№ 4 (2023)

Расчеты упругих изгибных напряжений и деформаций в литосфере обычно проводятся на основе теории Кирхгофа–Лява для тонких плит. Критерием ее применимости является малость отношения толщины плиты к ее длине. В океанических плитах благодаря выталкивающей силе мантии основные деформации распределены не равномерно вдоль плиты, а сосредоточены вблизи зоны субдукции. Поэтому эффективная длина изгибающейся части плиты в несколько раз меньше реальной длины, и критерий тонкости плит частично нарушается. В работе анализируется возможность применения уравнений изгиба толстых плит. Имеющиеся вариационные теории 3D-изгиба толстых плит намного более сложные по сравнению с теорией Кирхгофа–Лява, так как требуют решения не одного дифференциального уравнения, а трех, и из-за трудоемкости имеют ограниченное применение. Поскольку в геофизических приложениях часто используются 2D-модели, то в работе детально анализируются возможности и точность теории изгиба толстых пластин для 2D-моделей. Оригинальные уравнения 3D-изгиба толстых плит Рейснера после перехода к 2D для плоской деформации и плоского напряжения выписываются в форме, аналогичной уравнениям Кирхгофа с аддитивными поправками, и дополняются явными выражениями для продольного смещения. Сравнение аналитических решений 2D-уравнений Рейснера с точными решениями показывает, что она дает поправку только для функции изгиба плиты. Но эта поправка уточняет теорию Кирхофа–Лява почти на порядок. При этом решение уравнений оказывается практически таким же простым, как и уравнений тонких плит.

Исследованы записи скорости вертикального перемещения земной поверхности возле широкополосных сейсмических станций, расположенных вокруг эпицентра землетрясения Суматра 26.12. 2004 г. с магнитудой 9.1. На протяжении 5 лет с 1996 по 2000 гг. ближайшая к эпицентру и удаленная от него на 1700 км станция COCO записывала устойчивый суточный ход сейсмического шума. В 2001 г. на ней появились ступенеобразные искажения уровня записи. Они продолжались вплоть до момента землетрясения. Обнаружены также превышающие суточный ход импульсы с постепенным нарастанием и последующим спадом амплитуды колебаний длительностью в несколько минут. Они возникали при спокойных метеорологических условиях и геомагнитной активности. На станциях, удаленных от эпицентра более чем на 2000 км, эти импульсы не проявились. Предполагается, что перед землетрясением происходили подвижки в геологических разломах литосферы Индийского океана.

На всей, от Атлантического до Тихого океана, территории Евразиатской литосферной плиты, рассматриваемой в статье, векторы скоростей горизонтальных в восточном направлении смещений GPS-станций образуют пологую, плавную, выпуклую к северу огромную дугу. В ее составе можно выделить три относительно нешироких дугообразных полосы. Самая южная из них и наиболее обеспеченная результатами измерений полоса (дугообразная полоса А в данной статье) подробно рассмотрена в статье [Шевченко и др., 2021]. Прямые, реальные результаты опубликованных геодезических измерений показали, что длина этой полосы увеличивается на 5–10 мм/год. Дуга удлиняется. В упомянутой статье были рассмотрены и отклонены пять вариантов интерпретации этого удлинения, исходящие из представления о внешнем воздействии на горные породы земной коры/литосферы названной дугообразной полосы. Наиболее вероятной причиной удлинения представляется внутренний процесс увеличения объема упомянутых пород полосы в результате привноса в них глубинными флюидами дополнительного минерального материала и его последующей кристаллизации. В данной статье приводятся результаты аналогичных геодезических измерений на территориях двух других дуг – В и С. Оказалось, что расположенная севернее других дугообразная полоса С удлиняется (и со сходной скоростью), как и находящаяся южнее других полоса А. Но расположенная между ними полоса В смещается в восточном направлении, не удлиняясь. Геодезические измерения в осевой части Срединно-Атлантического хребта, на о.Исландия позволяют предположить, что общее расширение Атлантического океана и соответствующее восточное смещение Евразиатской литосферной плиты связано c нагнетанием пластичных магматических (основного состава) клиньев в осевой, рифтовой зоне упомянутого хребта. На фоне этого общего восточного смещения литосферной плиты отдельные ее части (дугообразные полосы А и С маркируют эти части) смещаются в том же восточном направлении с нарастающей с З на В скоростью. Этот рост скорости и соответствующее удлинение двух перечисленных полос мы связываем с упомянутым привносом дополнительного минерального материала и его последующей кристаллизацией.

