диссертация (1097841), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Хоккайдо), былоземлетрясение 20 февраля 1997 г., 7 час. 54 мин., = 41.86с.ш., = 142.74в.д.,H = 33 км, МW = 6.0 (Рисунок 3.24). На рисунке 3.25 представлены графикифазового сдвига между двумя волнами приливного потенциала (О1 и М2) исоответствующими им компонентами огибающей ВСШ. Из графиков видно, чтоперед землетрясением в течение нескольких недель наблюдалась стабилизацияфазового сдвига. После землетрясения произошла инверсия фазы (быстрое, впределах половины временного окна, изменение фазы приблизительно на ).Наиболее ярко это проявилось для О1-компоненты ВСШ.
Такой эффект такжеявляется характерным для наблюдаемых на Камчатке случаев [Салтыков и др.,1997а]. Для М2-компоненты ВСШ наблюдается тенденция к такому же изменениюфазы, но из-за больших ошибок ее определения нельзя это утверждать.115Рисунок 3.24 – Карта о-ва Хоккайдо и прилежащих территорий. Отмечены пунктрегистрации ВСШ “Эримо” и землетрясения, произошедшие в феврале 1995 г.
сентябре 1997 г. во время регистрации ВСШ. Параметры землетрясенийсоответствуют каталогу NEIC (Геологическая служба США).42M24Фазовый сдвиг, рад.02/04/9719/03/9712/03/9705/03/9726/02/9719/02/9712/02/9705/02/9729/01/9722/01/9715/01/9708/01/9701/01/9725/12/9618/12/9611/12/9604/12/9627/11/9620/11/9613/11/9626/03/97O1006/11/96Фазовый сдвиг, рад.620-202/04/9726/03/9719/03/9712/03/9705/03/9726/02/9719/02/9712/02/9705/02/9729/01/9722/01/9715/01/9708/01/9701/01/9725/12/9618/12/9611/12/9604/12/9627/11/9620/11/9613/11/9606/11/96-4Рисунок 3.25 – Временной ход фазового сдвига между приливной компонентойВСШ и приливной волнами O1 (вверху) и M2 (внизу). Вертикальный пунктиротмечает время землетрясения 20 февраля 1997 г.
с MW = 6.0.116Так как в течение анализируемого периода вблизи точки наблюденийпроизошлотолькоодноподобноеземлетрясение,следуетограничитьсяединственным комментарием: результаты анализа ВСШ, зарегистрированного наХоккайдо, не противоречат результатам исследования ВСШ на Камчатке −подготовка сильных локальных землетрясений отражается в параметрах ВСШ.3.4 Концептуальная модель влияния удаленного очага землетрясения напараметры ВСШ. О зоне сбора ВСШ и протяженных приповерхностных зонахдилатансии, формирующихся при подготовке сильных землетрясенийРадиус сбора микросейсмической информации станцией ВСШ на частотеf = 30 Гц оценивается в 8 км [Лутиков, 1992].
Камчатские станции регистрацииВСШ удалены от сейсмофокальной зоны более чем на 100 км. Следовательно,зафиксированный эффект синхронизации ВСШ с приливами не относитсянепосредственно к очаговым зонам готовящихся сильных землетрясений, а связан сизменениемсостояниясредывнебольшихобластях,прилежащихкрегистрирующей станции и имеющих линейные размеры до несколькихкилометров. Природа такого значительного дальнодействия при появлениипредвестников нарасстояниях внесколькосотенкилометровоточагаземлетрясения – вопрос дискуссионный и все еще не решенный до конца.Для решения проблемы изменения тензочувствительности ВСШ в периодподготовки сильных землетрясений на большом расстоянии от их очагов былапривлечена гипотеза [Алексеев и др., 2001], в которой рассматриваются процессыформирования протяженных (с линейными размерами до нескольких сотенкилометров) приповерхностных зон дилатансии и микротрещиноватости.Вданномразделесцельюрешенияпроблемыдальнодействияформирующегося очага сильного землетрясения применяется математическоемоделирование и дается оценка возможной протяженности дилатансионных зон,развивающихсявблизисвободнойповерхностивпроцессеподготовкиземлетрясений.Согласно [Алексеев и др., 2001], концентрация напряжений, предшеству-117ющих возникновению сильного землетрясения, вносит свой вклад в изменениесвойств среды в объеме очага и прилежащих к нему обширных приповерхностныхобластях.
