Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор макросейсмических исследований в России 14
1.1. История макросейсмических исследований 14
1.2. Пример интенсивного исследования: Ахалкалакское землетрясение 31 декабря 1899 г 30
1.3. Пример экстенсивного исследования: Каталог землетрясений тестового региона «Кавказ» 44
1.4. Обсуждение и выводы 53
2. Сейсмическая опасность малоактивных территорий 57
2.1. Потенциальная глубина исследования исторической сейсмичности в России 58
2.2. Историческая сейсмичность Среднего Поволжья 62
2.3. Обсуждение и выводы 118
3. Определение параметров прошлых сейсмических событий с использованием макросейсмических данных о современном землетрясении 122
3.1. Определение магнитуды 123
3.2. Определение сейсмотектонического положения 145
3.3. Оценка полноты и надежности исторических каталогов 166
3.4. Обсуждение и выводы 180
4. Пространственные компоненты сейсмичности и выбор рамок исследования по сейсмической опасности 184
4.1. Сейсмичность как самоорганизующаяся система 185
4.2. Типы пространственной организации сейсмичности 190
4.3. Выбор пространственных рамок исследования 208
4.4. Обсуждение и выводы 214
5. Характер взаимодеистврія литосферных плит в районе загроса по макросейсмическим данным 216
5.1. Проблема глубин очагов в районе Загроса 216
5.2. Исходные данные и их параметризация 221
5.3. Обсуждение и выводы 251
6. Формирование макросейсмического эффекта 255
6.1. Афтершоки, структура, сейсмический режим очаговой зоны и макросейсмические проявления Спитакского землетрясения 7 декабря 1988 г 257
6.2. Афтершоки, структура, сейсмический режим очаговой зоны и макросейсмические проявления Рачинского землетрясения 29 апреля 1991 г 294
6.3. Обсуждение и выводы 316
Заключение 320
Литература
- Пример интенсивного исследования: Ахалкалакское землетрясение 31 декабря 1899 г
- Историческая сейсмичность Среднего Поволжья
- Оценка полноты и надежности исторических каталогов
- Формирование макросейсмического эффекта
Введение к работе
В самом общем понимании сейсмическая опасность - это угроза зданиям, имуществу и самой человеческой жизни, связанная с возникновением сильных землетрясений. Более строгое определение сейсмической опасности, используемое в инженерной сейсмологии, формулируется как «вероятность непревышения заданной величины сейсмических воздействий для заданного промежутка времени на заданной площади». Оценка сейсмической опасности -это многоэтапная мультидисциплинарная проблема, решаемая методами геологии, геофизики, сейсмологии и инженерной сейсмологии. Она осуществляется на разных масштабных уровнях (общее, детальное и микро районирование) и включает: а) построение геодинамических и сейсмотектонических моделей, б) оценку максимальных возможных магнитуд землетрясений в рамках выбранной модели и период их повторяемости, в) расчет сейсмических воздействий в терминах сейсмической интенсивности и параметров движения грунта.
Актуальность. Исходными данными практически на всех этапах работ по оценке сейсмической опасности служат каталоги землетрясений. Чем более длительный интервал времени представлен в каталогах, тем обоснованнее оценка сейсмической опасности. Отсутствие долговременных наблюдений не может быть полностью компенсировано методическими ухищрениями на последующих стадиях оценки сейсмической опасности. Инструментальные каталоги землетрясений охватывают около 100 лет наблюдений для сильнейших землетрясений и не превышают 40 лет для землетрясений в интервале магнитуд 5.5-6.5. Между тем, примеры катастрофических землетрясений во всем мире, в том числе и на территории России (Нефтегорск, 1995) показывают, что период повторяемости сильнейших землетрясений существенно более длителен. Единственным регулярным источником информации о сейсмичности за более длительные, чем инструментальный период, интервалы времени являются макросейсмические данные. Кроме того, высокая точность, а главное полная самодостаточность инструментальных данных для изучения землетрясений - это, в определенной степени, иллюзия. Эта иллюзия возникла в сейсмологическом сообществе еще в начале XX века в связи с открытием первых сейсмических станций. В результате существуют невосполнимые потери макросейсмической информации для этого периода времени. А сами инструментальные данные, как выяснилось впоследствии, были невысокого качества. В связи с этим сегодня макросейсмические исследования активно развиваются во многих странах.
