В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Оба момента уравновешивают друг друга. Заменареального напряженного состояния фиктивной системой силовых диполей представляетсобой не более чем удобный математический прием для рассмотрения излучения волн,когда вспарывается фокальная плоскость и снимаются (стремятся к нулю) дипольныеисточники на плоскости разрыва SВернемся теперь к нашему изложению. Задача Накано была решена А.В.
Введенской в 1956 г. (рис. 10). Подробная подпись к рис. 101 разъясняет реальное(а) и фиктивное (б) распределение сил в очаговой зоне. Теперь легко видеть,как возникают нодальные линии на фокальной сфере, т.е. сфере с центром в ги1 Для36понимания дальнейшего необходимо внимательно прочесть подпись к рис. 10.поцентре землетрясения, и, соответственно, нодальные плоскости. Обратимся крис.
10,а и посмотрим, что произойдет, если вспарывается фокальная плоскостьи площадка разгружается от напряжений. При «снятии» главного сжимающегонапряжения по оси i пойдет импульс растяжения, и аналогично «снятие» главного растягивающего напряжения даст по оси k импульс сжатия. Так как силырастяжения сжатия равны но величине и расположены симметрично относительно осей Oy и Oz, то смена знака первых вступлений должна происходитьна плоскостях xy и xz.Посмотрим теперь, как будут расположены нодальные плоскости, если мыповернем плоскость разрыва вокруг оси Ox на 90∘ .
Тогда плоскость разрываперейдет в перпендикулярную к ней плоскость xy, а перпендикулярной плоскостью станет плоскость xz. При этом нодальные плоскости останутся на месте, имы видим, что, определив по записям первых вступлений положение нодальныхплоскостей, мы не можем сказать, какой из рассмотренных вариантов геометриив очаге имел место. В связи с этим в сейсмологии выражение «механизм очагаземлетрясения» имеет значительно более узкий смысл, чем это может показаться на первый взгляд.
Так называют пару нодальных плоскостей или, что то же,пару ортогональных векторов n и b, причем n — нормаль к поверхности разрываи b — вектор, лежащий в плоскости разрыва и указывающий направление смещения (подвижки) при землетрясении. Считается, что n и b задают ориентациюдвух точечных двойных сил с компенсирующимися моментами. Необходимыедополнительные данные для определения плоскости разрыва получают или спомощью прямых наблюдений, если разрыв выходит на поверхность, или поафтершокам1 землетрясения, очаги которых оконтуривают плоскость подвижки.Если картина первых вступлений сейсмических волн и система нодальныхлиний не позволяют однозначно определить ориентацию разрыва, то направления главного растягивающего и сжимающего напряжений в очаге (i и k нарис.
10,а) получаются однозначно. Карта упругих напряжений Земли по даннымо механизмах землетрясений приведена на рис. 11. Она построена А.В. Введенской с сотрудниками2 . Рассматривая эту карту, можно сделать следующиеобщие выводы. Прежде всего, поле упругих напряжений Земли имеет планетарный характер.
Мы видим, что наиболее сейсмически активная область земногошара — Тихоокеанский сейсмический пояс — находится в условиях горизонтального одностороннего сжатия. Наоборот, основные рифтовые структуры Земли(Срединно-Атлантический хребет, Восточно-Африканский и Байкальский риф1 Афтершоками называются более слабые толчки, которые следуют за сильным землетрясением.2 Балакина Л.М., Введенская А.В., Голубева Н.В., Мишарина Л.А., Широкова Е.И. Поле упругих напряжений Земли и механизм очагов землетрясений. — М.: Наука. 1972.37ты) находятся в условиях горизонтального растяжения. Определение поля упругих напряжений исключительно важно для тектоники.
Оно широко используетсядля аргументации в пользу новой глобальной тектоники — тектоники плит.В заключение этого параграфа рассмотрим вопрос о физических параметрахочага землетрясения. Новую количественную характеристику очага, его сейсмический момент(8)M0 = μ Sb̄,ввел в обиход в 1966 г.
японский сейсмолог Аки, в настоящее время работающий в США. Сейсмический момент M0 равен величине механического моментафиктивной пары сил в источнике (см. рис. 10,б), b̄ — средняя подвижка в очаге.Сейсмический момент является характеристикой длиннопериодной части спектра поверхностных волн и соответственно может быть определен по записямповерхностных волн с точностью до коэффициента ∼ 2–3.
