диссертация (Приливные эффекты в высокочастотных сейсмических шумах в сейсмоактивном регионе), страница 13

Хоккайдо, Япония), соответствующихотклику на воздействие приливных волн O1, M2 и N2, при данных различнойдлительности. Анализ всего временного ряда позволяет утверждать, что в среднемприливное воздействие отсутствует, так как при когерентном суммировании всегоряда огибающей ВСШ с периодом волн O1, M2 и N2 периодическая компонента невыявляется. Однако, при меньших временных интервалах (1 – 6 месяцев)периодические компоненты выявляются статистически значимо. На рисунке 3.2приведены наиболее яркие примеры выделенных периодических компонент вразличных временных окнах.Следует отметить изменчивость (нестабильность) приливного отклика придолговременных наблюдениях:1. компоненты с определенными периодами волн приливного потенциалавыявляются не всегда, участки существования приливной компоненты76сменяются участками ее отсутствия;2. фазовый сдвиг между компонентой ВСШ и компонентой приливного150-15-30055510152060300-30-6025048t = 2.5 года (все данные)50волна М 2 (период 12.42 ч.)45510Приливнойпотенциал, усл.ед.волна О1 (период 25.82 ч.)30Приливнойпотенциал, усл.ед.Приливнойпотенциал, усл.ед.потенциала с тем же периодом меняется для различных участков данных.50-5-10150t = 2.5 года (все данные)48454542423966394065t = 6 мес., t0 = 27-Апр-9560555030t = 4 мес., t0 = 14-Апр-9627242160t = 3 мес., t0 = 1-Май-95Уровень ВСШ, 10-12 мУровень ВСШ, 10-12 м601865t = 5 мес., t0 = 2-Май-9563575460t = 3 мес., t0 = 1-Май-955754513936t = 3 мес., t0 = 4-Окт-96Уровень ВСШ, 10-12 м3570252423222120767222203018t = 2 мес., t0 = 7-Окт-96406036503215t = 5 мес., t0 = 19-Апр-96t = 2 мес., t0 = 10-Авг-956033t = 1 мес., t0 = 18-Фев-95106450705t = 2.5 года (все данные)68554580волна N 2 (период 12.66 ч.)10t = 1 мес., t0 = 11-Июль-960510Время, час.15284005101520Время, час.250510Время, час.15Рисунок 3.2 – Результаты выделения из огибающей ВСШ на станции “Эримо”периодических компонент с периодами приливных волн O1 (слева), M2 (в центре),N2 (справа).

На каждой эпюре указаны длительность и начало используемоговременного интервала. Вверху: соответствующая волна приливного потенциала,привязанная по времени, что позволяет судить об изменениях фазового сдвигамежду приливом и огибающей ВСШ.Также следует отметить наибольшую амплитуду отклика на воздействиеволны O1, хотя в приливном гравитационном потенциале эта волна слабееполусуточной волны M2. Аналогичные результаты были получены и на Камчатке[Гордеев и др., 1995; Салтыков, 1993] – суточная группа приливных волн вызывалабольший оклик ВСШ по сравнению с полусуточными волнами. Но в силу меньшейгеографической широты на о.

Хоккайдо группа полусуточных волн приливногопотенциала проявляется сильнее, чем на Камчатке (из-за различной широтной77зависимости полусуточных и суточных волн приливного потенциала [Мельхиор,1968]), тем не менее, отклик на их воздействие также слабее отклика на приливнуюволну O1.Таким образом, при выявлении приливной компоненты ВСШ в целяхмониторинга состояния среды следует иметь ввиду, что:1) Рассмотрение приливной компоненты ВСШ в большом временном окнеможет не привести к положительным результатам в силу нестабильности откликаВСШ на земные приливы;2) Ширина временного окна должна позволять разделение близких почастоте периодических компонент.

Например, для разделения волн K1 (лунносолнечная деклинационная, период 23.93 час.) и O1 (лунная главная, период 25.82час.) минимальная ширина временного окна составляет 2 недели;3) Так как не предполагается контроль антропогенного воздействия, исоответствующая коррекция данных не представляется возможной, то следуетиметь ввиду, что спектральные линии с периодами 24.0 час. (а также 12.0 час.)будутсоответствоватьобщемудействиюприливногоиантропогенноговоздействия. Это налагает большие ограничения на использование приливных волнP1, K1 и S2, которые имеют периоды 24.07, 23.93 и 12.00 час.