В пределах Северо-Кавказского региона выполнен комплекс магнитотеллурических и сейсмических исследований на профилях протяженностью более двух тысяч километров. Проведенная ранее интерпретация магнитотеллурических наблюдений с помощью программ одномерной, двумерной инверсий и трехмерного математического моделирования, позволила построить серию разрезов и моделей, которые рассматриваются как тестовые и стартовые при построении трехмерной геоэлектрической модели региона. На тестовых моделях опробовались возможности программы трехмерной инверсии компонент тензора импеданса в методе магнитотеллурического зондирования оценивать параметры проводящих блоков в структурах Большого Кавказа и Скифской плиты. В результирующей геоэлектрической модели, построенной по результатам трехмерной инверсии всех компонент тензора импеданса, положение низкоомных блоков коррелирует с глубинными разломами, вулканическими камерами различного генезиса, сейсмически активными зонами, характеризующимися пониженной скоростью сейсмических волн и их повышенным поглощением. Удельное электрическое сопротивление низкоомных аномалий объясняется степенью их насыщения водной фракцией флюида. Максимальная его концентрация сосредоточена в пределах пересечений систем разломов, флексурно-сдвиговых зон и в активизированных тектоническими процессами глубинных разломах.

Система моделирования бассейнов GALO используется для численной реконструкции теплового режима литосферы Западно-Сибирского бассейна в Колтогорско-Уренгойском грабене в районе сверхглубокой скважины Тюменская СГ-6. Реконструкция объясняет особенности в формировании теплового режима бассейна, которые не рассматривались в предшествующих реконструкциях района. К таким особенностям относятся аномально высокий рост зрелости органического вещества в породах юры и триаса, высокие градиенты температур, наблюдаемые в верхнем фундаменте и триасо-пермском осадочном комплексе, аномально низкие температуры пород верхних горизонтов современного осадочного разреза бассейна. Анализ временных изменений тектонического погружения бассейна используется для оценки интенсивности и продолжительности событий тепловой активации и растяжения его литосферы. Тепловое влияние силла, внедрившегося в нижней юре в верхние горизонты фундамента, объясняло высокую степень созревания органического вещества в нижнетриасовых породах. Учет резких колебаний климата в плиоцен-четвертичное время вместе с гидротермальной активностью в низах осадочного чехла в верхнем плиоцене – нижнем плейстоцене, позволили получить глубинные профили температур и отражательной способности витринита, хорошо согласующиеся с измеренными значениями.

Анализируется отклик песчаных и глинистых приповерхностных грунтов (представляющих классы несвязных и связных грунтов) на сейсмические воздействия различной интенсивности по данным наблюдений in situ – по записям вертикальных групп японской сети сильных движений KiK-net. Из общего числа станций (~800) для анализа выбрано по 5 станций с приповерхностными песчаными и глинистыми грунтами, представленными в верхних слоях в наиболее чистом виде. Для “песчаных” и “глинистых” станций по методике [Pavlenko, Irikura, 2003] построены и проанализированы модели поведения грунта при сильных движениях, показывающие вертикальные распределения напряжений и деформаций, вызванных землетрясениями, в грунтовых слоях. Получены близкие оценки усиления сейсмических волн в песках и глинах при слабых движениях и близкие зависимости напряжение–деформация, характеризующие поведение приповерхностных грунтов при сейсмических движениях умеренной силы. Выполнен анализ разжижения песчаных грунтов при сильных движениях (землетрясение Тохоку 2011 г., с Мw ~ 9.0). Исследовано влияние эффектов протяженных сейсмических очагов (направленность их излучения) на поведение песчаных и глинистых грунтов и усиление в них сейсмических волн. Различия в поведении песчаных и глинистых грунтов отмечены лишь при сильных движениях: в песчаных грунтах возможно разжижение при уровне грунтовых вод порядка нескольких метров от поверхности, а в глинистых грунтах разжижения нет.