Фрактальные свойства сейсмичности Колумбии тема автореферата и диссертации по , 01.00.00 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

1.1. Геодинамическая характеристика региона.

1.1.1. Описание региона.>.

1.1.2. Проявление процесса субдукции на территории Колумбии.

1.1.3. Вулканизм и сейсмичность в Колумбии.

1.2. Фрактальные характеристики сейсмичности.

1.2.1. Параметры сейсмического режима с учетом фрактальных свойств сейсмичности.

1.2.1.1. Наклон графика повторяемости Ь.

1.2.1.2. Фрактальная размерность распределения землетрясений ё.

1.2.1.3. Обобщенный закон повторяемости землетрясений.

1.2.2. Признаки, характеризующие разрушение.

1.2.2.1. Время рефрактерности т.

1.2.2.2. Концентрационный критерий разрушения.

1.2.2.3. Параметр концентрации разрывов %.

Под сейсмическим режимом какой-либо области подразумевается совокупность землетрясений этой области, рассматриваемая в пространстве и во времени. Таким образом, под режимом понимается ансамбль землетрясений, а количественными характеристиками режима являются параметры статистических закономерностей этого ансамбля.

Классический подход к изучению сейсмического режима, подразумевающий равномерное распределение землетрясений в пространстве и во времени, не в состоянии корректно охарактеризовать этот режим. Пространственно-временная неоднородность сейсмичности требует новых подходов к пониманию сейсмического процесса, используя при этом накопленный за последние десятилетия материал, иными словами, требуется модификация имеющихся представлений в свете новых технических возможностей и теоретических моделей.

Одни из таких подходов заключается в представлении о самоподобии сейсмического процесса. Фрактальное распределение событий в пространстве и фрактальное группирование землетрясений во времени - это те свойства сейсмичности, которые будут служить в качестве основных положений в процессе выполнения настоящей работы. Представления о самоподобии сейсмического процесса разрабатывались и применялись на практике в течение последних лет на кафедре физики Земли физического факультета Московского Государственного Университета. Предложенные В. Б. Смирновым подходы к изучению сейсмического режима требуют данных для их подходов) проверки и дальнейшего применения. Для таких целей, в качестве природного полигона, подходит сейсмоактивная область, расположенная на территории Колумбии, характеризующаяся неоднородным распределением землетрясений, как по площади, так и по глубине. Исследование сейсмичности Колумбии может внести значительный вклад в понимание природы сейсмических процессов происходящих на промежуточных и больших глубинах т. к. свыше 50% всех землетрясений на территории Колумбии сильно сгруппированы, образуя так называемое "гнездо Букараманга", которое характеризуется глубокофокусной сейсмичностью. Неоднородность распределения гипоцентров землетрясений Колумбии по глубине дает возможность исследовать различия мелкофокусной и глубокофокусной сейсмичности.

Данное исследование призвано внести свой вклад в получение системной картины сейсмичности Колумбии, и, возможно, стать еще одним шагом в исследовании фрактальных свойств сейсмичности в целом, а также первым опытом использования фрактального подхода применительно к сейсмическому режиму Колумбии.

Цель работы

Выявление особенностей сейсмического режима Колумбии, прояснение их физической природы.

Задачи работы

1) Сбор информации о землетрясениях Колумбии, унификация и систематизация данных каталога землетрясений Колумбии с целью использования этих данных для изучения и анализа качества сейсмологической инфраструктуры страны (оценка представительной магнитуды МтЫ, ее изменений во времени и в пространстве) и ее сейсмического режима.

2) Оценка параметров обобщенного закона повторяемости (наклона графика повторяемости Ь и фрактальной размерности распределения землетрясений б/), выявление закономерностей их изменений во времени и пространстве с целью прояснения природы вариаций структуры сейсмичности.

3) Оценка характеристик разрушения (время рефрактерности среды т и параметра концентрации сейсмогенных разрывов ч

X ) с целью выяснения особенностей процесса разрушения геологической среды на разных глубинах.

Научная новизна

Впервые осуществляется оценка и анализ вариации во времени и в пространстве представительной магнитуды Мтпь наклона графика повторяемости Ь, фрактальной размерности распределения землетрясений ¿/, времени рефрактерности т и параметра концентрации сейсмогенных разрывов % для Колумбии.

Диссертационная работа выполнена во время обучения в аспирантуре на кафедре физики Земли физического факультета Московского Государственного Университета имени М. В. Ломоносова в период с 1997 г. по 2000 г. под руководством к. ф.-м. н. В. Б. Смирнова, которому автор выражает свои искренние уважение и благодарность.

1.3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ГЛАВЕ 1

1) Территория Колумбии, представляет собой место соединения трех тектонических плит: Наска, Карибской и Южноамериканской, которые перемещаются в разных направлениях с разными скоростями. Субдукция -длительный и неравномерный процесс по всей длине континентального края Южной Америки. Океаническая плита Наска субдуцирует под континент оказывая влияние на сейсмичность западной и центральной областей Колумбии.