В соответствии со сложившейся практикой в СССР, а затем и в России, сейсмическую опасность принято выражать в баллах шкалы сейсмической интенсивности. Поэтому чрезвычайно актуальным является вопрос: «Какие факторы влияют на интенсивность сотрясений?» Уравнение макросейсмического поля, связывающее магнитуду и глубину очага с интенсивностью на поверхности, вполне удовлетворительно описывает макросейсмический эффект на больших удалениях от очага, но в эпицентральной области часто оказывается существенно не точным.
Цель исследования. Повышение эффективности использования макросеисмики в задаче оценки сейсмической опасности за счет совершенствования информационного обеспечения исследований и выяснения очаговых факторов, влияющих на формирование макросейсмического эффекта.
Аннотированный перечень глав. Макросейсмические исследования имеют долгую историю - до сих пор не потерял значения каталог землетрясений Ближнего Востока, составленный Ас-Суйути в XII веке; в России начало активных макросейсмических исследований можно отнести к середине XIX века. В Главе 1 проведен аналитический обзор макросейсмических исследований в России. Показано, что они развивались от создания описательных каталогов землетрясений к параметрическим. Безусловным достижением принципа тотальной параметризации явилось превращение макросеисмики из описательной, вспомогательной сейсмологической дисциплины в один из основных методов количественной оценки сейсмической опасности. Однако чрезмерное увлечение параметризацией при определенном пренебрежении к качеству исходных данных, снижало надежность итоговых оценок. Уточнения и дополнения к опубликованным каталогам не изменили ситуацию существенным образом. На основании проведенного анализа оценены достижения и определен круг вопросов, решение которых составляет содержание настоящей диссертационной работы.
Глава 2 посвящена специфическим проблемам сейсмической опасности малоактивных территорий. Обращение к малоактивным территориям актуально потому, что ни в одном сейсмоактивном районе не существует такой степени неопределенности знаний о сейсмической истории, как в малоактивных территориях. Например, в разных каталогах в некоторых районах Русской платформы есть землетрясения с магнитудой 6, в других - в том же месте нет ничего. В условиях невысокой активности каждое отдельное сейсмическое событие даже умеренной или небольшой магнитуды может играть определяющую роль при оценке опасности. Большие трудности возникают и при попытках оценить полноту каталога исторических землетрясений малоактивной территории (что является необходимой составной частью оценки опасности). Традиционно полнота каталога определяется по графику повторяемости: представительными для данного интервала времени считаются события, лежащие в прямолинейной части графика. Из-за редкости событий в малоактивных районах оценка по графику повторяемости может оказаться технически невыполнимой (во всяком случае, статистически бессмысленной). Предлагается рассматривать геополитические и социально-культурные условия в стране как фактор, определяющий полноту современных знаний об исторической сейсмичности. От этого фактора зависит возможность записать сведения об историческом землетрясении и сохранить эту запись в оригинальном виде в течение длительного промежутка времени. На основании анализа геополитических и социально-культурных условий со времени основания первого Русского государства до наших дней оценена потенциальная глубина изучения исторической сейсмичности в России.
В качестве малоактивной территории рассматривается Русская платформа (район Поволжья). Выбор объектом исследования именно этого района позволяет поставить проблему идентификации природы сейсмического события, поскольку в задачах оценки сейсмической опасности рассматривается опасность, связанная с тектоническими землетрясениями, а землетрясения иной природы (провально-карстовые, оползневые, импактные и т.п.) являются тем шумом в данных, который надо опознать и исключить. В платформенных областях, особенно в районах крупных речных сетей (например, бассейн Волги) экзогенные явления (оползни, провально-карстовые процессы) достигают значительной интенсивности. Рассматриваются принципы составления каталогов землетрясений; предлагается и применяется метод составления каталогов землетрясений малоактивных областей, доведенный до конечного продукта - каталога землетрясений Поволжья.
Макросейсмические проблемы не ограничиваются оценкой полноты современных знаний об исторической сейсмичности и идентификацией природы события. Как повысить точность определения параметров отдельных землетрясений в каталоге? Как оценить эту точность? В Главе 3 предлагается метод использования макросейсмических данных о современном землетрясении для уточнения параметров отдельного исторического сейсмического события, реализованный на конкретных примерах. Включение в рассмотрение информации о современном землетрясении позволяет существенно расширить базу исходных данных, на которой ведется поиск решения. Сравнительный анализ дает адекватное представление о надежности параметров событий в каталоге. Необходимость проведения сравнительного анализа макросейсмических эффектов современных и исторических землетрясений является одним из основных защищаемых положений в диссертации.
