Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
№ 4 (2025)
Статьи
О связи аномалий параметров сейсмического режима RTL и Гутенберга–Рихтера
Аннотация
В статье, подготовленной для выпуска журнала, посвященного памяти Г.А. Соболева, отражена история создания и представлено описание физических основ метода выявления прогностических аномалий сейсмического режима RTL, предложенного Г.А. Соболевым в 1995 г. С позиций концепции лавинно-неустойчивого трещинообразования (ЛНТ) обсуждаются физические представления о природе образов предвестниковых аномалий параметров RTL и Гутенберга–Рихтера (ПГР). Обобщаются полученные ранее результаты сопоставления проявлений аномалий RTL и ПГР в ряде регионов, относящихся к различным тектоническим типам: зоны субдукции, рифтовые и сдвиговые зоны. Также обсуждаются вопросы, связанные с методиками расчета RTL и ПГР. Проявления рассмотренных аномалий в регионах, относящихся к различным тектоническим типам, обладают как общими закономерностями, так и демонстрируют региональные различия. В сдвиговых зонах последовательность (стадийность) начала формирования сейсмических затиший (параметр RTL) и изменений энергетического “спектра” сейсмичности (ПГР) оказалась обратной к стадийности, обнаруженной в зонах субдукции и в рифтовой зоне. При этом во всех регионах вне зависимости от их тектонического типа наблюдается одинаковая стадийность формирования аномалий наклона графика повторяемости и активизации сейсмичности: активизация начинается позже, чем уменьшение наклона графика повторяемости. Это соответствует сценарию, следующему из концепции ЛНТ, подтверждая тем самым действенность этой концепции в различных в тектоническом отношении регионах.
Физика земли. 2025;(4):4-20
4-20
Землетрясение на Южном Тянь-Шане 22.01.2024 г., Mw = 7.0: Заполнение сейсмической бреши?
Аннотация
22.01.2024 г. на Южном Тянь-Шане в пограничной области Киргизия–Китай произошло землетрясение с Mw = 7.0. В статье представлен анализ предшествующей сейсмичности района на основании однородных сейсмологических (глобальные каталоги землетрясений и механизмов очагов) и сейсмотектонических данных (глобальная база данных активных разломов). Афтершоковая последовательность также исследуется с использованием региональных данных. Показано, что очаговая область землетрясения 22.01.2024 г. частично заполнила ранее существовавшую сейсмическую брешь и брешь в системе активных разломов. Афтершоковая серия интенсивная, хотя и без выраженного сильного афтершока. Механизмы афтершоков практически совпадают с механизмом главного толчка. По региональным данным наблюдается дефицит сильных афтершоков (mb ≥ 4.8). Свидетельствует ли это о “незавершенности” сейсмического процесса или нет, нельзя оценить на основании всего полугодовых данных. Изменение числа афтершоков со временем показывает, что спустя полтора месяца после главного толчка затухание афтершокового процесса замедлилось. Это может быть связано как с выходом сейсмической активности на долговременный уровень, так и с перераспределением напряжений в очаговой области. Как правило, сейсмотектонической основой оценки сейсмической опасности служат карты активных разломов. В данном случае сильное землетрясение произошло там, где документированных активных разломов не отмечено — оно скорее продлило существующий разлом, на краю которого ранее отмечался кластер очагов землетрясений. Возникает вопрос, насколько надежны оценки сейсмической опасности, сейсмотектонической основой которых служат картированные активные разломы.
Физика земли. 2025;(4):21-34
21-34
Систематический прогноз землетрясений
Аннотация
Рассматривается компьютерный метод систематического прогноза землетрясений. Прогноз вычисляется регулярно и на постоянный временной интервал. Результатом является карта зоны тревоги, в которой ожидаются эпицентры целевых землетрясений. Прогноз считается успешным, если на данном интервале все эпицентры целевых землетрясений попали в зону тревоги. Для обучения прогнозу используется метод минимальной области тревоги. Метод оптимизирует вероятность успешного прогноза при ограниченной зоне тревоги. Он позволяет оценить вероятность успешного решения на очередном интервале прогноза и дает объяснение зоны тревоги с помощью логической импликации и представления списка предыдущих землетрясений с аналогичными значениями предвестников. Рассмотрен пример систематического прогноза землетрясений Камчатки.
