Гутенберг и Рихтер [7] составили подробный каталог землетрясений, который неоднократно использовался в последующие годы. Однако их данные не полны; более исчерпывающие сведения о сильных землетрясениях приведены в работе Дуды [3]. Развитие мировой сети сейсмических станций и созданная за последние годы международная служба обработки данных на ЭВМ позволили снизить уровень магнитуды землетрясений, изучаемых в глобальном масштабе, до М = 5; в каталоге Гутенберга и Рихтера этот уровень выдерживался лишь для очень небольших регионов и интервалов времени.
Для нашего глобального обзора сейсмичности было использовано два каталога: 1) каталог Дуды [3], куда входят данные о сильных землетрясениях (М > 7) для периода 1897—1964 гг., и 2) предварительные данные об эпицентрах (PDE), публикуемые Береговой и Геодезической службой США, для периода с января 1963 г. по июнь 1966 г.
Из всех имеющихся данных о сильных землетрясениях каталог Дуды наиболее надежен и, по-видимому, достаточно однороден как для отдельных регионов мира, так и для рассматриваемых магнитуд и интервала времени. Данные PDE с 1963 г. содержат магнитуды mPZ, вычисленные по максимальным смещениям волн Р и их периодам (по записям разных станций). По-видимому. данные, приводимые там для всего мира, однородны вплоть до магнитуд mPZ > 5, за исключением Антарктики. Кроме того, в PDE приводится много эпицентров землетрясений с магнитудами меньше пяти (для некоторых областей вплоть до mPZ = 4).
Сильные землетрясения
В каталоге Дуды точность определения координат эпицентров, глубин очагов и магнитуд землетрясении, видимо, выше ±200 км, ±50 км и ±0,5 М соответственно. При последующем статистическом анализе принимались именно эти оценки точности. Данные Дуды по магнитудам и глубинам очагов приведены в табл. 1 и на фиг. 1. Имеющиеся минимумы в гистограмме глубин очагов, относящиеся к интервалам 30—60, 270—300 и 420—480 км, дают основание подразделить очаги на неглубокие (глубина h < 60 км), промежуточные (h < 300 км), переходные (h < 450 км) и глубокие (h ≥ 450 км). Предложенная автором классификация несколько отличается от традиционных определений, принятых Гутенбергом и Рихтером [7] и Ботом и Дудой [2].
Из-за неточности в определении глубины очага минимум на глубинах 30—60 км может и не соответствовать действительному. Однако, чтобы не вносить серьезных изменений в установившееся определение неглубоких и промежуточных очагов, уровень 60 км был принят за границу между ними. Дуда подчеркивает, что минимум на уровне 420—480 км очень важен, игнорируя вместе с тем минимум на глубине 270—300 км, который соответствует традиционной границе между промежуточными и глубокими очагами. Мы, однако, полагаем, что этой границей пренебрегать нельзя, и потому исходим из четырех интервалов глубины, подразделяя традиционную зону глубоких очагов (h ≥ 300 км) на две зоны: переходных и глубоких очагов.
Соотношение между энергией землетрясений и глубинами очагов качественно согласуется с соотношением между их суммарными числами и глубинами, что иллюстрируется изменениями индекса энергии К в табл. 1 (К = 10 lg E, где Е = ∑ Еt, а Et — энергия отдельного землетрясения, определяемая, согласно Гутенбергу [4], по формуле lg Et = 11,8 + 1,5 Мt).
Хотя Дуда и отмечает, что в его каталоге могут быть пропущены некоторые глубокие толчки, то обстоятельство, что ни одно из сильнейших землетрясений (М ≥ 8) не связано с глубоким очагом и лишь три (1903, М = 8,0; 1906, М = 8,4; 1937, М = 8) — с зоной переходных глубин, видимо, отражает действительное положение.
Приведенные данные, очевидно, удовлетворяют графику повторяемости землетрясений: lg N = a + b (8 — М), где N — число толчков с магнитудой М. Для четырех выделенных интервалов глубины коэффициенты b этого соотношения не отличаются заметно, за исключением соотношения для сильных толчков (М = 7—8,5) на малых глубинах (фиг. 2).
Средние и слабые землетрясения
Данные PDE о координатах очагов, несомненно, точнее, чем данные каталога Дуды; они приведены в табл. 2. Хорошо видно, что и для слабых землетрясений выражен минимум сейсмичности на глубине 450 км, так что представляется уместным принять здесь такое же подразделение очагов по глубине, как и сильных толчков.
