Лаборатория сейсмологии

Сотрудники

Абубакиров Искандер Радиевич
канд. физ.-мат. наук

Заведующий лабораторией

Перейти

Павлов Виктор Михайлович
канд. физ.-мат. наук

Ведущий научный сотрудник

Перейти

Федосеева Елена Николаевна

Инженер-исследователь

Направления и задачи исследований

1. Очаговая сейсмология: сейсмическое излучение очага в широкой полосе частот и его свойства, очаговые спектры и их масштабирование; теоретическое и практическое решение прямых и обратных задач для очага землетрясения.
2. Рассеянные сейсмические волны: теоретическое и численное моделирование распространения волн в случайно-неоднородной среде; изучение затухания высокочастотных (0.5-30 Гц) сейсмических волн.
3. Инженерная сейсмология: анализ сильных колебаний грунта при землетрясениях, их амплитуд, спектров и макросейсмической интенсивности ("балльности"), сейсмическое районирование, моделирование колебаний грунта в широкой полосе частот.
4. Научно-методическое обеспечение сейсмической подсистемы службы предупреждения о цунами на Дальнем Востоке России: алгоритмы быстрой локализации возможного источника цунами, магнитудные шкалы для оперативной оценки цунамигенного потенциала землетрясений.

Основные результаты

1. Очаговая сейсмология 

   • Проведено систематическое изучение стохастической структуры высокочастотного сейсмического излучения от очагов сильнейших землетрясений с магнитудами 7.6-9.2. Обнаружено, что в инженерно-сейсмологическом диапазоне частот 0.5-6 Гц огибающие записей телесейсмических продольных волн имеют фрактальную (самоподобную) структуру. Учет этой структуры позволяет существенно улучшить реалистичность и качество моделирования сильных движений грунта. Кроме того, полученный результат дает важную информацию для физики очага землетрясения, поскольку вывод о фрактальной организации сигнала в приемнике может быть перенесен и на пространственно-временную структуру очага-излучателя (А.А. Гусев).
   • Изучена статистика значений нормированной средней подвижки в субочаге – элементе дискретной модели протяженного очага сильного землетрясения. Обнаружено, что статистическая структура значений подвижки относительно устойчива. Сводное распределение приемлемо описывается модифицированным логнормальным законом. Полученные результаты дают необходимую основу для практического моделирования сценарных землетрясений. Одновременно они накладывают важные ограничения на приемлемые теоретические модели очагов (А.А. Гусев).
   • Установлены основные закономерности масштабирования очаговых спектров землетрясений Камчатки и выявлено явное нарушение свойств подобия для очагов землетрясений различной магнитуды. Результат важен для выявления природы очаговых процессов землетрясений; он также может прямо использоваться для получения оценок движений грунта при сильных и разрушительных землетрясениях (А.А. Гусев, Е.М. Гусева).
   • Построено дискретное описание кинематики фронта разрыва в очаге землетрясения с помощью эволюционирующей стохастической клеточной модели. Проведено моделирование объемных волн, порождаемых подобным очагом. В модельном спектре ускорений выделяются две корнер-частоты и площадка на частотах выше второй корнер-частоты. Таким образом, удается воспроизвести важные характерные свойства очаговых спектров от реальных землетрясений. Модель может оказаться полезной для синтеза сильных движений грунта (А.А. Гусев).
   • Разработан и программно реализован оригинальный алгоритм расчета теоретических сейсмограмм от точечного дипольного источника с произвольным тензором сейсмического момента (ТСМ), размещенного в слоисто-однородном изотропном слабо поглощающем полупространстве (В.М. Павлов). На его основе создана методика расчета тензора сейсмического момента с использованием широкополосных записей, полученных на близких и региональных расстояниях (В.М. Павлов, И.Р. Абубакиров). Эта методика позволяет проводить массовое определение ТСМ для камчатских землетрясений по данным существующей на Дальнем Востоке России сети широкополосных сейсмических станций.
   • Построен полуаналитический алгоритм расчета статических смещений в слоистом сферически симметричном шаре от точечного источника, расположенного внутри шара. При этом вместо традиционной дислокационной модели использован дипольный источник общего вида с симметричным тензором сейсмического момента. На этой основе проведена инверсия GPS-наблюдений в тензор сейсмического момента для глубокого Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г. с моментной магнитудой Mw 8.3 (В.М. Павлов).
   • Созданы методики решения обратной задачи для очага землетрясения, позволяющие определить размер очага, длительность очагового процесса, направление и скорость вспарывания разрыва в очаге по длиннопериодным (И.Р. Абубакиров, В.М. Павлов) и высокочастотным (А.А. Гусев, Е.М. Гусева) записям продольных волн в телесейсмической зоне. По этим методикам определены параметры очагов для нескольких сильнейших землетрясений.