Физика земли. 2025;(4):35-49
35-49
Типовые предвестниковые аномалии дуплета Кахраманмарашcких турецких землетрясений 06.02.2023 г. Mw 7.8 и 7.6 и мегаземлетрясений андаманского (Суматра) и Тохоку (Япония) Mw 9.0+
Аннотация
Ранее, в результате построения и анализа обобщенной окрестности сильного землетрясения (ООСЗ), с высокой детальностью была выявлена и описана система типовых прогнозных признаков сильного землетрясения. Эти типовые признаки, однако, лишь относительно редко выявляются в форшоковых областях отдельных сильных землетрясений. Было замечено, что доля событий в форшоковых областях, в которых идентифицируются прогнозные ООСЗ-признаки, растет с числом слабых событий в окрестности данного сильного землетрясения. На примере ряда более обеспеченных сейсмическими данными случаев проверяется, насколько часто ООСЗ-признаки выявляются при больших объемах сейсмологических данных. Показано, что в этих случаях ООСЗ-аномалии регистрируются в большинстве случаев. Предлагается соотношение между магнитудами целевых землетрясений и полнотой используемого каталога, когда идентификация ООСЗ прогнозных признаков возможна с высокой вероятностью. Отмечается нерешенность проблемы ложных тревог.
Физика земли. 2025;(4):50-62
50-62
Геодинамические проявления сейсмического процесса в области Симуширских землетрясений 15.11.2006 г. и 13.01.2007 г.
Аннотация
В работе выполнен анализ развития афтершокового процесса, смещений на станциях ГНСС (GPS) и временных вариаций гравитационного поля в районе Симуширских землетрясений 15.11.2006 г. и 13.01.2007 г. Проведено моделирование постсейсмического крипа и процесса вязкоупругой релаксации с вязкостью астеносферы 1019 Па·с. Показано, что характер смещений на станциях ГНСС, рост гравитационной аномалии, который начался через 5 месяцев после землетрясения 15.11.2006 г., одновременно с продвижением афтершоковой активности до глубины в 100 км, в основном связаны с постсейсмическим крипом в обширной области, включающей соседние к очаговой зоне участки зоны субдукции и ее продолжение в глубину до 100 км. Примерно 20% смещений отнесено к действию вязкоупругой релаксации. Сделано заключение, что особенности многих процессов, происходящих в южной части Курильской дуги, могут быть связаны с тем, что направление движения Тихоокеанской плиты здесь не перпендикулярно к океаническому желобу, имеет место т.н. косая (oblique) субдукция. Возникающая компонента правостороннего сдвига реализуется не только в задуговом бассейне, как это происходит, например, в Андаманском море, но и на самом контакте плит. Это приводит к формированию зоны растяжения и деструкции, выявленной геофизическими работами на участке зоны субдукции от пролива Буссоль до пролива Дианы. По краям этой области зарегистрированы резкие изменения глубины акустического фундамента и границы Мохо, которую в самой зоне деструкции зарегистрировать не удалось. Эта область длительное время являлась зоной сейсмического затишья, и в ней произошли два сильнейших события 15.11 2006 г. и 13.01.2007 г. Построенная в работе модель постсейсмического крипа показывает, что в области растяжения и деструкции смещения, наряду с надвиговой компонентой, имели и компоненту правостороннего сдвига. Севернее этой зоны, в районе о-вов Кетой и Матуа, происходили чисто надвиговые смещения, далее на север величина смещений уменьшается.
