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

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР«ЕДИНАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ СЛУЖБА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК»КАМЧАТСКИЙ ФИЛИАЛНа правах рукописиСАЛТЫКОВ ВАДИМ АЛЕКСАНДРОВИЧПРИЛИВНЫЕ ЭФФЕКТЫВ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМАХВ СЕЙСМОАКТИВНОМ РЕГИОНЕДиссертация на соискание ученой степенидоктора физико-математических наук25.00.10 – геофизика, геофизические методыпоисков полезных ископаемыхг. Петропавловск-Камчатский2016 г.2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ………………………………………..………………………………….. 6Глава 1.

ОТКЛИК ГЕОСРЕДЫ НА ПРИЛИВНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ (ОБЗОРСОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ) …………...…...……………………………… 211.1 Высокочастотные сейсмические шумы как поддиапазон сейсмическихшумов ...…………....................................................................…………. 211.2 Геофизическая среда и информативность поля сейсмическойэмиссии ...…………………………………………………………….…. 241.3. Исследования приливного воздействия на высокочастотныйсейсмический шум. Приливная модуляция ..………………....……… 261.4.

Приливное воздействие на сейсмичность …………………………....… 331.5 Лабораторные эксперименты по моделированию приливноговоздействия на сейсмический процесс ..……………………………… 35Заключение к Главе 1 …………..…………………...………………………… 37Глава 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЙВСШ НА БАЗЕ ДОЛГОВРЕМЕННЫХ СТАЦИОНАРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ 412.1 Пункты регистрации ВСШ ………………………...………….………..… 412.2 Специализированный резонансный датчик для регистрации ВСШ …..

442.3 Аппаратно-программные комплексы регистрации ВСШ …………..….. 472.3.1. Пункт “Начики” ………………………………...……....………… 472.3.2. Пункт “Карымшина” ………………………………...……...……. 522.3.3. Пункт “Шикотан” …………………………………...……..……... 532.3.4. Пункт “Эримо” ……………………………………...……………. 562.4 О некоторых особенностях временного хода ВСШ, обусловленныхэкзогенными факторами в различных пунктах наблюдений ……..… 572.4.1 Антропогенный фактор ……………………………...…..…….…. 602.4.2 Ветровое воздействие ………………………………...……..……. 632.4.3 Воздействие прогрева земной поверхности ……………..……… 67Заключение к Главе 2 ..………………………………...…………………...… 69Глава 3. ПРИЛИВНАЯ МОДУЛЯЦИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМОВ И ЕЕПРОЯВЛЕНИЯ ПРИ ДОЛГОВРЕМЕННЫХ НАБЛЮДЕНИЯХ ...……………. 7133.1 Выделение приливных гармоник из рядов ВСШ …………….…………..

723.2 Эффекты нестабильности приливного отклика ВСШ ………………….. 753.3 Мониторинг приливной компоненты ВСШ …………………………….. 773.3.1 Стабилизация фазы приливной компоненты ВСШ приподготовке сильного землетрясения ……………...………….…. 793.3.2 Связь значения стабилизированной фазы с местоположениемготовящегося землетрясения ………………………...………….. 993.3.3 Воспроизводимость выявленного эффекта стабилизации фазы (напримере Тумрокских землетрясений 2003, 2004 гг.) …….....… 1063.3.4 Сопоставление приливных параметров ВСШ с сейсмичностьюпо данным станций на о.

Шикотан (Малые Курилы) им. Эримо (о. Хоккайдо, Япония) ……………...……………….. 1113.4 Концептуальная модель влияния удаленного очага землетрясенияна параметры ВСШ. О зоне сбора ВСШ и протяженныхприповерхностных зонах дилатансии, формирующихся приподготовке сильных землетрясений ………………………....……… 1163.5 К вопросу о приливной модуляции сейсмических шумов приизменении частотного диапазона регистрации …………....………... 1283.5.1 Цифровой широкополосный акселерометр ASA-3 ……...…….. 1303.5.2 Первичная обработка материалов широкополоснойрегистрации ……………………...…………………………..….. 1313.5.3 Приливные эффекты в широкополосных сейсмических шумах 133Заключение к Главе 3 …………….……...…………………………………...

138Глава 4. МЕХАНИЗМ ПРИЛИВНОЙ МОДУЛЯЦИИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХСЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМОВ НА ОСНОВЕ АМПЛИТУДНО-ЗАВИСИМОЙДИССИПАЦИИ …………………………………………………………...……….. 1424.1. Приливная модуляция ВСШ: проблемы интерпретации инаправления их решения ……..…………………………………...….. 1424.2. Механизм негистерезисных амплитудно-зависимых потерьза счет наличия “мягких” дефектов в структуре материала(Реологическая модель) ………………….………………………........ 14944.2.1.

Сопоставление модели с данными по приливной модуляцииволн, излучаемых высокостабильными сейсмическимиисточниками …………………………………………………….. 1544.2.2. Сопоставление с данными по приливной модуляцииэндогенных сейсмических шумов ...…………………....……… 1594.3. Физический механизм приливных модуляционных эффектов …....… 1614.3.1. Ожидаемые особенности модуляции эндогенных ВСШза счет термоупругого поглощения на внутренних контактахв сухих трещинах ……………………………………………….. 1624.3.2. Ожидаемые особенности модуляции эндогенных ВСШза счет вязкого поглощения на флюидонасыщенных трещинахс неровными поверхностями …………………………………... 1744.3.3. Особенности приливной модуляции сейсмического шума приподготовке и реализации сильного землетрясениясогласно модели ………………………………………………… 181Заключение к Главе 4 .……...…...………………...………………………….

