Глобальная статистика афтершоков сильных землетрясений: независимость времен и магнитуд

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В работе рассматривается глобальная статистика времен сильнейших афтершоков относительно моментов соответствующих основных толчков. На большом фактическом материале показано, что возникновение во времени сильнейших афтершоков подчиняется степенному распределению. Это аналогично закону Омори для последовательности всех афтершоков. Показано также, что времена вторых, третьих, четвертых (и т.д.) по силе афтершоков имеют такое же распределение. Таким образом, подтверждена гипотеза о независимости времен и магнитуд в афтершоковых последовательностей и тем самым обоснован подход Ризенберга-Джонс представления афтершокового процесса суперпозицией временной модели Омори-Утсу и закона Гутенберга-Рихтера. Отсутствие задержки событий меньшего магнитудного ранга относительно сильнейших в серии афтершоков опровергает представление об афтершоковом процессе, как прямом каскаде разрушения с постепенным переходом от крупных масштабов к мелким, что накладывает определенные ограничение на широко используемые стохастические модели возникновения афтершоков в виде ветвящихся процессов. Данный результат имеет важное практическое значение для прогноза афтершоковой активности и оценивания опасности сильных афтершоков.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Баранов

Кольский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”;  Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: bars.vl@gmail.com
Россия, 184209 Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, 14;  117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32

П. Н. Шебалин

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН

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

Список литературы

  1. Баранов С.В., Шебалин П.Н. О прогнозировании активности афтершоков. 1. Адаптивные оценки на основе законов Омори и Гутенберга-Рихтера // Физика Земли. 2016. № 3. С. 82–101.
  2. Баранов А.А., Баранов С.В., Шебалин П.Н. Количественная оценка степени воздействия морских приливов на активность афтершоков в районе Камчатки // Вулканология и сейсмология. 2019. № 1. С. 67–82.
  3. Зотов О.Д., Завьялов А.Д., Гульельми А.В., Лавров И.П. О возможном эффекте кругосветных поверхностных сейсмических волн в динамике повторных толчков сильных землетрясений // Физика Земли. 2018. № 1. С. 187–201. doi: 10.7868/S0002333718010155
  4. Молчан Г.М., Дмитриева О.Е. Идентификация афтершоков: обзор и новые подходы // Вычислительная сейсмология. 1991. Вып. 24. С. 19–50.
  5. Смирнов В.Б. Оценка длительности цикла разрушения литосферы Земли по данным каталогов землетрясений // Физика Земли. 2003. № 10. С. 13–32.
  6. Смирнов В.Б. Прогностические аномалии сейсмического режима. I. Методические основы подготовки исходных данных // Геофизические исследования. 2009. Т. 10. № 2. С. 7–22.
  7. Смирнов В.Б., Пономарев А.В., Бернар П., Патонин А.В. Закономерности переходных режимов сейсмического процесса по данным лабораторного и натурного моделирования // Физика Земли. 2010. № 2. С. 17–49.
  8. Шебалин П.Н. Афтершоки как индикаторы напряженного состояния в системе разломов // ДАН. 2004. Т. 398. № 2. С. 249–254.
  9. Шебалин П.Н., Баранов С.В. Экспресс оценка опасности сильных афтершоков района Камчатки и Курильских островов // Вулканология и сейсмология. 2017. № 4. С. 57–66.
  10. ANSS Comprehensive Earthquake Catalog (ComCat) URL: https://earthquake.usgs.gov/data/comcat/
  11. Bath M. Lateral inhomogeneities in the upper mantle // Tectonophysics. 1965. V. 2. P. 483–514.
  12. Felzer K.R., Rachel E. A., Ekstrom G.A. Common Origin for Aftershocks, Foreshocks, and Multiplets // Bulletin of the Seismological Society of America. 2004. V. 94. № 1. P. 88–98.
  13. Hardebeck L., Hauksson E. Crustal stress field in southern California and its implications for fault mechanics // Journal of Geophys. Res. 2001. V. 106. № B10. P. 21,859–21,882.
  14. Helmstetter A., Kagan Y.Y., Jackson D.D. Comparison of short-term and time-independent earthquake forecast models for southern California // Bulletin of the Seismological Society of America. 2006. V. 96(1). P. 90–106.
  15. Holschneider M., Narteau C., Shebalin P. et. al. Bayesian analysis of the modified Omori law // Journal of Geophys. Res. 2012. V. 117. B05317. doi: 10.1029/2011JB009054.
  16. Gerstenberger M.C., Wiemer S., Jones L.M., Reasenberg P.A. Real-time forecasts of tomorrow’s earthquakes in California // Nature. 2005. V. 435. P. 328–331.
  17. Gutenberg B., Richter C.F. Frequency of Earthquakes in California // Bulletin of the Seismological Society of America. 1944. V. 34. P. 185–188.
  18. Narteau C., Shebalin P., Holschneider M. Temporal limits of the power law aftershock decay rate // Journal of Geophys. Res. 2002. V. 107. C. 1201–1214.
  19. Narteau C., Shebalin P., Holschneider M. et al. Direct simulations of the stress redistribution in the scaling organization of fracture tectonics (SOFT) model // Geophys. J. Int. 2000. V. 141. P. 115–135.
  20. Ogata Y. Statistical models for earthquake occurrences and residual analysis for point processes // J. Amer. Statis. Assoc. 1988. V. 83. P. 9–27.
  21. Reasenberg P.A., Jones L.M. Earthquake Hazard After a Mainshock in California // Science. 1989. V. 242. № 4895. P. 1173–1176. doi: 10.1126/science.243.4895.1173.
  22. Shebalin P., Baranov S. Long-Delayed Aftershocks in New Zealand and the 2016 M7.8 Kaikoura Earthquake // Pure Appl. Geophys. 2017. V. 174. P. 3751–3764.
  23. doi: 10.1007/s00024-017-1608-9.
  24. Shebalin P., Narteau C. Depth dependent stress revealed by aftershocks // Nature Communications. 2017. V. 8. № 1317. doi: 10.1038/s41467-017-01446-y
  25. Smirnov N. Table for Estimating the Goodness of Fit of Empirical Distributions // Annals of Mathematical Statistics. 1948. № 19. P. 279–281.
  26. Utsu T. A. statistical study on the occurrence of aftershocks // Geophysical Magazine. 1961. V. 30. P. 521–605.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эпицентры основных толчков магнитуды M0, выделенных по алгоритму Молчана и Дмитриевой из каталога ANSS за 1975–2017 гг. Цвет и размер круга определяется магнитудой.