Физика земли. 2025;(4):63-79
63-79
Наблюдения активизации ледника Бломстранд на севере о. Западный Шпицберген по данным одиночной сейсмической станции
Аннотация
В конце 2019 г. автоматизированной системой сейсмологического мониторинга Кольского филиала ФИЦ ЕГС РАН была зафиксирована активизация слабой сейсмичности, локализованной в северо-западной части о. Западный Шпицберген. Интенсивность сейсмического процесса достигала нескольких десятков событий в сутки. Предварительный анализ записей сейсмических событий визуально выявил высокую степень подобия их волновых форм. Для получения максимально полного каталога и пространственно-временного представления о развитии данного сейсмического процесса был применен метод кросскорреляционного детектирования. Полученный таким образом итоговый каталог содержит более 9000 сейсмических событий в диапазоне магнитуд (ML) от –0.4 до 0.6. Локализация эпицентров показала их приуроченность к зоне абляции ледника Бломстранд. Анализ полученного каталога показал, что последовательность резко началась и так же резко завершилась, вариации амплитуд сейсмических событий и времен между их возникновением происходили синхронно. Сопоставление результатов сейсмического мониторинга со спутниковыми снимками, полученными исследовательским аппаратом Santinel-2 в радиочастотном диапазоне, показало связь данной сейсмической последовательности с масштабной подвижкой терминальной части ледника Бломстранд, сопровождаемой массовыми выбросами в залив ледового материала. При этом в период активного сейсмического процесса значимых подвижек фронта ледника не отмечалось, а масштабная подвижка ледника совпала с завершением сейсмической активизации. Спутниковые данные, а также периодичность в возникновении сейсмических событий и высокое подобие их волновых форм могут свидетельствовать о проявлении феномена прерывистого скольжения (stick-slip motion) ледника по ложу в процессе подготовки масштабной подвижки.
Физика земли. 2025;(4):80-92
80-92
Cейсмоэлектромагнитные и сейсмоионосферные явления: от пионерских работ Г.А. Соболева до наших дней
Аннотация
В обзоре рассмотрены сейсмоэлектромагнитные и сейсмоионосферные явления, перспективность которых для прогноза землетрясений и для разведочной геофизики была предвосхищена замечательным российским геофизиком Г.А. Соболевым. Его работы и нацелили геофизиков всего мира на работу по этим направлениям, и к настоящему времени они получили бурное развитие. Направления исследований, зарождением которых современная геофизика во многом обязана Г.А. Соболеву, включают изучение взаимосвязи сейсмических и электромагнитных шумов и колебаний, электромагнитный отклик на нагружение горных пород, возмущения электротеллурических полей на стадии подготовки сейсмического события, аномалии на радиотрассах и возмущения ионосферы перед сильными землетрясениями, триггерные явления в геофизике. Развитие представлений в ходе более поздних исследований доказали общую ценность пионерских идей Г.А. Соболева. Рассмотрено современное состояние работ по этим направлениям и проблемы, с которыми сталкиваются исследователи.
Физика земли. 2025;(4):93-114
93-114
Лабораторные исследования сейсмоэлектрических преобразований в пористых средах. I. Ретроспектива и перспектива
Аннотация
Статья представляет первый раздел работы, посвященной лабораторным исследованиям сейсмоэлектрических преобразований в пористых средах. Рассмотрены основные исторические этапы и текущее состояние исследований сейсмоэлектрических преобразований, их место в совокупности механоэлектромагнитных явлений в горных породах. Предложена обновленная классификация сейсмоэлектрических эффектов, разделяющая эффекты по типу первичного воздействующего поля, по типу вторичных изменений, по соотношению частот первичного и вторичного полей. Приведены данные об основных публикациях по каждому эффекту, отмечены текущие актуальные направления исследований. Отдельно описана история проводившихся в ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН исследований сейсмоэлектрических эффектов в совокупности механоэлектромагнитных явлений и роль чл.-корр. РАН. Соболева Г.А. в этих работах. Рассмотрены основные проблемы, связанные с измерением вторичного электромагнитного поля, прежде всего, в лабораторных экспериментах. Выделено пять наиболее существенных проблем, приведены способы их решения различными исследователями. Показано, что большинство решений являются неполными и что дальнейшие исследования должны быть направлены на комплексное решение указанных проблем. Основная задача — независимое измерение магнитной и электрической составляющей, необходимое для идентификации источников вторичного электромагнитного поля в сейсмоэлектрическом эффекте. Предложено в лаборатории использовать бесконтактное измерение магнитного действия электрического тока, ранее успешно опробованное в полевых условиях. В рамках этого предложения сформулированы подзадачи, решение которых необходимо для получения новых данных по сейсмоэлектрическому эффекту.
