Физика Земли, 2020, № 3, стр. 40-51

Продуктивность техногенной сейсмичности

С. В. Баранов 1*, С. А. Жукова 2**, П. А. Корчак 3***, П. Н. Шебалин 4****

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

2 Горный институт ФИЦ КНЦ РАН
г. Апатиты, Россия

3 Кировский филиал АО “Апатит”
г. Кировск, Россия

4 Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН
г. Москва, Россия

* E-mail: bars.vl@gmail.com
** E-mail: svetlana.zhukowa@yandex.ru
*** E-mail: PKorchak@phosagro.ru
**** E-mail: p.n.shebalin@gmail.com

Поступила в редакцию 02.08.2019
После доработки 26.12.2019
Принята к публикации 26.12.2019

Аннотация

Статья посвящена исследованию способности техногенных землетрясений вызывать последующие толчки. На примере Хибинской природно-технической системы показано, что число инициированных толчков, продуктивность, имеет экспоненциальное распределение, вид которого не зависит от магнитуд и глубин рассматриваемых событий. Данный результат согласуется с аналогичным законом продуктивности, установленным ранее для тектонических землетрясений на глобальном и региональном уровнях, расширяя выполнение этого закона на более низкие масштабы энергий сейсмических событий ~104 Дж (M ≥ 0).

Ключевые слова: техногенная сейсмичность, продуктивность, декластеризация, Хибинский массив.

DOI: 10.31857/S0002333720030011

Список литературы

  1. 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.

  2. Баранов С.В., Шебалин П.Н. Закономерности пост-сейсмических процессов и прогноз опасности сильных афтершоков. M.: РАН. 2019. 218 с.

  3. Виноградов Ю.А., Асминг В.Э., Кременецкая Е.О., Жиров Д.В. Современная сейсмичность на территории Мурманской области и ее проявление в горнопромышленных зонах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016. № 1. С. 62–70.

  4. Дещеревский А.В., Мирзоев К.М., Лукк А.А. Критерии группирования землетрясений с учетом пространственной неоднородности сейсмичности // Физика Земли. 2016. № 1. С. 79–97.

  5. Жукова С.А., Самсонов А.В. Оценка влияния природных факторов на проявление сейсмичности Хибинского массива // Горный журнал. 2014. № 10. С. 47–51.

  6. Жукова С.А., Федотова Ю.В. Анализ влияния массовых взрывов и обводненности на активизацию сейсмических событий с Е > 107 Дж Хибинского массива. Сборник научных трудов. Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий. Санкт-Петербургский университет. 2017. С. 245–251.

  7. Журавлева О.Г. Кластеризация сейсмических событий в условиях удароопасных месторождений Хибинского массива // Проблемы недропользования. 2017. № 1. С. 14–20. https://doi.org/10.18454/2313-1586.2017.01.014

  8. Козырев А.А., Панин В.И., Савченко С.Н. Геомеханические исследования и обоснования при ведении горных работ на Кольском полуострове. Формирование основ современной стратегии природопользования в Евро-Арктическом регионе. Апатиты: КНЦ РАН. 2005. 511 с.

  9. Козырев А.А., Аккуратов М.В., Федотова Ю.В., Жукова С.А. Влияние обводненности пород на сейсмичность. Комплексные геолого-геофизические модели древних щитов. Труды Всероссийской с международным участием научной конференции г. Апатиты, 28–30 сентября 2009 г. Апатиты: Геологический институт КНЦ РАН. 2009. 284 с.

  10. Козырев А.А., Федотова Ю.В., Аккуратов М.В., Жукова С.А. Взаимосвязь обводненности пород и сейсмичности в зоне стыковки подземного рудника и карьера. Проблемы и тенденции рационального и безопасного освоения георесурсов: сб. докладов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 50-летию Горного института КНЦ РАН. Апатиты; СПб. 2011. С. 385–390.

  11. Корчак П.А., Жукова С.А., Меньшиков П.Ю. Становление и развитие системы мониторинга сейсмических процессов в зоне производственной деятельности АО “Апатит” // Горный журнал. 2014. № 10. С. 42–46.

  12. Марков Г.А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива. Л.: Наука. 1977. 213 с.

  13. Онохин Ф.М. Особенности структур Хибинского массива. Л.: Наука. 1975, 105 с.

  14. Писаренко В.Ф., Родкин М.В. Декластеризация потока сейсмических событий, статистический анализ // Физика Земли. 2019. № 5. С. 38–52.

