Количественная оценка степени воздействия морских приливов на активность афтершоков в районе Камчатки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Вопрос о фактическом воздействии приливных сил на сейсмичность многократно поднимался в литературе. Вместе с тем, несмотря на имеющийся, по-видимому, консенсус о наличии такого воздействия, количественные оценки, которые связывали бы какие-либо параметры приливов с изменением уровня сейсмической активности, до сих пор получены не были. Получение таких оценок для афтершоков сильных землетрясений вблизи Камчатки и является целью данного исследования. Здесь мы рассматриваем влияние на сейсмичность только морских приливов, так как их воздействие сильнее, чем воздействие земных приливов. Соответственно, мы рассматриваем лишь те землетрясения, эпицентры которых находятся в океане. Существенным отличием нашего исследования от большинства предыдущих является изучение в качестве факторов влияния не фаз приливов, а высоты морского прилива и ее производной.

Мы рассмотрели 16 последовательностей афтершоков от землетрясений вблизи берегов Камчатки с магнитудой 6 и выше. Отдельно мы рассмотрели неглубокие фоновые землетрясения вдоль побережья Камчатки. В качестве базовой модели интенсивности афтершоков мы использовали закон Омори-Утсу. При этом фоновая сейсмичность моделировалась равномерным по времени распределением. В обоих случаях использовалось фактическое распределение по пространству.

Высоты морских приливов оценивались с помощью модели FES 2004 [Lyard et al., 2006]. Степень изменения активности относительно базовой модели в зависимости от высоты приливной волны и от ее производной по времени оценивалась с помощью метода дифференциального выигрыша по вероятности (differential probability gain). Главным практическим результатом работы являются оценки усредненных функций дифференциального вероятностного выигрыша интенсивности потока афтершоков для обоих рассмотренных факторов. Эти оценки могут быть использованы для расчетов сейсмической опасности афтершоков после сильных землетрясений с учетом воздействия морских приливов.

Результаты проведенного анализа показывают устойчивую тенденцию возрастания интенсивности потока афтершоков в периоды больших скоростей спадания приливной волны. Для фоновых событий характерно увеличение интенсивности потока событий во время отливов с большой амплитудой приливной волны. Различие основных факторов влияния морских приливов на афтершоки и на фоновую сейсмичность позволяют предположить, что воздействие приливов на афтершоки имеет скорее характер прямого динамического инициирования событий при больших скоростях деформации, тогда как воздействие на фоновые события имеет скорее статический характер.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Баранов

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН; Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН 

Автор, ответственный за переписку.
Email: baranov@ifz.ru
Россия, 117997, г. Москва, ул. Профсоюзная, 84/32; 123242, г. Москва, ул. Б. Грузинская, 10, стр. 1

С. В. Баранов

Кольский филиал Федерального исследовательского центра ”Единая геофизическая служба РАН”

Email: baranov@ifz.ru
Россия, 184209, г. Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, 14

П. Н. Шебалин

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Россия, 117997, г. Москва, ул. Профсоюзная, 84/32

