Афтершок

Процесс проявления последующих подземных толчков имеет место почти при всех достаточно сильных землетрясениях^[10].

Причина возникновения афтершоков заключается не столько в наличии остаточных напряжений непосредственно в эпицентре землетрясения, сколько с резким увеличением напряжения в районе эпицентра из-за перераспределения напряжений в момент главного удара землетрясения^[11].

Афтершоки обычно начинаются сразу после главного толчка, непосредственно рядом с разрывом и вокруг области, затронутой сейсмической последовательностью, и обычно концентрируются в местах, где можно ожидать изменений напряжения в результате главного разрыва^[8][12].

Научные исследования учёных-сейсмологов позволили сделать вывод о том, что группировка землетрясений в пространстве и времени не носит случайный характер, а следует определённым правилам, основанным на взаимодействии между подземными толчками. Землетрясение, вызывающее наиболее энергичную сейсмическую активность, известно как главный толчок, вызванный выбросом ранее накопленной энергии в объем литосферы. Причиной возникновения афтершоков является отсутствие полного сброса накопившегося между литосферными плитами напряжения после первого землетрясения. Плотность пород в очаге землетрясения снижается, вследствие этого появляются новые условия для сброса оставшейся энергии. Между основным землетрясением и последующими толчками существует прямая зависимость: чем мощнее главный подземный толчок, тем сильнее ощущаются афтершоки и тем дольше они ощущаются^[9]. Также, по утверждению сейсмологов, чем глубже находится эпицентр основного землетрясения, там реже отмечаются случаи афтершоков^[10].

Планета Земля представляет собой неоднородную среду, состоящую из различных компонентов. Во время землетрясения внутри этой среды происходят изменения, которые нарушают положение этих структур. Для того чтобы эта среда снова стала устойчивой, возникают и определенное время продолжаются множественные подземные толчки, которые приводят её в равновесное состояние^[13].

Подземный толчок считается афтершоком, если он происходит на протяжении поверхности разрыва, вызвавшего основное событие, или в пределах области проседания – так называемой зоне афтершока. Причём это должно произойти до того, как уровень сейсмичности района вернется к базовым значениям, зафиксированным в период, предшествующий главному толчку. Однако на практике не всегда происходит именно так. Иногда случается так, что область, в которой происходят афтершоки, перекрывается с областью афтершоков другого главного толчка или с фоновой сейсмичностью^[8].

В момент основного подземного толчка в эпицентре землетрясения происходит смещение части земной коры на определённое расстояние, которое может достигать нескольких метров, вызывая тем самым уменьшение механических напряжений в очаге от максимальных, достигающих уровня предела прочности, до остаточных минимальных. При этом механическое напряжение на периферии эпицентра в результате смещения плиты значительно повышается, нередко достигая предельных значений прочности. При превышении этих предельных значений происходят повторные толчки. Смещение части земной коры вызывает существенное возрастание механических напряжений и на большом расстоянии от эпицентра – по периметру плиты. Это может спровоцировать превышение предел прочности коры и на удалённой периферии, вследствие чего большие землетрясения могут стать причиной последующих подземных толчков^[11].  

Событие наибольшей магнитуды афтершоков обычно на порядок на единицу магнитуды ниже основного толчка, а сумма сейсмических моментов во всей последовательности обычно равна лишь примерно 5% времени главного толчка. Число афтершоков, которые происходят в течение определенного периода времени после главного толчка, прямо пропорционально площади разрыва главного толчка^[8].

Механизм возникновения афтершоков учёным досконально не изучен, но известно, что концептуально он связан с полевыми изменениями в результате напряжения после главного толчка. Исследования сейсмичности показали, что систематизация последующих подземных толчков по пространственным и временным характеристикам не является случайным процессом, а служит доказательством того, что подавляющее большинство афтершоков вызваны предыдущими из-за статических или динамических изменений поля напряжений^[8].

Афтершоки имеют более определенные характеристики по сравнению с любыми другими событиями в сейсмических последовательностях и представляют собой процесс релаксации, возникающий в результате разрыва динамического напряжения главного толчка^[8].

Последовательность афтершоков, их пространственное и временное распределение зависят от характеристик и физических свойств главного толчка, а также климатических особенностей региона возникновения^[8].

За главным толчком могут следовать два типа афтершоков:

1. Первичные или прямые афтершоки, которые вызываются только главным толчком (их время возникновения и магнитуда зависят от изменений напряжения, создаваемого главным толчком).
2. Вторичные или косвенные афтершоки, вызванные изменениями напряжений, связанными с первичными афтершоками. Они происходят после первичного афтершока и не связаны напрямую с первоначальным главным толчком^[8].

Время, прошедшее между первым первичным афтершоком и главным толчком, может варьироваться, но обычно оно составляет несколько секунд, часов или дней, тогда как последующие вторичные толчки могут происходить в разных местах и ​​в разное время^[8].