  15. Пожиленко В.И., Гавриленко Б.В., Жиров Д.В., Жабин С.В. Геология рудных районов Мурманской области. Апатиты: изд-во Кольского научного центра РАН. 2002. 359 с.

  16. Раутиан Т.Г. Энергия землетрясений. Методы детального изучения сейсмичности. М.: изд-во АН СССР. 1960. С. 75–114. (Тр. ИФЗ АН СССР. № 9(176).

  17. Ребецкий Ю.Л., Сим Л.А., Козырев А.А. О возможном механизме генерации избыточного горизонтального сжатия рудных узлов Кольского полуострова (Хибины, Ловозеро, Ковдор) // Геология рудных месторождений. 2017. Т. 59. № 4. С. 263–280. https://doi.org/10.7868/S0016777017040049

  18. Семенова И.Э. Исследование трансформации напряженно-деформированного состояния хибинской апатитовой дуги в процессе крупномасштабной выемки полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 4. С. 300–313.

  19. Сим Л.А., Жиров Д.В., Корчак П.А., Жукова С.А. Связь тектонических напряжений и техногенных землетрясений на примере месторождения Плато Расвумчорр (Хибинский интрузив). Триггерные эффекты в геосистемах: материалы второго Всероссийского семинара-совещания. Ин-т динамики геосфер РАН. М.: ГЕОС. 2013. С. 292–300.

  20. 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.

  21. 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.

  22. Сейсмичность при горных работах. Коллектив авторов. Изд-во Кольского научного центра РАН – Апатиты. 2002. 325 с.

  23. Федотова Ю.В., Жукова С.А. Влияние природных факторов на проявления техногенной сейсмичности. Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Материалы шестой Международной сейсмологической школы Обнинск: ГС РАН. 2011. С. 340–343.

  24. Шебалин П.Н. Математические методы анализа и прогноза афтершоков землетрясений: необходимость смены парадигмы. Чебышевский сборник. Т. XIX. Вып. 4(68). С. 227–242.

  25. Шебалин П.Н., Баранов С.В., Дзебоев Б.А. Закон повторяемости количества афтершоков // Докл. РАН. 2018. Т. 481. № 3. С. 320–323. https://doi.org/10.31857/S086956520001387-8

  26. Яковлев В.М. Современные движения земной коры в зоне южного контакта Хибинского массива по данным геометрического нивелирования. Геофизические и геодинамические исследования на северо-востоке Балтийского щита. В.М. Яковлев. Апатиты, АН СССР. 1982. С. 88–95.

  27. Baiesi M., Paczuski M. Scale-free networks of earthquakes and aftershocks // Phys. Rev. E. 2004. V. 69(6). P. 066106-1–066106-8. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.69.066106

  28. Bayliss K., Naylor M., Main I.G. Probabilistic identification of earthquake clusters using rescaled nearest neighbor distance nëworks // Geophysical Journal International. 2019. V. 217 (1). P. 487–503.

  29. Bender B. Maximum likelihood estimation of b values for magnitude grouped data // Bulletin of the Seismological Society of America. 1983. V. 73. № 3. P. 831–851.

  30. Cocco M., Hainzl S., Catalli F., Enescu B., Lombardi A.M., Woessner J. Sensitivity study of forecasted aftershock seismicity based on Coulomb stress calculation and rate and state-dependent frictional response // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. № B05307. https://doi.org/10.1029/2009JB006838

  31. Das S., Scholz C.H. Off-fault aftershock clusters caused by shear-stress increase? // Bull. Seis. Soc. Am. 1981. V. 71. P. 1669–1675.

  32. Felzer K.R., Rachel E.A., Ekström G.A. Common Origin for Aftershocks, Foreshocks, and Multiplets // Bull. Seism. Soc. Am. 2004. V. 94. № 1. P. 88–98.

  33. Goltz C. Fractal and chaotic properties of earthquakes. Berlin: Springer-Verlag. 1997. P. 178.

  34. Gutenberg B., Richter C.F. Frequency of earthquakes in California // Bull. Seismol. Soc. Am. 1944. V. 34. P. 185–188.

  35. Hainzl S., Marsan D. Dependence of the Omori-Utsu law parameters on main shock magnitude: Observations and modeling // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. B10309. https://doi.org/10.1029/2007JB005492

  36. Hainzl S., Steacy S., Marsan D. Seismicity models based on Coulomb stress calculations. Community Online Resource for Statistical Seismicity Analysis. 2010. 25 p.https://doi.org/10.5078/corssa-32035809. Режим доступа http://www.corssa.org (дата обращения 25.02.2018).

