Menu

Сценарии развития сейсмотектонического процесса

Результаты моделирования сейсмического процесса и жизни одного очага сильного землетрясения на основе ФПУ представлений качественно отражают геотектоническую ситуацию, и показывают, что реальная ситуация является весьма неопределенной. Фактически речь идет о конкуренции двух основных процессов. Первый - процессы формирования связанных граничных структур за счет взаимодействия восходящих потоков легких газов с твердой фазой и экзотермических реакций водорода с другими газами. Эти процессы приводят к блокировке (т.е., торможению) движения блоков, формируя крупномасштабные структуры разрушения. Второй - процессы , приводящие к реидной деформации блоков и их относительному движению относительно друг друга. Этот процесс препятствует формированию крупномасштабных структур разрушения.

 

Как уже отмечалось, движения каждого из блоков (не только в пределах платформ) обусловлены структурно-вещественной ( физико- химической) трансформацией горных пород в зонах взаимодействия верхней мантии и нижней коры, нижней и верхней кор, а также в выше лежащих слоях. Эти процессы связаны с гранитизацией и вертикальной аккрецией вещества и сопровождаются увеличением или уменьшением объема в зависимости от исходного состава вещества [Вертикальная.. ,
2002; Летников и др.,1988], т.е. каждый из блоков может совершать колебательный режим движений. Хотя амплитуда деформации может достигать десяти и более процентов, скорость деформации весьма мала и составляет 5.10-10 1/сутки. Отмечено, что одним из следствий этих процессов является приобретение блочной средой способности к объемной реидной деформации—тектонического течения (обусловленной объемными фазовыми переходами типа базальт - гранит, см., например, [Вертикальная.., 2002]), реализуемого блоками вдоль граничных структур. Поэтому эта деформация оказывает влияние только на уже блокированные в предельно энергонасыщенной среде граничные связанные структуры, создавая небольшую добавочную нагрузку. Очевидно, что определяющими в условиях подготовки сильных землетрясений являются не процессы взаимодействия трещин различного масштаба, как это следует из механики разрушения монолитных образцов, а процессы взаимодействия блоков. Относительные движения блоков контролируют сдвиговую компоненту напряжений на границах. Следовательно, мы должны рассматривать реакцию упругой и жесткой верхней части блочной коры с заблокированными или разблокированными границами на движения в нижней оболочке, испытывающей структурно-вещественные преобразования. Причем за формирование структуры очагов и сейсмического режима ответственны физико-химические процессы, протекающие в верхней мантии и литосфере.

 

Ранее также связывали сейсмичность с реакцией среды на дегазацию [Осика, 1981; Маракушев, 2002]. Однако в этих работах не рассматривались физические аспекты образования очагов сильных землетрясений, причины слабой сейсмичности и природа основных действующих сил. Естественно, что в этих работах не обсуждались проблемы реального прогноза сильных коровых землетрясений. В значительной мере эти пробелы сейчас восполнены. Проблемы же конкретного прогноза сильнейших землетрясений остаются. Имеются прямые доказательства активизации режима дегазации Земли в региональном масштабе. В качестве иллюстрации можно привести результаты работ [Войтов, 2002; Фирстов и Широков,2005], где был показан импульсный региональный процесс дегазации и последующая активизация сейсмического процесса (рис.5.3). Импульсный характер дегазации легких и других газов наблюдался неоднократно в лабораторных экспериментах (см. рис. 4.7, 4.8, 4.9, 4.10).

[image]

 

Рис.5.3 Изменение уровня молекулярного водорода в атмосфере почвы и подпочв в пределах Дагестанского клина в период протекания серии региональных землетрясений в 1998 - 1999 гг.

Процессы дегазации на современном этапе геологического развития носят монотонный характер, на фоне которого проявляются импульсы дегазации (эндогенная активизация Земли [Войтов,2002; Маракушев,1999]) на различных пространственных масштабах, от регионального до локального (в пределах нескольких блоков или отдельных граничных структур). Тип разблокировки границ блоков в виде крупномасштабного разрыва или естественных процессов (рой слабых землетрясений или крип, затухание эндогенной активизации) будет зависеть от степени пространственного нарушения фонового движения совокупности блоков. Учитывая это, можно говорить о трех возможных сценариях развития сейсмотектонического процесса (рис.5.4). В первом, реализуется монотонный характер дегазации, все границы блоков разблокированы. Это фоновый режим, в котором движения каждого из блоков напоминает клавишную систему (по аналогии с выражением Л.Лобковского), возбуждаемую особенностями реидной деформации в низах каждого из блоков. Эта ситуация может быть характерной сейсмоактивным и асейсмичным регионам, отражая режим современных движений. Во втором сценарии, эндогенная активизация реализуется в масштабах двух - четырех блоков (локальная активизация) и блокируется движение только этих блоков. Соседние блоки продолжают естественный режим движения. Вероятность разблокировки одной из границ крупномасштабным разрывом мала, т.к. нельзя исключать того, что несколько блоков могут совершать совместный режим движений, вызывая одновременно возмущения различных полей, как внутри, так и вне своей совокупности. Разблокировка границ может происходить по мере затухания эндогенной активизации или за счет средней и слабой сейсмичности. И, наконец, третий сценарий, при котором происходит