При этом происходят крупные реологические изменения в среде иформируются аномальные зоны геофизических полей разной природы. По[Алексеев и др., 2001] наиболее универсальным механизмом развития изменений всреде является раскрытие трещин в зонах повышенных значений сдвиговых ирастягивающих напряжений.
Начальную стадию раскрытия трещин и последующеесостояние среды, при котором развиваются процессы разрушения, большинствосейсмологовсвязываютссостояниемдилатансиисреды,описаннымв[Николаевский, 1982, Brace et al., 1966]: дилатансия – это нелинейноеразуплотнение среды за счет образования трещин сдвига вследствие превышениянаибольших касательных напряжений некоторого порога. Влияние процессовраскрытия микротрещин могут испытывать такие геофизические параметры какгазовая и флюидная проницаемость областей земной коры, уровень подземных вод,электрическое сопротивление, интенсивность газовых потоков и сейсмическойэмиссии и др.В работе [Алексеев и др., 2001] впервые был показан сложный характерформирования зон дилатансии в упругом однородном полупространстве приотсутствии напряжений на свободной поверхности.
В расчетах в качествеисточника тектонических напряжений была применена единичная сосредоточеннаясила. Интересным фактом оказалось образование двух зон дилатансии: очаговой вокрестности точечного силового источника и пограничной в слое около свободнойповерхности. Здесь поле напряжений может содержать сильный вклад касательныхнапряжений на фоне слабого влияния сжимающих напряжений и давления в связис близостью границы, свободной от внешних напряжений. Результаты численногомоделированияпродемонстрироваливозможностьобразованиядостаточнопротяженных приповерхностных зон дилатансии с линейными размерами донескольких сотен километров и сложной формой проекции на дневнуюповерхность.
Отмечено, что поверхностные зоны дилатансии ведут себядостаточно изменчиво в зависимости от параметров модели. Предполагается, чтопри действии нескольких разнесенных в пространстве источников переменной во118времени интенсивности картина перемещения дилатансных зон по поверхностиможет быть достаточно сложной. Расчеты областей дилатансии для широкогонабора реалистичных вариантов строения среды и условий нагружения прииспользовании альтернативных критериев разрушения материала под действиемрастяжения и скалывающих нагрузок показывают согласованность результатов.Это позволяет предположить, что приповерхностная зона дилатансии можетсуществовать в реальных природных условиях, характеризующихся сложностью,мозаичностью, контрастностью свойств. Энергетической средой, в которойосуществляется связь очаговой и приповерхностной зон дилатансии, являетсяединое поле напряжений, создаваемое силами в источнике готовящегосяземлетрясения.Идеология работы [Алексеев и др., 2001] взята за основу представляемого вразделе исследования.Основные отличия предлагаемого подхода от построений приповерхностныхзон дилатансии, выполненных ранее другими авторами:– использование модели протяженного очага землетрясения.
Ранее применялисьлибо единичная сосредоточенная сила [Алексеев и др., 2001], либо пара сил безмомента [Гольдин и др., 2007, Козлова, 2004, Назарова, Козлова, 2004, Пережогин,2009];– уходотширокодеформированногоиспользуемойсостоянияв(условиегеомеханикеприменимостимоделитакойплоскогомодели−независимость смещений от одной из координат) к трехмерной модели;– учет регионального компонента напряженно-деформированного состояниясреды: задание фоновых напряжений на основе модели готовящегося сильнейшегоземлетрясения с использованием данных по реальным сильнейшим сейсмическимсобытиямКамчаткизаисторическийпериодипредположенияофазесейсмического цикла в настоящее время;– использование в расчетах сейсмического КПД.Нижепредставленыпримеры,которыенаосновематематическогомоделирования показывают, что для камчатских землетрясений, перед которыминаблюдаласьсинхронизацияВСШиприливов,возможноразвитие119приповерхностных зон дилатансии в точке ведения регистрации ВСШ (т.е.