Список литературы

  1. Баранов С.В., Чебров Д.В. Моделирование и прогнозирование афтершоковых процессов Камчатки // Физика Земли. 2012. № 11–12. С. 35–46.
  2. Баранов С.В., Шебалин П.Н. О прогнозировании афтершоковой активности. 1. Адаптивные оценки на основе законов Омори и Гутенберга–Рихтера // Физика Земли. 2016. № 3. С. 82 –01.
  3. Ермаков В.А. Тектонические предпосылки изучения сейсмичности Камчатки. Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии // М.: ИФЗ РАН. 1993. Вып. 1. С. 228–240.
  4. Каталог землетрясений Камчатки и Командорских островов Кольского филиала Геофизической службы РАН http://www.emsd.ru/sdis/earthquake/catalogue/catalogue.php
  5. Лутиков И.А., Родина С.Н. Временные и энергетические параметры афтершокового процесса Курило-Камчатских землетрясений // Геофизические исследования. 2013. Т. 14. № 4. С. 23–35.
  6. Молчан Г.М., Дмитриева О.Е. Идентификация афтершоков: обзор и новые подходы // Вычислительная сейсмология. 1991. Вып. 24. С. 19–50.
  7. Николаев В.А. Связь сейсмичности с фазами кратных и разностных приливных волн. // Докл. РАН. 1996. Т. 349. № 3. С. 389–394.
  8. Николаев В.А. Реакция сильных землетрясений на фазы земных приливов // Физика Земли. 1994. № 11. С. 49–55.
  9. Николаев А.В., Николаев В.А. Связь афтершоков сильных землетрясений с приливными фазами как индикатор напряженного состояния среды // Докл. АН СССР. 1993. Т. 330. № 2. C. 261–266.
  10. Салтыков В.А. Особенности связи высокочастотного сейсмического шума и лунно-солнечных приливов // Доклады Академии наук. 1995. Т. 341. № 3. С. 406–407.
  11. Салтыков В.А. Механизм приливных эффектов в сейсмичности на основе модели амплитудно-зависимой диссипации// Физическая мезомеханика. 2014. № 17. С. 103–110.
  12. Салтыков В.А., Иванов В.В., Кугаенко Ю.А. Воздействие земных приливов на сейсмичность перед землетрясением 13 ноября 1993 года Mw = 7.0 (Камчатка) // Физика Земли. 2004. № 7. С. 25–43.
  13. Салтыков В.А., Кугаенко Ю.А. Особенности пространственной связи приливной компоненты сейсмических шумов с областями подготовки сильных землетрясений (по материалам долговременных режимных наблюдений на Камчатке) // Физика Земли. 2007. № 9. С. 48–60.
  14. Салтыков В.А., Иванов В.В. Вариации статистических параметров сейсмичности, связываемых с земными приливами // Вестник КРАУНЦ. Серия Науки о Земле. 2003. № 1. С. 130–134.
  15. Салтыков В.А., Кравченко Н.М. Комплексный анализ сейсмичности Камчатки 2005–2007 гг. на основе регионального каталога // Вулканология и сейсмология. 2009. № 4. С. 53–63.
  16. Смирнов В.Б. Прогностические аномалии сейсмического режима. I. Методические основы подготовки исходных данных // Геофизические исследования. 2009. Т. 10. № 2. С. 7–22.
  17. Федотов С.А. Энергетическая классификация Курило-Камчатских землетрясений и проблема магнитуд. М.: Наука, 1972. 117 с.
  18. Чебров В.Н., Дрознина С.Я., Сениюков С.Л. Камчатка и Командорские острова // Землетрясения России в 2014 году. Обнинск: ГС РАН, 2016. С. 60–66.
  19. Шебалин П.Н., Баранов С.В. Экспресс оценивание опасности сильных афтершоков района Камчатки и Курильских островов // Вулканология и сейсмология. 2017. № 4. С. 57–66.
  20. Юрков Е.Ф., Гитис В.Г. О связи сейсмичности с фазами приливных волн //Физика Земли. 2005. № 4. С. 4–15.
  21. Aki K. Maximum likelihood estimate of b in the formula log N = a – bM and its confidence level // Bull. Earthquake Res. Inst. 1965. V. 43. P. 237–239.
  22. Atkinson B. K. Subcritical crack growth in geological materials // J. of Geophys. Res. Atmospheres. 1984. V. 89(B6). P. 4077–4114.
  23. Baiesi M., Paczuski M. Scale-free networks of earthquakes and aftershocks // Physical Rev. 2004. E 69. 066106.
  24. Beeler N.M., Lockner D.A. Why earthquakes correlate weakly with the solid Earth tides: effects of periodic stress on the rate and probability of earthquake occurrence // J. of Geophys. Res. 2003. V. 108 (B8)., P. 2156–2202. Burton P. Geophysics: Is there coherence between Earth tides and earthquakes? // Nature. 1986. V. 321(6066). P. 115–115.
  25. Cao A.M., Gao S.S. Temporal variations of seismic b-values beneath northeastern japan island arc // Geophys. Res. Lett. 2002. V. 29. P. 481–482.
  26. Chen L., Chen J. G., Xu Q. H. Correlation between solid tides and worldwide earthquakes M ≥ 7 since 1900 // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2012. V. 12. P. 587–590.
