диссертация (1097841), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Поэтому в качестве следующегоэтапа в исследованиях ВСШ была выполнена разработка физического обоснованиявыявленныхприливныхэффектовиматематическоемоделированиедальнодействия 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. Физическиеполя Земли, их природа, взаимодействие и интерпретация; 6.3.
Современная8геодинамика, движение и напряженное состояние земной коры, сейсмичность исейсмический прогноз;− Программе фундаментальных научных исследований государственных академийнаук на 2008 - 2012 годы (направление № 64 «Катастрофические процессыприродного и техногенного происхождения, сейсмичность - изучение и прогноз»Развитие методов выявления детерминированных составляющих в хаотическомпотоке сейсмичности и связанных с ней геофизических полей);− Программе фундаментальных научных исследований государственных академийнаук на 2013 - 2020 годы (направление № 70. Физические поля, внутреннеестроение Земли и глубинные геодинамические процессы.
Выяснение механизмовпреобразования и взаимодействия физических полей Земли на границе земнаякора − атмосфера, оценки корреляционных связей вариаций геофизических полей слунно-солнечным приливом)Цель работыРазностороннееисследованиевоздействияземныхприливовнасейсмичность низкого энергетического уровня, включающее− обобщение результатов о свойствах приливных эффектов, проявляющихсясходным образом в различных геологических условиях и на различныхмасштабных уровнях сейсмичности,− определение условий, при которых проявляется воздействие земных приливов насейсмический шум,− физическое и математическое моделирование этого процесса.Задачи работы1.
Организация пунктов регистрации ВСШ и проведение многолетних режимныхнаблюденийсцельюобеспеченияинформационнойосновыдальнейшихисследований;2. Исследование особенностей приливного отклика ВСШ;3. Моделирование эффекта модуляции ВСШ приливным воздействием. Для9решения этой задачи отдельно рассматриваются:– приливные эффекты, обусловленные нелинейностью свойств гетерогенных средв процессе распространения через них микросейсмического излучения (физическиймеханизм);– действие приливов непосредственно на активность источников сейсмическойэмиссии(лабораторноемоделирование):влияниеземныхприливовнасейсмичность воспроизводится в контролируемых лабораторных условиях;4.
Решение проблемы дальнодействия зоны подготовки землетрясения на областьсбора ВСШ (математическое моделирование);5. Сопоставление особенностей приливного отклика сейсмичности на различныхэнергетических уровнях: ВСШ и слабые землетрясения.Фактический материалВ работе используются данные многолетних (начиная с 1990-х годов)режимныхнаблюденийнаспециализированныхпунктахрегистрациивысокочастотного сейсмического шума, расположенных на Дальнем Востоке, вчастности, на Камчатке, где они входят в систему комплексного геофизическогомониторинга (Камчатский филиал Федерального исследовательского центра“Единая геофизическая служба РАН”).
Рассматриваемые каталоги слабыхземлетрясений(смагнитудойML ≥ 3.5)такжеполученывФедеральномисследовательском центре “Единая геофизическая служба РАН” в ходе детальныхсейсмологическихнаблюдений.Материалы,относящиесяклабораторнымэкспериментам с акустической эмиссией, были получены в Геофизическойобсерватории “Борок” Института физики Земли РАН в ходе совместных работ.Методы исследования (методология)При рассмотрении приливных эффектов в сейсмических шумах комплексработ включил в себя– Многолетние натурные измерения сейсмического шума специализированнымипунктами регистрации, расположенными в различных сейсмоактивных регионах:10п-ов Камчатка, о.
Шикотан (Курильские о-ва), о. Хоккайдо (Япония);– Анализпараметровсейсмическогошума,связываемыхсприливнымвоздействием, в целях мониторинга геодинамической обстановки;– Лабораторный эксперимент по разрушению образцов горных пород приодноосномсжатии,моделирующемприливноевоздействиевусловияхтектонической деформации;– Вычислительныйэксперимент,направленныйнарешениевопросаодальнодействии очага сильного землетрясения на основе гипотезы о развитиипротяженных зон приповерхностной дилатансии;– Моделирование приливных эффектов в сейсмических шумах (от реологическоймодели к физическому механизму) на основе известного в акустике механизманегистерезисных амплитудно-зависимых потерь.Защищаемые положенияНа защиту выносятся:1.