2) Проявления сейсмичности глубинного промежуточного слоя (70-300 км) в Колумбии позволяют выделить сегментацию литосферной плиты Наска: сегмент Букараманга, сегмент Каука и сегмент Эквадор.

3) На территории Колумбии вулканы образуют цепи, V отвечающие изолиниям глубины сейсмофокальной зоны на глубине 140-200 км, что проявляется в повышении сейсмической активности на территории страны.

4) Неоднородность ансамбля землетрясений заключается в иерархичном самоподобном (фрактальном) группировании землетрясений. Фрактальный характер пространственно-временной неоднородности сейсмичности является общей закономерностью сейсмического режима. Фрактальные свойства сейсмичности в совокупности с законом

Общие сведения 36 повторяемости землетрясений определяют основу для представлений о самоподобии сейсмического процесса.

5) В классической формулировке закон повторяемости землетрясений отражает только энергетические свойства сейсмичности, не характеризуя при этом пространственно-временное распределение землетрясений.

6) Обобщенный закон повторяемости землетрясений: х характеризует распределение землетрясений с учетом фрактальных свойств сейсмичности.

7) Отклонение разницы {(1 - аЪ) от нуля обусловлено, по-видимому, нарушением "устойчивости" геофизической среды (под "устойчивым" подразумевается долговременное стационарное состояние, характеризующее обычный уровень сейсмичности).

ГЛАВА 2. КАТАЛОГ СЕЙСМИЧЕСКИХ

ДАННЫХ

2.1. О КАТАЛОГЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ КОЛУМБИИ

1. Таким образом, данные о землетрясениях в Колумбии (как исторические, так и инструментальные) для составления используемого в настоящей работе каталога были взяты из следующих источников:

2. Рис. 6 Расположение станций Национальной Сейсмологической1. Сети Колумбии.

3. Штриховыми линиями обозначены линии вертикальных срезов которые показаны на рисунках: 13, 18 и 19.1.ternational de Seismologie, BCIS) и другие международные каталоги (Asociación colombiana, 1984; Goberna, 1985; Geología colombiana, 1986; Goberna, 1988);

4. Новый каталог землетрясений Колумбии. Актуализация сейсмической информации Колумбии (1980-1987 г. г.), (ITEC ISA, 1988). В этот каталог не входят события с магнитудой ть< 4,5;

5. Каталоги Международного Сейсмологического Центра (ISC) и Национального Центра по Информации о Землетрясениях (NEIC) являются основными источниками данных для периода: 1990-1991 г. г.;

6. Из каталога Вулканологической Обсерватории Юго-запада Колумбии при Университете Балле (Universidad del Valle) были выбраны события с M¿ > 4,0. Магнитуда Md была рассчитана по формуле:

7. В каталоге RSNC приводятся значения локальной магнитуды М/. Из этого каталога были выбраны события с M¡> 4,0.

8. Для ряда исторических событий, входящих в каталог землетрясений Южной Америки Колумбии, для которых сообщались лишь значения максимальной интенсивности /о, пересчет сделан по соотношению:1. Ъ^еоттаБ, 1995).

9. Значения ть, фигурирующие в различных каталогах, определялись по формуле:ть=^ + \ёВ + 0,17

10. Ът^еоттаБ, 1995), где А амплитуда первого цикла волны Р вертикальной компоненты короткопериодного сейсмографа Беньоффа, Т - период волны, I) - эпицентральное расстояние в километрах (ОоЬегпа, 1985).

11. В свою очередь, значения М3 были получены из имеющихся значений ть по указанному выше соотношению. Значения М/, приведенные в каталоге ЯЗТМС, определялись из соотношений:

12. М,= 1§|-(0Д5-0,801§^2)+0,25 для 1 < ^ < 200и

13. Ъ^еоттаз, 1995), после чего определялись значения магнитуды М$ по формулам:

14. М3=ть-1,3 для тъ < 4,3 М3 = 1,5ть 3,4 для 4,3 < ть < 5,5 М,=3,0тА-11,7 для 5,5 <ть < 6,0

15. Ъ^еоттаэ, 1995), для событий с тъ > 6,0 значения магнитуды М,. определялись, сравнивая с подобными событиями, для которых было известно значение М3.

16. Для определения значений магнитуды М3 для каталога Вулканологической Обсерватории Юго-запада Колумбии использовались значения ть, которые, в свою очередь, определялись из соотношений:ть=Ма- 0,5 дЛя МЛ < 5,4иь=Мс1-1,3 для Ма > 5,41п§еотшаБ, 1995).

17. В таб. 1 показаны интервалы времени, охватываемые каждой из частей каталога и тип магнитуды фигурирующий в них: