Сигналы от мелких землетрясений позволили увидеть динамику глубинных процессов
Проанализировав сигналы от множества мелких землетрясений, ученые смогли наглядно увидеть, как на глубине зарождаются крупные землетрясения и как их нарастающая сейсмическая активность распространяется вверх и вдоль сейсмогенной зоны. Получение такой детальной информации о сейсмических событиях стало возможным в результате применения новой методики расшифровки слабых сейсмических сигналов. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Практически ежеминутно тысячи сейсмографов, расположенные на всех континентах, фиксируют сигналы, поступающие от больших и малых природных землетрясений, происходящих в разных частях нашей планеты. Эти сигналы являются главными источниками информации о глубинном строении Земли и процессах, происходящих в ее недрах.
Статистика землетрясений укладывается в хорошо известную эмпирическую закономерность между силой и частотой: на каждую единицу уменьшения силы землетрясения становятся почти в десять раз более частыми. То есть, чем меньше магнитуда землетрясения, тем чаще такие землетрясения происходят. Это одна из причин того, почему геофизики до последнего времени были нацелены на регистрацию и изучение лишь крупных землетрясений. Кроме того, накладывающиеся друг на друга, а порой и сливающиеся с сейсмическим фоном слабые сигналы от мелких землетрясений крайне трудно уверенно соотнести с тем или иным сейсмическим событием, что делает их изучение проблематичным.
В то же время, именно мелкие землетрясения, происходящие в сейсмически активных зонах каждые несколько минут, свидетельствуют о динамике процессов, происходящих в глубинах Земли. Они дают представление о стабильности внутренней среды и позволяют предсказывать крупные разрушительные события.
Американские геологи под руководством Захарии Росса (Zachary Ross) из Калифорнийского технологического института в Пасадине придумали, как воспользоваться этой обширной, но до сих пор слабо востребованной информацией. Используя методы машинного обучения и статистики, они разработали масштабируемый алгоритм для извлечения сигналов малых землетрясений из больших наборов сейсмических данных. Полученные данные авторы использовали для всестороннего анализа геометрии зон разломов на сейсмогенных глубинах и изучения сложных пространственно-временных деталей землетрясений в связи со структурной архитектурой зон разломов.
В результате применения своей методики к массиву сейсмографических данных по Южной Калифорнии за период 2008–2017 годы ученые добавили в каталог сейсмических событий региона 1,8 миллиона землетрясений, что в десять раз больше, чем было записано в каталоге до этого. Оказалось, что каждый день на изученной территории происходит в среднем 495 землетрясений — то есть по одному каждые 174 секунды. Таким образом, общий каталог сейсмических событий Южной Калифорнии, области, где расположена одна из самых сейсмогенных зон на планете — разлом Сан-Андреас, — стал самым подробным каталогом землетрясений в мире.
Хотя эпицентры большинства из этих впервые зафиксированных мелких землетрясений магнитудой до 0,3 находятся на глубине от 4 до 7 километров и на поверхности практически незаметны, достигнутая степень разрешения позволила воссоздать процессы развития глубинных сейсмических событий в динамике. К примеру, анализируя мелкие толчки, сопровождавшие крупнейшее в истории региона землетрясение 2010 года магнитудой 7,2, ученые наглядно увидели, в каком конкретно месте зоны глубинного разлома на глубине около 7 километров зародился очаг сейсмической активности и как эта активность распространялась вверх (до глубин около 4 километров) и вдоль зоны разлома.
По мнению авторов исследования, небольшие, скрытые в глубинах землетрясения могут быть ключом к решению самых важных вопросов в сейсмической науке, включая геометрию сейсмогенных зон, а также к пониманию динамики зарождение и распространения более крупных землетрясений.
Ранее мы писали о том, что существует определенная закономерность между периодичностью малых землетрясений в районе разлома Сан-Андреас и циклами Луны и Солнца.
Владислав Стрекопытов