Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
№ 1 (2023)
Статьи
О короткопериодной динамике в ядре Земли по наземным наблюдениям геомагнитных джерков
Аннотация
Применение специальной методики позволило выделить из измерений вариаций геомагнитного поля на нескольких среднеширотных обсерваториях серию джерков за 17 лет с 2004 по 2020 гг. Показано, что джерки следуют с квазипериодом 3–4 года. Для интерпретации этих экспериментальных результатов предложен возможный механизм возникновения быстрых изменений геомагнитного поля, обусловленный магниторотационной неустойчивостью в ядре Земли.
3-11
Исследование полей смещений методами космической геодезии в Приморье
Аннотация
В работе представлены результаты GPS-наблюдений (2003–2020 гг.), выполненных в Приморском и Хабаровском краях на юго-востоке России. Целями наших исследований являлись получение значений скоростей смещения, тестирование связи современных скоростей с сейсмичностью, с особенностями геологической структуры Приморья, изучение реологических параметров коры и астеносферы на окраине континента. В статье проанализированы результаты измерений в Приморье на Центральном Сихотэ-Алиньском разломе. В дальней зоне исследованы последствия Японского землетрясения Тохоку-Оки магнитудой М = 9, случившегося 11.03.2011 г. Зона косейсмических и постсейсмических смещений простирается на расстояние свыше 1000 км от эпицентра. Постсейсмические затухания многолетних горизонтальных и вертикальных смещений позволяют оценить время релаксации для упруго-вязкой модели. При значениях времени затухания от 4 до 8 лет, в рамках двухслойной реологической модели получены значения вязкости для нижнего слоя: 8 × 1018–3 × 1019 Па ⋅ с. Используя модель изгиба земной поверхности и дна Японского моря, в зоне контакта континент–океан сделана оценка мощности (20–25 км) упругой верхней части земной коры.
12-23
Модель механизма очага тектонического землетрясения на основе моментной теории
Аннотация
При строительстве стратегических объектов требуется проводить микрорайонирование для определения пиковых значений ускорений местности вследствие возможных землетрясений. Ускорение почвы при этом сильно зависит не только от мощности землетрясения, но еще и от механизма очага землетрясения и геодинамического состояния местности. Известные дислокационные модели одиночного диполя с моментом и пара диполей без момента механизма очага землетрясений удовлетворительно описывают наблюдаемые эффекты квадрантного распределения напряжений на поверхности Земли при землетрясениях. При проведении расчетов в рамках теории упругости, действия диполей выражаются через объемные силы. Известны две модели замены моментов на эквивалентные силы: одна из них на базе уравнений равновесия для бесконечно упругого пространства [Ландау, Лифшиц, 1965; Maruyama, 1963]; другая – на основе теоремы представления для упругих тел, введением сингулярного внутреннего объема, на границе которого имеются дислокации [Введенская, 1969; Аки, Ричардс, 1983]. Несмотря на то, что в этих моделях рассматриваются моментные эффекты, сами они выведены из безмоментной теории упругости. В нашей работе предлагается провести эффект двойного диполя без момента, исходя из моментной теории упругости. Предлагаемая модель механизма очага землетрясений применяется для решения задачи о вариациях напряжений земной коры Центральной Азии на примере конкретного землетрясения при упрощенной ориентации плоскости разрыва. Под вариацией напряжений понимается разность напряжений в задачах с учетом механизма землетрясения и при его отсутствии. Статические напряжения получены решением обратной задачи упругости с частично неизвестными граничными условиями. В качестве литосферы принимается призматическое тело, состоящее из нескольких однородных блоков, верхние поверхности которых соответствуют рельефу Центральной Азии. Верификация результатов численного решения проводится сравнением полученных напряжений с ранее установленными эмпирически значениями. В качестве начальных напряжений для обратной задачи использовано решение плоской задачи, граничные условия в которой соответствуют латеральному сжатию литосферы региона Индийской и Арабской плит с одной и Евразийской плиты, с другой стороны. На базе полученных решений задачи проведен анализ геодинамического состояния Центральной Азии. Основываясь на результатах лабораторных опытов, подвергается сомнению однозначность выводов о геодинамическом состоянии земной коры (сжатие, растяжение) по коэффициенту Лоде–Надаи, применяемому в настоящее время многими исследователями. Показано, что вопреки ранним утверждениям значениям µσ = +1 и µσ = –1 могут соответствовать одновременно как случаи растяжения, так и случаи сжатия в зависимости от пространственного вида (эллипсоида) напряженного состояния. Геодинамический анализ земной коры проводится по методу Андерсона.
