морфологические признаки в структуре геомагнитных вариаций

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ В СТРУКТУРЕ
ГЕОМАГНИТНЫХ ВАРИАЦИЙ В СВЯЗИ С
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ В ЗОНЕ ВРАНЧА
В.Бахмутов, Ф.Седова, Т.Мозговая
Институт геофизики им. С.И.Субботина НАН Украины, г.Киев
Цель настоящей работы – на примере зоны
сосредоточенной сейсмичности (Вранча) показать, как
напряженно-деформированная среда откликается на те
или иные геомагнитные возмущения и с какими именно
морфологическими признаками в структуре геомагнитных
вариаций связана последующая реакция очага
землетрясений.
Ukrainian magnetic observatories
The map of observatories and Vrancea Earthquakes
On example of the Vrancea seismic
zone
the
correlation
between
geomagnetic field disturbances and
earthquakes is shown. Geomagnetic
situation was studied in cases of
more then 200 earthquakes with
intermediate-depth
hypocenters
beneath Vrancea zone during the
period of 1988-1996 yy, 2004-2005yy.
The
analyses
of
geomagnetic
variations
in
relation
with
earthquakes
was
carried
out
according
to
middle-latitude
Ukrainian
geophysical
stations
Jastrebovka (Crimea, 45.5°N, 34.1°E),
Koretsc (50.6°N, 27.2°E), Kiev (50.6°N,
30.3°E) and Polish observatory Belsk
(51,9°N, 20,8).
Область глубокофокусных землетрясений здесь вытянута в виде узкой полосы
длиной 90км и шириной 25км. Очаги землетрясений расположены как в земной
коре, так и в верхней мантии на глубинах 100–180 км. Глубокофокусные толчки
характеризуются большой сейсмической энергией, наиболее сильные
землетрясения достигают магнитуды М>7.
3D seismic tomographic image (Martin et al., 2006) and hypocenters of the earthquakes
(white dots represent the intermediate-depth seismicity from Oncescu et al. (1999) and red
circles are the largest events). The blue isosurface is the 2% positive P-wave anomaly. The
top surface represents the topography. Beachballs of the focal mechanism solutions are in
map view.
Нами было проанализировано более 150
глубокофокусных и около 60 коровых толчков во
Вранче за 1977г и период 1988-1996гг. За
характеристику сейсмичности приняты
энергетический класс толчка (Кэн) и глубина очага (h
км).
Геомагнитная обстановка в связи с землетрясениями
исследовалась вне зависимости от их
энергетического класса. Анализировались значения
Н-компоненты геомагнитного поля по
магнитограммам, полученным на среднеширотных
геофизических станциях в Ястребовке (Крым, 45.5N,
34.1E) и Корце (50.6N, 27.2E).
Геомагнитная активность по годовым ∑Кр и суммарный за год энергетический
класс толчков в зоне Вранча. Очевидно, что общий ход кривой сейсмичности за
период 1988 –1996гг. в целом соответствует кривой геомагнитной активности
9000
900
800
8000
S Кр
600
7000
500
400
6000
300
200
5000
100
4000
1986
1988
1990
1992
1994
Годы
∑Кр
∑Kэн
1996
0
1998
S Кэн
700
Рассматриваемый период
наблюдений охватывает как
годы пониженной
геомагнитной активности,
когда среднесуточные
SКр=15-20, так и годы
повышенной активности с
относительно высокими
значениями, когда SКр>20.
Амплитуды Н в максимуме развития суббури по наблюдениям на
среднеширотных станциях в Корце и Ястребовке. Годы повышенной геомагнитной
активности выделены шрифтом.
Годы
Амплитуды (нТл)
ΣКр ср.год.
1977
60-120
17,1
1988
60-120
18,3
1989
40-100
22,1
1990
50-100
20,4
1991
50-100
24,0
1992
50-100
20,7
1993
40-130
19,5
1994
40-80
21,9
1995
60-120
17,3
1996
60-120
15,5
H (нТл)
Было введено понятие «главного градиента» – наибольшего перепада в
горизонтальной Н-компоненте магнитного поля, который может предшествовать
толчку в интервале от нескольких суток до месяца и более, и «градиентов»
(перепадов) поля в непосредственной близости к толчку. Вначале для каждого
сейсмического события нами проводилась оценка геомагнитной активности по
суточным значениям SКр-индексов и было выявлено, что глубокофокусным
землетрясениям во Вранче предшествуют значительные перепады в
геомагнитном поле. Сами же сейсмические события происходят в основном в
слабо возмущенные или в спокойные дни (85%), и только около 15% событий
были зарегистрированы на фоне геомагнитных возмущений (SКр>30).
140
120
100
80
60
40
20
0
-20
-40
-60
25.05-31.05.1990
25.05
26.05
27.05
28.05
29.05
M=7.0
30.05
31.05
Экстремальные значения Н-составляющей за каждый час в ходе подготовки и в
момент землетрясения 30.05.1990г. в районе Вранча
Был сделан вывод, что даже по традиционной оценке геомагнитной активности по
Кр-индексам, связь последней с сейсмичностью в зоне Вранча всегда
положительна если учтены временные интервалы от «градиента» (перепада в
геомагнитном поле) до толчка.
30
25
a)
n, %
20
15
10
5
0
n, %
4
8
12
16
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
20
24
28
32
36
40
J, days
Shallow earthquake
b)
Sub-crust earthquake
0
1
2
3
4
5
6
7
J, days
Временной интервал t (в сутках): от «главного градиента» в магнитном поле до
глубокофокусного землетрясения (а); от «градиента», предшествующего
глубокофокусным (черный) и коровым (штрих) толчкам во Вранче (б).
