Автореферат (1102892), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

5а) видно,что после землетрясения сначала вступают высокочастотные объемные волны, затем– низкочастотная диспергирующая волна Рэлея. На записи вариаций давления(рис. 5б) хорошо заметны как проявления поверхностных сейсмических волн, так илидирующая волна цунами, достигающая станции «A2» более чем через час послеземлетрясения. В силу значительного эпицентрального расстояния (~800 км) сейсмические волны и цунами разделены во времени, поэтому оба сигнала наблюдаются отчетливо. Амплитуда вариаций давления, вызванных сейсмическими волнами(44 кПа), более чем на порядок превосходит амплитуду сигнала цунами (3.7 кПа).11Анализ спектрограммы вариаций давления показывает, что на частотах ~0.01 Гцнаблюдаются колебания, которые существуют более часа, сливаясь затем с волнамицунами. Эти колебания явно выделяются в самостоятельную «ветвь» на спектрограмме давления, аналога которой нет на спектрограмме ускорений.

Отсутствие сейсмического сигнала на указанных частотах свидетельствует о том, что наблюдаемые колебания давления представляют собой проявления свободных гравитационных волн,сформировавшихся океане после прохождения поверхностных сейсмических волн.Эти свободные гравитационные волны опережают приход лидирующей волны цунами более чем на час, поэтому в дальнейшем для краткости мы будем называть ихпредшественниками цунами. Связь этих волн с последовавшим цунами неочевидна,поэтому мы называем их предшественниками цунами, а не предвестниками.

Аналогичная картина наблюдается на записях всех 10 станций DONET.Рис. 4. Взаимное расположение станций DONET (треугольники) и эпицентров основного землетрясения 11 марта 2011 г. и афтершока (звездочки) Изобаты построеныс интервалом 1 км, шкала глубин показана в правом нижнем углу. Стрелочкой показано направление распространения сейсмических волн в области станций DONET. Влевом верхнем углу на врезке детально показана область вблизи станций DONET.Изохроны распространения длинных волн от станции A2 построены с интервалом100 с (пунктирные линии).

Абсолютная величина градиента глубин показана в соответствии с цветовой шкалой (левый верхний угол врезки). В нижней части врезки поцентру изображен масштаб длин (10 км).12Рис. 5. Вертикальные ускорения (а) и вариации придонного давления (б), зарегистрированные станцией DONET «A2» во время землетрясения 11 марта 2011 г., и спектрограммы сигналов. Отмечены моменты времени, соответствующие основномусейсмическому событию (EQ9.0) и афтершоку (EQ7.9).

Белыми пунктирными линиями на спектрограммах показано положение критических частот для гидроакустических ( f ac ) и гравитационных ( f g ) волн.13Оценим основные параметры наблюдаемых предшественников цунами. Согласно спектрограмме вариаций придонного давления (рис. 5б) предшественники цунами наблюдаются в диапазоне частот около 0.005 Гц < f < 0.015 Гц , причем наиболее интенсивный сигнал наблюдается на частоте f0  0.006 Гц . Соответствующийуказанным частотам диапазон периодов составляет примерно 70 с  T  200 c ,наибольшей интенсивностью обладают волны имеющие период T0  170 c . Оценки,выполненные на основе дисперсионного уравнения для свободных гравитационныхволн, показывают, что предшественники цунами имеют длины 7 км    27 км и фазовые скорости 100 м / с  c ph  136 м / с . Наиболее интенсивные предшественникицунами имеют длину волны  0  22 км и фазовую скорость с ph0  134 м / с .На рис.

6 представлена низкочастотная составляющая (без приливной компоненты) вариаций давления, зарегистрированных станцией «A2». Хорошо видны свободные гравитационные волны, наблюдающиеся вскоре после прохождения по днуволн Рэлея. Их видимый период совпадает с полученными выше оценками( T0  170 c ), двойная амплитуда составляет p 0  300 Па . В теории гравитационныхволн на воде известна формула, связывающая смещение свободной поверхности  ивариации придонного давления p для монохроматической волны   p ch(kH ) g ,где  – плотность воды (   1030 кг м3 ), k  2  – волновое число [Лакомб, 1974].Оценка двойной амплитуды колебаний поверхности океана, выполненная по указанной формуле для наиболее интенсивных предшественников цунами, дает значение 0  3.5 см .Рис.