  27. Cochran E. S., Vidale J. E., Tanaka S. Earth tides can trigger shallow thrust fault earthquakes // Science. 2004. V. 306. P. 1164–1166.
  28. Crockett R.G., Gillmore M.G.K., Phillips P.S., Gilbertson D.D. Tidal synchronicity of the 26 December 2004 Sumatran earthquake and its aftershocks // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. L19302.
  29. Ekström G., Nettles M., Dziewonski A.M. The global CMT project 2004–2010: Centroid moment tensors for 13,017 earthquakes // Phys. Earth Planet. Inter. 2012. V. 200–201. P. 1–9.
  30. Emter D. Tidal triggering of earthquakes and volcanic events // Tidal Phenomena. 1997. P. 293–309.
  31. Hainzl S. Rate-Dependent Incompleteness of Earthquake Catalogs // Seismolog. Res. Lett. 2016. V. 96(2A) P. 337–344.
  32. Hardebeck J. L., Nazareth J. J., Hauksson E. The static stress change triggering model: Constraints from two southern California aftershocks sequences // J. of Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 24427–24437.
  33. Heaton T. H. Tidal triggering of earthquakes // Geophys. J. R. Astr. Soc. 1975. V. 43 P. 307–326.
  34. Heaton T. H. Tidal triggering of earthquakes // Bull. Seism. SOC. Am. 1982. V. 72. P. 2181–2200.
  35. Helmstetter A., Kagan Y.Y., Jackson D. Comparison of short-term and time-independent earthquake forecast models for southern California // Bull. Seismol. Soc. Am. 2006. V. 96(1). P. 90–106.
  36. Hinzle S. Rate-Dependent Incompleteness of Earthquake Catalogs // Seismolog. Res. Lett. 2016. V. 87. № 2A. P. 337–344.
  37. Holschneider M., Narteau C., Shebalin P. et al. Bayesian analysis of the modified Omori law // J. of Geophys. Res. 2012. V. 117. B05317 P. 2156–2202.
  38. Ide S., Tanaka Y. Controls on plate motion by oscillating tidal stress: evidence from deep tremors in western Japan // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. P. 3842–3850.
  39. Ide S., Yabe S., Tanaka Y. Earthquake potential revealed by tidal influence on earthquake size–frequency statistics // Nature Geoscience. 2016. V. 9. P. 834–837.
  40. Kilb D., Gomberg J., Bodin P. Aftershock triggering by complete Coulomb stress changes // J. of Geophys. Res.-Solid Earth. 2002. V. 107. B4. P. ESE 2-1–ESE 2-14.
  41. Klein F.W. Earthquake swarms and the semidiurnal solid earth tide // Geophys. J. International. 1976a. V. 45. P. 245–295.
  42. Klein F.W. Tidal triggering of reservoir-associated earthquakes // Engineering Geology. 1976b. V. 10. P. 197–210.
  43. Le Provost C., Genco M.L., Lyard F. et al. Spectroscopy of the world ocean tides from a finite element hydrodynamic model // J. of Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 24777–24797.
  44. Le Provost C.,Lyard F., Molines J.M., Genco M.L. A hydrodynamic ocean tide model improved by assimilating a satellite altimeter-derived data set // J. of Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 5513–5529.
  45. Le Provost C., Vincent P. Some tests of precision for a finite element model of ocean tides // J. Comput. Phys. 1986. V. 65. P. 273–291.
  46. Lockner D. A. A generalized law for brittle deformation of Westerly granite // J. of Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 5107–5123.
  47. Lockner D.A., Beeler N.M. Premonitory slip and tidal triggering of earthquakes // J. of Geophys. Res. 1999. V. 104(B9). P. 20133–20151.
  48. Lyard F., Lefèvre F., Letellier T., Francis O. Modelling the global ocean tides: a modern insight from FES 2004 // Ocean Dynamics. 2006. V. 56. P. 394–415.
  49. Melchior P. J. The Tides of the Planet Earth, Pergamon, Tarrytown, N.Y., Oxford, 1983. 653 p.
  50. Métivier L., de Viron O., ConradC.P. et al. Evidence of earthquake triggering by the solid earth tides // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. V. 278. P. 370–375.
  51. Molchan G.M., Dmitrieva O.E. Aftershock identification: methods and new approaches // Geophys. J. International. 1992. V. 109. P. 501–516.
  52. Molchan G.M. Structure of optimal strategies in earthquake prediction // Tectonophysics. 1991. V. 193. P. 267–276.
  53. Narteau C., ShebalinP., Holschneider M. Temporal limits of the power law aftershock decay rate // J. of Geophys. Res. 2002. V. 107(B12). P. 1201–1214.
  54. Rydelek P.A., Sacks I.S., Scarpa R. On tidal triggering of earthquakes at Campi Flegrei, Italy // Geophys. J. International. 1992. V. 109. P. 125–137.
