| Резюме PDF RUS | Abstract PDF ENG | Полный текст PDF RUS&ENG |
Резюме. Обобщены данные о сброшенных напряжениях и приведенной сейсмической энергии для землетрясений Северной Евразии. Анализируются взаимосвязи этих параметров с сейсмическим моментом и магнитудой. Проведены детализационные исследования для Северного Тянь-Шаня (Бишкекского геодинамического полигона), получены значения динамических параметров очагов для 183 землетрясений разных энергетических классов (K = 8.7–14.8): угловой частоты, параметра спектральной плотности, скалярного сейсмического момента, радиуса очага, уровня сброшенных напряжений, сейсмической энергии и приведенной сейсмической энергии. Для расчета радиуса очага и сброшенных напряжений использованы две модели – подход Брюна и улучшенная модель Мадариаги–Канеко–Ширера. Для относительно слабых событий установлена степенная зависимость (регрессия) сброшенных напряжений от скалярного сейсмического момента M0, что согласуется с результатами о степенной зависимости от M0 приведенной сейсмической энергии в ряде других регионов Северной Евразии. Отмечена связь между видом очаговой подвижки и уровнем сброса напряжений.
Ключевые слова:
очаг землетрясения, магнитуда, сейсмический момент, сброс напряжений, приведенная сейсмическая энергия, масштабные зависимости
Для цитирования: Сычева Н.А., Богомолов Л.М. О сброшенных напряжениях в очагах землетрясений Северной Евразии и приведенной сейсмической энергии. Геосистемы переходных зон, 2020, т. 4, № 4, с. 393–446. (На рус. и англ. яз.). https://doi.org/10.30730/gtrz.2020.4.4.393-416.417-446
For citation: Sycheva N.A., Bogomolov L.M. On the stress drop in North Eurasia earthquakes source-sites versus specific seismic energy. Geosistemy perehodnykh zon = Geosystems of Transition Zones, 2020, vol. 4, no. 4, pp. 393–446. (In Russ. & Engl.). https://doi.org/10.30730/gtrz.2020.4.4.393-416.417-446
Список литературы
1. Аки К., Ричардс П. 1983. Количественная сейсмология. Теория и методы. Т. 1–2. М.: Мир, 880 с.
2. Беседина А.Н., Кишкина С.Б., Кочарян Г.Г. 2015. Влияние деформационных характеристик нарушений сплошности породного массива на эффективность излучения очагов индуцированной сейсмичности. Ч. I. Результаты натурных наблюдений. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 4: 83–95.
3. Богомолов Л.М., Сычева Н.А., Закупин А.С., Каменев П.А., Сычев В.Н. 2015. Распределение спада напряжений в очагах землетрясений и проявления триггерных эффектов. В кн.: Триггерные эффекты в геосистемах (Москва, 16–19 июня 2015 г.): материалы Третьего Всероссийского семинара-совещания.ИДГ РАН. М.: ГЕОС, c. 48–56.
4. Богомолов Л.М. 2013. Поиск новых подходов к объяснению механизмов взаимосвязи сейсмичности и электромагнитных эффектов. Вестник ДВО РАН, 3: 12–18.
5. Бурымская Р.Н. 2001. Спектральный состав излучения и очаговые параметры землетрясений северо-западной части Тихого океана за 1969–1996 годы. В кн.: Динамика очаговых зон и прогнозирование сильных землетрясений северо-запада Тихого океана. А.И. Иващенко (отв. ред.). Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, т. 1: 48–67.
6. Добрынина А.А. 2009. Очаговые параметры землетрясений Байкальской рифтовой зоны. Физика Земли, 12: 60–75.
7. Кейлис-Борок В.И., Писаренко В.Ф., Соловьев С.Л. и др. 1979. Массовое определение механизмов очагов землетрясений на ЭВМ. В кн.: Теория и анализ сейсмологических наблюдений. М.: Наука, 45–59. (Вычислительная сейсмология; вып. 12).
8. Костров Б.В. 1975. Механика очага тектонического землетрясения. М.: Наука, 175 с.
9. Кочарян Г.Г. 2012. Об излучательной эффективности землетрясений (пример геомеханической интерпретации результатов сейсмологических наблюдений). Динамические процессы в геосферах, 3: 36–47.