6. Низкочастотная компонента вариаций придонного давления, зарегистрированных станцией DONET «A2» во время землетрясения 11 марта 2011г. На записипоказаны масштабы амплитуд и времени. Стрелками отмечены проявления волн Рэлея, гравитационные волны (предшественники цунами) и сама волна цунами.В разделе 3.2 обсуждаются возможные механизмы генерации наблюдаемых гравитационных волн.

Для оценки возможных механизмов генерации необходимо иметьпредставление о динамике движений дна в области постановки станций DONET.Станции DONET расположены на значительном удалении от эпицентра землетрясения (~800 км), расстояния между ними значительно меньше характерной длины поверхностных сейсмических волн. В связи с этим в области постановки станций DONET поверхностные сейсмические волны можно считать плоскими. Примерное14направление их распространения показано стрелочкой на рис.

4. Для восстановлениядинамики движения дна в рамках приближения плоской волны нам необходимо выбрать запись одной, «базовой», станции DONET в качестве эталонного профиля сейсмической волны. Затем, проведя кросс-корреляционный анализ записей различныхстанций, необходимо найти направление и модуль скорости распространения сейсмических волн. И, наконец, зная профиль, скорость и направление распространения сейсмический волны, мы сможем рассчитать динамику движений дна во всей области.Согласно проведенной реконструкции динамики движений дна, двойная амплитуда колебаний в области постановки станций DONET в горизонтальном направлениисоставляет  H  22 см , а в вертикальном - V  10 см . При этом горизонтальные колебания оставляют после себя остаточное смещение  HRESID  3.6 см , а вертикальныеколебания происходят без остаточного смещения (рис.

7). Скорость распространениясейсмической волны составляет U  3500 м/с . Приведенные значения мы будем использовать для теоретических оценок возможных механизмов генерации предшественников цунами.Рис. 7. Профили смещения дна, восстановленные на основе записей донных сейсмометров DONET и береговых GPS-станций. Слева направо: восточная, северная ивертикальная компоненты.Наиболее простой моделью, в рамках которой адекватно описывается генерациягравитационных волн в океане сейсмическими движениями дна, является линейнаятеория длинных волн, основанная на неоднородном волновом уравнении относительно смещения свободной поверхности  ( x, y, t ) [Levin, Nosov, 2016]: 2 2 div gH(x, y)grad   2 ,(8)t 2tгде  ( x, y, t ) — отклонение поверхности дна от исходного положения (функция источника), H(x,y) — глубина океана.

Пусть ось 0z направлена вертикально вверх, а оси0x и 0y на восток и на север, соответственно. Тогда функция источника  ( x, y, t ) , входящая в уравнение (8), может быть выражена через компоненты вектора деформациидна D  ( Dx , Dy , Dz ) и распределение глубин [Levin, Nosov, 2016]:HHDx D y  Dz .(9)xyВекторное поле D в области постановки станций DONET представляет собой бегущую со скоростью U  3500 м/с поверхностную сейсмическую волну. Вертикальныекомпоненты векторного поля D соответствуют исключительно волнам Рэлея, а горизонтальные – волнам Лява и Рэлея.Вначале рассмотрим простейший модельный случай – океан постоянной глубиныH.

Очевидно, что в океане постоянной глубины в приближении идеальной жидкостигоризонтальные движения дна не могут возбуждать гравитационных волн. В связи сэтим в данном случае имеет смысл рассматривать только вертикальные движения15дна. Пусть по безграничной поверхности ровного горизонтального дна бежит из бесконечности со скоростью U плоское волновое возмущение, форма которого описывается функцией  ( x, y, t )  f ( x  Ut ) . При условии что скорость бегущего по днувозмущения существенно превосходит скорость длинных волн на воде (что всегдавыполняется в земных условиях), решением уравнения (8) является вынужденное бегущее возмущение водной поверхности, скорость которого совпадает со скоростьюбегущего по дну возмущения [Levin Nosov 2016]:U2 ( x, y, t )  20 f ( x  Ut ) .(10)U  gHПри этом свободные гравитационные волны возбуждаться не будут.

Характеристики

Список файлов диссертации