
–2	–0.5	5	80.3% (2865)	53.11	10.77
	–0.25	7	62.6% (2232)		18.96
	0	5	23.7% (845)		29.73
	0.25	1	8.4% (300)		45.27

 

Пространственное распределение эпицентров землетрясений с M ≥ 4.4 и глубиной h ≤ 70 км, объединенных в кластеры алгоритмом DPS с параметрами q = –2 и â = –0.5 для трех последовательных временных интервалов, представлены на рис. 3. Значительные вариации образованных кластеров видны на рис. 3а, 3б и 3в в сочленениях зоны субдукции с Командорским участком Алеутской дуги. Так, для первого и третьего временных интервалов кластер северного участка К–К сейсмофокальной зоны охватывает значительную часть эпицентров в зоне Командорских островов, тогда как за временной интервал 1983–2000 гг. на этом участке сформировано три небольших кластера.

 

Рис. 3. Пространственное распределение эпицентров землетрясений с M ≥ 4.4 и h ≤ 70, объединенных в кластеры алгоритмом DPS (q = –2 и β = –0.5), зарегистрированных: (а) – с 1963 по 1982 гг.; (б) – с 1983 по 2000 гг.; (в) – с 2001 по 2022 гг.

 

Разделение эпицентров на северный и южный участки прослеживается для всех трех подкаталогов, хотя граница, разделяющая кластеры, проходит южнее Авачинской бухты, по которой традиционно разделяют эти зоны. При анализе данных за полные временные интервалы с 1963 по 2022 гг. и с 1996 по 2022 гг., соответствующая граница наблюдается визуально (рис. 1). Однако алгоритм DPS объединяет события, произошедшие севернее и южнее этой границы, в один кластер.

Аналогично табл. 2, результаты топологической фильтрации эпицентров мелкофокусных землетрясений с M ≥ 3.5, зарегистрированных КФ ЕГС за три временных интервала с 1996 по 2022 гг., представлены в табл. 3. Соответствующие пространственные распределения эпицентров для параметров алгоритма q = –2 и â = –0.5 показаны на рис. 4. Мы не приводим карт выделенных кластеров для значений â = {–0.25, 0, 0.25}.

 

Таблица 3. Параметры кластеризации эпицентров сейсмических событий для территории регистрации КФ ЕГС, 1996–2022 гг., M ≥ 3.5

Параметры алгоритма DPS		Характеристики кластеризации
q	â	N	neq, %	Rq, км	á
1996–2003 гг., глубина ≤ 70, M ≥ 3.5 (9379 событий)
–2	–0.5	2	80.4% (7538)	43.95	25.88
	–0.25	3	56.3% (5284)		48.32
	0	4	31.2% (2913)		79.02
	0.25	2	11.4% (1120)		124.58
2004–2014 гг., глубина ≤ 70, M ≥ 3.5 (9319 событий)
–2	–0.5	6	78.7% (7338)	54.20	27.64
	–0.25	6	58.4% (5445)		51.04
	0	4	28.2% (2624)		82.30
	0.25	1	5.2% (484)		126.97
2015–2022 гг., глубина ≤ 70, M ≥ 3.5 (8880 событий)
–2	–0.5	7	79.2% (7033)	47.26	23.54
	–0.25	7	51.9% (4610)		42.80
	0	4	32.4% (2878)		69.58
	0.25	1	8.9% (790)		111.88

 

Из табл. 2 и табл. 3 видно, что увеличение значения параметра â и, соответственно, увеличение значения плотности á не приводит к значительному уменьшению числа кластеров (N), однако существенно уменьшаются площади, занятые эпицентрами, объединенными в кластеры. С ростом значения â количество событий, попавших в кластеры, значительно сокращается, а сами кластеры, по-видимому, отражают локальные сгущения эпицентров.

Аналогично анализу эпицентров землетрясений с M ≥ 4.4 алгоритм DPS выделил крупные кластеры в северной и южной части К–К сейсмофокальной зоны для эпицентров с магнитудой M ≥ 3.5 каждого из трех последовательных временных интервалов.

За периоды 1996–2003 гг. и 2004–2014 гг. алгоритм выявил основные зоны группируемости, которые соответствуют зонам, определенным для меньшего набора эпицентров с магнитудой M ≥ 4.4. Это демонстрирует согласованность в определении территорий сейсмической активности для различных магнитудных диапазонов. Распад эпицентров Северного сегмента сейсмофокальной зоны на два кластера в период с 2015 по 2022 гг. (см. рис. 4в) может указывать на вероятное изменение сейсмического режима в этой области или на улучшение регистрационных возможностей сети КФ ФИЦ ЕГС РАН. Подкреплением утверждения о смене сейсмического режима может служить уменьшение значений локальной плотности á для всех значений â (табл. 3) при изменении радиусов кластеризации R_q, которые составляют 43.95, 54.20 и 47.26 км для первого, второго и третьего временных интервалов соответственно.