Последующая работа по выявлению связи сейсмичности
только с амплитудными характеристиками геомагнитной
возмущенности (по индексам активности или ежечасным
экстремальным значениям компонент поля) показала, что
связь не всегда однозначна.
Анализ геомагнитной обстановки за десятилетний период
наблюдений (1977, 1988-1996гг) показал, что не
геомагнитная активность в целом, а определенные
морфологические признаки в спектре вариаций
магнитного поля способствуют реализации сейсмической
энергии. Для зоны Вранча таким признаком является
околополуночная полярная суббуря.
Распределение суббурь (результаты по Н-компоненте геомагнитного поля) в
зависимости от времени суток и связанных с ними коровых и глубокофокусных
землетрясений. Очевидно максимум суббурь приходится на 20-24 UT (22-02 LT)
16
14
Shallow earthquake
12
Sub-crust earthquake
n, %
10
8
6
4
2
0
12
14
16
18
20
22
24
2
4
6
8 UT
Суточное распределение суббурь перед коровыми и глубокофокусными
землетрясениями в зоне Вранча за период 1988-1996гг. Результаты по анализу
магнитограмм обсерваторий Ястребовка и Корец.
The significant statistical material has demonstrated that the polar substorms and their middle-latitudinal manifestation is a trigger mechanism
for realization of the seismic energy in Vrancea.
A copy of the magnetogram of 17-18. 04.1993
from the magnetic observatory Yastrebovka
It has been found that
realization of seismic energy
is related to abrupt changes
(gradients) in H-component of
geomagnetic field. The
energetic class of the
earthquake is connected with
the amplitude of the change
in H-component. The
differences between duration
of near-midnight polar substorms preceding the
earthquakes on the various
depths have been determined.
Зависимость между энергетическим классом (Кэн) глубокофокусных толчков
и осредненными значениями амплитуд Н-составляющей в максимуме
развития околополуночной полярной суббури за период 1988-1996гг
(цифрами указано количество суббурь).
 H, нТл
100
n, %
40
35
(1)
30
90
(9)
25
(1)
20
80
(50)
15
10
(16)
(50)
(7)
70
5
0
60
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Кэн
n, %
 H, нТл
Энергетический класс землетрясений во Вранче достаточно стабильный и
колеблется в пределах Кэн=9-11 как для глубокофокусных землетрясений, так и
для толчков в земной коре. Более слабые толчки (К<9) составляют всего 5%, а
толчки энергетического класса К>11 – около 7% .
)
20
15
Shallow earthquake
n, %
Sub-crust earthquake
10
5
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140  H, nT
Значения амплитуд ∆Н перед мелкофокусными толчками сопоставимы с
величинами, характерными для суббурь перед глубокофокусными
землетрясениями и в основном колеблются от 50 до 90 нТл. Диапазон изменения
∆Н перед глубокофокусными толчками несколько шире.
b)
n, %
25
20
Shallow earthquake
15
Sub-crust earthquake
10
5
0
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 T, min
Анализ продолжительности (Т, мин) околополуночных полярных суббурь,
предшествующих глубокофокусным землетрясениям и толчкам в земной коре
показал, что они отличаются. Очевидно, что, несмотря на перекрытие диаграмм в
средней части, в большинстве случаев глубокофокусным землетрясениям
предшествуют суббури с Т>60мин, а мелкофокусным толчкам с Т≤60мин.
глубокофокусные
коровые
Как для глубокофокусных, так и для мелкофокусных (коровых) толчков в зоне
Вранча получена линейная зависимость между глубиной очага и
длительностью околополуночных полярных суббурь.
коровые
глубокофокусные
Зависимость между интервалом  от максимума развития суббури, и глубиной
очага h последующего сейсмического события: чем глубже очаг землетрясения,
тем больше время задержки  . Резкие перепады в геомагнитном поле во время
мировых магнитных бурь могут существенно сократить интервал  (иногда до 4–7
часов), что нарушает квазилинейное соотношение между  и глубиной очага h.
Выделяются 4 основные типа суббурь, с которыми связано 90%
сейсмических событий:
Первый- изолированная
околополуночная полярная суббуря
на относительно спокойном фоне;
Второй - суббуря предшествует
главной фазе магнитной бури, т.е.
перед максимумом Dst-вариаци.;
Третий - суббуря проявляется на
стадии затухания Dst-вариации (в
фазе восстановления).
Четвертый - буря с внезапным
началом, на фоне которой
проявляются полярные суббури.
Когда суббури на магнитограммах отсутствуют, в зоне Вранча вообще не было
зарегистрировано глубокофокусных землетрясений.
Выводы
•
магнитная возмущенность связана с сейсмическими событиями
при учете временного интервала от «градиента» в магнитном поле до
толчка;
•
перепад («градиент») в геомагнитном поле, связанный с
максимумом в развитии полярной суббури, предшествует разрядке
сейсмической энергии – сейсмическое событие происходит через
определенный временной интервал τ после суббури;
•
временной интервал τ от максимума развития суббури до толчка
связан с глубиной очага землетрясения;
•
прослеживается линейная зависимость между энергетическим
классом толчков и интенсивностью проявления околополуночной
полярной суббури;
•
выявлены определенные морфологические признаки в спектре
геомагнитных вариаций, предшествующие реализации сейсмической
энергии. Признаки систематизированы по четырем основным типам,
с которыми связано более 90% сейсмических событий.