  37. Hainzl S., Zakharova O., Marsan D. Impact of aseismic transients on the estimation of aftershock productivity parameters // Bull. Seismol. Soc. Am. 2013. V. 103. P. 1723–1732.

  38. Helmstetter A., Sornette D. Subcritical and supercritical regimes in epidemic models of earthquake aftershocks // J. Geophysical Research: Solid Earth. 2002. V. 107. ESE–10.

  39. Holschneider M., Narteau C., Shebalin P., Peng Z., Schorlemmer D. Bayesian analysis of the modified Omori law // J. Geophysical Research. 2012. V. 117. B05317. https://doi.org/10.1029/2011JB009054

  40. Kagan Y.Y., Knopoff L. Stochastic synthesis of earthquake catalogs // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P. 2853–2862.

  41. Kremenetskaya E.O., Triapitsin V.M. Induced seismicity in the Khibiny massif (Kola Peninsula) // Pure Appl. Geopsys. 1995. V. 145. № 1. P. 29–37.

  42. Marsan D., Helmstetter A. How variable is the number of triggered aftershocks? // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2017. V. 122. P. 5544–5560.

  43. Marsan D., Lengline J. Extending Earthquakes’ Reach Through Cascading // Science. 2008. V. 319. P. 1076–1079. https://doi.org/10.1126/science.1148783

  44. Molchan G.M., Dmitrieva O.E. Aftershock identification: methods and new approaches. // Geophys. J. Int. 1992. V. 109. Is. 3. P. 501–516.

  45. Ogata Y. Statistical models for standard seismicity and detection of anomalies by residual analysis // Tectonophysics. 1989. V. 169. P. 159–174.

  46. Shcherbakov R., Turcotte D.L. A damage mechanics model for aftershocks // Pure Appl. Geopsys. 2014. V. 161. P. s2379–2391.

  47. Stiphout T., Zhuang J., Marsan D. Seismicity declustering. Community Online Resource for Statistical Seismicity Analysis. 2012. P. 25. https://doi.org/10.5078/corssa52382934. http://www.corssa.org.

  48. Utsu T. A statistical study on the occurrence of aftershocks // Geophysical Magazine. 1961. V. 30. P. 521–605.

  49. Utsu T. Aftershocks and Earthquake Statistics (2): Further Investigation of Aftershocks and Other Earthquake Sequences Based on a New Classification of Earthquake Sequences // J. Faculty of Science, Hokkaido University. 1971. Series 7, Geophysics. V. 3(4): P. 197–266.

  50. Wang Q., Schoenberg F.P., Jackson D.D. Standard errors of parameter estimates in the ETAS model // Bull. Seis. Soc. Am. 2010b. V. 100. P. 1989–2001.

  51. Werner M.J., Sornette D. Magnitude uncertainties impact seismic rate estimates, forecasts, and predictability experiments // J. Geophys. Res. 2008. V. 113, B08302. https://doi.org/10.1029/2007JB005427

  52. Zaliapin I. Ben-Zion Y. Earthquake clusters in southern California I: identification and stability // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 2847–2864.

  53. Zaliapin I., Ben-Zio, Y. A global classification and characterization of earthquake clusters // Geophys. J. Int. 2016. V. 207. P. 608–634.

  54. Zaliapin I., Gabrielov A., Keilis-Borok V.I., Wong H. Clustering analysis of seismicity and aftershock identification // Physical review letters. 2008. V. 101. P. 018501-1–018501-4. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.018501

  55. Zhuang J., Ogata Y., Vere-Jones D. Stochastic declustering of space-time earthquake occurrences // J. Am. Stat. Assoc. 2002. V. 97. P. 369–380. https://doi.org/10.1198/016214502760046925

  56. Zhuang J., Ogata Y., Vere-Jones D. Analyzing earthquake clustering features by using stochastic reconstruction // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. B05301. https://doi.org/10.1029/2003JB002879

  57. Zhukova S., Korchak P., Streshnev A., Salnikov I. Geodynamic rock condition, mine workings stabilization during pillar recovery at the level +320 m of the Yukspor deposit of the Khibiny / VII International Scientific Conference “Problems of Complex Development of Georesources”. 2018. V. 56. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20185602022

Дополнительные материалы отсутствуют.