и являются одними изсамых мощных приливных волн (P1 и S2 – солнечные главные волны).Из тех волн, которые являются достаточно сильными в приливномвоздействии, остаются волны O1 (период T=25.82 час.), Q1 (лунная большаяэллиптическая, T = 26.87 час.), M2 (лунная главная, T=12.42 час.), N2 (луннаябольшая эллиптическая, T=12.66 час.).3.3 Мониторинг приливной компоненты ВСШВозможностьиспользованиясейсмическихшумовдлямониторинганапряженно-деформированного состояния среды и прогноза землетрясенийосновывается на присутствии в их составе информативных эндогенных компонент.Вероятно, впервые на перспективность использования микросейсмическогоизлучения в этих целях обратил внимание Г.А. Гамбурцев (например, [Гамбурцев,78Гальперин, 1960]).Он предложилразличать микросейсмы глубинного иповерхностного происхождения, исследовать их и использовать для решения двухважных задач.

Первая заключалась в том, чтобы с помощью слабого сейсмическогоизлучения выявлять структурные неоднородности среды, например, разломы.Вторая задача относилась к проблеме прогноза землетрясений.И с этих позиций принципиальным этапом в исследованиях сейсмическихшумов стало открытие Л.Н. Рыкунова, О.Б. Хаврошкина, В.В. Цыплакова [Рыкуновидр.,1984]:обнаруженнаямодуляциямикросейсмическогоизлучениядеформирующими процессами подтвердила наличие в сейсмических шумахэндогенных составляющих, что вывело их из разряда помех и позволилорассматривать как самостоятельное информативное явление. Были заложеныосновыформированияновогонаправлениявгеофизике–сейсмологиимикромасштаба [Рыкунов, Смирнов, 1992].С конца 80-х годов XX века на Камчатке ведутся исследованиявысокочастотного сейсмического шума в рамках фундаментальной проблемысейсмологии, связанной с изучением возможности мониторинга напряженногосостояния среды и подготовки сильных землетрясений по изменению параметровгеофизических полей, к которым следует отнести и поле ВСШ.Под мониторингом здесь понимается комплекс работ, позволяющий выявитьтенденции в изменениях контролируемой системы и включающий ведениенаблюдений, анализ и прогноз.

Информационной основой ведения мониторингавысокочастотного сейсмического шума на Камчатке являются результатыдолговременных наблюдений в двух пунктах, достаточно удаленных от районовантропогенной активности.В 90-х годах ХХ века на основе изучения особенностей ВСШ на Камчаткебыл предложен способ контроля напряженного состояния среды по изменениюпараметров их отклика на приливы. В последующие годы методика развивалась внаправлении, обеспечивающем уменьшение неопределенности (в частности,пространственной) при сейсмическом прогнозировании.В качестве информационного параметра был выбран фазовый сдвиг между приливной волной O1 в гравитационном потенциале и периодической79компонентой в огибающей ВСШ, имеющей период этой волны – 25.82 час. Схемаего расчета представлена на рисунке 3.3.

Методика Бюй-Балло обеспечиваетвыделение из огибающей ВСШ периодической компоненты, которая затемаппроксимируется синусоидой, что и определяет фазу “приливной компонентыВСШ”. Проведение расчета в скользящем временном окне ~ 4 недели формируетвременной ряд . Для вычисления теоретических значений амплитуды и фазыприливных волн в произвольный момент времени используется пакет программанализа земных приливов ETERNA [Wenzel, 1994].Рисунок 3.3. – Схема определения контролируемого параметра  − фазовогосдвига между волной O1 приливного гравитационного потенциала и гармоникой ссоответствующим приливным периодом, выделенной из рядов огибающейсейсмического шума.3.3.1 Стабилизация фазы приливной компоненты ВСШпри подготовке сильного землетрясенияВ ходе исследований нестабильности отклика ВСШ на приливноевоздействиеэкспериментально былообнаруженоважноесвойство:передсильными региональными землетрясениями упорядочивается отклик ВСШ наприливное воздействие (Рисунок 3.4), что проявляется как наблюдающаяся80стабилизация фазового сдвига  между выбранной волной приливногогравитационного потенциала и выделенной из рядов огибающей ВСШ гармоникойс соответствующим приливным периодом (далее – стабилизация ).