Рис.5.4 Сейсмические режимы в подвижной блоковой среде: а - фоновый, б - подготовки очагов сильных землетрясений. 1 - блоки, 2 - границы, по которым происходят движения блоков, 3 - блокированные границы блоков, 4 - фоновые потоки легких газов, 5 - импульсные потоки легких газов в региональном масштабе, М - граница Мохоровичича.

блокировка границ в региональном масштабе, т.е. эндогенная активизация проявляется в региональном масштабе (например, [Войтов,2002; Соболев, Пономарев, 2003; Фирстов и Широков, 2005]). Отражением появления пространственно связанной блочной структуры могут быть кольцевая сейсмичность, относительное сейсмическое затишье, сейсмические бреши, исчезновение суточных ходов геоакустической эмиссии, а также многочисленные возмущения различных параметров среды на расстояниях r~exp M (км) от будущих эпицентров (М - магнитуда землетрясения). Поперечные размеры зон, в которых наблюдали возмущения различных параметров среды, достигали двух тысяч километров [Добровольский,1991; Соболев,1993]. Но эти локальные возмущения среды не могут являться предвестниками конкретных землетрясений, т.к. их положение относительно эпицентра сильного землетрясения является случайным в пространстве и времени [Трапезников, 1994]. Естественно, что совокупность локальных пространственно-временных вариаций различных полей и сам сейсмический процесс не могли быть объяснены в рамках лабораторных представлений подготовки крупномасштабных структур разрушения. Наблюдаемая совокупность локальных возмущений параметров среды свидетельствует лишь о возбужденном состоянии литосферы. Судя по анализу этих данных [Соболев,1993], возбужденное состояние среды может появиться в широком интервале времен перед событиями с магнитудой М > 5 (от недель - месяцев до нескольких лет). Полагаем, что эта ситуация характерна как для платформ, так и зон субдукции (глубокофокусные землетрясения сейчас не рассматриваются).

Третий сценарий отражает реакцию блочной среды с множеством граничных структур на конкретный процесс региональной импульсной дегазации. При региональной импульсной дегазации рассматривается торможение фонового взаимного перемещения многих блоков. Блокировка граничных структур многих блоков изменяет условия фоновых взаимодействий системы верхняя мантия - литосфера. На пространственно связанную блочную структуру, лежащую на неустойчивой и "подвижной" нижней оболочке, также действуют внутренние (слабая сейсмичность, неустойчивая деформация), и внешние (адвекция, упругие волны отдаленной сейсмичности, приливы, метеофакторы, вариации скорости вращения Земли) силы. Очевидно, что пространственно-связанная структура блоков не может быть устойчивой. Можно говорить о том, что не каждый региональный акт импульсной дегазации приведет к образованию относительно устойчивой пространственно- связанной блочной структуры, в которой многие границы блоков будут заблокированы.

Образование пространственно-связанной структуры блоков в значительной степени зависит от интенсивности и скорости процессов дегазации и уровня внешних полей в данный период. Сам факт реализации сильнейших землетрясений показывает, что условия для образования их очагов в одних и тех же локальных местах возникают довольно редко. Так же редко сильнейшие землетрясения происходят на региональном уровне. Блокировка множества границ блочной структуры в региональном масштабе создает условия для крупномасштабного разрушения нескольких очагов, т.е. разрушения не только одной из границ (рис.5.4). Примером этого могут быть сильнейшие афтершоки (или отдельные события), происходящие на различном расстоянии от первого события (например, сильнейший афтершок Кроноцкого землетрясения по данным мониторинга может быть рассмотрен как самостоятельное событие [Славина и др., 2007]) или несколько событий в объеме одного очага, т.е. очага первого события. Последнего, в рамках лабораторного представления процессов разрушения в земной коре, не может быть. В геологической среде происходит окончательное разрушение связанного состояния оков за счет реидной деформации движущихся блоков

В связи с изложенным очевидна неопределенность места или конкретной границы разблокировки, также как и времени этого, в пространственно связанной блочной структуре. Нельзя исключать того, что сделать краткосрочный прогноз разблокировки разрушением конкретной границы будет нельзя. Сейчас более апробированы методы краткосрочного прогноза времени сильных землетрясений в масштабах региона. Перспективны для целей обнаружения процесса эндогенной активизации в региональном масштабе методы мониторинга времен пробега продольных и поперечных волн, концентраций водорода [Войтов,2002; Славина и др., 2005; Фирстов и Широков,2005] и гелия, динамики суточного хода геоакустических сигналов [Гаврилов и др.2006]. Необходимо выделить также алгоритм RTL [Соболев и Пономарев, 2004]. Представляет большой интерес радиоволновый трассовый мониторинг волновода Земля-ионосфера на сверхдлинных волнах (СДВ) [Гуфельд и Маренко,1992], контролирующий одновременно несколько регионов и показавший неоднозначность развития сейсмотектонического режима.