Рассматривая возможности улучшения информационного обеспечения макросейсмических каталогов и способы уточнения параметров отдельных исторических землетрясений, предполагали, что пространственные рамки исследований заданы заранее и обсуждению не подлежат. В Главе 4 поставлен вопрос: «а насколько объективны и разумны пространственные рамки исследования с сейсмотектонической точки зрения?» и предложен возможный ответ на него. Анализируются специфические проблемы возникающие, когда необходимо оценить сейсмическую опасность малоактивных территорий, граничащих с областями высокой сейсмической активности. В каких пространственных рамках необходимо проводить исследование сейсмичности, чтобы оценка опасности малоактивной территории . имела бы сейсмотектонический смысл? Очевидно, что административные границы территорий вовсе не обязаны иметь геофизический смысл. Расширение пространственных рамок исследования без достаточных на то оснований нежелательно, поскольку это приводит к увеличению неоднородности информационной обеспеченности исследований. На примере оценки опасности для территории Ставропольского края показано, что выбор пространственных рамок может быть сделан на основании идей нелинейной неравновесной термодинамики, или самоорганизации. Впервые применимость этих подходов к описанию региональной сейсмичности рассматривалась диссертантом в 1987 г. в кандидатской диссертации «Структурные особенности сейсмичности Кавказа». Теперь же рассматривается возможность их применения в задачах оценки сейсмической опасности.
В Главах 1-4 анализировались макросейсмические аспекты, относящиеся к оценке полноты и надежности каталога, повышения точности параметризации отдельных землетрясений в нем и обоснования пространственных рамок, в которых его следует составлять. Обсуждение этих аспектов не является самоцелью. В Главе 5 показано, сколь значимые для построения глобальных сейсмотектонических моделей и оценки сейсмической опасности выводы, могут быть получены исключительно по макросейсмическим данным. Исследуется характер взаимодействия Аравийской и Евразийской плит на участке Загроса (Иран). Обращение к высокоактивной зоне Загроса позволяет продемонстрировать, что применимость методов макросейсмики не ограничивается малоактивными территориями. Показано к каким взаимоисключающим сейсмотектоническим выводам (и, как следствие, к различным оценкам сейсмической опасности) можно прийти в результате неадекватной интерпретации макросейсмических данных. На этапе параметризации описательной макросейсмической информации, часто воспринимаемом как вспомогательный, могут закладываться ошибки, которые ведут в последующем к построению вполне логичных, но не обоснованных реальными данными, глобальных тектонических моделей. Подробное описание алгоритма параметризации создаваемого каталога обеспечивает воспроизводимость результата, что является необходимым условием его объективности.
Повышение эффективности применения макросейсмики в задаче оценки сейсмической опасности не сводится лишь к улучшению информационного обеспечения исследований. Глава 6 обращается к фундаментальной проблеме макросейсмики - физическим основам формирования макросейсмического эффекта. Какие факторы ответственны за то, что при близких параметрах очага (магнитуда, глубина, механизм) одни землетрясения оказывается более разрушительными, чем другие? Имеются в виду факторы, связанные не с грунтовыми или иными локальными условиями, а собственно с очагом землетрясения. На примере сравнения моделей очагов Спитакского и Рачинского землетрясений с близкими магнитудами (около 7) показано, что макросейсмический эффект зависит и от структуры собственно очага и от общей геодинамической ситуации.
Основные защищаемые положения.
1. Анализ социально-культурных условий в стране является необходимым элементом исследований по оценке точности и полноты современных знаний об исторической сейсмичности.
2. Использование макросеисмических данных о современных сейсмических событиях и применение сравнительного анализа существенно повышает достоверность определения параметров исторических землетрясений.
3. Корректно проведенные макросейсмические исследования позволяют получить для ряда районов точность локации очага землетрясения, превышающую соответствующую инструментальную точность, даже при современном развитии инструментальной сейсмологии.
4. Выбор пространственных рамок, в которых необходимо проводить исследование сейсмичности для надежной оценки сейсмической опасности, может быть основан на подходах, развиваемых в теории самоорганизации.
5. Методика составления каталога ощутимых землетрясений должна обеспечивать воспроизводимость результата, что служит показателем его объективности.
Научная новизна. Предложены и применены новые подходы и конкретные методы независимой оценки надежности, полноты и точности макросеисмических каталогов землетрясений, что повышает достоверность оценок сейсмической опасности в целом. Использование данных о современных событиях позволило уточнить параметры отдельных исторических землетрясений. Полное и четкое описание примененных процедур обработки исходной макросейсмической информации улучшило однородность каталогов и повысило объективность заключений по макросейсмическим данным. Сопоставление макросейсмического эффекта со структурой очагов сильных землетрясений близких по магнитуде позволило продвинуться в понимании факторов, влияющих на формирование макросейсмического поля.