Следующей важнойхарактеристикой является упругая энергия W очаговой области, высвобождающаяся при землетрясении. Ясно, что энергия сейсмических волн Es составляеттолько часть W :(9)Es = η W,где — η сейсмический к. п. д. η < 1. Пока что определить экспериментально W не удается, но если это будет сделано, то это заметно продвинет впередсейсмологию. Характеристиками очага являются также начальное τ0 и конечное τ1 напряжения в очаге, величина сброшенного напряжения Δτ = τ0 − τ1 ,среднее напряжение τ̄ = (τ0 + τ1 )/2. Упругая энергия W равна работе среднегонапряжения τ̄ на разрыве:τ̄(10)W = Sb̄τ̄ = M0 .μРазмеры разрыва можно охарактеризовать радиусом a, если он близок к кругу, и длиной L и шириной w, если он имеет прямоугольную форму. При рассмотрении размерных соотношений вводят характерный размер L̃ очага, S ∼ L̃2 .Изменение деформации при землетрясении ∼ b̄/L̃, и если мы умножим его намодуль сдвига, то получим оценку сброшенного напряженияΔτ ∼ μ (b̄/L̃).Подставив μ b̄ из (11) в (8), мы получим связь M0 с Δτ и S (L̃ ∼M0 ∼ S3/2 Δτ .√(11)S):(12)Для тех землетрясений, для которых известны как M0 , так и S, формула (12)позволяет оценить величину сброшенного напряжения Δτ ∼ 10–100 бар.
Известно, что для сейсмических поясов (межплитовых землетрясений) Δτ систематически меньше (∼ 30 бар), чем для внутриплитовых землетрясений ( ∼ 100 бар).3839Рис. 11. Ориентация главных осей напряжений в поле упругих напряжений Земли. Наибольшие относительныесжатия (1, 2, 3) или растяжения (4, 5, 6) ориентированы горизонтально и вкрест простирания структурСледовательно, межплитовые зоны являются ослабленными по сравнению свнутриплитовыми.Так как магнитуда MS и сейсмический момент M0 являются характеристикамидлинноволнового спектра, то между ними должна существовать простая связь.Прежде чем установить эту связь, необходимо рассмотреть важный вопрос оподобии землетрясений. Важность этого вопроса видна из того, что в сейсмологии большинство основных эмпирических соотношений устанавливается путемстатистической обработки данных сейсмограмм для большого числа землетрясений. С другой стороны, применение статистики требует подобия событий.Естественно, что эта проблема не могла не привлечь внимание сейсмологов.Для рассмотрения подобия землетрясений необходимо ввести кинематическиехарактеристики процесса вспарывания разрыва.
Для этой цели используют двавремени: tl и t f . Первое из них называется локальным временем роста дислокации. Оно равно времени смещения в конечное положение точек разрыва,совпадавших до землетрясения. Величина t f = L/v определяется как среднеевремя образования разрыва, где v — средняя скорость его вспарывания. Американские сейсмологи X. Канамори и Д. Андерсон сформулировали следующиетри условия подобия землетрясений:w/L = c1 ,b̄/L = c2 ,tl /t f = c3 ,(13)где c1 , c2 , c3 считаются константами.
Первое условие требует подобия геометрии разрыва, второе — подобия снятой деформации или, что то же самое,снятого напряжения и, наконец, последнее условие характеризует подобие кинематики (или динамики) разрыва. Для большинства изучаемых землетрясений(MS > 6) выполнение условий подобия дает MS ∼ lg L2 , а так как M0 ∼ L3 (12),то lg M0 ∼ 3/2 MS . В той же области магнитуд ES ∼ L3 , и мы легко приходимк формуле Гутенберга – Рихтера (6), связывающей сейсмическую энергию ESс магнитудой MS .Для сильнейших, катастрофических землетрясений (L ≳ 100 км) выполнениеусловий подобия дает MS ∼ lg L ∼ 1/3 lg M0 ∼ lg ES , и можно ожидать отклоненийот соотношения Гутенберга – Рихтера (6). Это и не удивительно, так как сильнейшие землетрясения, видимо, слишком индивидуальны и, возможно, вообщеплохо подчиняются статистике.Мы много места уделили землетрясениям. Но следует помнить, что изучениеземлетрясений составляет половину сейсмологии. В этой сложной области, какэто часто бывает в геофизике, когда мы говорим «да», то это в лучшем случаеозначает «может быть».
С другой стороны, нас часто выручает железный закон,согласно которому тройку по сравнению с единицей можно считать величинойбесконечно большой, а одну треть — бесконечно малой, т. е. попросту считатьравной нулю.401.5.Предсказание землетрясений«Проблема прогноза землетрясений является в настоящее время тем научным направлением, вокруг которого в странах, подверженных действию разрушительных землетрясений, сосредоточиваются наиболее широкие и целенаправленные исследования в области геологии и геофизики. Работы по прогнозутребуют широкого комплекса исследований но изучению природы и проявленияземлетрясений для определения места их возникновения, времени и ожидаемойсилы. К этим направлениям прогноза самым тесным образом примыкает прогнозсейсмического воздействия на поверхности Земли.
В какой-то степени мелкомасштабные и детальные сейсмические районирования являются также общейчастью прогнозной проблемы с тем существенным различием, что прогноз времени, места и силы является «динамическим» прогнозом, а районирование —«статическим». В перспективе можно рассматривать предотвращение землетрясений инженерными методами как итоговое направление прогноза». Так формулируют проблему руководители этих исследований в СССР М.А. Садовскийи И.Л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
