Автореферат (Приливные эффекты в высокочастотных сейсмических шумах в сейсмоактивном регионе)

На правах рукописиСАЛТЫКОВ Вадим АлександровичПРИЛИВНЫЕ ЭФФЕКТЫВ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМАХВ СЕЙСМОАКТИВНОМ РЕГИОНЕСпециальность 25.00.10 — геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемыхАвтореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква — 2016Работа выполнена в Камчатском филиале Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федеральный исследовательский центр“Единая геофизическая служба Российской академии наук”.Официальные оппоненты:Соболев Геннадий Александрович,доктор физико-математических наук, профессор, членкорреспондент РАН, главный научный сотрудник Федерального государственного бюджетного учреждениянауки Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН), г. МоскваСпивак Александр Александрович,доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией приповерхностной геофизики Федерального государственного бюджетного учреждениянауки Институт динамики геосфер Российской академиинаук (ИДГ РАН), г.

МоскваШебалин Петр Николаевич,доктор физико-математических наук, главный научныйсотрудник Федерального государственного бюджетногоучреждения науки Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской академиинаук (ИТПЗ РАН), г. МоскваВедущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждениенауки Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИВиСДВО РАН), г. Петропавловск-КамчатскийЗащита состоится 23 марта 2017 г. в 16:00 на заседании диссертационного советаД.501.001.63 при Московском государственном университете им.

М.В. Ломоносова по адресу 119991, Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 2, МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет, ауд. СФА.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и на сайтеhttp://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-63/.Автореферат разослан «____» декабря 2016 г.Учёный секретарь диссертационного советак.ф.-м.н.В.Б. Смирнов1ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫОбъектом исследования в диссертационной работе являются микросейсмические колебания в земной коре, имеющие частоту в первые десятки Гц и занимающиепромежуточный диапазон между сейсмическими волнами от землетрясений и геоакустическими явлениями. Для обозначения этого типа сигналов используется термин“высокочастотный сейсмический шум” − ВСШ, а для его эндогенной компоненты –“сейсмическая эмиссия”.

На отдельных этапах выполнения работы как объекты исследования рассматриваются слабые землетрясения (являющиеся, как и сейсмическийшум, составной частью единого сейсмического процесса) и акустическая эмиссия(АЭ), рассматриваемая как аналог сейсмичности в ходе лабораторного эксперимента.Актуальность работы. В работе излагаются результаты исследований авторапо решению фундаментальной научной проблемы, связанной с исследованиями механизмов возникновения и инициирования сейсмичности, а также мониторингом геодинамических процессов в литосфере по вариациям параметров геофизических полей. Врамках этой проблематики автором рассматриваются вопросы, связанные с возможностью контроля состояния среды при подготовке сильных землетрясений по параметрамприливных вариаций высокочастотного сейсмического шума (ВСШ).Актуальность работы имеет практический и теоретический аспекты.Несмотря на достаточно широкий круг выполненных в мире исследований высокочастотного сейсмического шума и его отклика на приливное воздействие, многиевопросы требуют дополнительных исследований, в частности, это касается полученияболее качественных экспериментальных данных и статистически обоснованных оценок на их основе, разработки физического обоснования экспериментально выявленныхэффектов.

Особый интерес представляет изучение модуляции сейсмической эмиссиинепосредственно в сейсмически активном регионе, где ожидаются изменения напряженно-деформированного состояния среды, связываемые с подготовкой и реализациейсильных землетрясений. Остается нерешенным вопрос о моделях приливной модуляции, дающих объяснение процесса не только на качественном уровне, но и количественно (физический механизм). Все это определяет теоретическую актуальность диссертационной работы:Практическая актуальность определяется возможностью использования результатов диссертации при оценке сейсмической обстановки в регионе и прогнозе землетрясений.

Предложенная в работе методика выявления предвестника сильных региональных землетрясений, основанная на изменении отклика ВСШ на приливное воздействие, с 1996 г. по настоящее время применяется при оценке сейсмической обстановкив Камчатском регионе в оперативном режиме. Использование формализованных параметров ВСШ для оценки сейсмической опасности нигде более − ни в России, ни за рубежом не проводится, а синхронизация ВСШ с внешним приливным воздействием перед сильными землетрясениями, проявляющаяся в виде стабилизации фазового сдвига,является новым типом параметрических предвестников.