Анализируя различные сейсмические последовательности, удалось выделить и иную типизацию афтершоков:

• класс 1 — события, происходящие в зоне разрыва плоскости разлома или на тонкой полосе вокруг него;
• события класса 2, происходящие на том же разломе, но за пределами зоны сейсмического разрыва;
• события класса 3, происходящие в другом месте, на разломах, отличных от того, где возник главный толчок; эти события, независимо от того, происходят ли они в том же регионе или нет, не будут рассматриваться здесь как афтершоки, а будут классифицироваться как отдельные землетрясения^[8].

Афтершоки, происходящие через 24–48 часов после сильного землетрясения преимущественно в зоне разрыва земной коры, указывают на преимущественно 1-й класс сейсмичности. С течением времени площадь распространения афтершоков увеличивается, сейсмичность этих подземных толчков относят преимущественно ко 2-му классу сейсмичности^[8].

Распространение последующих толчков неразрывно связано с любыми энергетическими событиями, произошедшими на стадии афтершоков. Сразу после главного толчка большинство афтершоков происходят вблизи или в непосредственной близости от очага главного толчка. Затем во большинстве случаях афтершоки мигрируют от очага землетрясения со скоростью от 1 км/ч до 1 км/год, рассчитанной по отношению к главному толчку. Степень расширения площади афтершоков или её перемещения в пространстве относительно очага землетрясения зависит от местоположения главного толчка и наиболее энергичных первичных афтершоков. В целом, фаза афтершоков имеет тенденцию развиваться в течение секунд, дней и лет и с пространственным развитием, первоначально рядом с эпицентром землетрясения. Впоследствии они объединяются в полосы, размещаемые на разных расстояниях, вплоть до 100 км. Основные афтершоки чаще всего происходят на расстоянии 0-50 км от очага катастрофы^[8].

Частота афтершоков, возникающих в течение 24 часов после основного подземного толчка, уменьшается с течением времени, она же уменьшается по мере увеличения расстояния от очага землетрясения – до сотен километров. Значения магнитуды афтершоков увеличиваются с увеличением расстояния от очага землетрясения. Процент афтершоков, происходящих в течение 24 часов после землетрясения, составляет 63%, а тех, которые происходят на расстоянии менее 50 км от очага, — 70%. Что же касается форшоков – подземных толчков, предваряющих основное землетрясение, то большинство из них происходят менее чем за один день до главного толчка и в пределах 50 км^[8].

Обычно мощность повторных подземных толчков – афтершоков – с каждым последующим проявлением уменьшается. Их наибольшая активность отмечается в краткосрочном периоде – секунды, часы, дни. Однако активность отдельных афтершоков может продолжаться несколько месяцев и даже лет^{[3][8][9][14]}. По мнению сейсмологов, после землетрясений магнитудой 7 афтершоки могут длиться около года^[9].

Исследование такого явления как афтершок имеет существенное значение для сейсмологии как науки и для оценки сейсмической опасности. Изучение любого землетрясения без тщательного исследования сопровождавших его афтершоков не позволит получить полноценных выводов, которые должны содержать ценную информацию о структуре эпицентра землетрясения, о характере и скорости сопутствующих ему процессов. Для оценок сейсмической опасности обычно используются каталоги землетрясений, в которых отсутствуют данные об афтершоках. Однако в аспекте прогнозирования сейсмической опасности афтершоки имеют самостоятельное значение. Известны случаи, когда афтершоки вызывали гораздо более серьёзные разрушения, нежели соответствующие основные толчки^[4].

Одним из эффективных методов выявления афтершоков является графический подход, основанный на значениях магнитуды основного подземного толчка в эпицентре землетрясения и относительных максимальных и минимальных значениях, которые формируются в ходе эволюции последовательности афтершоков. Графический метод даёт возможность позволяет прогнозировать развитие наиболее мощных афтершоков, возникающих сразу после главного подземного толчка или первичного афтершока, и оценивать их магнитуду. Здесь надо отметить, что значения, определенные графическим методом, не всегда достоверны на этапе выделения энергии^[8].

Следующий, являющийся очень простым и показательным, метод, использующий принцип периодически повторяющихся во времени значений, это так называемый индекс упрощенной силы (ISF), используемый для мониторинга силы сейсмической последовательности и ее развития, а также для контроля фазы афтершоков. В его основе лежит прямая зависимость спада мощности афтершоков от показателя магнитуды главного подземного толчка в эпицентре землетрясения^[8].

Численный метод расчета магнитуды афтершока важен для изучения временной эволюции последовательности и получения информации о возможных крупных землетрясениях в будущем. Он основан на зависимости числового показателя наиболее мощного афтершока от величины главного подземного толчка. В соответствии с законом Бота главный подземный толчок отличается по магнитуде от своего наиболее сильного афтершока примерно на коэффициент 1,2 независимо от абсолютной величины магнитуды главного толчка^[8][15][16].