эффект приливной модуляции сейсмических шумов, имеющий следующиеособенности: (i) нестабильность во времени; (ii) характерная глубина модуляции науровне нескольких процентов; (iii) связь с напряженно-деформированнымсостоянием среды, отражаемым в подготовке сильных локальных землетрясений;2. новый тип параметрического предвестника землетрясений, характеризуемыйстабилизациейфазовогосдвигамеждувыбраннойволнойприливногогравитационного потенциала и выделенной из рядов огибающей ВСШ гармоникойс соответствующим приливным периодом;3. механизм приливной модуляции эндогенных сейсмических шумов за счетмодуляцииразмераобластиихсбора,обусловленнойнегистерезиснымамплитудно-зависимым поглощением в земных породах, позволивший датьобъяснение ряду экспериментально обнаруженных особенностей ВСШ.Научная новизна работы1. Синхронизация ВСШ с внешним приливным воздействием рассматривается11как прогностический признак и является новым, ранее не обнаруженнымпредвестником землетрясений.2.
Проведенные лабораторные эксперименты по моделированию приливныхэффектов в сейсмичности (одноосное сжатие образцов) показали существованиеамплитудной модуляции акустической эмиссии на стадии предразрушения образцав условиях малых периодических осцилляций деформации (превышение на трипорядка медленно меняющейся фоновой деформации над модулирующейсоответствует соотношению между тектонической и приливной деформациями).3. Обнаружена зависимость характера отклика акустической эмиссии напериодическое воздействие от напряженного состояния образца.4.
Предложено объяснение известному уже более 30 лет, но не имевшемуудовлетворительной интерпретации эффекту корреляции между приливнымидеформациями земной коры и наблюдающимися вариациями интенсивностисейсмических шумов.5. Проведены аналогии между приливной модуляцией сейсмического шума икорреляцией слабых землетрясений с приливами, включающие выявление общихсвойств и соответствие одному физическому механизму.Достоверность полученных результатов обеспечивается− значительным объемом экспериментальных данных;− согласованностью теоретических расчетов и лабораторных экспериментов срезультатами статистической обработки натурных данных;− непротиворечивостью результатов в случае использования сейсмоприемниковразличной конструкции и проведения наблюдений ВСШ в различных пунктах.Научная и практическая значимость работыПолученныерезультатымогутбытьиспользованыприразработкетехнологии снижения риска опасных природных явлений (землетрясений), дляснижения экономического ущерба и числа жертв среди населения.
Мониторингпараметров сейсмических шумов на Камчатке ведется в оперативном режиме.Полученные новые данные о контролируемом процессе (отклике разномасштабной12сейсмичности на земные приливы) легли в основу разработанной прогностическойметодики. Методика прогноза сильных локальных землетрясений по вариациямотклика ВСШ на приливное воздействие внедрена в деятельность Камчатскогофилиала Единой геофизической службы РАН. Заключения о сейсмическойобстановке, составленные поэтойметодике, еженедельнопередаютсявКамчатский филиал Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений,оценке сейсмической опасности и риска.Организацияспециализированныхдолговременныхнаблюденийвысокочастотного сейсмического шума обеспечила получение рядов непрерывныхданных, которые по длительности не имеют аналогов.
Анализ продолжительныхрядов ВСШ выявил ряд фундаментальных свойств отклика на приливноевоздействие, к наиболее важным из которых следует отнести нестабильностьэффектамодуляции, котораясвязываетсяс напряженно-деформированнымсостоянием среды.Результаты лабораторного и математического моделирования, разработкифизического механизма приливного отклика направлены на создание комплексноймодели предвестниковых эффектов в сейсмических шумах и их связи спрогнозируемым явлением – сильным землетрясением. Эти модели существенноповышают обоснованность прогнозирования и выводят используемую методику изразряда эмпирических закономерностей.Такимобразом,объединяетсярешениефундаментальныхпроблемгеофизики и прикладных задач, связанных с прогнозом землетрясений и оценкойсейсмической опасности.Личный вклад автора Определение стратегии исследования явления воздействия приливов насейсмический шум.
Планирование и определение схемы исследований на всехэтапах представляемой работы. Участие в организации и проведении наблюдений на всех пунктах ВСШ. Создание методики обработки и анализа ВСШ. Проведение обработки материалов, полученных в ходе регистрации ВСШ в13природных условиях и лабораторных экспериментов. Интерпретация результатов натурных и лабораторных наблюдений, а такжевычислительных экспериментов.Под непосредственным руководством автора созданы и в дальнейшемусовершенствованы алгоритмы и программы для обработки ВСШ и сейсмическихданных, а также выполнены расчеты.Соискателем было предложено для объяснения приливных эффектов всейсмических шумах использовать результаты сотрудников Института прикладнойфизики РАН (г. Нижний Новгород) д.ф.-м.н.