В настоящее время эти иссле2дования могут рассматриваться как мониторинг ВСШ, в который входят ведение непрерывных долговременных наблюдений, обработка и анализ данных, еженедельнаяподготовка прогностических заключений о сейсмической обстановке. В ходе мониторинга ВСШ при выявлении предвестников сильных региональных землетрясений сМ ≥ 6.0 получены устойчивые положительные результаты.Однако любые успехи в обнаружении предвестников на основе лишь экспериментально выявленных закономерностей не являются убедительными, если они неподкреплены модельными построениями.

Поэтому в качестве следующего этапа в исследованиях ВСШ была выполнена разработка физического обоснования выявленныхприливных эффектов и математическое моделирование дальнодействия рассматриваемого предвестника сильного землетрясения.Тематика выполненных исследований соответствует− Приоритетным направлениям фундаментальных исследований в области наук оЗемле (Постановление Президиума РАН № 233 от 01.07.2003 г.): 6.1. Физические поляЗемли, их природа, взаимодействие и интерпретация; 6.3.

Современная геодинамика,движение и напряженное состояние земной коры, сейсмичность и сейсмический прогноз;− Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008−2012 годы (направление № 64. Катастрофические процессы природного и техногенного происхождения, сейсмичность − изучение и прогноз. Развитиеметодов выявления детерминированных составляющих в хаотическом потоке сейсмичности и связанных с ней геофизических полей);− Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013−2020 годы (направление № 70.

Физические поля, внутреннее строение Земли и глубинные геодинамические процессы. Выяснение механизмов преобразования и взаимодействия физических полей Земли на границе земная кора−атмосфера,оценки корреляционных связей вариаций геофизических полей с лунно-солнечнымприливом).Цель работы. Разностороннее исследование воздействия земных приливов насейсмичность низкого энергетического уровня, включающее− обобщение результатов о свойствах приливных эффектов, проявляющихсясходным образом в различных геологических условиях и на различных масштабныхуровнях сейсмичности,− определение условий, при которых проявляется воздействие земных приливовна сейсмический шум,− физическое и математическое моделирование этого процесса.Задачи работы1.

Организация пунктов регистрации ВСШ и проведение многолетних режимныхнаблюдений с целью обеспечения информационной основы дальнейших исследований;32. Исследование особенностей приливного отклика ВСШ;3. Моделирование эффекта модуляции ВСШ приливным воздействием. Для решенияэтой задачи отдельно рассматриваются:– приливные эффекты, обусловленные нелинейностью свойств гетерогенных сред впроцессе распространения через них микросейсмического излучения (физическиймеханизм);– действие приливов непосредственно на активность источников сейсмическойэмиссии (лабораторное моделирование): влияние земных приливов на сейсмичностьвоспроизводится в контролируемых лабораторных условиях;4.

Решение проблемы дальнодействия зоны подготовки землетрясения на область сбора ВСШ (математическое моделирование);5. Сопоставление особенностей приливного отклика сейсмичности на различныхэнергетических уровнях: ВСШ и слабые землетрясения.Фактический материал. В работе используются данные многолетних (начинаяс 1990-х годов) режимных наблюдений на специализированных пунктах регистрациивысокочастотного сейсмического шума, расположенных на Дальнем Востоке, в частности, на Камчатке, где они входят в систему комплексного геофизического мониторинга (КФ ФИЦ ЕГС РАН). Рассматриваемые каталоги слабых землетрясений (с магнитудой ML ≥ 3.5) также получены в ФИЦ ЕГС РАН в ходе детальных сейсмологических наблюдений. Материалы, относящиеся к лабораторным экспериментам с акустической эмиссией, были получены в Геофизической обсерватории “Борок” ИФЗ РАН входе совместных работ.Методы исследования.

При рассмотрении приливных эффектов в сейсмическихшумах комплекс работ включил в себя:– многолетние натурные измерения сейсмического шума специализированными пунктами регистрации, расположенными в различных сейсмоактивных регионах: п-ов Камчатка, о. Шикотан (Курильские о-ва), о. Хоккайдо (Япония);– анализ параметров сейсмического шума, связываемых с приливным воздействием, вцелях мониторинга геодинамической обстановки;– лабораторный эксперимент по разрушению образцов горных пород при одноосномсжатии, моделирующем приливное воздействие в условиях тектонической деформации;– вычислительный эксперимент, направленный на решение вопроса о дальнодействииочага сильного землетрясения на основе гипотезы о развитии протяженных зон приповерхностной дилатансии;– физическое обоснование приливных эффектов в сейсмических шумах (от реологической модели к физическому механизму) на базе известного в акустике механизма негистерезисных амплитудно-зависимых потерь.Защищаемые положенияНа защиту выносятся:41.