РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ В МАГАДАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Беспалов Данил Александрович

студент, факультет естественных наук и математики, СВГУ, г. Магадан

E-mail: DanilBespalov@yandex.ru

Брачун Татьяна Анатольевна

научный руководитель, д-р. физ.-мат. наук, зав. кафедрой информатики, г. Магадан

E-mail: tbrachun@mail.ru

Каждый год на земном шаре регистрируется более 100 000 землетрясений. Большинство из них мы вообще не замечаем, некоторые ощущаем лишь по раскачиванию мебели и люстр, зато другие, к счастью гораздо более редкие, в мгновение ока превращают города в груды дымящихся обломков. Такие катастрофические землетрясения сопровождаются многочисленными жертвами среди населения, которое гибнет под развалинами зданий, от пожаров, наконец, просто от возникающей паники. Под угрозой возникновения таких катастроф находятся огромные и часто густонаселенные территории Земли. Поэтому огромные усилия затрачиваются на предсказания возможных сейсмических толчков, на выделение сейсмоопасных районов, на мероприятия, призванные сделать промышленные и гражданские здания сейсмостойкими.

Магаданская область также является регионом повышенной сейсмичности. Учитывая катастрофические последствия, к которым могут привести землетрясения в условиях одного из самых суровых климатов на Земле в местах проживания людей, изучение геолого-геофизических условий возникновения землетрясений и прогнозирование зон возможных очагов землетрясений является жизненно необходимой задачей.

Эта задача решается на основе анализа многочисленных сейсмологических и геолого-геофизических материалов. Одним из важнейших вопросов при изучении сейсмичности является  изучение сейсмического режима территории.

Целью исследования является анализ сейсмического режима Магаданской области за весь период инструментального наблюдения землетрясений (т. е. с 1968 года, когда была создана сеть сейсмостанций на территории Магаданской области), выявление пространственно-временных и энергетических закономерностей распределения сейсмичности, а также написание программы для удобного вычисления сейсмической активности.

Основной областью применения программы являются научные исследования, направленные на изучение сейсмической активности территории, и ее связи с геологическими структурами (разломами) и глубинным строением. Данная программа может быть востребована для изучения сейсмического режима, пространственно-временных закономерностей сейсмичности и для определения геолого-геофизических критериев сейсмичности и определения зон возможных очагов землетрясения.

Программа предназначена для расчёта сейсмической активности и реализует вероятностную модель описания сейсмической активности земной коры. Исходными данными являются каталоги землетрясений геофизической службы РАН [3, 4].

Каталог землетрясений (рисунок 1) — это сводка расположенных в хронологическом порядке сведений об очагах землетрясений, включающая:

·     время возникновения землетрясения;

·     координаты гипоцентра;

·     магнитуду;

·     энергию.

Рисунок 1. Пример каталога землетрясений

Обычно каталог землетрясений составляется для определенного сейсмоактивного региона.

С каждым годом все больше информации добавляется в каталог, поэтому программа будет время от времени требовать подключения к интернету, чтобы обновить данные.

На основании данных каталогов землетрясений строятся карты пространственного распределения эпицентров землетрясений (рисунок 2). На этих картах выделяются участки, характеризующиеся повышенной сейсмичностью — сейсмические узлы.

Рисунок 2. Карта распределения эпицентров землетрясений

Однако карта эпицентров землетрясений представляет дискретную информацию о процессе сейсмичности, это создает неудобства при сравнении хода процесса на разных участках. Для преобразования дискретной информации в непрерывное распределение сейсмологами используются методики, предложенные геофизиком Ю.В. Резниченко [1]. Для этого им  введено понятие сейсмической активности .

Величина сейсмической активности обозначена латинской буквой  — это плотность очагов землетрясений в данной пространственно-временной области, то есть их число, отнесенное к единице пространства, времени и приведенное к определенному диапазону энергетической величины землетрясений.

Существует несколько способов вычисления сейсмической активности . Были рассмотрены два из них:

1.  Способ постоянной детальности. В этом способе размеры площадок осреднения принимают одними и теми же по всей карте. Карту покрывают прямоугольной равномерной сеткой, в узлах которой определяют величину активности .

На площадке осреднения определяют общее число  эпицентров землетрясений разной величины от  и выше. Активность определяют по формуле:

 (1)

Где:  — наклон графика повторяемости землетрясений;

 — уровень представительности;

 — класс величины землетрясений, которому соответствует рассчитываемая активность ;

 — площадь площадки осреднения;

 — период наблюдения землетрясений;

 — принятая в соответствии с  единица нормирования по площади;

 — единица времени;

 — обще число землетрясений разных энергетических классов , наблюденных на площади  за время  [1].

2.  Способ постоянной точности. По способу постоянной точности размеры площадок осреднения выбираются так, чтобы каждая площадка вмещала одно и то же фиксированное число эпицентров. Тем самым фиксируют и точности определения активности .

На практике в этом случае площадки делают обычно круговыми. В соответствии с ранее приведенным выражением  радиус  площадки осреднения, вмещающих заданное число  эпицентров, выразится функция  аналогично следующим образом:

 (2)

Обозначения здесь такие же, что и в первом способе, за исключением, что .

Общий принцип способов следующий. Вокруг каждой точки, в которой определяют значение активности , выбирают площадку осреднения определенной величины с центром в этой точке. Форма площадки – круг, квадрат или трапеция градусной сетки. Иногда выбирают площадки, вытянутые по желательному направлению, чтобы подчеркнуть простирание сейсмических структур в этом направлении. Однако основным, более объективным, следует считать вариант с площадкой изометрической формы.

Программа основана на математической модели, в которой применяется первый из названных способов — способ постоянной детальности. Он позволяет реализовать новый подход к описанию сейсмической активности. Такой подход даёт возможность представить сейсмическую активность в удобной для исследований математической форме и позволяет исследовать различные стороны сейсмического процесса.

Разрабатываемая программа (рисунок 3) имеет приятный интерфейс и проста в использовании. Достаточно будет ввести координаты широты и долготы, период наблюдения землетрясения и уровень представительности (остальные параметры либо уже будут заданы, либо находятся в каталоге землетрясений), и программа рассчитает сейсмическую активность по заданным параметрам. Расчет  активности осуществляется в скользящем окне 0,1 на 0,2 градуса, что соответствует масштабу 10 на 10 км. Значение  приписывается центру окна. В результате получается на выходе таблица с координатами центров окон и значением .

Рисунок 3. Разрабатываемая программа

По полученным данным с помощью программы SURFER можно  простроить карты изолиний сейсмической активности. Изолинии — линия, которая будет соединять точки с одинаковой сейсмической активности. Такие карты можно строить для разных временных периодов и разных территорий.

Список литературы:

1.Резниченко Ю.В. Сейсмическая активность территории СССР. — М.: Наука, 1979. 192 с.

2.Сейсмическое районирование территории СССР. Методические основы и региональное описание карты 1978 г. Ред. Буне В.И., Горшков Г.П. — М.: Наука, 1980.— 307 с.

3.Шарафутдинов В.М. Разработка и формирование Геоинформационной системы «Сейсмичность Магаданской Области», возможности ее применения// Геоинформатика. —2009. — № 3. — С. 52—56.

4.Шарафутдинов В.М., Малиновский С.Б. Свидетельство о государственной регистрации Геоинформационной системы «Сейсмичность Магаданской области» № 2011615022// Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. М., 24 июня 2011.