Физика земли

Обобщенная клеточная модель, основанная на модели клеточного автомата Олами–Федера–Кристенсена и модифицированная посредством учета долговечности материала на основе кинетической концепции прочности твердых тел академика С.Н. Журкова, использована для моделирования и прояснения природы статистического закона продуктивности землетрясений. Модифицированной модели дано название модель Олами–Федера–Кристенсена–Журкова (ОФКЖ). В модели ОФКЖ реализуются основные статистические закономерности сейсмичности: законы Гутенберга–Рихтера и Омори–Утсу, закон Бота, фрактальная геометрия сейсмичности, закон продуктивности землетрясений. Показано, что кластеризация модельных событий (аналогов землетрясений), отвечающая закону продуктивности землетрясений, обусловлена кинетической компонентой модели ОФКЖ. Получены зависимости величины продуктивности от прочности материала и температуры среды, рассмотрено влияние на продуктивность параметра Журкова и параметра связи ячеек в клеточной модели (степени диссипативности модели). Показано, что выявленные зависимости продуктивности от прочности и температуры согласуются с имеющимися эмпирическими данными.

Основными параметрами землетрясения являются магнитуда, координаты эпицентра и глубина, которая нередко оказывает определяющее влияние на макросейсмический эффект от тех или иных землетрясений. В связи с этим, например, для оценки сейсмического риска, важной информацией является именно статистика возникновения землетрясений на определенных глубинах. В данной работе анализировались каталоги континентальных коровых землетрясений в регионе Южная Сибирь. Сравнивались варианты аппроксимации распределения глубин землетрясений разными функциями. Показано, что распределение Вейбулла с максимумом на 8 км наиболее точно описывает распределение глубин для коровых землетрясений Южной Сибири. При раздельном рассмотрении западной (Алтай–Саяны) и восточной (зона Байкальского рифта) частей региона распределение Вейбулла также оказалось предпочтительным. Максимум распределения для зоны Байкальского рифта оказался на 9 км, для зоны Алтай–Саяны – на 7 км, соответственно.

Очаг сильного землетрясения, как правило, состоит из субочагов, которые выявляются моделированием волновых форм. Это моделирование не приводит к однозначному результату. В статье приведен пример, когда для одного и того же землетрясения опубликованы два существенно разных решения: в одном субочаги характеризуются схожим типом движения, в другом – последний субочаг имеет противоположный механизм. В статье [Вакарчук и др., 2013] это было проинтерпретировано как реализация компенсационного движения. Компенсационное движение обнаруживается не только в субочагах, но и на масштабном уровне всей очаговой зоны, что проявляется в определенной закономерности механизмов афтершоков, обнаруженной при исследовании Дагестанского землетрясения 1970 г. [Кузнецова и др., 1976]. В настоящей статье, возможно, впервые компенсационные движения обнаружены в высокомагнитудном рое землетрясений без выраженного главного толчка, который произошел в 2023 г. в провинции Герат (Афганистан). Результат подтверждается комплексом сейсмологических и спутниковых интерферометрических данных.

Динамичное освоение и развитие Арктической зоны РФ неразрывно связано с необходимостью минимизации техносферных рисков, сопряженных в том числе и с эффектами воздействия космической погоды на системы энергетического оборудования, эксплуатируемые внутри границ аврорального овала. При этом сопутствующий мониторинг параметров космической погоды и вариаций геомагнитного поля в Арктике осуществляется лишь посредством небольшой группы спутников и нескольких десятков магнитных станций, расположенных главным образом на территории США, Канады, северной и центральной Европы. Очевидно, что сложившаяся ситуация практически исключает возможность оперативного диагностирования уровня геоиндуцированных токов (ГИТ) для большей части Арктической зоны РФ, где фактически единственным доступным индикатором состояния космической погоды остаются полярные сияния. 
В работе предлагается подход к интерпретации проявления сияний для оценки эффектов воздействия космической погоды на объекты и системы высокоширотной инфраструктуры. Так, на примере подстанции “Выходной” магистральной электрической сети “Северный транзит” показано, что при регистрации полярных сияний на севере, в зените и на юге наиболее вероятный (усредненный по 30 мин) уровень ГИТ составляет 0.08, 0.23 и 0.68 А соответственно. При этом вероятность того, что среднеполучасовой уровень ГИТ превысит 2 А (в случае сияний на севере, в зените и на юге) составляет ∼6, ∼10 и ∼15 % соответственно. В заключение рассматриваются пути модернизации и границы применимости предложенного подхода.