184Глава 5. ЛАБОРАТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИЛИВНОЙ МОДУЛЯЦИИВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ШУМОВ …............................….. 1885.1. Эксперименты по деформированию образцов песчаникав условиях одноосного сжатия ……………………….………...…… 1885.2. Особенности поведения акустической эмиссии на различных стадияхнагружения образца ………………………………………...……..….. 193Заключение к Главе 5 ………………………………………...……………… 206Глава 6. ПРИЛИВНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕЙСМИЧНОСТИ:АНАЛОГИИ С МОДУЛЯЦИЕЙ ВСШ ……………………………………..…... 2096.1.

О проблеме неустойчивости проявления приливных эффектовв сейсмичности …………..…………………………….……………... 2096.2. Методика обнаружения в пространстве-времени землетрясений,коррелированных с приливами …………...………………………..... 2126.3. Результаты применения на примере сильного камчатского землетрясения13 ноября 1993 г. MW = 7.0 ...………………………..………………... 2186.4. О возможном механизме приливных эффектов в сейсмичности ….....

2275Заключение к Главе 6 ………………………..………...……...……………... 237ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………….………………………………...………….. 239Список использованной литературы ...…………………………...……………..... 243Приложение 1 Геолого-геофизические особенности районов установки пунктоврегистрации ВСШ ...………………….…...……………..……...………….. 269Приложение 2 Особенности северной части сейсмофокальной зоны Камчатки 284Приложение 3 Аппаратурно-методический комплекс на базе пресса INOVA:технические возможности моделирования слабого периодическоговоздействия …………………............................................……………..…... 288Приложение 4. Список научных публикаций автора по теме диссертации ....... 293Приложение 5.

Акт о внедрении методики обработки данных ВСШ с цельювероятностной оценки развития сейсмической обстановки на территорииКамчатского края ……………………...……………………………………. 3016ВВЕДЕНИЕОбъектом исследования в диссертационной работе являются микросейсмическиеколебания в земной коре, имеющие частоту в первые десятки Гц и занимающиепромежуточный диапазон между сейсмическими волнами от землетрясений игеоакустическими явлениями. Для обозначения этого типа сигналов используетсятермин “высокочастотный сейсмический шум” − ВСШ, а для его эндогеннойкомпоненты – “сейсмическая эмиссия”. На отдельных этапах выполнения работыкак объекты исследования рассматриваются слабые землетрясения (являющиеся,как и сейсмический шум, составной частью единого сейсмического процесса) иакустическая эмиссия (АЭ), рассматриваемая как аналог сейсмичности в ходелабораторного эксперимента.Актуальность работыВ работе излагаются результаты исследований автора по решениюфундаментальной научной проблемы, связанной с исследованиями механизмоввозникновенияиинициированиясейсмичности,атакжемониторингомгеодинамических процессов в литосфере по вариациям параметров геофизическихполей.

В рамках этой проблематики автором рассматриваются вопросы, связанныес возможностью контроля состояния среды при подготовке сильных землетрясенийпо параметрам приливных вариаций высокочастотного сейсмического шума.Актуальность работы имеет практический и теоретический аспекты.Несмотря на достаточно широкий круг выполненных в мире исследованийвысокочастотного сейсмического шума и его отклика на приливное воздействие,многие вопросы требуют дополнительных исследований, в частности, это касаетсяполучения более качественных экспериментальных данных и статистическиобоснованных оценок на их основе, разработки физического обоснованияэкспериментально выявленных эффектов.

Особый интерес представляет изучениемодуляции сейсмической эмиссии непосредственно в сейсмически активномрегионе, где ожидаются изменения напряженно-деформированного состояниясреды, связываемые с подготовкой и реализацией сильных землетрясений.7Остается нерешенным вопрос о моделях приливной модуляции, дающихобъяснение процесса не только на качественном уровне, но и количественно(физическиймеханизм).Всеэтоопределяеттеоретическуюактуальностьдиссертационной работы:Практическая актуальность определяется возможностью использованиярезультатов диссертации при оценке сейсмической обстановки в регионе ипрогнозеземлетрясений.Предложеннаявработеметодикавыявленияпредвестника сильных региональных землетрясений, основанная на измененииотклика ВСШ на приливное воздействие, с 1996 г.

по настоящее времяприменяется при оценке сейсмической обстановки в Камчатском регионе воперативном режиме. Использование формализованных параметров ВСШ дляоценки сейсмической опасности нигде более − ни в России, ни за рубежом непроводится, а синхронизация ВСШ с внешним приливным воздействием передсильными землетрясениями, проявляющаяся в виде стабилизации фазового сдвига,является новым типом параметрических предвестников. В настоящее время этиисследования могут рассматриваться как мониторинг ВСШ, в который входятведение непрерывных долговременных наблюдений, обработка и анализ данных,еженедельнаяподготовкапрогностическихзаключенийосейсмическойобстановке. В ходе мониторинга ВСШ при выявлении предвестников сильныхрегиональных землетрясений с М ≥ 6.0 получены устойчивые положительныерезультаты.Однако любые успехи в обнаружении предвестников на основе лишьэкспериментально выявленных закономерностей не являются убедительными, еслиони не подкреплены модельными построениями.