Физика земли. 2025;(4):115-133
115-133
Влияние прямого теплового воздействия на трещинообразование в одноосно сжатых образцах
Аннотация
В ряде опубликованных работ высказывалось предположение, что влияние электромагнитного воздействия на сейсмический режим в натурных условиях или на процесс трещинообразования в лабораторных экспериментах может быть объяснено ролью джоулева нагрева при прохождении электрического тока через флюидонасыщенные горные породы. Нагрев флюида в поровом пространстве может приводить к росту давления флюида в порах и трещинах, что, в свою очередь, может стимулировать дополнительное растрескивание твердого скелета и снижение прочности горной породы. В данной работе с целью выявления роли теплового фактора на процесс трещинообразования горных пород представлены результаты прямого нагрева образцов искусственного песчаника в условиях одноосного сжатия. Образцы были взяты из той же партии, которая ранее изучалась в экспериментах по влиянию прохождения электрического тока через образец на характеристики акустической эмиссии (АЭ) и на процесс его разрушения. Тепловой поток в представленных экспериментах подводился к противоположным боковым граням образца с помощью элементов Пельтье, представляющих собой обратный термоэлектрический преобразователь. Плотность теплового потока на поверхности образца достигала почти 104 Вт/м2; локальная температура наружной поверхности образца вблизи нагревательного элемента повышалась в процессе нагрева на 10–15°С в зависимости от длительности включения тока. Эксперименты показали, что даже при столь значительных тепловых потоках влияние нагрева проявляется лишь при нагрузках, близких к разрушающим (Kp ≥ 0.95–0.97). Эффект нагрева проявлялся в том, что процесс трещинообразования в образце интенсифицировался, а сам образец постепенно переходил в запредельное состояние и, в конце концов, разрушался. При меньших нагрузках прямой нагрев образца не оказывает заметного эффекта на процесс трещинообразования.
Физика земли. 2025;(4):134-143
134-143
Экспериментальное исследование разрушения пористой среды при падении давления
Аннотация
С падением порового давления в проницаемых флюидонасыщенных породах связан ряд негативных последствий: внезапные выбросы угля, разрушение околоскважинного пространства на нефтедобывающих скважинах, выбросы метана в результате деградации вечной мерзлоты и т.п. В статье рассматриваются результаты серии модельных лабораторных экспериментов по изучению разрушения пористого флюидонасыщенного материала низкой прочности при быстром сбросе давления на его границе. Варьировались скорость сброса давления, прочностные свойства материала, наличие газа и положение границы между газом и жидкостью. Найдены условия формирования микротрещин и роста проницаемости при повторении циклов роста—сброса давления. Установлено, что с увеличением скорости сброса давления растет количество образующихся трещин и глубина разрушения. Проведено численное моделирование образования макротрещин при сбросе давления в образцах, заполненных газом.
Физика земли. 2025;(4):144-158
144-158
О роли учета микроструктуры при построении моделей эффективных упругих свойств известняков
Аннотация
Работа посвящена построению параметрических математических моделей эффективных упругих свойств карбонатных пород сложного строения, которые представлены мелкозернистыми органогенно-детритовыми известняками московского яруса со следами растворения. Такие модели позволяют связать параметры, характеризующие состав и микроструктуру пород, с их макроскопическими упругими свойствами. Имея измерения скоростей упругих волн на представительных образцах пород, можно оценить параметры их микроструктуры. Однако решение такой обратной задачи, как правило, неоднозначно, что приводит к необходимости поиска способов уменьшения области возможных решений. В данной работе с целью решения этой проблемы используются измерения скоростей упругих волн (продольных и поперечных), полученные на представительном образце изучаемых пород в трех состояниях флюидонасыщения: сухом, водонасыщенном и насыщенном глицерином. По результатам измерения массы образца между последовательными разными флюидонасыщениями и в конце цикла измерений был сделан следующий вывод: в результате неоднократного высушивания образца и насыщения следующей жидкостью его пористость не изменилась. Это позволило предположить, что в каждом состоянии флюидонасыщения изучалась одна и та же структурно неизмененная порода. Показано, что решение обратной задачи по скоростям, полученным на образце, насыщенном только одним флюидом, приводит к обширной области неоднозначности решения по определению параметров микроструктуры модели, несмотря на тот факт, что число неизвестных параметров модели равно числу независимых измерений скоростей. Привлечение для решения обратной задачи данных о скоростях образца в других состояниях флюидонасыщения значительно снижает неопределенность решения. Показаны примеры применения построенной математической модели упругих свойств породы для решения задачи о флюидозамещении и влиянии трещин на скорости упругих волн пород.