  55. Shebalin P. Combining probabilistic seismicity models with precursory information // Earthquake Processes: A Multidisciplinary Approach to Earthquake Prediction Studies / Eds. O. Pulinetc // AGU Book Scolar One, Wiley, 2018.
  56. Shebalin P., Baranov S. Long-delayed aftershocks in New Zealand and the 2016 M 7.8 Kaikoura earthquake // Pure and Applied Geophysics. 2017.
  57. Shebalin P.N., Narteau C., Zechar J.D., Holschneider M. Combining earthquake forecasts using differential probability gains // Earth Planets Space. 2014. 66:37.
  58. Shebalin P.N., Narteau C., Holschneider M. From alarm-based to rate-based earthquake forecast models // Bulletin of the Seismological Society of America. 2012. V. 102. P. 64–72.
  59. Shebalin P.N., Narteau C. Depth dependent stress revealed by aftershocks // Nature Communications. 2017. V. 8. 1317. doi: 10.1038/s41467-017-01446-y
  60. Scholz C. Microfractures, aftershocks, and seismicity // Bulletin of the Seismological Society of America. 1968. V. 58. P. 1117–1130.
  61. Schuster A. On lunar and solar periodicities of earthquakes // Proc. R. Soc. London. 1897. V. 61. P. 455–465.
  62. Souriau M., Souriau A., Gagnepain J. Modeling and detecting interactions between Earth tides and earthquakes with application to an aftershock sequence in the Pyrenees // Bull. Seismol. Soc. Am. 1982. V. 72. P. 165–180.
  63. Stein R. S. The role of stress transfer in earthquake occurrence // Nature. 1999. V. 402. P. 605– 609.
  64. Stein R. S. Tidal triggering caught in the act // Science. 2004. V. 305(5688). P. 1248–1249.
  65. Stroup D.F., Bohnenstiehl D.R., Tolstoy M. et al. Pulse of the seafloor: Tidal triggering of microearthquakes at 9°50′ N East Pacific Rise // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. L15301.
  66. Tanaka S. Tidal triggering of earthquakes prior to the 2011 Tohoku-Oki earthquake (Mw 9.1) // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. L00G26. doi: 10.1029/2012GL051179
  67. Tanaka S. Tidal triggering of earthquakes precursory to the recent Sumatra megathrust earthquakes of 26 December 2004 (Mw 9.0), 28 March 2005 (Mw 8.6), and 12 September 2007 (Mw 8.5) // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. L02301.
  68. Tanaka S., Ohtake M., Sato H. Tidal triggering of earthquakes in Japan related to the regional tectonic stress // Earth Planets Space. 2004. V. 56. P. 511–515.
  69. Tanaka S., Ohtake M., Sato H. Evidence for tidal triggering of earthquakes as revealed from statistical analysis of global data // J. of Geophys. Res. 2002. V. 107(B10). P. 2211.
  70. Tsuruoka H., Ohtake M., Sato H. Statistical test of the tidal triggering of earthquakes: Contribution of the ocean tide loading effect // Geophys. J. International. 1995. V. 122. P. 183–194.
  71. Utsu T. A. statistical study on the occurrence of aftershocks // Geophys. Magazine. 1961. V. 30. P. 521–605.
  72. Vidale J.E., Agnew D.C., Johnston M.J.S., Oppenheimer D.H. Absence of earthquake correlation with Earth tides: An indication of high preseismic fault stress rate // J. of Geophys. Res. 1998. V. 103(B10). P. 24567–24572.
  73. Varga P., Grafarend E. Influence of Tidal Forces on the Triggering of Seismic Events // Pure and Applied Geophysics. 2017. P. 1–9.
  74. Wiemer S., Wyss M. Minimum magnitude of completeness in earthquake catalogs: Examples from Alaska, the western United States, and Japan // Bulletin of the Seismological Society of America. 2000. V. 90. P. 4859–4869. Wilcock W.S. Tidal triggering of microearthquakes on the Juan de Fuca Ridge // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28. P. 3999–4002.
  75. Woessner J., Wiemer S. Assessing the quality of earthquake catalogues: Estimating the magnitude of completeness and its uncertainty // Bulletin of the Seismological Society of America. 2005. V. 95. P. 2684–2698. Zhang L., Zhuang J. An improved version of the Load/Unload Response Ratio method for forecasting strong aftershocks // Tectonophysics. 2011. V. 509. P. 191–197.
  76. Zaliapin I., Ben-Zion Y. Earthquake clusters in southern California I: Identification and stability // J. of Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 2847–2864.
  77. Zechar J.D., Jordan T.H. Testing alarm-based earthquake predictions // Geophys J. Int. 2008. V. 172. P. 715–724.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пример расчета с помощью программы FES 2004 высоты морского прилива для района землетрясения 02.03.1992 M = 6.6 около побережья Камчатки.