назначительном расстоянии от инструментального эпицентра).Базовые элементы предлагаемой математической моделиВ основу численных экспериментов, выполненных в ходе исследований,заложены следующие представления:– модель литосферы рассматривается как однородное изотропное упругоеполупространство;– в качестве модели очага землетрясения взят протяженный источник:дислокация (прямоугольник с постоянным вектором подвижки);– расчет напряжений в конкретной точке полупространства через параметрыдислокационного источника и характеристики среды ведется по формулам работы[Okada, 1992].Задание параметров очага:Параметры очага (координаты центроида, сейсмический момент, параметрыплоскостей разрыва) задаются в соответствии с каталогом механизмов очаговземлетрясений (“The Global CMT Project” (США)).
Положение центра площадкиочага (дислокации) совмещается с центроидом.Размеры очага определяются по значению скалярного сейсмическогомомента M0 на основе корреляционных формул из работы [Гусев, Мельникова,1990].Для длины дислокации L и ширины W имеем:lg( L) 0.5MW 1.85 ,lg(W ) 0.5MW 2.25 ,где M W 2lg( M0 ) 10.7 – моментная магнитуда, размерность L и W − км.3Величина подвижки U M0, где μ – модуль сдвига, S – площадьSдислокации.Компоненты подвижки по простиранию и падению определяются по ее120величине U с учетом уклона (slip), значение которого приведено в каталоге CMT.В расчетах используется понятие сейсмического КПД .
Суммарная энергияочага, определяющая напряженно-деформированное состояние в исследуемойобласти,вычисляетсяизсейсмическойэнергиисучетомповышающихкоэффициентов в диапазоне 10 – 100, что соответствует = 1 – 10% [Костров,1975; Добровольский, 1991; Ребецкий, 2007; Earthquakes…, 2006; Kanamori, 2006 идр.]Задание параметров среды:Свойства среды приняты одинаковыми во всей расчетной области (упругоеполупространство) и соответствуют крепким горным породам. Задаются: –плотность породы ( = 3.0 г/см3), – коэффициент внутреннего трения ( = 0.5), Y– сцепление породы (Y = 5105 Н/м2), μ – модуль сдвига, λ – параметр Ламэ(λ = μ = 3.6751010 Н/м2).Задание фоновых региональных напряжений и деформацийВ результате взаимодействия региональных и локальных тектонических силв сейсмоактивных зонах могут возникать области высокой концентрациитектонических напряжений.
В сейсмоактивных зонах большие объемы средынаходятся в аномально высоком напряженно-деформированном состоянии, котороереализуется через сейсмическую активность. В рассматриваемом регионе фоновыетектонические деформации определяются процессом субдукции: поддвигомТихоокеанской литосферной плиты под Камчатку.Фоновое напряженно-деформированное состояние среды может бытьоценено через модель развивающегося гипотетического очага сильнейшегоземлетрясения, оказывающего воздействие на регион в целом. В нашем случаепредполагается, что на региональном уровне деформации могли быть снятысильнейшими землетрясениями 1923 г.(MW = 8.5 − 8.8) и 1952 г.(MW = 9.0) [Гусев,Шумилина, 2004; Гусев, 2006].Очаг модельного сильнейшего землетрясения, определяющего фоновоенапряженно-деформируемое состояние среды в регионе, строится как протяженная121дислокация, включающая области очагов 1923 и 1952 гг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