24-38
Релаксация напряжений в клеточной модели нелинейно взаимодействующих элементов
Аннотация
Рассмотрена модель релаксации напряжений в системе дискретных элементов. Модель предполагает рассмотрение малого временного масштаба процесса, при котором внешнее поступление дополнительных напряжений в систему пренебрежимо мало. Нелинейное взаимодействие элементов аналогично взаимодействию элементов в открытой диссипативной OFC-модели. Условия сброса определяются эффектом статической усталости. Показано, что при высоком уровне связи элементов в модели формируется степенной спад частоты сбросов во времени, аналогичный, наблюдаемому в афтершоковых последовательностях землетрясений. Данная закономерность слабо зависит от начального распределения напряжений в системе и имеет степенной показатель \(p = 0.85{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 1.0\) при значениях параметра связи элементов \(\alpha = 0{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 0.25\). Анализ длительности временной задержки \(c\) возникновения степенного спада частоты сбросов показывает связь данного параметра с длительностью сбросов большой амплитуды в начальной фазе релаксационного процесса. Величина \(c\) в этом случае определяется параметром \(\alpha \). Расчеты показывают, что и релаксация среднего напряжения \(\sigma \left( t \right)\) в системе элементов подчиняется соотношению \(t \propto {{e}^{{ - \gamma \sigma }}}\) с временем задержки, соответствующим значению \(c\) для зависимости частоты сбросов. При этом во временном ряде средней величины уменьшения напряжения при сбросе отдельного элемента \(d\sigma \) задержка отсутствует. Зависимость \(d\sigma \left( t \right)\) определяется соотношением \(t \propto {{e}^{{ - \beta \Delta \sigma }}}\) во всем диапазоне расчетных времен релаксационного процесса. Значение \(\beta \) линейно уменьшается с ростом связи элементов модели \(\alpha \).
39-53
Стохастическое моделирование и разработка уравнения прогноза движений грунта в Байкальской рифтовой зоне
Аннотация
Для получения реалистичных и корректных оценок сейсмических воздействий в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ) построено уравнение прогноза движений грунта, на основе записей местных землетрясений (магнитуды mb ~ 3.4–5.5, гипоцентральные расстояния R ~ 15–220 км), полученных сейсмостанциями “Улан-Удэ” и “Северомуйск”. На первом этапе (в прошлых работах авторов) с помощью стохастического моделирования акселерограмм зарегистрированных местных землетрясений оценены региональные параметры излучения и распространения сейсмических волн (сброшенного в очагах напряжения, добротности среды, геометрического расхождения, ослабления волн на высоких частотах, локального усиления и других). Затем эти параметры использованы для генерации набора акселерограмм землетрясений в широком диапазоне магнитуд (Mw ~ 4.0–8.0) и расстояний (R ~ 1–200 км) на скальном грунте, и построено уравнение прогноза движений грунта (УПДГ), описывающее зависимость пиковых ускорений (PGA) и скоростей (PGV) от магнитуды и расстояния. Полученные оценки PGA сравнены с оценками, полученными по УПДГ, рекомендованным для БРЗ международным проектом GEM (Global Earthquake Model). Разброс оценок, полученных по УПДГ рекомендованным проектом GEM, говорит об актуальности выработки своих УПДГ для российских регионов на основе записей местных землетрясений. Полученные в настоящей работе УПДГ могут использоваться для оценки сейсмической опасности в восточной части БРЗ и будут совершенствоваться с поступлением новых данных.
