Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
В работе обсуждаются результаты регистрации сейсмических и инфразвуковых волн от главного землетрясения и его афтершока (моментные магнитуды MW=4.9 и MW=4.2 соответственно), произошедших 5 декабря 2014 г. в акватории оз. Хубсугул на севере Монголии. Совместный анализ волновых форм сейсмических и инфразвуковых колебаний показал, что записанный на инфразвуковой станции Геофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН сигнал формируется от источников генерации трех типов: локального, вторичного и эпицентрального. На основании анализа волновых форм сигналов выдвинута гипотеза генерации эпицентрального инфразвукового сигнала изгибными волнами в упругой ледовой мембране на поверхности оз. Хубсугул, возникающими при прохождении пакетов сейсмических волн. Гипотеза объясняет подобие сейсмического и эпицентрального инфразвукового сигналов, отрицательную начальную фазу эпицентральных инфразвуковых волн, а также фиксацию слабого инфразвукового сигнала, возникшего после афтершока малой магнитуды.
афтершок, землетрясение, гипоцентр, сейсмическая волна, инфразвуковая волна, изгибная волна, эпицентр
ВВЕДЕНИЕ
Одним из источников инфразвуковых колебаний являются землетрясения: совместные сейсмические и инфразвуковые сигналы от сильных землетрясений регистрируются давно и достаточно часто. Первые известные результаты регистрации инфразвуковых сигналов от землетрясений ассоциировались с записью электромагнитными микробарографами вертикальных колебаний земной поверхности, генерируемых транзитными сейсмическими волнами в пункте наблюдения при сейсмологической лаборатории в Пасадене (округ Калифорния, США) [Benioff, Gutenberg, 1939]. Во время Великого Аляс-кинского землетрясения 27.03.1964 г. (магнитуда M~9.0) генерировались атмосферные волны давления с необычно длинным периодом (~14 мин), которые были четко зарегистрированы в Беркли и на нескольких калифорнийских инфразвуковых станциях. Основные результаты были опубликованы в серии статей, в которых сообщалось о генерации инфразвуковых колебаний при вертикальных движениях земной поверхности, связанных с локальными волнами Рэлея [Bolt, 1964; Donn, Posmentier, 1964], а также с источником в эпицентральной области Аляскинского землетрясения [Mikumo, 1968]. Позднее вышла работа [Young, Greene, 1982], в которой был установлен третий тип генерации инфразвуковых сигналов, обусловленных сотрясениями горного хребта Скалистые горы (Rocky Mountains) в системе Кордильер Северной Америки при прохождении сейсмических волн от Аляскинского землетрясения.
Одно из первых свидетельств регистрации акустических волн во время сильных землетрясений в России приведено в статье [Пасечник, 1959]. В ней описаны инфразвуковые волны от катастрофического Гоби-Алтайского землетрясения [Флоренсов, Солоненко, 1963] (M=8.1, интенсивность сотрясений в эпицентре I=11÷12 баллов), произошедшего 4.12.1957 г. на юге Монголии на удалении 2440 км от пункта регистрации. Акустический сигнал имел большую временную длительность (~10 мин), что указывает на удаленность, продолжительность и сложность процесса излучения. Наблюдались нечеткое вступление акустической волны и квазисинусоидальный характер записи. Период колебаний в начале записи составлял более 7–8 с, в середине — около 4–5 с. Амплитуда колебаний в начале процесса достигала 3–4 бар, а в середине записи — 5–6 бар. Максимальные амплитуды ассоциировались с разрывами земной поверхности в плейстосейстовой области (область максимальных разрушений) землетрясения. Можно отметить, что приведенное описание инфразвуковых колебаний указывает на его формирование от источников генерации трех типов: локального, вторичного и эпицентрального, как при землетрясении 1964 г. на Аляске.
Научный интерес к акустическим сигналам от землетрясений обусловлен, по крайней мере, двумя факторами. Во-первых, землетрясения действительно возбуждают интенсивные акустико-гравитационные волны (АГВ), о чем свидетельствуют указанные выше экспериментальные данные. Во-вторых, АГВ мощных наземных источников дают основной вклад в перенос энергии снизу на ионосферные высоты. При этом структура АГВ, возникающих при землетрясениях, достаточно сложна и мало изучена. Так, на примере сильнейшего землетрясения на Аляске 1964 г. было показано, что акустические сигналы состоят из нескольких волновых групп и формируются последовательно приходящими сейсмическими объемными продольными P-волнами и поперечными S-волнами и затем — проявлением интенсивных поверхностных волн Рэлея. Соответствующие теоретические модели возбуждения АГВ мощными подземными источниками были разработаны позже, например, в [Rudenko, Uralov, 1995] описана физическая модель излучения акустических волн.