Физика земли. 2025;(4):159-177
159-177
Особенности энергетических распределений сигналов акустической эмиссии при деформировании горных пород: лабораторный эксперимент и компьютерное моделирование
Аннотация
В работе приведен обзор результатов компьютерных и лабораторных экспериментов по деформированию образцов различных горных пород. Для выявления закономерностей эволюции дефектов использовалась модель, основанная на методе дискретных элементов. В лабораторном эксперименте эволюция системы микротрещин в образцах (гранит Westerly, песчаник Berea, метапесчаник) исследовалась с помощью двух независимых неразрушающих методов: акустической эмиссии и рентгеновской компьютерной микротомографии. Показано, что энергетическое распределение сигналов акустической эмиссии, сопровождающих разрушение, не всегда аппроксимируется степенной функцией. Экспоненциальный вид энергетического распределения сигналов AE указывает на стабильное состояние деформированного материала. Степенной вид распределения указывает на то, что процесс накопления дефектов перешел на критическую стадию, приводящую к катастрофическому разрушению.
Физика земли. 2025;(4):178-186
178-186
О связи наклона графика повторяемости и фрактальной размерности сейсмичности по данным компьютерного и лабораторного моделирования в пространствах разной размерности
Аннотация
Проведено исследование взаимосвязи параметров Гутенберга–Рихтера и фрактальной размерности множества гипоцентров на основе компьютерной модели клеточного автомата Олами–Федера–Кристенсена (ОФК) в пространствах (на сетках) разной размерности. Результаты компьютерного моделирования сопоставлены с полученными ранее данными лабораторного моделирования сейсмичности при разрушении образцов горных пород. Компьютерное моделирование в пространствах различной размерности показало, что параметр Гутенберга–Рихтера и фрактальная размерность множества событий зависят от размерности пространства, в котором развивается разрушение, увеличиваясь с увеличением размерности. В пространствах различной размерности накопленная упругая энергия высвобождается при образовании разрыва среды из областей различной размерности. В случае трехмерного пространства — из области определенного объема, в случае двумерного пространства — из области определенной площади. При том же размере разрыва и той же критической плотности упругой энергии в трехмерном (объемном) случае, вероятно, высвобождается больше энергии, чем в двумерном (площадном). Можно предположить, что с этим связано различие показателей энергетического спектра и фрактальной геометрии процесса разрушения в пространствах разной размерности. Результаты компьютерного и лабораторного моделирования сейсмичности подтвердили также справедливость формулы Аки (прямой пропорциональности параметра Гутенберга–Рихтера и фрактальной размерности). Обоснование выполнения формулы Аки при разрушении в пространствах различной размерности может оказаться полезным для развития методов более осмысленного и эффективного перехода от сейсмической статистики к оценкам физических параметров процесса разрушения в областях с различными типами разрушения в различных тектонических условиях.