В работе представлены результаты исследования коллекции палеомагнитных образцов горных пород нижнедевонского возраста (свита Френкельриджен), собранных на северо-западе острова Западный Шпицберген. Основным носителем естественной остаточной намагниченности изученных пород является гематит. По данным компонентного анализа выделены доскладчатые, биполярные компоненты естественной остаточной намагниченности, для которых тест обращения положительный. Проведено сравнение последовательности магнитозон геомагнитного поля изученного разреза с имеющимися мировыми данными по нижнему девону.

В работе представлены результаты петромагнитных исследований и определения относительной палеонапряженности по осадкам озера Шира (Хакасия). Для определения минералов носителей NRM проведены измерения параметров петель гистерезиса, термомагнитный и рентгенофазовый (РФА) анализы. Возраст осадков определялся радиоуглеродным методом; согласно датировкам, колонка охватывает около 9100 лет. Для получения качественных определений относительной палеонапряженности были использованы прямолинейные отрезки на диаграммах псевдо-Араи–Нагаты; для оценки качества использовались следующие критерии: число точек для расчета наклона, критерий качества (q), доля NRM, разрушенной в интервале определения палеонапряженности, ошибка определения относительной палеонапряженности (σ). Согласно петромагнитным исследованиям и РФА, носители намагниченности представлены, в основном, однодоменным и псевдооднодоменным магнетитом и гематитом. Сопоставление полученных рядов данных относительной палеонапряженности как с модельными значениями палеонапряженности, рассчитанными для координат Ширы и между различными моделями (CALS10K.1b [Korte et al., 2011], PFM9k.1 [Nilsson et al., 2014], HFM.OL1.AL1, CALS10k.2 ARCH10k.1 [Constable et al., 2016]) по абсолютной палеонапряженности, так и совокупность результатов исследований по осадочным и магматическим породам, а также археомагнитным объектам показало, что они хорошо согласуются между собой, имеют общие тренды. Это дает основания для применения данной методики к определению палеонапряженности методом псевдо-Телье по донным отложениям современных озер.

Гидрогеология разломных зон, особенно на значительной глубине, является, возможно, наиболее слабо разработанной областью механики очага землетрясений. Это связано как с недостаточным количеством данных о фильтрационных характеристиках материала на большой глубине, так и со сложностью процессов массопереноса, образования и залечивания нарушений сплошности в условиях высоких температур и давлений. При этом очевидно сильнейшее влияние флюида как на фрикционные характеристики, так и на напряженное состояние массива горных пород в окрестности зоны скольжения. Флюиды являются носителями растворенного вещества и тепловой энергии, эффективным катализатором различного рода метаморфических превращений. Согласно некоторым моделям, перетоки флюида могут являться триггерами старта и остановки сейсмогенных разрывов. Развивающаяся в последние годы в мировой сейсмологии тенденция к построению комплексной расчетной модели, адекватно описывающей процессы подготовки, инициирования и остановки различных мод скольжения по разломам, требует совершенствования представлений о флюидодинамике сейсмогенных разломов.
В настоящем обзоре собраны сведения о гидрогеологии разломных зон, полученные в последние годы. Проанализированы развиваемые на основе натурных данных, лабораторных и полевых экспериментов и численных расчетов модели и представления о роли флюидов на разных стадиях сейсмического цикла.