Несмотря на степенной рост числа землетрясений с уменьшением магнитуды, частота регистрации инфразвуковых волн от умеренных землетрясений не увеличивается и при толчках с магнитудой M<4 инфразвуковые сигналы не отмечаются [Arrowsmith et al., 2010]. Возможно, при землетрясениях с магнитудой M<4 выходящие на поверхность Земли сейсмические колебания имеют амплитуды, не достаточные для генерации или записи инфразвуковых волн. Регистрация таких колебаний невозможна из-за низкой плотности сетей акустического мониторинга, а также условий соотношения акустический сигнал/шум в пункте наблюдения. Частотный состав сейсмических колебаний вполне соответствует инфразвуковому диапазону менее 20 Гц даже при очень слабых землетрясениях.
_____________________________________________________________________________________
Работа выполнена в рамках базового финансирования ФНИ II.16. Результаты получены с помощью оборудования инфразвуковой станции Института солнечно земной физики СО РАН.
1. Аки К., Ричардс П. Количественная сейсмология. М.: Мир, 1983. Т. 1, 2. 880 с.
2. Альперович Л.С., Вугмейстер Б.О., Гохберг М.Б. и др. Об опыте моделирования магнитосферно-ионосферных эффектов при сейсмических явлениях // Доклады АН СССР. 1983. Т. 269, № 3. С. 573-578.
3. Голицын Г.С., Кляцкин В.И. Колебания в атмосфере, вызываемые движениями земной поверхности // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1967. Т 3, № 10. С. 1044-1052.
4. Добрынина А.А., Саньков В.А., Чечельницкий В.В. и др. Сейсмоакустические эффекты Хубсугульского землетрясения 5 декабря 2014 г. с Mw=4.9 // Доклады академии наук. 2017. Т. 477, № 6. С. 711-715.
5. Ерущенков А.И., Пономарев Е.А., Сорокин А.Г. О микробаромах в Восточной Сибири // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1979. Вып. 46. С. 113-120.
6. Ключевский А.В. Напряжения, деформации и сейсмичность на современном этапе эволюции литосферы Байкальской рифтовой зоны. Автореф. дис. докт. геол.-мин. наук. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2008. 31 с.
7. Ключевский А.В. Структуры-аттракторы рифтогенеза в литосфере Байкальской рифтовой системы // Доклады академии наук. 2011. Т. 437, № 2. С. 249-253.
8. Ключевский А.В., Демьянович В.М. Динамические параметры очагов сильных землетрясений Байкальской сейсмической зоны // Физика Земли. 2002. № 2. С. 55-66.
9. Пасечник И.П. Воздушные волны, возникшие при Гоби-Алтайском землетрясении 4 XII. 1957 г. // Изв. АН СССР. Серия геофизическая. 1959. № 11. С. 1687-1689.
10. Рындин Е.А., Лысенко И.Е. Решения задач математической физики в системе Matlab. Таганрог, 2005. 65 с.
11. Сорокин А.Г. Исследования дальнего распространения инфразвука от взрывов и океанских штормов. Автореф. диссертации канд. ф.-м. наук. Иркутск: ИСЗФ СО РАН, 1995. 10 с.
12. Сорокин А.Г. Об инфразвуковом излучении Челябинского метеороида // Изв. РАН. Сер. физическая. 2016. Т. 80, № 1. С. 102-106.
13. Сорокин А.Г., Добрынина А.А. Сравнительный анализ сейсмических и инфразвуковых сигналов от импульсных источников и землетрясений // Изв. Иркутского государственного университета. Сер. «Науки о Земле». 2017. Т. 20. С. 107-114.
14. Флоренсов Н.А., Солоненко В.П. Гоби-Алтайское землетрясение. М.: Изд-во АН СССР, 1963. 391 c.