Физика земли. 2025;(4):187-198
187-198
О роли макроструктуры поверхности скольжения при возникновении и развитии динамической неустойчивости в верхней части земной коры
Аннотация
Гетерогенная структура поверхности будущего разрыва играет важную роль на всех стадиях развития процессов динамической неустойчивости в массивах горных пород. Наличие неоднородностей приводит к появлению областей концентрации напряжений на крупномасштабных неровностях (асперити, asperities) и относительно разгруженных участков поверхности раздела с радикально отличающимися фрикционными свойствами. Влияние взаимодействия таких зон может оказаться более сложным, нежели только концентрация напряжений. Судя по опубликованным данным геодезических и сейсмологических наблюдений, при определенных конфигурациях структуры разломной зоны могут наблюдаться различные моды скольжения по разлому — от событий медленного скольжения до сверхсдвиговых разрывов. В статье приводятся результаты лабораторных экспериментов по сдвигу скальных блоков метрового масштаба, контакт между которыми содержал зоны повышенной прочности, обладающие свойством скоростного разупрочнения. В целях сопоставления результатов лабораторных экспериментов с эффектами, наблюдаемыми в природе, была использована база данных, содержащая модели разрывов для более чем 150 землетрясений в разных регионах мира. Совместный анализ результатов лабораторных опытов и сейсмологических наблюдений показал, что развитие разрыва происходит по нескольким сценариям, определяемым взаимным расположением зон асперити. Сведения о расположении таких областей, для использования при численном моделировании процесса деформирования конкретной области коры, могут быть получены из результатов спутниковых и сейсмологических наблюдений. Для участков подготовки относительно небольших землетрясений, где геодезические наблюдения малоэффективны, необходимую информацию можно получить, используя наблюдения за микросейсмичностью.
Физика земли. 2025;(4):199-215
199-215
Параметрические эффекты в современной геодинамике
Аннотация
Обсуждаются параметрические эффекты в современной геодинамике, когда аномальные деформационные процессы в зонах разломов происходят в обстановке региональных квазистатических напряжений и обусловлены флуктуациями параметров среды внутри самих разломных зон, индуцированных малыми природно-техногенными воздействиями. Показаны результаты физического моделирования параметрических деформаций при длительном (1 год) одноосном квазистатическом нагружении образцов горных пород. Выявлены изменения модуля Юнга с периодами 0.03–0.3 года, которые сопровождаются вариациями электрических потенциалов образцов горных пород. Представлены примеры формирования параметрических деформаций в зонах разломов, индуцированных процессом подготовки сильного землетрясения на Камчатке. Приведены оценки влияния метеорологических факторов на локальные деформации земной поверхности. Показано, что при линейном воздействии наибольшее влияние оказывают суточные и годовые изменения температуры. При нелинейном, параметрическом возбуждении процессов в разломных зонах максимальные деформации обусловлены выпадением дождевых осадков. Отмечается вклад Г. А. Соболева в развитие исследований локальных деформаций земной поверхности, индуцированных малыми природными воздействиями.
Физика земли. 2025;(4):216-236
216-236
Сейсмогеологические условия подготовки опасных землетрясений в разломных узлах
Аннотация
В статье обсуждаются результаты, полученные при детальном рассмотрении условий подготовки опасных землетрясений на разных иерархических уровнях — глобальном, региональном (Монголия) и локальном (участки Байкальской рифтовой зоны). Уделено внимание рассмотрению эпизодов возникновения актов сейсмической активизации в окрестностях разломных узлов различного масштабного уровня, а также геолого-структурным условиям, влияющим на режимы подготовки очагов опасных землетрясений. Учитывались линейные размеры и морфогенетические типы разломов, углы их сочленения, особенности современного сейсмического режима, а также сведения о сейсмической активности в прошлом. Установлено, что из-за разнообразия условий динамического взаимодействия разломов в местах их сочленения сильные землетрясения нередко возникают через короткие временные интервалы и близком расположении их эпицентров. Подобные особенности усложняют прогноз землетрясений, поскольку нарушаются традиционные представления о периодах повторяемости землетрясений соответствующей магнитуды. Также при прогнозе землетрясений возникают дополнительные проблемы, касающиеся оценок длительности периодов ожидания землетрясений на короткие, средние и дальние временные интервалы. Авторами показано, что для выяснения длительности периодов ожидания опасных землетрясений в настоящее время есть возможность установления только вероятностных оценок данного параметра, увязанных с оценками прогнозируемой энергии готовящихся событий. Для этого необходимо проводить детальные наблюдения за вариациями сейсмического режима слабых землетрясений на разных глубинах земной коры, фиксировать аномальные изменения режима деформаций и скорости скольжения. Также важно проведение геофизических наблюдений за изменениями параметров, характерных для финальной стадии подготовки очагов землетрясений.
Физика земли. 2025;(4):237-252
237-252