Физика Земли, 2020, № 5, стр. 3-22

О взаимосвязи параметров Омори и Гутенберга–Рихтера в афтершоковых последовательностях

В. Б. Смирнов 12*, Т. И. Карцева 12, А. В. Пономарев 2, А. В. Патонин 4, P. Bernard 3, В. О. Михайлов 12, М. Г. Потанина 12

1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет
г. Москва, Россия

2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
г. Москва, Россия

3 Institut de Physique du Globe de Paris
Paris, France

4 Геофизическая обсерватория “Борок” ИФЗ РАН
п. Борок, Россия

* E-mail: vs60@mail.ru

Поступила в редакцию 15.01.2020
После доработки 10.03.2020
Принята к публикации 10.03.2020

Аннотация

Проведено исследование вопроса о связи двух показателей самоподобия – параметров Гутенберга–Рихтера b и Омори p – в афтершоковых последовательностях. В лабораторных экспериментах, при инициации разрушения в горных породах под воздействием резких скачков осевого напряжения обнаружена корреляционная связь p и b в сходных с афтершоками релаксационных режимах разрушения. Корреляция для обводненных образцов песчаника с предварительно сформированными разломами оказалась отрицательной и выражена ярко. Для “сухих” образцов мигматита и бетона корреляция оказалась положительной, но статистическая значимость ее ниже, чем для обводненных образцов. Анализ литературных данных свидетельствует о разнородности результатов выявления связи параметров p и b в натурных афтершоковых последовательностях. Одни авторы делают вывод о наличии связи параметров, причем отмечается как корреляция, так и антикорреляция. Другие приводят данные об отсутствии корреляции. Проведенное нами исследование натурных афтершоков по данным региональных каталогов землетрясений показало, что статистические оценки параметров Гутенберга–Рихтера и Омори весьма чувствительны к качеству и однородности исходных данных. Были выделены основные факторы, влияющие на качество оценки этих параметров, и выработана методика отбора каталогов афтершоков для предметного анализа. Результаты статистических оценок параметров Гутенберга–Рихтера и Омори в афтершоковых процессах в регионах с различными типами тектонических режимов – в зонах субдукции и в областях сдвиговых трансформных разломов – показало, что в зонах субдукции взаимосвязь этих параметров может быть как положительной, так и отрицательной. В зонах сдвиговых трансформных разломов связь параметров не выявлена. Обобщена высказанная К. Шольцем идея объяснения закона Омори суперпозицией процессов релаксации с различными временами. Согласно этой обобщенной модели, различный знак корреляции показателей самоподобия афтершоковых процессов соответствует различным механизмам релаксации с различными типами зависимости времени релаксации от “ размера” релаксатора. Вопрос о реализации тех или иных механизмов в афтершоковых процессах остается в настоящее время открытым. Обнаруженная в проведенных лабораторных и натурных исследованиях связь параметров Омори и Гутенберга–Рихтера (корреляция, антикорреляция и отсутствие корреляции), возможно, свидетельствует о реализации разных механизмов релаксации в тех или иных условиях.

Ключевые слова: афтершоковые процессы, корреляция, самоподобие.

DOI: 10.31857/S0002333720050117

Список литературы

  1. Артюшков Е.В. Геодинамика. М.: Наука. 1979. 327 с.

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

  3. Баранов С.В., Павленко В.А., Шебалин П.Н. О прогнозировании афтершоковой активности. 4. Оценка максимальной магнитуды последующих афтершоков // Физика Земли. 2019. № 4. С. 15–32.

  4. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел // Вестник АН СССР. 1968. № 3. С. 46–52.

  5. Потанина М.Г., Смирнов В.Б., Пономарев А., Бернар П., Любушин А., Шозиёев Ш. Особенности акустической эмиссии при флюидной инициации разрушения по данным лабораторного моделирования // Физика Земли. 2015. № 2. С. 126–138.

  6. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. М.: Недра. 1986. 301 с. / с. 67.

  7. Смирнов В.Б. Опыт оценки представительности данных каталогов землетрясений // Вулканология и сейсмология. 1997а. № 4. С. 93–105.

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

  9. Смирнов В.Б., Габсатарова И.П. Представительность каталога землетрясений северного Кавказа: расчетные данные и статистические оценки // Вестник ОГГГГН РАН. 2000. Т. 14. № 4. С. 35–41.

  10. Смирнов В.Б., Завьялов А.Д. К вопросу о сейсмическом отклике на электромагнитное зондирование литосферы Земли // Физика Земли. 2012. № 7–8. С. 63-88.

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

  12. 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.

