Способ реконструкции динамических процессов в земной коре по сейсмическим наблюдениям

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для реконструкции динамических процессов в земной коре. Сущность: задают пространственные границы исследуемой области и временной интервал. Выбирают из каталога все землетрясения в заданных пространственно-временных границах с определенными энергетическими классами. Определяют сейсмическую энергию и время подготовки каждого землетрясения. Определяют скорость накопления сейсмической энергии в очагах землетрясений. Определяют накопленную к текущему моменту времени сейсмическую энергию в очаге. Находят текущее значение накопленной сейсмической энергии. Отображают полученные значения в виде равномерного временного ряда с суточной дискретизацией за весь анализируемый период. Обрабатывают временной ряд известными методами. Судят о развитии динамических процессов, например о временном ходе накопления сейсмической энергии и тектонических напряжений в исследуемой области земной коры. Технический результат: выполнение реконструкции динамических процессов в земной коре. 1 ил.

 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для изучения динамических процессов в земной коре.

Известен способ восстановления (реконструкции) развития во времени динамических процессов в земной коре путем расчета сейсмической активности A в каждый текущий момент времени по плотности очагов землетрясений в данной пространственно-временной области, то есть по их числу, отнесенному к единице пространства, времени и приведенному к определенному диапазону энергетических классов землетрясений [Ризниченко Ю.В. Избранные труды. Проблемы сейсмологии. М.: Наука, 1985, 408 с.]. При A=A₁₀, например, сейсмическая активность рассчитывается по формуле

где γ - наклон графика повторяемости землетрясений, K_min - уровень представительности (минимальный энергетический класс надежно регистрируемых землетрясений), S - площадь осреднения, T - период наблюдения землетрясений, S₀ - принятая для A₁₀ единица нормирования по площади (как правило, S₀=1000 км²), T₀ - единица времени (как правило, год), N - общее число землетрясений энергетических классов 10≥K≥K_min, наблюденных на площади S за время T. По результатам расчетов строится график временного хода A₁₀ для фиксированной площади.

Недостатком этого способа является то, что полученный график сейсмической активности не отражает динамику накопления энергии упругой деформации в земной коре в период подготовки землетрясений, что ограничивает его прогностическую информативность.

Сущность предлагаемого способа заключается в реконструкции временного хода сейсмодеформационных процессов на исследуемой территории или в массиве горных пород (в зависимости от решаемой задачи) путем построения, с использованием известной эмпирической зависимости времени подготовки землетрясения от его энергетического класса, индивидуальных графиков или аналитических выражений, показывающих временной ход накопления энергии в очаговой зоне каждого прошедшего значимого землетрясения (в предположении его равномерности), и последующего складывания значений энергий, приходящихся на каждый интервал между соседними метками на временной оси, в соответствии с принятой дискретизацией.

В предлагаемом способе используются следующие эмпирические соотношения [Прогноз землетрясений. Душанбе - Москва: ДОНИШ, 1984, №3. - 216 с.]:

из которого следует

Далее, из эмпирического соотношения [Прогноз … 1984]

,

где τ - время подготовки землетрясения в годах, следует

.

Отсюда, с учетом (3)

Далее, из (3) и (4)

Для решения поставленной задачи, с использованием соотношений (2-5), выполняется следующая последовательность действий: 1) задают границы исследуемой области (площади S земной поверхности или объема V массива горных пород, в зависимости от решаемой задачи) и период наблюдения землетрясений T; 2) выбирают из каталога все землетрясения в заданных границах с энергетическими классами K_n≥K_min, где K_min - представительный класс, n - номер землетрясения в хронологическом порядке (1≤n≤N), N - порядковый номер последнего землетрясения (или общее число землетрясений в выборке); 3) определяют сейсмическую энергию в джоулях и время подготовки каждого зелетрясения в сутках по эмпирической формуле (сут); 4) определяют скорость накопления сейсмической энергии в очагах землетрясений (в предположении его равномерного поступления) по формуле (Дж/сут); 5) определяют накопленную к текущему моменту времени t сейсмическую энергию в очаге по формуле (Дж), где t_n - время n-го землетрясения, а t, t_n и τ_n определяются в целых числах суток (без десятичных знаков), причем (t_n-τ_n)≤t≤t_n; 6) путем сложения E_n(t), приходящихся на каждые сутки, находят текущее значение накопленной сейсмической энергии E(t); 7) составляют временной ряд значений E_n(t) с суточной дискретизацией за весь анализируемый период с t₁ по t_N.

Полученный равномерный временной ряд отражает динамику накопления энергии и (или) напряжений в сейсмогенерирующей структуре в максимальном приближении к реальному времени и может быть обработан известными методами для выявления в нем предвестников землетрясений или других закономерностей, связанных с динамическими процессами в земной коре, и может быть также отображен в виде графика (в логарифмическом масштабе) для сопоставления с другими геофизическими временными рядами.

В цифровом или графическом виде временной ряд может быть использован: 1) для выявления деформационного предвестника землетрясений статистическими методами - в этом случае в выборку событий входит и прогнозируемое землетрясение, а реальный прогноз по выявленному предвестнику может быть осуществлен только по независимым данным, например по GPS-наблюдениям; 2) для поиска собственно сейсмического предвестника землетрясений - при этом прогнозируемое землетрясение в выборку не входит; 3) для корреляционного анализа с другими геофизическими временными рядами и выявления новых предвестников землетрясений; 4) для гармонического анализа с целью поиска эффектов модуляции сейсмического потока эндогенными и экзогенными ритмическими процессами, а также выделения сейсмических циклов.

На фиг. 1 показан фрагмент графика временного хода накопленной в исследуемом объекте сейсмической энергии (пунктирная линия), построенного по предполагаемым сейсмическим событиям 1, 2 и 3. Для общности, единицы измерения E и t не указаны. График лишь иллюстрирует принцип сложения вкладов каждого сейсмического события в текущее значение накопленной сейсмической энергии. Реальный график с использованием каталога землетрясений может быть построен только в логарифмическом масштабе и, естественно, имеет другой вид.

Способ реконструкции динамических процессов в земной коре по сейсмическим наблюдениям, в котором задают пространственные границы исследуемой области (площади S земной поверхности или объема V массива горных пород) и временной интервал Т, выбирают из каталога все землетрясения в заданных пространственно-временных границах с энергетическими классами K_n≥K_min, где K_min - представительный класс, n - номер землетрясения в хронологическом порядке от 1 до N, N - общее число землетрясений в выборке, отличающийся тем, что определяют сейсмическую энергию (например, в джоулях) и время подготовки каждого землетрясения (например, в сутках) по эмпирической формуле , определяют скорость накопления сейсмической энергии в очагах землетрясений по формуле , определяют накопленную к текущему моменту времени t сейсмическую энергию в очаге по формуле , где t_n - время n-го землетрясения, причем t, t_n и τ_n измеряются в целых числах суток, а (t_n-τ_n)≤t≤t_n, путем сложения E_n(t), приходящихся на каждые сутки, находят текущее значение накопленной сейсмической энергии E(t), отображают полученные значения E(t) в виде равномерного временного ряда с суточной дискретизацией за весь анализируемый период с t₁ по t_N, обрабатывают временной ряд известными методами и по результатам судят о развитии динамических процессов, например о временном ходе накопления сейсмической энергии и тектонических напряжений в исследуемой области земной коры.