Оценки магнитуд, принятые Береговой и Геодезической службой США, не бесспорны, однако можно полагать, что их точность равна ±0,5. Для 13,5% всех вошедших в сводку землетрясений магнитуда не определялась; для некоторых интервалов глубин, в том числе для самых неглубоких очагов, эта доля достигает 20%. Возрастание числа землетрясений при уменьшении магнитуды прослеживается по этим данным до mPZ = 4,5 для очагов с глубинами до 120 км и до mPZ = 4,0 для более глубоких очагов, за исключением нескольких коротких диапазонов глубин. Однако, как видно на фиг. 3, линейное соотношение между lg N и mPZ Для этих данных не выдерживается; если же исходить из линейности, то трудно определить нижний предел магнитуд, общим для всех четырех классов глубин, до которого соотношения остаются линейными. Частично это может быть обусловлено тем, что по шкале магнитуд Береговой и Геодезической службы США большие значения магнитуд занижаются, а частично неполной регистрацией землетрясений с малыми магнитудами. Возможно также, что здесь играют роль и региональные различия в уровне магнитуды, при котором обнаруживают землетрясение, а также в наклоне графика повторяемости (об этом будет сказано ниже).
На фиг. 4 показаны густота распределения эпицентров на земном шаре и соответствующие индексы энергии1 для землетрясений средней силы (7 > М ≥ 5), происходящих па глубинах всех четырех классов. Поскольку данные о землетрясениях средней силы почти однородны для всей Земли, фиг. 4 прекрасно отражает главные сейсмические зоны Земли: 1) зону срединноокеанического хребта, протягивающуюся из центральной Арктики вдоль медианных линий Атлантического и Индийского океанов, а затем вдоль хребтов юго-восточной части Тихого океана; здесь она проходит через океанические поднятия в антарктических широтах; 2) Тихоокеанское кольцо с ответвлением в Карибское море и южные Антильские острова; 3) Альпийско-Гималайскую сейсмичную зону и 4) континентальные сейсмичные зоны (Тянь-Шань — Байкал, Монголо-Китайская область и рифтовая зона Восточной Африки). Данные о слабых землетрясениях для многих районов совершенно неудовлетворительны, и поэтому соответствующие карты 111] отражают скорее не сейсмичность слабых толчков, а распределение эпицентров с М = 4, которые поддаются регистрации.
Региональная сейсмичность
Используя данные PDE для анализа региональной сейсмичности, мы подразделили земной шар на 65 областей, ограниченных меридианами и параллелями и выделенных с учетом их сейсмотектонических особенностей и распределения эпицентров (фиг. 5). Для всех этих областей и некоторых региональных групп были опубликованы таблицы сейсмичности, аналогичные табл. 1 и 2 [11].
В тектонически стабильных областях океана (1—3), внутренних сейсмических зонах океана (4—16, за исключением области 7), континентальных сейсмических зонах с доальпийским орогенезом (46—47) и тектонически стабильных областях континентов (48—65) происходят только неглубокие землетрясения. Данные о промежуточных очагах в этих зонах, вероятно, связаны с ошибками при определении координат эпицентра или глубины очага. Хотя такие землетрясения по диапазону глубин относятся к неглубоким, с точки зрения геофизики они различны, поскольку в океане очаги находятся под корой, а на континентах — в коре (учитывая соответствующие мощности коры).
Глубокие и переходные очаги землетрясений встречаются лишь в определенных участках Тихоокеанского кольца и Альпийско-Гималайской зоны (18, 19, 20, 24, 25, 27, 28, 29, 36, 37, 41, 44, 45). Обычное снижение сейсмической активности в интервале переходных глубин происходит в разных областях на несколько различных глубинах. Примечательным исключением являются Камчатско-Курильский (18) и Японско-Бонинский (19) регионы, где к интервалу переходных глубин приурочен относительный максимум сейсмичности.
Землетрясения с промежуточной глубиной очага широко распространены в зонах Тихоокеанского кольца и Альпийско-Гималайской. Исключение представляют северо-западное побережье Северной Америки (31, 32), Каролинские острова (24) и Земля Грейама (40).
Для различных классов глубины очага и разных сейсмических зон были составлены графики повторяемости землетрясений на основании линейной зависимости между lg N и mPZ, однако надежность этих соотношений часто сомнительна.
Для континентальных сейсмических зон с доальпийским орогенезом (46, 47), а также для некоторых секторов Тихоокеанского кольца (30+7,38) и тектонически стабильных континентальных областей (61) получены меньшие значения коэффициента b (0,5—0,7), чем для областей с молодой тектоникой. Так, во внутренних сейсмичных зонах океанов (4—16) b = 0,9—1,5, почти во всем Тихоокеанском кольце (17—29 и 31—37) b = 0,8—1,5, в Альпийско-Гималайской зоне (41—45) b = 0,9—1,1. При сравнении сейсмичности зон последней группы отмечаются вариации коэффициента b, которые не поддаются четкой интерпретации с точки зрения сейсмотектоники, в отличие оттого, что дал проведенный Миямура [9] статистический анализ сейсмичности сильных землетрясений с определением магнитуд по поверхностным волнам. Видимо, необходимы дальнейшие работы по оценке магнитуд и сейсмотектоническому районированию.