10. Кочарян Г.Г. 2014. Масштабный эффект в сейсмотектонике. Геодинамика и тектонофизика, 5(2): 353–385.
11. Кочаpян Г.Г. 2016. Геомеханика разломов. М.: ГЕОС, 424 с.
12. Кочарян Г.Г., Марков В.К., Остапчук А.А., Павлов Д.В. 2013. Мезомеханика сопротивления сдвигу по трещине с заполнителем. Физическая мезомеханика, 16(5): 5–15.
13. Кочарян Г.Г., Иванченко Г.Н., Кишкина С.Б. 2016. Энергия, излучаемая сейсмическими событиями различного масштаба и генезиса. Физика Земли, 4: 141–156. doi:10.7868/S0002333716040037
14. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. 1988. Теоретическая физика: учеб. пособие. Т. 6: Гидродинамика. 4-е изд. М.: Наука, 736 с.
15. Лукк А.А., Юнга С.Л. 1979. Сейсмотектоническая деформация Гармского района. Изв. АН СССР. Физика Земли, 10: 24–43.
16. Маловичко А.А., Маловичко Д.А. 2010. Оценка силовых и деформационных характеристик очагов сейсмических событий. В кн.: Методы и системы сейсмодеформационного мониторинга техногенных землетрясений и горных ударов. Новосибирск, т. 2, 66–92.
17. Москвина А.Г. 1969а. Поле смещения упругих волн, создаваемое распространяющейся дислокацией. Изв. АН СССР. Физика Земли, 6: 3–10.
18. Москвина А.Г. 1969б. Исследование полей смещения упругих волн в зависимости от характеристик очага землетрясения. Изв. АН СССР. Физика Земли, 9: 3–16.
19. Пустовитенко Б.Г., Мержей Е.А., Пустовитенко А.А. 2013. Динамические параметры очагов землетрясений Крыма по сейсмическим станциям. Геофизический журнал, 5: 172–186.
20. Раутиан Т.Г., Халтурин В.И. 1991. Очаговые спектры землетрясений. В кн.: Землетрясения и процессы их подготовки. М.: Наука, 82–93.
21. Ребецкий Ю.Л., Кузиков С.И. 2016. Тектонофизическое районирование активных разломов Северного Тянь-Шаня. Геология и геофизика, 57(6): 1225–1250.
22. Ризниченко Ю.В. 1985. Проблемы сейсмологии: Избранные труды. М.: Наука, 408 с.
23. Родкин М.В. 2001а. Проблема физики очага землетрясения: противоречия и модели. Физика Земли, 8: 42–52.
24. Родкин М.В. 2001б. Статистика кажущихся напряжений и проблема природы очага землетрясений. Физика Земли, 8: 53–63.
25. Сычев В.Н., Богомолов Л.М., Рыбин А.К., Сычева Н.А. 2010. Влияние электромагнитных зондирований земной коры на сейсмический режим территории Бишкекского геодинамического полигона. В кн.: Триггерные эффекты в геосистемах: Материалы Третьего Всерос. семинара-совещ., Москва, 22–24 июня 2010 года. М.: ГЕОС, 316–326.
26. Сычев В.Н., Богомолов Л.М., Сычева Н.А. 2012. К вопросу о статистической достоверности сейсмического отклика при экспериментальных зондированиях коры Бишкекского геодинамического полигона. В кн.: Пятый Международный симпозиум, 19–24 июня, 2011 года. «Современные проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов»: материалы докл. Бишкек, т. 1: 273–280.
27. Сычева Н.А. 2016. Киргизская сейсмологическая сеть KNET. Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета, 16 (5): 175–183.
28. Сычева Н.А. 2020. Тензор сейсмического момента и динамические параметры землетрясений Центрального Тянь-Шаня. Геосистемы переходных зон, 4(2): 178–209. https://doi.org/10.30730/gtrz.2020.4.2.178-191.192-209
29. Сычева Н.А., Богомолов Л.М. 2014. Падение напряжения в очагах среднемагнитудных землетрясений в Северном Тянь-Шане. Физика Земли, 3: 142–153.