  13. 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. 169–165. https://doi.org/10.31857/S0002-333720191149-165

  14. Avila-Barrientos L., Zunigac F.R., Rodríguez-Perezac Q., Guzman-Spezialec M. Variation of b and p values from aftershocks sequences along the Mexican subduction zone and their relation to plate characteristics // J. South American Earth Sciences. 2015. V. 63. P. 162–171.

  15. Gasperini P., Lolli B. Correlation between the parameters of aftershock rate equation: Implications for the forecasting of future sequences // PEPI. 2006. V. 156 P. 41–58.

  16. Guo Z., Ogata Y. Statistical relations between the parameters of aftershocks in time, space, and magnitude // J. Geophysical Research: Solid Earth. 1997. T. 102. № B2. P. 2857–2873.

  17. Helmstetter A. Ruptures et instabilit’es: sismicit’e et mouvements gravitaires. These de Doctorat de l’Universite le Joseph Fourier – Grenoble I. 2002. 387 p.

  18. Holschneider M., Narteau C., Shebalin P., Peng Z., Schorlemmer D. Bayesian analysis of the modified Omori law // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. B06317. https://doi.org/10.1029/2011JB009054

  19. Jeen-Hwa Wang. On the correlation of observed Gutenberg-Richter’s b value and Omori’s p value for aftershocks // Bull. Seismol. Soc. Am. 1994 V. 84. P. 2008–2011.

  20. Kostrov B.V., Das S. Principles of earthquake source mechanics. Cambridge Univ. Press, 1988. 286 p.

  21. Lockner D.A., Byerlee J.D., Kuksenko V., Ponomarev A., Sidorin A. Quasi-static fault growth and shear fracture // Nature. 1991. V. 350. № 6313. P. 39–42.

  22. Lockner D.A., Byerlee J.D., Kuksenko V., Ponomarev V., Sidorin A. Observations of Quasistatic Fault Growth from Acoustic Emissions / Fault Mechanics and Transport Properties of Rocks / Editors Evans B., Wong T.F. London: Academic Press. 1992. P. 3–31.

  23. Narteau C., Byrdina S., Shebalin P., Schorlemmer D. Common dependence on stress for the two fundamental laws of statistical seismology // Nature. 2009. V. 462. № 3. P. 642–646. https://doi.org/10.1038/nature08553

  24. Narteau C., Shebalin P., Holschneider M. Temporal limits of the power law aftershock decay rate // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. P. B2359. https://doi.org/10.1029/2002JB001868

  25. Ogata Y. Statistical models for earthquake occurrence and residual analysis for point processes // J. Am. Stat. Assoc. 1988. V. 83. P. 9–27. https://doi.org/10.2307/2288914

  26. Ommi S., Zafarani H., Smirnov V.B. Bayesian estimation of the Modified Omori Law parameters for the Iranian Plateau // J. Seismology. 2016. V. 20. P. 953–970. https://doi.org/10.1007/s10950-016-9574-8

  27. Page R. Aftershocks and microaftershocks of the Great Alaska Earthquake of 1964 // Bull. Seismol. Soc. Am. 1968. V. 58. № 3. P. 1131–1168.

  28. Pickering G., Bull J.M., Sanderson D.J. Sampling power-low distribution // Tectonophysics. 1995. V. 248. P. 1–20.

  29. Scholz C.H. Microfracturing and the inelastic deformation of rocks in compression // J. Geophys. Res. 1968. V. 73. P. 1417–1432.

  30. Scholz C.H. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridg Univ. Press. 2019. 493 p.

  31. Shebalin P., Narteau C., Holschneider M., Schorlemmer D. Short-Term Earthquake Forecasting Using Early Aftershock Statistics // Bull. Seismol. Soc. Am. 2011. V. 101. № 1. P. 297–312. https://doi.org/10.1785/0120100119

  32. Smirnov V., Ponomarev A. Modeling of transient seismic process - laboratory and field scales // Joint Assembly of IAHS-IAPSO-IASPEY, Gothenburg, Sweden, 2013. Book of Abstracts. 2013. S301S1.01.

  33. Vilhelm J., Rudajev V., Ponomarev A.V., Smirnov V.B., Lokajíček T. Statistical study of acoustic emissions generated during the controlled deformation of migmatite specimens // International Journal of Rock Mechanics and Minings Sciences. 2017. V. 100. P. 83–89. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2017.10.011

  34. Wang J-H. On the correlation of observed Gutenberg-Richter’s b value and Omori’s p value for after-shocks // Bull. Seismol. Soc. Am. 1994. V. 84. P. 2008–2011.

Дополнительные материалы отсутствуют.