ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2019, том 20, № 3, с. 5-22. https://doi.org/10.21455/gr2019.3-1

УДК 550.343.6

Аннотация  Литература  Полный текст

СВЯЗЬ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СИЛЬНОГО АФТЕРШОКА С СЕЙСМИЧНОСТЬЮ, ПРЕДШЕСТВУЮЩЕЙ ОСНОВНОМУ ТОЛЧКУ

© 2019 г. С.В. Баранов(1), П.Н. Шебалин(2), И.П. Габсатарова(3)

(1) Кольский филиал ФИЦ “Единая геофизическая служба РАН”, г. Апатиты, Россия

(2) Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН, г. Москва, Россия

(3) ФИЦ Единая геофизическая служба РАН, г. Обнинск, Россия

Рассматривается вопрос связи вероятности возникновения сильных афтершоков с сейсмичностью, предшествующей основному толчку. Под сильным понимается афтершок в смысле закона Бота с магнитудой не ниже средней разности магнитуд сильнейших афтершоков и их основных толчков. Проверяется предлагаемая авторами гипотеза о том, что сильные афтершоки с большей вероятностью происходят после основных толчков, приуроченных к местам с высокой фоновой сейсмичностью. На глобальном уровне проверка гипотезы осуществлялась по данным каталога землетрясений ANSS ComCat Геологической службы США; на региональном – по данным каталогов землетрясений Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН” для ряда сейсмоопасных регионов России (Камчатка и Курильские острова, Байкал и Забайкалье, Северный Кавказ). Было протестировано несколько функций, характеризующих фоновую сейсмическую активность, предшествующую основному толчку, значения которых рассматривались как возможный предвестник или антипредвестник сильного афтершока. Эффективность предвестника (антипредвестника) оценивалась по специально разработанному критерию, представляющему собой отношение суммы всех удачных прогнозов к числу всех неудачных. Значение, на котором достигается максимум эффективности, принималось в качестве порогового. Значение предшествующей активности выше порогового считалось предвестником сильного афтершока, ниже – антипредвестником. По результатам выполненного исследования гипотеза была подтверждена на глобальном и региональном уровнях независимо от способа измерения предшествующей сейсмической активности. Наиболее информативной характеристикой активности является отношение накопленного сейсмического момента фоновых землетрясений, предшествующих основному толчку, к моменту основного толчка, нормированное на площадь круга, ограничивающего область фоновой сейсмичности. Вероятность ожидаемых повторных толчков в зависимости от времени и магнитуды оценивалась по модели Ризенберга–Джонс. Параметры модели для Земли в целом и для ряда сейсмоопасных регионов России оценивались как с учетом, так и без учета предшествующей активности.  Сопоставление фактических и расчетных значений вероятности возникновения хотя бы одного сильного афтершока на разных интервалах времени показало хорошее соответствие модели фактическим данным. С помощью выигрыша по вероятности показано, что предпочтительнее использование модели Ризенберга–Джонс с учетом предшествующей фоновой сейсмичности.

Ключевые слова: сейсмическая активность, фоновые землетрясения, предвестник, афтершоки, вероятность.

Литература

Баранов С.В., Шебалин П.Н. О прогнозировании афтершоковой активности. 1. Адаптивные оценки на основе законов Омори и Гутенберга–Рихтера // Физика Земли. 2016. №. 3. С.82–101. DOI: 10.7868/S0002333716020034

Баранов С.В., Шебалин П.Н. Оценивание области афтершоковой активности по информации об основном толчке // Геофизические исследования. 2018a. Т. 19, № 2. С.34–56. DOI: 10.21455/gr2018.2-2

Баранов С.В., Шебалин П.Н. О прогнозировании афтершоковой активности. 3. Динамический закон Бота // Физика Земли. 2018б. № 6. С.129–136.

Баранов С.В., Шебалин П.Н. Программа байесовских оценок параметров закона Омори–Утсу с произвольным априорным распределением (bayMOL). Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 201866049 от 23 августа 2018в.

Баранов С.В., Шебалин П.Н. Глобальная статистика афтершоков сильных землетрясений: независимость времен и магнитуд // Вулканология и сейсмология. 2019. № 2. С.67–76.

Баранов С.В., Павленко В.А., Шебалин П.Н. О прогнозировании афтершоковой активности. 4. Оценка максимальной магнитуды последующих афтершоков // Физика Земли. 2019. № 4. С.1–18.

Габсатарова И.П., Борисов П.А. Современный сводный каталог землетрясений Кавказа: проблемы создания и пути совершенствования // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных: Материалы XII Международной сейсмологической школы / Отв. ред. А.А. Маловичко. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2017. С.105–109.

Габсатарова И.П., Борисов П.А. Сильные землетрясения и афтершоковые последовательности Кавказа. Свидетельство о государственной регистрации в Реестре баз данных № 2018620251 от 12 февраля 2018 г.

Гусев А.А. Прогноз землетрясений по статистике сейсмичности // Сейсмичность и сейсмический прогноз, свойства верхней мантии и их связь с вулканизмом на Камчатке. Новосибирск: Наука, 1974. С.109–119.

Сейсмологический бюллетень Кавказа 1985–1986 год. Тбилиси: Изд-во “Мецниереба”, 1990. 112 с.