На этихинтервалахвремениоткликВСШнаприливноевоздействиеможетрассматриваться как устойчивый процесс.Рисунок 3.4 – Примеры временного хода параметра ∆ на станции “Начики” исинхронизации выделенной из огибающей ВСШ приливной компоненты с волнойO1 гравитационного потенциала перед сильными землетрясениями (участки 1, 2).Это свойство легло в основу гипотезы о связи вариаций фазы приливнойкомпоненты ВСШ с геодинамическими процессами в регионе. СинхронизацияВСШ с внешним приливным воздействием, проявляющаяся в виде стабилизациифазового сдвига  (Рисунок 3.5), рассматривается как прогностический признак иявляется новым, ранее не обнаруженным предвестником землетрясений. Впервоначальномвариантеданныйпредвестниксоответствовалподготовкесейсмических событий с магнитудой М ≥ 6.0 на эпицентральном расстоянии Δ до250 кмотпунктарегистрации.Этосоотношениеиспользовалосьприидентификации предвестников землетрясений вплоть до 2006 г., когда на основе81накопленных данных в способ прогноза была введена зависимость нижнего порогаожидаемой магнитуды землетрясения от эпицентрального расстояния.Сдвиг фаз0t землетрясения3 недели0tтр.tо-tРисунок 3.5 – Схематическое изображение рассматриваемого предвестниказемлетрясения.

t0 – начало стабилизации фазового сдвига 0. Предвестникидентифицируется при достижении продолжительности стабилизации(tтр − t0) = 3 недель.По мере накопления новых эмпирических данных, возникла потребностьмодификациипрогностическойметодики.Формулировкапредвестника,определяющая время подачи тревоги tтр, при этом остается прежней: наличиеучастка стабилизации  продолжительностью не менее 3 недель. В первуюочередьречьидетокорректировкемагнитудногопорогаирадиусачувствительности предвестника.

Наблюдение стабилизации рассматриваемогосдвига фаз  перед более слабыми, но при этом более близкими землетрясениямиприводит к необходимости определения зависимости нижнего порога магнитудыожидаемогоземлетрясенияотэпицентральногорасстояния.Во-вторых,кнастоящему времени получен ряд примеров, когда ожидаемое землетрясениепроизошло вскоре после завершения участка стабилизации фазы. В этом случаевозникаетвопросопродолжительностиинтервалатревоги.Предлагаетсяраспространить время тревоги не только на участок стабилизации фазы, но ивключить в него последующие 2 недели. Этим решается и проблема снятия тревогив случае отсутствия землетрясения (“ложная тревога”) (Рисунок 3.6 в).Кроме этого, в соответствии с современными требованиями, необходимаоценка эффективности выявленного предвестника и вероятности реализациипрогноза.2t01t землетрясения-1-2-3209.07.0302.07.0325.06.0318.06.0311.06.0304.06.0321.05.0314.05.0307.05.0328.05.03интервал стабилизации фазы-4(а)интервал тревоги1t00t землетрясенияt тр-1-2-319.06.0412.06.0405.06.0429.05.0422.05.0415.05.0401.05.0424.04.0417.04.0408.05.04интервал стабилизации фазы-410.04.04(б)1t00t тр-1-2интервал стабилизации фазы-3-4t тр*интервал тревоги18.04.0011.04.0004.04.0028.03.0021.03.0014.03.0007.03.0029.02.0022.02.0008.02.00-515.02.00фазовый сдвиг, радфазовый сдвиг, радинтервал тревогиt тр030.04.03фазовый сдвиг, рад82(в)Рисунок 3.6 – Типичные примеры взаиморасположения предвестника (участкастабилизации фазы ∆) и связываемого с ним землетрясения (по данным станции“Начики”).(а): землетрясение произошло на участке стабилизации фазы.(б): землетрясение произошло после завершения участка стабилизации фазы.(в): землетрясение не произошло в течение 2 недель после завершения участкастабилизации фазы (“ложная тревога”).Стрелками отмечены t0 – время начала участка стабилизации фазы, tтр – времятревоги (tтр – t0 = 3 недели), tземлетрясения – момент землетрясения, соответствующегопрогнозу, tтр* – время снятия тревоги.Определение нижнего порога магнитуды ожидаемых землетрясений какфункции эпицентрального расстоянияСогласно принципу масштабного соответствия [Гольдин, 2005], для любогоземлетрясения существует некоторая пространственная область с линейнымиразмерами D и расположенная в ней сеть наблюдений, для которых изменение83характеристик среды, связанное с подготовкой землетрясения с магнитудой М, неможет остаться незамеченным.