Практическая значимость. Знание о надежности, полноте и точностях макросейсмических каталогов, а также учет факторов, определяющих формирование макросейсмического эффекта, позволяют более надежно оценивать сейсмическую опасность. А это является основой уменьшения ущерба от сейсмических катастроф.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Всесоюзных конференциях молодых ученых (1986, Суздаль; 1988, Звенигород); IV Международном симпозиуме по анализу сейсмичности и сейсмическому риску (1989, Бехине, Чехословакия); XXII Генеральной Ассамблее ЕСК (1990, Барселона, Испания); Генеральной Ассамблее МГГС (1991, Вена, Австрия); Международной конференции, посвященной 5-летию Спитаксого землетрясения (1993, Севан, Армения); XXIV Генеральной Ассамблее ЕСК (1994, Афины, Греция); Встрече рабочей группы по Каталогу землетрясений для Центральной и Юго-Восточной Европы (1995, Ганновер, Германия); Генеральной Ассамблее МГТС (1995, Боулдер, США); Встрече рабочей группы по международному проекту BEECD (1995, Милан, Италия); Международном семинаре НАТО «Историческая сейсмичность Кавказа» (1996, Цахкадзор, Армения); Международной конференции "Сейсмическая опасность и уменьшение сейсмического риска" (1998, Ереван); XXI Международной школе по геофизике (2002, Сицилия, Италия); Конференции «Строение и живая тектоника» (2003, Москва); на Проблемном Совете ОИФЗ РАН (2002, 2003, Москва); Конференции, посвященной 10-летию РФФИ (2002, Москва); Международной встрече рабочей группы по Российско-Индийскому сотрудничеству (2003, Москва); Научном совете Армянской Ассоциации Сейсмологии и Физики Земли (2003, Ереван, Армения); 32-ом Международном геологическом конгрессе (2004, Флоренция, Италия); Международной конференции «Вызовы геомагнетизму, аэрономии и сейсмологии в XXI веке» (Тортоза, Испания, 2004).
Основные результаты диссертации изложены в 61 публикации.
Вклад автора
Наблюдения. Автор принимал участие в эпицентральных сейсмологических экспедициях ОИФЗ РАН (1984, 1988-89, 1990, 1991, 1994, 1995 гг.); возглавлял макросейсмические обследования Каребасского (1999, Иран), а также Сальского (2001) и Нижнекубанского (2002) землетрясений на территории России.
Методы. Введены понятия и предложен метод разделения сейсмичности на сосредоточенную и рассеянную пространственные компоненты (авторское свидетельство совместно с С.С. Арефьевым и Н.В. Шебалиным). Предложен метод составления однородного макросейсмического каталога землетрясений на основании разнородных исходных данных (автор). Предложен метод использования макросейсмических данных о современном землетрясении для уточнения параметров исторических сейсмических событий (автор). Предложен метод расчета и введения поправок для согласования определения параметров землетрясений по региональной и плотной временной инструментальной системам наблюдений (автор).
Обработка и анализ. Составлены макросейсмические каталоги землетрясений Ставрополя (в соавторстве), Поволжья (в соавторстве), Кавказа (в соавторстве), Загроса (в соавторстве). Построены карты изосейст и определены параметры Карпатского (1802), Сальского (2001), Нижнекубанского (2002) землетрясений. Составлены инструментальные каталоги афтершоков и предложены детальные схемы структуры очаговой зоны Спитакского (1988) и Рачинского землетрясений (1991) (в соавторстве).
Благодарности
Автор рад возможности выразить глубочайшую признательность своему первому Учителю - Николаю Виссарионовичу Шебалину; С.С. Арефьеву, который почти 20 лет назад принял «под свое крыло» молодого выпускника; друзьям и коллегам, с которыми пройдены непростые эпицентральные экспедиции - С.С. Арефьеву, К.Г. Плетневу, П.А. Алексину, А.Э. Петросяну, С.Г. Молоткову; Н.Г. Мокрушиной за ее кропотливый труд в библиотеках и архивах по поиску оригинальных исходных данных; Ж.Я. Аптекман, Ф.Ф. Аптикаеву и И.П. Добровольскому - за постоянный интерес к своей работе и ценные обсуждения. Большое спасибо Максу Стукки и Армандо Систернасу -автор с благодарностью вспоминает их поддержку.