30. Сычева Н.А., Богомолов Л.М. 2016. Закономерности падения напряжений при землетрясениях Северного Тянь-Шаня. Геология и геофизика, 57(11): 2071–2083. doi:10.15372/GiG20161109
31. Сычева Н.А., Мансуров А.Н. 2017. Сравнение оценок деформаций земной коры Бишкекского геодинамического полигона на основе сейсмологических и GPS-данных. Геодинамика и тектонофизика, 8(4): 809–825.
32. Сычева Н.А., Юнга С.Л., Богомолов Л.М., Мухамадеева В.А. 2005. Сейсмотектонические деформации земной коры Северного Тянь-Шаня (по данным определений механизмов очагов землетрясений на базе цифровой сейсмической сети KNET). Физика Земли, 11: 62–78.
33. Сычева Н.А., Богомолов Л.М., Сычев В.Н., Костюк А.Д. 2009. Интенсивность сейсмотектонических деформаций как показатель динамических процессов в земной коре (на примере Тянь-Шаня). Геофизические исследования, 10(2): 37–46.
34. Чедия О.К. 1986. Морфоструктуры и новейший тектогенез Тянь-Шаня. Фрунзе: Илим, 315 с.
35. Юнга С.Л. 1990. Методы и результаты изучения сейсмотектонических деформаций. М.: Наука, 191 с.
36. Abercrombie R.E., Leary P. 1993. Source parameters of small earthquakes recorded at 2.5 km depth, Cajon Pass Southern California: implications for earthquake scaling. Geophysical Research Letters, 20(14): 1511–1514.
37. Abercrombie R.E., Rice J.R. 2005. Can observations of earthquake scaling constrain slip weakening? Geophysical J. International, 162: 406–424. https://doi.org/10.1111/j.1365-246x.2005.02579.x
38. Allmann B.P., Shearer P.M. 2009. Global variations of stress drop for moderate to large earthquakes. J. of Geophysical Research: Solid Earth, 114, B01310. https://doi.org/10.1029/2008JB005821
39. Baltay A., Ide S., Prieto G., Beroza G. 2011. Variability in earthquake stress drop and apparent stress. Geophysical Research Letters, 38(6). https://doi.org/10.1029/2011GL046698
40. Boatwright J. 1980. Spectral theory for circular seismic sources: Simple estimates of source dimension dynamic stress drop andradiated energy. Bull. of the Seismological Society of America, 70: 1–28.
41. Bogomolov L.M., Avagimov A.A., Sycheva N.A., Bragin V.D. et al. 2003. On the interrelation between week seismicity and sounding electric impacts at Bishkek geodynamic testing place. In: Problems of destructure earthquake disaster prevention. Almaty-Evero, p. 175–183.
42. Boore D.M. 2003. Simulation of ground motion using the stochastic method. Pure and Applied Geophysics, 160(3): 635–676. https://doi.org/10.1007/pl00012553
43. Brune J.N. 1970. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes. J. of Geophysical Research, 75(26): 4997–5009. https://doi.org/10.1029/jb075i026p04997
44. Brune J.N. 1971. Corrections. J. of Geophysical Research, 76(20): 5002. https://doi.org/10.1029/jb076i020p05002
45. Candela T., Renard F., Bouchon M., Schmittbuhl J., Brodsky E.E. 2011. Stress drop during earthquakes: effect of fault roughness scaling. Bull. of the Seismological Society of America, 101(5): 2369–2387. doi:10.1785/0120100298
46. Choy G.L., Boatwright J.L. 1995. Global patterns of radiated seismic energy and apparent stress. J. of Geophysical Research: Solid Earth, 100(B9): 18205–18228. https://doi.org/10.1029/95jb01969
47. Choy G.L., McGarr A., Kirby S.H., Boatwright J. 2006. An overview of the global variability in radiated energy and apparent stress. In: Earthquakes: radiated energy and the physics of faulting. AGU, p. 43–57. https://doi.org/10.1029/170gm06
48. Cotton F., Archuleta R., Causse M. 2013. What is sigma of the stress drop? Seismological Research Letters, 84(1): 42–48. https://doi.org/10.1785/0220120087
49. Domanski B., Gibowicz S. 2008. Comparison of source parameters estimated in the frequency and time domains for seismic events at the Rudna copper mine, Poland. Acta Geophysica, 56: 324–343. doi:10.2478/s11600-008-0014-1
50. Eshelby J.D. 1957. The determination of elastic field of an ellipsoidal inclusion and related problems. Proceedings of the Royal Society of London, A241(1226): 376–396. https://doi.org/10.1098/rspa.1957.0133
51. Fehler M.C., Phillips W.S. 1991. Simultaneous inversion for Q and source parameters of microearthquakes accompanying hydraulic fracturing in granitic rock. Bull. of the Seismological Society of America, 81(2): 553–575.