В.Ю. Зайцева и к.ф.-м.н. Л.А.Матвеева, показавших возможность существенного влияния очень слабыхдеформаций горных пород на поглощение акустических волн,. В результатесотрудничества была создана диссипативная модель приливной модуляциисейсмических шумов. Вклады соавторов равнозначны.Лабораторное моделирование приливного воздействия на сейсмичностьпроводилось при совместных работах с к.т.н. А.В. Патониным (Геофизическаяобсерватория “Борок” Института физики Земли РАН). Диссертант определял схемуэкспериментов с учетом технических возможностей аппаратного комплекса“INOVA”. Эксперименты были проведены при непосредственном участии автора.Анализ данных и интерпретация результатов проведены диссертантом лично.Разработка программного обеспечения численного моделирования развитияпротяженныхприповерхностныхзондилатансиипроведенак.ф.-м.н.В.М.
Павловым (Камчатский филиал Федерального исследовательского центра“Единая геофизическая служба РАН”).Диссертантом лично написано более двух третей объема публикаций потеме диссертации.Автор принимал участие в качестве руководителя или ответственногоисполнителя в выполнении следующих проектов:– по грантам Российского фонда фундаментальных исследований “Воздействиеземных приливов на сейсмичность различных масштабов” 01-05-65325-а, 05-0564276-а,“Экспериментальноеисследованиесейсмическихшумоввсейсмофокальной зоне с целью мониторинга напряженного состояния среды” 04-1405-65210-а, “Отклик сейсмических шумов на приливы как индикатор напряженнодеформированного состояния среды при подготовке сильных землетрясений:экспериментальные исследования и моделирование” 07-05-00225-а, “Приливныеэффекты в вариациях фоновой сейсмичности и сейсмоакустической эмиссии:лабораторныйэксперимент,математическоемоделирование,режимныенаблюдения в сейсмоактивном регионе” 08-05-00692-а, “Приливные эффекты ввариациях сейсмической эмиссии в сейсмоактивном регионе по даннымширокополосной регистрации” 11-05-00303-а.– “Разработка эффективных технологий среднесрочного прогноза и оперативногоконтроля за потенциальными очагами сильных землетрясений” в рамкахвыполнения мероприятия 43 Федеральной целевой программы “Снижение рисков исмягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенногохарактера в Российской Федерации до 2015 года”.Результаты исследований, полученные диссертантом в рамках этихпроектов, также вошли в диссертационную работу.Апробация работыРезультаты,полученныенаразличныхэтапахисследований,былипредставлены на международных и российских научных конференциях исовещаниях, в том числе на Всероссийской научной конференции “Геология,геохимия и геофизика на рубеже XX и XXI веков, к 10-летию РФФИ”(Москва − Иркутск, 2002), на Генеральных Ассамблеях IUGG МеждународногоСоюза по Геодезии и Геофизике (Саппоро, Япония, 2003; Мельбурн, Австралия,2011; Прага, Чехия, 2015), на Генеральных Ассамблеях IASPEI МеждународнойАссоциации по Сейсмологии и Физике Недр Земли (Сантьяго, Чили, 2005;Кейптаун,ЮАР,2009),наГенеральныхАссамблеяхESCЕвропейскойСейсмологической Комиссии (Генуя, Италия, 2002; Потсдам, Германия, 2004;Женева, Швейцария, 2006; Москва, 2012), на Генеральных Ассамблеях АSCАзиатской Сейсмологической Комиссии (Катманду, Непал, 2002; Ереван, Армения,2004; Бангкок, Таиланд, 2006; Цукуба, Япония, 2008; Ханой, Вьетнам, 2010; УланБатор, Монголия, 2012; Макати, Филиппины, 2014), на конференции “Проблемы15сейсмичностиДальнегоВостока”(Петропавловск-Камчатский,1999),наконференциях, посвященных Дню вулканолога (Петропавловск-Камчатский, 2003,2004, 2005, 2008), на Международной конференции “Проблемы сейсмологии IIIтысячелетия”(Новосибирск,2003),наМеждународнойшколе-семинаре“Физические основы прогнозирования разрушения горных пород” (Красноярск,2001, Санкт-Петербург, 2010, Иркутск, 2013, Апатиты, 2016), на Международныхконференциях“Солнечно-земныеземлетрясений”(Паратунка,связиКамчатка,иэлектромагнитные2004,2007),напредвестникиМеждународнойконференции “Проблемы нелинейной волновой физики” (Санкт-Петербург –Нижний Новгород, 2005), на Международном симпозиуме “Проблемные вопросыостровнойиприбрежнойсейсмологии”(Южно-Сахалинск,2005),наМеждународной конференции “Активный геофизический мониторинг литосферыЗемли” (Новосибирск, 2005), на конференции “Геофизический мониторингКамчатки”(Петропавловск-Камчатский,2005),наМеждународнойсейсмологической школе (Петергоф, 2006; Нарочь, Белоруссия, 2012, Чолпон-Ата,Киргизия, 2016), на конференциях “Геофизические чтения им.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