54-66
Нейросетевое моделирование электромагнитного прогноза свойств геотермального резервуара
Аннотация
В работе проводится нейросетевое моделирование электромагнитного прогноза температуры, теплопроводности и проницаемости на глубины, превосходящие пробуренные, а также в ближайшей окрестности разведочной скважины. Для этого мы используем данные из трех скважин, пробуренных ранее в геотермальной области Сульц-су-Форе (Франция), а также результаты проведенного там магнитотеллурического зондирования. Показано, что относительная точность прогнозов существенно зависит от соотношения между глубиной пробуренной скважины и целевой глубиной прогноза. В частности, для всех рассмотренных параметров ошибки прогноза становятся меньше 5%, если прогноз делается на глубины не более, чем вдвое, превышающие глубину скважины. При этом средние ошибки прогноза температуры и теплопроводности в окрестности пробуренной скважины составили 6%. На основе полученных результатов обоснована новая схема прогноза теплофизических и коллекторских свойств пород во время бурения разведочных геотермальных скважин.
67-80
Свойства титаномагнетита пиллоу-базальта Красного моря на различном расстоянии от закаленной корки
Аннотация
Изучены магнитные свойства и минералогия титаномагнетита в пиллоу-базальте Красного моря голоценового возраста на различном расстоянии от поверхности контакта с водой. Выявлено, что состав титаномагнетита в пиллоу-базальте меняется от корки в глубь подушки: содержание титана в титаномагнетите растет, а магния и алюминия – уменьшается. Титаномагнетит в поверхностном слое пиллоу-базальта (0–2 см) однофазно окислен, максимальная степень окисления 0.13, а на расстоянии более 3 см от корки имеет стехиометрический состав. По росту магнитной восприимчивости от 0.2 до 1.8 × 10–2 СИ, намагниченности насыщения от 0.026 до 0.895 А · м2/кг и остаточной намагниченности насыщения от 0.014 до 0.296 А · м2/кг, уменьшению коэрцитивности (Hc от 90 до 15 мТл, Hcr от 153 до 20 мТл), а также наблюдениями электронной и магнитно-силовой микроскопии показано, что при удалении от корки растет концентрация титаномагнетита в базальте и размер зерен от однодоменного состояния до псевдооднодоменного. Установлено, что магнитная жесткость зерен титаномагнетита коррелирует с максимальной скоростью охлаждения базальта. NRM базальта с удалением от поверхности контакта с водой изменяется немонотонно: до глубины примерно 3 см выявлен ее рост, обусловленный ростом концентрации титаномагнетита, далее уменьшение, обусловленное уменьшением магнитной жесткости зерен. Несмотря на довольно сильную вариацию магнитных свойств в слое 0–7 см пиллоу-базальта, эксперименты по методике Телье–Коэ по всем слоям показали близкие величины палеонапряженности геомагнитного поля (62.5–66.0 мкТл) при высоком коэффициенте качества (11–45). Закономерности в величине палеонапряженности при удалении от поверхности подушки не выявлено.
81-94
О статистической значимости типизации источников акустической эмиссии по знакам первых вступлений волн в лабораторных экспериментах
Аннотация
Предложенная в работе [Zang et al., 1998] и широко используемая в лабораторных экспериментах по физике горных пород процедура разделения типов событий акустической эмиссии (АЭ) на сдвиговые, отрывные и компакционные (shear, tension and collapse), опирающаяся на подсчет знаков первых вступлений волн на акустических датчиках, рассмотрена со статистических позиций. В предположении однородного и независимого распределения ошибок определения знаков вступлений на датчиках получены оценки статистической значимости и мощности критерия разделения типов для заданного количества используемых датчиков. Рассмотрены и сопоставлены между собой три подхода к построению статистического критерия, основанные на оценке вероятности события, симметричном и несимметричном критериях проверки гипотез. На основе результатов статистического исследования даны практические рекомендации по выбору порога для разделения типов событий АЭ в экспериментальных исследованиях.
95-110