Смирнов В.Б. Прогностические аномалии сейсмического режима. I. Методические основы подготовки исходных данных // Геофизические исследования. 2009. Т. 10, № 2. С.7–22.

Смирнов В.Б., Пономарев А.В. Закономерности релаксации сейсмического режима по натурным и лабораторным данным // Физика Земли. 2004. № 10. С.26–36.

Смирнов В.Б., Пономарев А.В., Бернар П., Патонин А.В. Закономерности переходных режимов сейсмического процесса по данным лабораторного и натурного моделирования // Физика Земли. 2010. № 2. С.17–49.

Смирнов В.Б., Пономарев А.В., Станчиц С.А., Потанина М.Г., Патонин А.В., Dresen G., Narteau C., Bernard P., Строганова С.М. Лабораторное моделирование афтершоковых последовательностей: зависимость параметров Омори и Гутенберга–Рихтера от напряжений // Физика Земли. 2019. № 1. С.149–165.

Шебалин П.Н., Баранов С.В. Экспресс оценка опасности сильных афтершоков района Камчатки и Курильских островов // Вулканология и сейсмология. 2017. № 4. С.57–66.

Шебалин П.Н., Баранов С.В., Дзебоев Б.А. Закон повторяемости количества афтершоков // Докл. РАН. 2018. T. 481, № 3. C.320–323. DOI: 10.31857/S086956520001387-8

Aki K. Scale dependence in earthquake phenomena and its relevance to earthquake prediction // Proc. Natl. Acad. Sci. Unit. States Am. 1993. N 93. P.3740–3747.

Bath M. Lateral inhomogeneities in the upper mantle // Tectonophysics. 1965. V. 2. P.483–514.

Bender B. Maximum likelihood estimation of b values for magnitude grouped data // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1983. V. 73, N 3. P.831–851.

Gasperini P., Lolli B. Correlation between the parameters of the aftershock rate equation: Implications for the forecasting of future sequences // Phys. Earth Planet. Inter. 2006. V. 156. Is. 1–2. P.41–58.

Gutenberg B., Richter C.F. Seismicity of the Earth and Associated Phenomena, 2nd ed. Princeton, N.J.: Princeton University Press, 1954. 273 p.

Holschneider M., Narteau C., Shebalin P., Peng Z., Schorlemmer D. Bayesian analysis of the modified Omori law // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. B05317. DOI: 10.1029/2011JB009054

Kanamori H., Anderson D. Theoretical basis of some empirical relations in seismology // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1975. V. 65, N 5. P.1073–1095.

Molchan G.M., Dmitrieva O.E. Aftershock identification: methods and new approaches // Geophys. J. Int. 1992. V. 109. P.501–516.

Narteau C., Byrdina S., Shebalin P., Schorlemmer D. Common dependence on stress for the two fundamental laws of statistical seismology // Nature. 2009. V. 462. P.642–646.

Ogata Y., Guo Z. Statistical relations between the parameters of aftershocks in time, space, and magnitude // J. Geophys. Res. Solid Earth. 1997. V. 102, N B2. P.2857–2873.

Reasenberg P.A., Jones L.M. Earthquake Hazard after a Mainshock in California // Science. 1989. V. 242, N 4895. P.1173–1176. DOI: 10.1126/science.243.4895.1173

Romanowicz B. Strike-slip earthquakes on quasi-vertical transcurrent faults: Inferences for general scaling relations // Geophys. Res. Lett. 1992. V. 19. Is. 5. P.481–484. DOI: 10.1029/92GL00265

Rundle J.B., Holliday J.R., Yoder M., Sachs M.K., Donnellan A., Turcotte D.L, Tiampo K.F., Klein W., Kellogg L.H. Earthquake precursors: activation or quiescence? // Geophys. J. Int. 2011. V. 187. Is. 1. P.225–236. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2011.05134.x

Shcherbakov R., Zhuang J., Ogata Y. Constraining the magnitude of the largest event in a foreshock-mainshock-aftershock sequence // Geophys. J. Int. 2018. V. 212. P.1–13. DOI: 10.1093/gji/ggx407

Shebalin P., Baranov S. Long-Delayed Aftershocks in New Zealand and the 2016 M7.8 Kaikoura Earthquake // Pure and Applied Geophysics. 2017. V. 174. Is. 10. P.3751–3764. DOI: 10.1007/ s00024-017-1608-9

Shebalin P., Narteau C. Depth dependent stress revealed by aftershocks // Nature Communications. 2017. V. 8, N 1317. doi: 10.1038/s41467-017-01446-y

Utsu T.A. Statistical study on the occurrence of aftershocks // Geophys. Magazine. 1961. V. 30. P.521–605.

Vorobieva I., Shebalin P., Narteau C. Break of slope in earthquake size distribution and creep rate along the San Andreas fault system // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43, N 13. P.6869–6875.

Wang J-H. On the correlation of observed Gutenberg–Richter’s b value and Omori’s p value for aftershocks // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1994. V. 84, N 6. P.2008–2011.

Zaliapin I., Ben-Zion Y. A global classification and characterization of earthquake clusters // Geophys. J. Int. 2016. V. 207. P.608–634. DOI: 10.1093/gji/ggw300