52. Gibowicz S.J., Kijko A. 1994. An introduction to mining seismolog. San Diego: Academic Press, 399 p.
53. Gibowicz S., Young R., Talebi S., Rawlence D. 1991. Source parameters of seismic events at the Underground Research Laboratory in Manitoba, Canada: Scaling relations for events with moment magnitude smaller than 2. Bull. of the Seismological Society of America, 81: 1157–1182.
54. Hanks T., Kanamori H. 1979. A moment magnitude scale. J. of Geophysical Research: Solid Earth, 84: 2348–2350.
55. Hua W., Chen Z., Zheng S. 2013. Source parameters and scaling relations for reservoir induced seismicity in the Longtan reservoir area. Pure and Applied Geophysics, 170(5): 767–783.
56. Ide S., Beroza G.C., Prejean S.G., Ellsworth W.L. 2003. Apparent break in earthquake scaling due to path and site effects on deep borehole recordings. J. of Geophysical Research: Solid Earth, 108(B5): 2271. doi:10.1029/2001JB001617
57. Kanamori H. 1977. The Energy Release in Great Earthquakes. J. of Geophysical Research, 82(20): 2981–2987. https://doi.org/10.1029/jb082i020p02981
58. Kaneko Y, Shearer P.M. 2014. Seismic source spectra and estimated stress drop derived from cohesive-zone models of circular subshear rupture. Geophysical J. International, 197(2): 1002–1015. https://doi.org/10.1093/gji/ggu030
59. Kwiatek G., Ben-Zion Y. 2013. Assessment of P and S wave energy radiated from very small shear-tensile seismic events in a deep South African mine. J. of Geophysical Research: Solid Earth, 118(7): 3630–3641. https://doi.org/10.1002/jgrb.50274
60. Kwiatek G., Plenkers K., Dresen G. et al. 2011. Source parameters of picoseismicity recorded at mponeng deep gold mine, South Africa: implications for scaling relations. Bull. of the Seismological Society of America, 101(6): 2592–2608. https://doi.org/10.1785/0120110094
61. Lancieri M., Madariaga R., Bonilla F. 2012. Spectral scaling of the aftershocks of the Tocopilla 2007 earthquake in northern Chile. Geophysical J. International, 189: 469–480. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2011.05327.x
62. Ling R.F. 1972. On the theory and construction of k-clusters. The Computer J., 15(4): 326–332. doi:10.1093/comjnl/15.4.326
63. Madariaga R. 1976. Dynamics of an expanding circular fault. Bull. of the Seismological Society of America, 66: 639–666.
64. Madariaga R. 1979. On the relation between seismic moment and stress drop in the presence of stress and strength heterogeneity. J. of Geophysical Research, 84: 2243–2250. https://doi.org/10.1029/jb084ib05p02243
65. Madariaga R. 2011. Earthquake scaling laws. In: R.A. Meyers, ed. Extreme environmental events: Complexity in forecasting and early warning. Springer, p. 364–383. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7695-6_22
66. McGarr A. 1993. Factors influencing the strong ground motion from mining-induced tremors. In: R.P. Young, ed. Rockbursts and seismicity in mines. Rotterdam, p. 3–12.
67. McGarr A. 1994. Some comparisons between mining-induced and laboratory earthquakes. Pure and Applied Geophysics, 142: 467–489.