Скачать (125KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Карта основных толчков с M ≥ 6 вблизи Камчатки, 1971–2013 гг., афтершоки которых использованы для анализа.

Скачать (183KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Оценка параметра tstart при заданном значении параметра Mc на примере последовательности афтершоков землетрясения 5 декабря 1997 г. магнитуды М = 7.0.

Скачать (134KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Карта эпицентров и высоты приливов для афтершоков Кроноцкого землетрясения 05.12.1997, M = 7.0.

Скачать (128KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Функции дифференциального вероятностного выигрыша g (а, в, д) и g′ (б, г, е) для трех последовательностей афтершоков от основных толчков: а, б – 1971 г., М = 7.0, в, г – 1997 г., М = 7.0, д, е – 1997 г., М = 6.4.

Скачать (70KB)
Метаданные
7. Рис.6. Совокупные функции дифференциального вероятностного выигрыша g (а, в, д) и g′ (б, г, е): а, б – для всех 16 серий афтершоков, в, г – для 13 серий (исключены серия 1971 г. и две серии 1997 г.) , д, е – для 14 серий (исключены 2 серии 1997 г.).

Скачать (68KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Функции дифференциального вероятностного выигрыша g (а) и g′ (б) для фоновых событий.

Скачать (94KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Пример соотношения высоты прилива h и ее производной по времени h′ в период 30 дней анализа последовательности афтершоков Кроноцкого землетрясения 05.12.1997 г., М = 7.0.

Скачать (145KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2019