Пример интенсивного исследования: Ахалкалакское землетрясение 31 декабря 1899 г
Основой оценки сейсмической опасности служат сведения о долговременной сейсмичности (во всяком случае, в рамках современной парадигмы оценки опасности). Отсутствие такой информации не может быть компенсировано ни установкой плотных инструментальных сетей с высокой разрешающей способностью, ни сложными и детальными сейсмотектоническими концепциями. Введем понятие «важнейших» землетрясений: это события, которые определяют сейсмическую опасность той или иной территории. Очевидно, что магнитуды и интенсивности важнейших событий равны, либо близки, к максимально наблюденным в данной области. Для адекватной оценки сейсмической опасности мало знать (особенно для важнейших землетрясений) такие параметры землетрясения, как дата возникновения и время в очаге, координаты эпицентра, глубина, магнитуда и интенсивность. Необходима оценка надежности решения в целом, включая ответ на вопрос: «Насколько глубоко и тщательно исследовано данное землетрясение и насколько надежны источники исходной информации?» Новое знание связано не только и не столько с переоценкой основных параметров землетрясения, но и с выяснением того, как были получены предыдущие оценки. Проиллюстрируем проблему на примере Ахалкалакского землетрясения 31 декабря 1899 г.
Почему именно это событие! Согласно каталогу Кавказского регионального центра в Тбилиси, магнитуда этого события самая большая на Джавахетском нагорье. Уникальность Джавахетского нагорья с сейсмологической точки зрения заключается в очень высоком уровне и стабильном проявлении сейсмичности (около 80% записей регионального каталога относятся к Джавахетскому нагорью), но при этом о действительно сильных (М 6) землетрясениях не сообщается. Нагорье примыкает с северо-запада к эпицентральной области катастрофического Спитакского землетрясения 7 декабря 1988 г. (Ms = 6.9, Io = 10 [Геодакян и др., 1991]); некоторые его афтершоки произошли на Джавахетском нагорье [Dorbath et al., 1992]. Магнитуда и интенсивность Спитакского землетрясения существенно выше тех, что сообщались для событий Джавахетского нагорья. К возможным сейсмотектоническим связям Джавахетского нагорья и эпицентральной области Спитакского землетрясения мы обратимся в п. 4.2. Пока же зададимся вопросом: «Насколько хорошо изучено сильнейшее событие нагорья?»
Стиль исследования, представленного ниже, соответствует тому, которое предлагается в рамках проекта BEECD [Stucchi et al., 2001]. Цель проекта - выработать и внедрить новые стандарты в исследовании каталогов землетрясений и составить комплексную базу данных. В соответствии с рекомендациями, исследование должно состоять из следующих этапов:
- В результате анализа существующих каталогов для исследуемой области необходимо выбрать опорный параметрический каталог землетрясений. Это дает начальную точку для последующего анализа.
- Исследуются ссылки в опорном каталоге, чтобы понять характер источников, из которых черпалась информация о том или ином землетрясении.
- Анализируется, насколько аккуратно использована информация из источников в опорном каталоге и нет ли иных, ранее не использованных, источников информации по данному событию. В результате может быть либо проведена переоценка параметров землетрясения, либо будет достигнуто более точное понимание надежности существующей параметризации.
Приведем результат проведенного исследования в предложенном выше стандарте. В качестве опорного параметрического каталога был выбран Новый каталог, точнее его американская версия [New catalog ..., 1982]. Запись об Ахалкалакском землетрясении из этого каталога была показана ранее на рисунке 1.3. Согласно приведенным авторами каталога кодам, принятым в [New catalog ..., 1982], все параметры, включая магнитуду, определены на основании макросейсмических данных. Число пунктов равно 67; в примечании указано их распределение по интенсивности. На врезке к рисунку 1.3 воспроизведено описание этого события из [New catalog ..., 1982]: обратим внимание на то, что описание дано лишь для трех населенных пунктов из эпицентральной области. Карта из Атласа изосеист [1974] послужила основанием для параметризации Ахалкалакского землетрясения, хотя ссылки на нее нет (поскольку Атлас из-за финансовых и организационных проблем остался неопубликованным). Это видно из распределения пунктов по баллам на карте изосеист и в примечаниях к каталогу (таблица 1.4).
Источники в [New catalog ..., 1982]. Источники в [New catalog ..., 1982] приведены для каждого события в соответствующей графе. Они даны в алфавитном порядке и по возрастанию номера в списке литературы к каталогу. Нет указаний на то, информация из каких именно источников была использована для параметризации данного события. Но, поскольку как описание в [New catalog ..., 1982], так и карта изосеист ссылаются на публикацию [Бюс, 1948], есть достаточные основания считать именно эту работу основным источником информации по поводу Ахалкалакского землетрясения в [New catalog ..., 1982]. Все источники приведены в таблице 1.5, а на рисунке 1.5 показаны их «родственные» взаимоотношения.