Выводы
На карте сильных неглубоких землетрясений (фиг. 1, а) ясно выражено Тихоокеанское кольцо и Альпийско-Гималайская зона, а также сейсмичная зона Центральной Азии; все эти зоны хорошо видны и на карте землетрясений средней силы (фиг. 4). В рифтовой зоне Восточной Африки зарегистрировано всего два сильных толчка. Сейсмичная зона срединноокеанических хребтов хорошо обрисована эпицентрами землетрясений средней силы, однако там отмечено лишь небольшое число сильных толчков.
К западу от побережья Австралии, в районе Якутска, в Баффиновом заливе, в бассейне реки Св. Лаврентия и восточнее острова Ньюфаундленд отмечены одиночные сильные землетрясения. Береговая и Геодезическая служба США зарегистрировала в этих районах очень мало слабых землетрясений, а толчки средней силы здесь почти полностью отсутствуют. Большое удивление вызывают семь сильных землетрясений в северной и центральной частях Тихого океана. Вблизи них, по данным Службы, не отмечено толчков средней силы или слабых толчков, хотя несколько таких толчков зарегистрировано вблизи Гавайских островов, а один слабый толчок — восточнее острова Уэйк.
С другой стороны, данные Вереговой и Геодезической службы США указывают на большое число толчков, происшедших вокруг Пекина после сильного землетрясения 22 марта 19бб г. (М = 7), хотя в каталоге Дуды никаких сведений об этом районе не приводится. Все это можно предположительно оценить как указание на то, что длительные перерывы в сейсмической активности и малые значения коэффициента b характерны для тектонически стабильных областей.
Глубокие и промежуточные очаги распределены на земном шаре сходным образом, за исключением знаменитого глубокофокусного толчка в Испании в 1957 г. Сильные и средние толчки в интервале переходных глубин очагов сосредоточены на западной окраине Тихого океана; слабые толчки с очагами в том же интервале глубин отмечались также в Южной Америке и вокруг Италии.
Предстоящие задачи
Необходимо уточнить положение эпицентров для давних одиночных землетрясений в Тихом океане и сопоставить их с новейшими данными о слабых толчках. Как отметил Бот [1]. расширение сейсмической сети в океанических областях имеет первостепенное значение. На картах, приведенных в настоящей статье, бросается в глаза отсутствие данных по Антарктике.
Очень важно продолжить изучение давних землетрясений, поскольку не все имеющиеся данные включены в каталог Дуды. (Например, сообщение о толчке 9 сентября 1920 г., 18 час. 56 мин., 15° ю. ш., 171,5' в. д., появилось в Международной сейсмологической сводке почти одновременно с сообщением о толчке 2 февраля 1920 г., 11 час. 22 мин., 71 ю. ш., 150° в. д., М = 7,7, а между тем первый толчок не включен в каталог Дуды.) Желательно также составить достаточно полный каталог для толчков с магнитудами вплоть до М = 6 начиная хотя бы с 1950 г. Бесспорно, важно стандартизовать и улучшать практику определения магнитуды (или разных шкал магнитуд). Нужно также уточнить соотношение между mPZ и М, имея в виду сопоставление старых и современных данных о магнитудах.
Весьма настоятельна необходимость в уточнении оценки глубин очагов неглубоких землетрясений для разделения сейсмичности в коре и в верхней мантии.
До сих нор анализ сейсмичности опирается лишь на координаты очагов и магнитуды землетрясений. Пора ввести в характеристику сейсмичности в качестве следующего важного параметра и механизм в очаге. Массовая обработка данных о механизме очага, осуществляемая повседневной службой, явилась бы следующим шагом в изучении сейсмичности (после завершения работ по определению гипоцентров и магнитуды или параллельно с ними).
Наконец, при анализе сейсмичности нельзя пренебрегать данными сейсмотектоники.
Примечания
1. Вычисляя энергию по магнитудам Береговой и Геодезической службы США (mPZ), мы в предварительном порядке пользовались соотношением между М и m, приводимым у Гутенберга [9]: М = 1,59, m = 3,97. Унифицированная магнитуда m и магнитуды БГС США mPZ, конечно, не идентичны. Так как для определения mPZ используется только вертикальная компонента волны Р, унифицированная магнитуда т определяется как средневзвешенное из магнитуд MPZ, MPPZ, MSH и других фаз. Приведенное соотношение следует иметь в виду b при сопоставлении графиков повторяемости для магнитуд М и mPZ, о чем пойдет речь в следующем разделе.