Скачать (170KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение времен сильнейших афтершоков в рассмотренных 526 сериях. а – график числа серий c tj,1 < t (кружки) и аппроксимация распределения законом Омори-Утсу (сплошная линия); б – апостериорные вероятности совместного распределения оценок параметров c и p закона Омори-Утсу [Holschneider et al., 2012]. Контурами с маркерами показаны линии уровня, белым кружком отмечено положение максимума правдоподобия.

Скачать (73KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сравнение распределения времен tj,1 сильнейших афтершоков и усредненного распределения времен афтершоков с М ≥ 5.0 в рассмотренных 526 сериях. а – функции распределения времен сильнейших афтершоков tj,1 < t (сплошная линия) и времен в стеке всех афтершоков с М ≥ 5.0 (пунктирная линия); б – апостериорные вероятности совместного распределения оценок параметров c и p закона Омори-Утсу [Holschneider et al., 2012] для стека; обозначения см. рис. 2.

Скачать (73KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение магнитуд Mj,k (а, в) и кумулятивное распределение времен tj,k (б, г) афтершоков для значений индекса k = 1, …, K: K = 5 (а, б); K = 15(в, г). Показаны значения магнитуд относительно магнитуды M0 соответствующего основного толчка. Для варианта K = 5 минимальное время tstart принято равным 0.005 сут, для варианта K = 15 – 0.05 сут. Серыми кружками на графиках “а, в” указаны значения магнитуд относительно магнитуды M0 соответствующего основного толчка, черными кружками и сплошной линией – средние значения, пунктиром – стандартные отклонения.

Скачать (142KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2019