15. Черных Е.Н., Ключевский А.В., Ружич В.В. Сравнительное исследование записей катастрофического Восточно-Японского землетрясения на скальном грунте и ледовом покровеN озера Байкал // Вопросы инженерной сейсмологии. 2011. Т. 38, № 4. С. 29-38.
16. Черных Е.Н., Ключевский А.В., Ружич В.В. Сравнительное исследование записей близких землетрясений на скальном грунте и ледовом покрове озера Байкал // Сейсмические приборы. 2012. Т. 48, № 4. С. 55-66.
17. Arrowsmith S.J., Johnson J.B., Drob D.P., Hedlin M.A.H. The seismoacoustic wavefield: A new paradigm in studying geophysical phenomena // Rev. Geophys. 2010. V. 48. RG4003. DOI:https://doi.org/10.1029/2010RG000335.
18. Benioff H., Gutenberg B. Observations with electromagnetic microbarographs // Nature. 1939. V. 144. P. 478. DOI:https://doi.org/10.1038/144478a0.
19. Bolt B.A. Seismic airwaves from the Great 1946 Alaskan Earthquake // Nature. 1964. V. 202. P. 1095-1096. DOI: 10.1038/ 2021095a0.
20. Brune J.N. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // J. Geophys. Res. 1970. V. 75. P. 4997-5009.
21. Donn W.L., Posmentier E.S. Ground-coupled air waves from the Great Alaskan Earthquake // J. Geophys. Res. 1964. V. 69. P. 5357-5361. DOI:https://doi.org/10.1029/JZ069i024p05357.
22. Golenetsky S.I., Misharina L.A. Seismicity and earthquake focal mechanisms in the Baikal rift zone // Tectonophys. 1978. V. 45, N 1. P. 71-86.
23. Klyuchevskii A.V. Seismic moments of earthquakes in the Baikal rift zone as indicators of recent geodynamic processes // J. Geodynamics. 2004. V. 37, N 2. P. 155-168.
24. Klyuchevskii A.V. Nonlinear geodynamics of the Baikal Rift System: an evolution scenario with triple equilibrium bifurcation // J. Geodynamics. 2010. V. 49, N 1. P. 19-23. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jog.2009.08.001.
25. Klyuchevskii A.V. Rifting attractor structures in the Baikal Rift System: Location and effects // J. Asian Earth Sciences. 2014. V. 88. P. 246-256. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2014.03.009.
26. Le Pichon A., Guilbert J., Vallée M., et al. Infrasonic imaging of the Kunlun Mountains for the Great 2001 China Earthquake // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. N. 15. 1814. DOI:https://doi.org/10.1029/2003GL017581.
27. Logatchev N.A., Florensov N.A. The Baikal system of rift valleys // Tectonophys. 1978. V. 45. P. 1-13.
28. Mikumo R. Atmospheric pressure waves and tectonic deformation associated with the Alaskan earthquake of March 28, 1964 // J. Geophys. Res. 1968. V. 73. P. 2009-2025. DOI:https://doi.org/10.1029/JB073i006p02009.
29. Mutschlecner J.P., Whitaker R.W. Infrasound from earthquakes // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D01108. DOI: 10.1029/ 2004JD005067.
30. Ponomarev E.A., Rudenko G.V., Sorokin A.G., et al. The normal-mode method for probing the infrasonic propagation for purposes of CTBT // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2006. V. 68. P. 559-614.
31. Rudenko G.V., Uralov A.M. Calculation of ionospheric effects due to acoustic radiation from an underground nuclear explosion // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1995. V. 57, N 3. P. 225-236.
32. Sorokin A.G., Ponomarev E.A. Assessing the state of the atmospheric acoustic channel using the IDEAS data on long-distance microbarom propagation // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2008. V. 70. P. 1110-1121.
33. Sorokin A.G., Lobycheva I.Yu. On simulation of the atmospheric acoustic channel for some nuclear tests in former soviet test site Semipalatinsk // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2011. V. 73. P. 1629-1635.
34. Young J.M., Greene G.E. Anomalous infrasound generated by the Alaskan earthquake of 28 March 1964 // J. Acoust. Soc. Am. 1982. V. 71. P. 334-339. DOI:https://doi.org/10.1121/1.387457.
35. URL: http://www.isc.ac.uk (дата обращения 11 мая 2018).
36. URL: http://seis-bykl.ru (дата обращения 11 мая 2018).