Историческая сейсмичность Среднего Поволжья
Рассмотрена историческая сейсмичность Среднего Поволжья на основании макросейсмической информации с использованием первоисточников. Показано, что в опубликованных ранее каталогах имеется много ложных событий. В первую очередь это связано с некритичным подходом к идентификации природы событий: часто заключения делаются на основании источников, далеко отстоящих по месту и времени от описываемых в них событий.
Многие катастрофические землетрясения последних десятилетий происходили в местах, считавшихся ранее асейсмичными или, по крайней мере, малоактивными. Достаточно упомянуть такие землетрясения с магнитудами 7 и выше, как Газлийские (1976, 1984), [Газлийские..., 1986] и Нефтегорское (1995) [Arefiev et al., 2000]. Можно привести случаи менее сильных событий, происшедших в платформенных областях, считавшихся практически асейсмичными: например, Сальское землетрясение 2001 года (Ms = 4.6), происшедшее на Русской платформе [Tatevossian, Arefiev, Pletnev, 2002]. В результате резко изменилось отношение к сейсмической опасности малоактивных территорий. Если ранее их считали практически асейсмичными [Сейсмическое..., 1980], то теперь господствует тенденция к повсеместному повышению опасности [Комплект..., 1999]. Оценка сейсмической опасности основывается на каталогах землетрясений. Однако в малоактивных областях имеется особенность, связанная с почти полным отсутствием инструментальных определений параметров землетрясений, что связано как с действительно низкой активностью, так и отсутствием плотных региональных сетей в малоактивных областях. Поэтому сведения об исторической сейсмичности приобретают чрезвычайное значение.
Цель настоящего параграфа - оценка параметров исторических землетрясений в районе Среднего Поволжья на основании первичных макросейсмических описаний. Учитывая специфические инженерно-геологические особенности района (активное развитие оползневых и карстовых процессов), особое место уделено идентификации природы событий, поскольку для оценки сейсмической опасности в конечном итоге принципиален вопрос, является ли данное событие именно тектоническим землетрясением, или оно связано с экзогенными процессами. Проведен критический анализ существующих на настоящее время исторических каталогов землетрясений Среднего Поволжья, в первую очередь, на предмет их полноты и надежности, а также степени использования в них первоисточников. Кроме идентификации природы каждого землетрясения в каталоге существует также и традиционная задача обнаружения ложных событий, дублей, опечаток и т.п.
Исследование построено следующим образом. Сначала проведен критический анализ опубликованных каталогов по району исследования. Далее, на основании этих публикаций (параметрические каталоги и текстовые сводки) формировался исходный список землетрясений, а затем, под каждое конкретное событие из этого списка, осуществлялся углубленный поиск первоисточников в архивах. Мы исходили из того, что для макросейсмического анализа особое значение имеет достоверность и надежность источников.
Из общих соображений очевидно, что чем ближе по месту и по времени источник располагался к событию, о котором он сообщает, тем выше его надежность. Последующие интерпретации первоисточника, в принципе, могут внести искажения в исходную информацию, что может привести к ошибочным заключениям. Эти искажения могут быть связаны как с техническими причинами (вспомним, что макросейсмическая историческая информация переписывалась, в основном, вручную), так и с неверной интерпретацией имеющихся данных (после чего сами данные замещаются их интерпретацией). Следующий важный методический аспект - это «прозрачность» всех оценок. Должно быть абсолютно ясно, на основании какой конкретной информации и путем каких логических шагов получено то или иное заключение о данном событии. Это особенно актуально для малоактивных территорий, где цена каждого отдельного события даже небольшой интенсивности чрезвычайно высока. Чтобы обеспечить прозрачность оценок в настоящей работе, мы приводим дословно исходную информацию (этот текст взят в рамки) во всей полноте. Методические вопросы, связанные с надежностью и прозрачностью каталогов обсуждались в п. 1.2 и 1.3.
Оценка полноты и надежности исторических каталогов
Сальского землетрясения с магнитудами 2.7 и 3.2 в 1984 и 1996 годах соответственно, фактически представляющие собой всю сейсмическую предысторию района. Естественно, что вклад Сальского землетрясения в оценку сейсмической опасности не может быть переоценен.