68. Mori J., Abercrombie R.E., Kanamori H. 2003. Stress drops and radiated energies of aftershocks of the 1994 Northridge, California, earthquake. J. of Geophysical Research, 108(B11): 2545–2556. https://doi.org/10.1029/2001jb000474
69. Oth A., Parolai S., Bindi D., Wenz F. 2009. Source spectra and site response from S-waves of intermediate-depth Vrancea, Romania, earthquakes. Bull. of the Seismological Society of America, 99(1): 235–254. https://doi.org/10.1785/0120080059
70. Oye V., Bungum H., Roth M. 2005. Source parameters and scaling relations for mining-related seismicity within the Pyhasalmi Ore Mine, Finland. Bull. of the Seismological Society of America, 95(3): 1011–1026. http://dx.doi.org/10.1785/0120040170
71. Pacor F., Spallarossa D., Oth A., Luzi L., Puglia R., Cantore L., Mercuri A., D’Amico M., Bindi D. 2016. Spectral models for ground motion prediction in the L’Aquila region (central Italy): evidence for stress-drop dependence on magnitude and depth. Geophysical J. International, 204(2): 697–718. https://doi.org/10.1093/gji/ggv448
72. Parolai S., Bindi D., Durukal E., Grosser H., Milkereit C. 2007. Source parameters and seismic moment–magnitude scaling for Northwestern Turkey. Bull. of the Seismological Society of America, 97(2): 655–660. https://doi.org/10.1785/0120060180
73. Roecker S.W., Sabitova T.M., Vinnik L.P., Burmakov Y.A., Golvanov M.I., Mamatkanova R., Munirova L. 1993. Three-dimensional elastic wave velocity structure of the Western and Central Tien-Shan. J. of Geophysical Research, 98(B9): 15779–15795. https://doi.org/10.1029/93jb01560
74. Ruff L.J. 1999. Dynamic stress drop of recent earthquakes: Variations within subduction zones. Pure and Applied Geophysics, 154: 409–431. https://doi.org/10.1007/s000240050237
75. Safonov D.A., Nagornykh T.V., Konovalov A.V., Stepnov A.A. 2017. The moment tensors, focal mechanisms, and stresses on Sakhalin Island. J. of Volcanology and Seismology, 11(3): 225–234. https://doi.org/10.1134/S0742046317030058
76. Sander J., Ester M., Kriegel H., Xu X. 1998. Density-Based clustering in spatial databases: The Algorithm GDBSCAN and its applications. Data Mining and Knowledge Discovery, 2(2): 169–194. doi:10.1023/A:1009745219419
77. Sato T., Hirasawa T. 1973. Body wave spectra from propagating shear cracks. J. of Physics of the Earth, 21: 415–431. https://doi.org/10.4294/jpe1952.21.415
78. Shaw B.E., Richards-Dinger K., Dieterich J.H. 2015. Deterministic model of earthquake clustering shows reduced stress drops for nearby aftershocks. Geophysical Research Letters, 42: 9231–9238. https://doi.org/10.1002/2015gl066082
79. Scholz C.H. 2002. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 496 p. https://doi.org/10.1017/cbo9780511818516
80. Scholz C.H. 2019. The mechanics of earthquakes and faulting. 3rded. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 519 p. https://doi.org/10.1017/9781316681473
81. Scuderi M.M., Marone C., Tinti E., Di Stefano G., Collettini C. 2016. Precursory changes in seismic velocity for the spectrum of earthquake failure modes. Nature Geoscience, 9(9): 695–700. https://doi.org/10.1038/ngeo2775
82. Tomic J., Abercrombie R.E., Do Nascimento A.F. 2009. Source parameters and rupture velocity of small M ? 2.1 reservoir induced earthquakes. Geophysical J. International, 179: 1013–1023. https://doi.org/10.1111/j.1365-246x.2009.04233.x
83. Urbancic T.I., Young R.P. 1993. Space-time variations in source parameters of mining-induced seismic events with M < 0. Bull. of the Seismological Society of America, 83: 378–397.
84. Yamada T., Mori J.J., Ide S., Abercrombie R.E., Kawakata H., Nakatani M., Iio Y., Ogasawara H. 2007. Stress drops and radiated seismic energies of microearthquakes in a South African gold mine. J. Geophysical Research, 112, B03305. doi:10.1029/2006JB004553