С использованием радиоволнового СДВ метода как известно, были осуществлены краткосрочные прогнозы времени сильных землетрясений в пределах регионов и показано, что литосферная зона, возмущающая параметры волновода Земля -- ионосфера, изменяет свое положение вдоль радиотрассы не менее чем на 500 - 600 км в течение периода краткосрочной сейсмической опасности (менее 25 - 30 суток). Это подтверждает неопределенность реализации сильного землетрясения в том или ином месте во временной период краткосрочной сейсмической опасности. Еще более наглядна ситуация с неопределенностью места разблокировки одной из граничных структур при контроле нескольких регионов двумя трассами радиоволнового мониторинга, при котором только одна зона контролируется одновременно двумя трассами (в пределах двух зон Френеля) [Gufeld,1992] (Рис 5.5). В период Спитакского землетрясения осуществлялся мониторинг регионов по двум трассам: трасса Реюньон - Ленинград (зоны контроля : Кавказ, включая территорию Северного Кавказа, Восточная Турция, Западный Иран), трасса Либерия - Омск (зоны контроля: Северный Кавказ, Крым, Балкано-Карпатская зона, Италия, западная часть Северной Африки). Только в ночь с 27.11.1988 г. на 28.11.1988г. возмущения сигналов СДВ передатчиков в пунктах приема были почти синхронны. Это означало, что возмущения создавались одной зоной, которой могла быть только зона Северного Кавказа. Во всех остальных случаях, за исключением одного, перекрывающегося частично 3 декабря, не синхронно работали различные зоны обеих трасс, причем 5 и 6 декабря 1988г. еще нельзя было сказать, в зоне которой из трасс произойдет сильное землетрясение (Спитакское землетрясение с М=7.1 произошло 7 декабря 1988г. в зоне контроля радиотрассы Реюньон - Ленинград). Как видно, время для анализа ситуации и принятия решений о краткосрочном прогнозе места весьма ограничено. 

[image]

Рис.5.5 Возмущения относительных отклонений фаз сигналов навигационных передатчиков Омега (частота 10.2 кГц) на трассах Либерия - Омск (сплошная линия) и Реюньон - Ленинград (пунктирная линия) в период Спитакского землетрясения (пояснения в тексте). Возмущения даны относительно стандартного отклонения. Штриховкой выделены возмущения, превышающие два стандартных отклонения.

 

Но самое неопределенное в этой сейсмотектонической ситуации относится к выбору уже региона, где могло произойти сильное сейсмическое событие.

Таким образом, сейчас вряд ли можно ответить на вопрос, в каком месте, на какой границе произойдет первое разрушение пространственно-связанной блочной структуры. Возможно, что прогноз места сильного землетрясения будет носить вероятностный характер и поэтому может рассматриваться на основе Ферми - Паста - Улама представлений, учитывающих текущую изменчивость сейсмического режима в граничных структурах и особенности колебательного режима движений связанных блоков. Проблема краткосрочного прогноза места и времени сильных землетрясений остается, хотя возможности сейсмологического анализа и методов космической техники с учетом развития теории еще не исчерпаны.

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:2836 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:5741 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:2919 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Основные пути экономии тепловой энергии …

Для экономии тепловой и электрической энергии, топлива и воды необходимо применять средства автоматического регулирования и контроля за работой инженерных систем, сетей и коммуникаций; поддерживать в инженерных системах необходимые параметры температуры...

01-04-2010 Просмотров:12862 Эксплуатация жилых зданий

Особенности образования и условия залега…

Основными вещественными элементами, создающимися в результате вулканической деятельности, являются потоки лавы и пирокластические слои. И те, и другие обычно участвуют в строении вулканов, которые образуются в результате центральных извержений, и...

14-10-2010 Просмотров:5715 Геологическое картирование, структурная геология

Предмет инженерной геодезии

Геодезия – наука, изучающая фигуру и внешнее гравитационное поле Земли и разрабатывающая методы создания систем координат, определения положения точек на Земле и околоземном пространстве, изображения земной поверхности на картах. Научными задачами...

13-08-2010 Просмотров:11543 Инженерная геодезия. Часть 1.