Сальское землетрясение (Ms = 4.6) произошло в пределах Русской платформы, более чем в 200 км к северу от Большого Кавказа, для которго максимальная инструментально зарегистрированная магнитуда составляет 7 (Рачинское землетрясение 29 апреля 1991 г.; см. п. 6.2). На Ставропольской
возвышенности, граничащей с севера с Большим Кавказом, возникают землетрясения с магнитудами менее 5.5 . Эта область умеренной сейсмической активности располагается примерно в 100 км южнее эпицентральной зоны Сальского землетрясения (рисунок 3.8; на карту нанесены землетрясения с магнитудами М 3.5).
Таким образом, в почти 100 км окрестности Сальское зеилетрясение является сильнейшим инструментально зарегистрированным событием. Естественно, что это землетрясение привлекло к себе большое внимание. Ранее были получены записи всего двух землетрясений в эпицентральной области о сейсмотектонической связи между Ставропольской возвышенностью и Большим Кавказом см. п. 4.3.
Сальского землетрясения с магнитудами 2.7 и 3.2 в 1984 и 1996 годах соответственно, фактически представляющие собой всю сейсмическую предысторию района. Естественно, что вклад Сальского землетрясения в оценку сейсмической опасности не может быть переоценен. 44е направление движения плит сдвиги надвиги Рисунок 3.9. Тектоническое положение района (по Rebai et al., 1993, с упрощениями).
С позиций глобальной тектоники Большой Кавказ рассматривается, как зона коллизии между Евразийской и Арабской плитами (например, Rebai et al., 1993) (рисунок 3.9). Ставропольская возвышенность представляет собой переходную область от зоны коллизии к платформе. В рамках этой схемы Сальское землетрясение лежит внутри платформы, являясь тем самым внутриплитовым сейсмическим событием.
Поскольку эпицентральная область Сальского землетрясения ранее предполагалась почти асейсмичной, здесь никогда не разворачивались плотные региональные сейсмометрические сети с целью мониторинга сейсмической активности. С другой стороны, магнитуда этого события слишком мала, чтобы можно было бы провести его детальное исследование по данным мировой сети.
Оба решения (оперативное и уточненное) взяты со страницы Геофизической службы РАН. http://vv vw.ceme.gsras.ru/1251/mainnn.htm.
Эпицентральная интенсивность 10 рассчитана по магнитуде. Ближайшая сейсмическая станция, участвовавшая в локации эпицентра находится на удалении 150 км.
Макросейсмическое обследование является наиболее оптимальным способом его изучения. По определенным техническим причинам обследование было проведено лишь спустя 8 месяцев после возникновения землетрясения и должно было быть проведено в очень сжатые сроки. Были сформулированы две основные задачи. Первая - это определить положение эпицентра по макросейсмическим данным и установить максимально наблюденную и оценить эпицентральную интенсивность, а затем и глубину гипоцентра. Вторая
- установить характер спадания балльности с расстоянием в северном направлении от эпицентра. Особый интерес к этому направлению вызван тем, что приблизительно в 130 км на север от эпицентра располагается площадка Ростовской АЭС. Сальское землетрясение является самым крупным сейсическим событием в окрестностях АЭС.
Необходимо было выработать специальные приемы проведения макросейсмического обследования, вызванные некоторыми особенностями ситуации. В частности, мы уже упоминали, что работы начались спустя 8 месяцев после землетрясения и они должны были быть проведены в очень ограниченные сроки. Ситуация для проведения макросейсмического обследования осложнялась также тем, что в соответствии с первоначальной информации МЧС России, землетрясение не было разрушительным. Поэтому материальные свидетельства, запечатлевшие макросейсмический эффект от сотрясений, были не доступны. Следующее обстоятельство, препятствующее проведению полноценного макросейсмического обследования, явилось чрезвычайно низкая плотность населения в эпицентральной области, что ограничивает точность локации эпицентра. Определение спадания интенсивности с расстоянием очень чувствительно к однородности оценок интенсивности на разных расстояниях.
Методика проведения макросейсмического обследования строго соответствовала описанной в п. 3.2.
Территория, охваченная обследованием, включала 36 населенных пункта в рамках ПО на 170 км. Балльность устанавливалась на путем анкетирования и визуального осмотра пунктов экспертами. Прежде чем обратиться к таблице пункты - баллы, сделаем несколько замечаний о ситуации в целом.