 

Рис. 4. Пространственное распределение эпицентров землетрясений, M ≥ 3.5, h ≤ 70, объединенных в кластеры алгоритмом DPS (q = –2 и β = –0.5), зарегистрированных: (а) – с 1996 по 2003 гг.; (б) – с 2004 по 2014 гг.; (в) – с 2015 по 2022 гг.

 

Эпицентры Северного и Южного сегментов сейсмофокальной зоны были проанализированы алгоритмом DPS отдельно. Результаты представлены в табл. 4 и на рис. 5. По сравнению с анализом эпицентров из всего каталога за 1963–2022 гг. радиус кластеризации при тех же параметрах алгоритма DPS уменьшился, при этом значения R_q демонстрируют существенно меньший разброс для разных временных интервалов.

 

Таблица 4. Параметры кластеризации эпицентров сейсмических событий для территории Камчатской сейсмофокальной зоны (Южный и Северный сегмент), 1996–2022 гг., M ≥ 3.5

Параметры алгоритма DPS		Характеристики кластеризации
q	â	N	neq, %	Rq, км	á
1963–1983 гг., глубина < 70, M ≥ 3.5 (12 027 событий)
–2	–0.5	2	81.7% (9820)	41.45	49.32
	–0.25	4	53.2% (6393)		84.38
	0	2	18.6% (2241)		129.11
	0.25	1	4.7% (560)		191.76
1984–2000 гг., глубина ≤ 70, M ≥ 3.5 (12 130 событий)
–2	–0.5	2	77.4% (9394)	40.95	52.29
	–0.25	3	49.9% (6047)		88.15
	0	1	22.4% (2722)		134.95
	0.25	–	–		–
2001–2022 гг., глубина ≤ 70, M ≥ 3.5 (12 557 событий)
–2	–0.5	3	79.3% (9963)	42.62	56.69
	–0.25	3	48.1% (6045)		96.06
	0	2	19.2% (2408)		146.92
	0.25	–	–		–

 

Рис. 5. Пространственное распределение эпицентров землетрясений M ≥ 3.5, h ≤ 70, зарегистрированных на территории К–К сейсмофокальной зоны: (а) – с 1963 по 1983 гг.; (б) – с 1984 по 2000 гг.; (в) – с 2001 по 2022 гг., объединенных в кластеры алгоритмом DPS (q = –2 и β = –0.5).

 

Пространственное распределение эпицентров, показанное на рис. 5а, 5б и 5в подтверждает устойчивые зоны кластеризации, полученные при анализе эпицентров по всей территории регистрации. В Южном сегменте К–К сейсмофокальной зоны кластер выделен для каждого из трех временных интервалов. В Северном сегменте один кластер выделен для интервалов 1962–1983 и 1984–2000 гг., а для интервала 2001–2022 гг. определяются два кластера наибольшей плотности.

Дополнительно мы рассмотрели пространственную кластеризацию эпицентров сейсмических событий для Командорского сегмента Алеутской дуги. Алгоритм DPS применен к координатам мелкофокусных землетрясений с M ≥ 3.5, зарегистрированных с 1996 по 2022 гг. Результаты анализа, представленные в табл. 5 и на рис. 6, выполнены в пределах одного временного интервала. Вероятно, разделение эпицентров на западный и восточный кластеры (рис. 6) неслучайно. А именно, западный кластер на рис. 6 сформирован эпицентрами, которые при анализе всей территории были объединены в кластер с эпицентрами из сейсмофокальной зоны. Также следует отметить, что радиус кластеризации для Командорского участка Алеутской дуги значительно меньше (31–32 км) по сравнению с радиусом кластеризации зоны субдукции при том же значении параметра q.

 

Таблица 5. Параметры кластеризации эпицентров сейсмических событий на территории Командорского сегмента Алеутской дуги, 1996–2022 гг., M ≥ 3.5

Параметры алгоритма DPS		Характеристики кластеризации
q	â	N	neq, %	Rq, км	á
1996–2022 гг., глубина < 70, M ≥ 3.5 (4936 событий)
–2	–0.5	2	79.0% (3898)	31.48	19.37
	–0.25	4	59.4% (2919)		35.77
	0	2	26.0% (1283)		58.35
	0.25	1	7.0% (345)		91.47

 

Рис. 6. Пространственное распределение эпицентров землетрясений M ≥ 3.5, h ≤ 70, зарегистрированных: с 1996 по 2022 гг. в зоне Командорского сегмента Алеутской дуги, объединенных в кластеры алгоритмом DPS (q = –2 и β = –0.5).

 

ДИСКУССИЯ

Анализ областей пространственной группируемости эпицентров землетрясений, зарегистрированных КФ ЕГС, показал, что разделение на Северный и Южный сегменты сейсмофокальной зоны устойчиво выделяется алгоритмом DPS с параметрами, не накладывающими жесткие требования к плотности группируемых объектов. По-видимому, при анализе пространственной кластеризации сейсмического потока на северо-западе Тихого океана оптимальным для использования алгоритма DPS является значение параметра â = –0.5 (при q = –2).