2. Рассеянные сейсмические волны

   • Найдены точные формулы для пространственных моментов многократно рассеянного излучения в трехмерной нестационарной задаче теории переноса от мгновенного изотропного источника в случайно-неоднородной изотропно рассеивающей среде. Полученные формулы использованы для реконструкции решения уравнения переноса методом моментов. Полученное решение может быть использовано для оценки поглощающих и рассеивающих свойств земной среды, а также для моделирования сильных высокочастотных движений грунта (И.Р. Абубакиров).
   • Получены оценки коэффициента затухания поперечных волн в литосфере Камчатки за счет суммарного эффекта рассеяния и поглощения. Эти оценки были использованы для пересчета спектров сейсмических волн, зарегистрированных на отдельных станциях, в спектры очагового излучения (А.А. Гусев, Е.М. Гусева).
   • Путем численного моделирования рассеяния сейсмических волн установлен степенной характер спектра рассеивающих неоднородностей в литосфере. Разработана уникальная методика восстановления профиля коэффициента рассеяния в литосфере по данным об уширении импульсов объемных сейсмических волн с расстоянием. С использованием этой методики реконструирован вертикальный профиль коэффициента рассеяния в верхних 300 км земной среды под Камчаткой (А.А. Гусев, И.Р. Абубакиров).

3. Инженерная сейсмология

   • Обобщены наблюдения колебаний грунта при землетрясениях Камчатки. Построены региональные зависимости амплитуд и спектров колебаний грунта от расстояния и магнитуды. Тем самым создана основа для надежного прогноза параметров разрушительных землетрясений на Камчатке (А.А. Гусев, Е.М. Гусева, А.Г. Петухин).
   • Предложено описание протяженного очага землетрясения как некогерентного излучателя высокочастотных сейсмических волн. Этот концептуальный подход использован для обобщения наблюдений макросейсмической интенсивности при землетрясениях на территории России (А.А. Гусев, Л.С. Шумилина (ИФЗ РАН)) и при разработке алгоритма вероятностного анализа сейсмической опасности (Л.С. Шумилина, А.А. Гусев, В.М. Павлов). Пакет программ, реализующий этот алгоритм, использовался в качестве основного инструмента расчета сейсмической опасности при создании карт сейсмического районирования территории России ОСР-97 и ОСР-2016.
   • Разработана методика широкополосного моделирования движений скального грунта вблизи протяженного очага сильного землетрясения на основе комбинированного описания очага: детерминированного для низких частот и стохастического для высоких частот. Методика успешно опробована на примере сильного Петропавловского землетрясения 24 ноября 1971 г., вызвавшего семибалльные сотрясения в Петропавловске-Камчатском (А.А. Гусев, Е.М. Гусева, В.М. Павлов).

4. Научно-методическое обеспечение сейсмической подсистемы службы предупреждения о цунами на Дальнем Востоке России

   • Создан и внедрен в эксплуатацию автоматизированный программный комплекс быстрой локализации возможных источников цунами (Д.В. Чебров, А.А. Гусев).
   • Построены корреляционные зависимости между высотой цунами на побережье и параметрами сильных движений грунта, а также оценки разброса этих зависимостей (А.Г. Петухин, А.А. Гусев, В.Н. Чебров).
   • Разработаны региональные шкалы для магнитудной классификации землетрясений Дальнего Востока по амплитудам поверхностных волн с периодами 20, 40 и 80 с. Использование волн периодов 40 и 80 с в дополнение к традиционному периоду 20 с позволяет существенно улучшить эффективность прогноза цунами (А.А. Гусев, О.С. Чубарова (ИВиС ДВО РАН)).
   • Проведена существенная модификация магнитудной шкалы Цубои Mwp и ее адаптация к условиям Дальнего Востока. Модифицированная шкала опирается на полосовую фильтрацию широкополосных записей продольных волн и обеспечивает приемлемую для оперативного режима точность оценок моментной магнитуды (И.Р. Абубакиров, В.М. Павлов, Е.Н. Федосеева).

История

Лаборатория сейсмологии в структуре Камчатской опытно-методической сейсмологической партии (ныне Камчатский филиал Федерального исследовательского центра "Единая геофизическая служба РАН") возникла в 1997 г. под научным руководством А.А. Гусева на базе одноименной лаборатории Института вулканической геологии и геохимии ДВО РАН. Текущий состав лаборатории: И.Р. Абубакиров, В.М. Павлов, Е.Н. Федосеева. Ранее в числе ведущих сотрудников лаборатории были А.А. Гусев, А.Г. Петухин, Е.М. Гусева, Д.В. Чебров.