Формирование макросейсмического эффекта
7 декабря 1988 года на севере Армении произошло катастрофическое Спитакское землетрясение с магнитудой 7.0, интенсивностью в эпицентре 10 баллов по шкале MSK64. По записям первых вступлений оно имело взбросо-сдвиговый механизм [Cisternas et al., 1989]. На поверхности наблюдались разрывы общей протяженностью 35 км, максимальная амплитуда сдвига - 1.5 м, взброса - свыше 2 м. Эпицентральная зона землетрясения размещалась в западной части Севанского синклинория, расположенного над основной глубинной структурой Малого Кавказа - Севано-Зангезурским глубинным разломом.
Каталог афтершоков. Землетрясение произошло в сейсмоактивной зоне с уже сложившейся стационарной системой сейсмологических наблюдений, включающей как станции республиканских организаций, так и станции единой системы сейсмологических наблюдений (ЕССН) СССР. С целью получения более качественного, чем это возможно по региональной сети, каталога афтершоков, была организована временная система наблюдений с участием сейсмологических организаций различных стран. Общее представление о наблюдательной сети станций дает рисунок 6.2а, б.
Стационарная система наблюдений оснащена однотипными аналоговыми трехкомпонентными сейсмографами непрерывной регистрации.
Временная система наблюдений состояла из нескольких частей: советской, французской и американской. Советская часть включала полевые станции принципиально того же типа, что и стационарные. Данные этих станций передавались на сейсмическую станцию «Ереван», где они обрабатывались совместно с бюллетенями стационарных станций в центре оперативной обработки. Всего таких станций, реально участвующих в сводной обработке, было в эпицентральной зоне - 4.
Французская часть системы включала аппаратуру различного типа. Телеметрическая сеть состояла из 9 пунктов регистрации, 8 из которых -однокомпонентные вертикальные датчики (1 Гц) с передатчиками и центральный пункт регистрации с трехкомпонентным датчиком. Сеть работала в ждущем режиме, ее запуск осуществлялся при наличии сигналов одновременно не менее чем от 4 станций. Служба времени позволяла добиться высокой синхронизации внутри телеметрии, но иногда возникали проблемы при стыковке ее данных с данными других видов наблюдений.
Однокомпонентные вертикальные аналоговые станции с непрерывной записью на закопченную бумагу MEQ-800, несмотря на простую конструкцию, давали ценную информацию для локации эпицентров, особенно в частях очаговой зоны, плохо обеспеченных телеметрией. Каждая станция автономна и имеет свои часы, корректируемые по сигналам различных служб точного времени. Всего таких станций было в различные моменты наблюдений от 7 до 10. Было еще 6-8 трехкомпонентных автономных цифровых широкополосных велосиграфов GEOSTRAS с записью на магнитную ленту.
Коррекция времени проводилась по сигналам OMEGA. Для временных французских станций имелись два определения их координат: спутниковые и выполненные профессиональным топографом по карте масштаба 1:25 000. Вторые определения имели более высокий приоритет, поскольку определения по спутнику выполнялись устаревшей аппаратурой и давали значительный разброс.
Оперативная обработка записей по телеметрии и MEQ проводилась на базе ЭСЭ ИФЗ АН СССР и французской группы в Кировакане. Оперативной обработки данных по GEOSTRAS не проводилось из-за большой трудоемкости этой процедуры.
Американская часть системы наблюдений работала весьма изолировано, поскольку обработка данных велась в США. В дальнейшем ее данные использовались только на уровне каталога (использование бюллетеней американских станций оказалось невозможным по техническим причинам).
Практически впервые в отечественной практике была осуществлена в поле попытка мониторинга очаговой зоны. Поэтому большое внимание уделялось оперативности обработки данных. Поскольку ее легче было осуществить при независимой обработке данных по различным системам регистрации, чем при сводной, что требует больших усилий по их стыковке, параллельно создавалось несколько каталогов афтершоков. В Обнинске - для сильнейших афтершоков по системе ЕССН, на сейсмостанции «Ереван» - по советским полевым и стационарным региональным станциям, на базе ЭСЭ в Кировакане - отдельно по телеметрии и MEQaM, в США - по американской сети. Естественно, что для исследования пространственной структуры очаговой зоны и развития сейсмического процесса в ней, необходим сводный каталог, в котором были бы обеспечены высокая однородность данных и минимум пропусков событий при максимальной длительности наблюдений.
В принципе можно предложить два подхода к составлению сводного каталога.
1. Сводный каталог получается путем слияния уже готовых каталогов. При этом из каких-либо соображений устанавливается система приоритетов для них. Если одно и то же событие присутствует в различных каталогах, то в сводном каталоге будут приняты значения координат гипоцентра и энергетических класс (магнитуда), взятые из каталога с более высоким приоритетом.