Ранее алгоритм DPS c параметрами q = –2.5 и â = {–0.2, –0.15} был применен для оценки пространственной кластеризации мелкофокусных землетрясений КФ ЕГС [Дзебоев и др., 2018]. Однако поставленная в работе [Дзебоев и др., 2018] задача требовала однозначного определения областей максимальной плотности, в то время как наш анализ, посвящен способности эпицентров к формированию кластеров. В связи с этим противоречий между параметрами, выбранными в работе [Дзебоев и др., 2018], и параметрами, использованными в нашем анализе, не наблюдается.

Изменение радиуса кластеризации для последовательных временных интервалов, представленное в табл. 2 и табл. 3, вероятно, связано с землетрясениями, зарегистрированными за пределами К–К сейсмофокальной зоны. Когда кластеры за пределами сейсмофокальной зоны отсутствуют (рис. 1а), значения R_q находятся в диапазоне 42–44 км, что соответствует значениям R_q, указанным в табл. 4. Эти значения можно рассматривать как характерные для областей кластеризации на территории Северного и Южного сегментов К–К сейсмофокальной зоны (анализ, направленный на выявление кластеров с максимальной плотностью, определит R_q порядка 32 км [Дзебоев и др., 2018]).

Анализ алгоритмом топологической фильтрации для двух значений пороговой магнитуды, нескольких временных интервалов, анализ эпицентров на всей территории регистрации КФ ЕГС и на территории с максимальной интенсивностью сейсмического потока выявил устойчивые зоны пространственной группируемости эпицентров. А именно, Северный и Южный сегменты сейсмофокальной зоны и Командорский участок Алеутской плиты.

Отметим, что согласно Общему закону подобия для землетрясений (ОЗПЗ) [Kossobokov, Mazhkenov, 1994; Nekrasova, Kossobokov, 2020], Южный и Северный сегменты К–К сейсмофокальной зоны и Командорский сегмент Алеутской дуги также демонстрируют значительное различие в параметрах сейсмичности. Непараметрический критерий Колмогорова–Смирнова ë_K–S [Kolmogorov, 1933; Smirnov, 1948] подтверждает различие в распределениях коэффициентов ОЗПЗ, характеризующих пять зон на Северо-Западе Тихого океана (три мелкофокусные и две зоны промежуточной сейсмичности Южного и Северного сегментов К–К сейсмофокальной зоны), с достоверностью выше 99.9% (ë_K–S > 1.95). Исключение составляет промежуточная часть Южного сегмента с глубинами гипоцентров 70 < h ≤ 350 км, для которой нулевая гипотеза об одинаковом статистическом распределении параметров сейсмического потока не отвергается (достоверность теста около 49%) [Nekrasova, Kossobokov, 2023].

ВЫВОДЫ

В работе описаны результаты анализа пространственной кластеризации эпицентров мелкофокусных сейсмических событий на северо-западе Тихого океана. Использование алгоритма DPS для анализа данных, собранных Камчатским филиалом Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН” с 1963 по 2022 гг., выявило области стабильной группируемости эпицентров как в пространстве, так и во времени. На основе полученных данных можно сделать несколько ключевых выводов:

– при анализе сейсмического потока на северо-западе Тихого океана оптимальным выбором параметров для алгоритма DPS оказалось значение â = –0.5 при q = –2. Этот вывод согласуется с результатами анализа региональной сейсмичности в Прибайкалье [Некрасова и др., 2024], что подчеркивает универсальность подхода при различных условиях анализа;

– основные зоны группируемости, выявленные алгоритмом, совпадают для эпицентров событий с магнитудой M ≥ 3.5 и для более ограниченного набора эпицентров с магнитудой M ≥ 4.4, указывая на одинаковые территории сейсмической активности в обоих случаях;

– алгоритм DPS эффективно разделяет сейсмичность сейсмофокальной зоны на Северные и Южные сегменты, при этом разделение наблюдается для всех рассмотренных временных интервалов;

– распад эпицентров Северного сегмента на два кластера, начиная с 2000-х годов, может свидетельствовать об изменении сейсмического режима в этом сегменте;

– результаты кластеризации мелкофокусных землетрясений в Командорском участке Алеутской дуги подтверждают уникальный режим пространственной группировки эпицентров, отличающийся от режимов Северного и Южного сегментов сейсмофокальной зоны.

Эти выводы вносят важный вклад в понимание пространственной структуры сейсмичности региона северо-запада Тихого океана и могут быть полезны для дальнейших исследований сейсмической активности территории.

БЛАГОДАРНОСТИ

Работа выполнена с использованием данных, полученных на уникальной научной установке “Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны и комплекс непрерывного сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира” (https://ckp-rf.ru/usu/507436/).

Авторы признательны автору кода алгоритма DPS Ш.Р. Богоутдинову за программное обеспечение представленного исследования.

Авторлар туралы

A. Agaian

Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics, Russian Academy of Sciences; Moscow State University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: nastaagaian@mail.ru

Faculty of Geology

Ресей, Moscow, 117997; Moscow, 119991

A. Nekrasova

Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics, Russian Academy of Sciences

Email: nastia@mitp.ru
Ресей, Moscow, 117997

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар