На примере сильных камчатских землетрясений 2013 гг. с Мw=5.8-8.3, произошедших на расстояниях 180 - 600 км от скважин ЮЗ-5 и 1309, рассматриваются результаты точечной оценки косейсмической объемной деформации по уровнемерным данным. Приводится сопоставление оценок деформации, полученных по амплитудам скачков уровня воды во время землетрясений, и из модели протяженного дислокационного источника в однородном упругом изотропном полупространстве [Okada, 1985, 1992] с параметрами подвижек в очагах, соответствующих фокальным механизмам из международного каталога СМТ. Получено соответствие оценок величин косейсмической деформации в районах скважин ЮЗ-5 и 1309 по амплитудам и по знаку по обоим методам для Охотоморского землетрясения 24 мая 2013 г, Mw=8.3.

Описываются построенные автором в рамках концепции блоковой геосреды модели сейсмотектонического и вулканического процессов. Дается объяснение таким известным геодинамическим свойствам геосреды, как нелинейность (энергонасыщенность), реидность – сверхпластичное течение, и способность двигаться с образованием вихревых геологических структур. Формулируется вывод о том, что миграция очагов землетрясений и извержений вулканов является отражением взаимодействия сейсмического и вулканического процессов, являющихся, по сути, проявлениями единого планетарного волнового геодинамического процесса.

Рассматривается распределение температуры в коре северного Тянь-Шаня, полученное с использованием моделирования на основе данных о скорости продольных волн Vp, зависимости коэффициента теплопроводности от петрологического состава горных пород, температуры и давления. Используемый метод моделирования основан на решении трехмерного уравнения кондуктивного теплопереноса с начальными и граничными условиями с учетом дополнительных источников радиогенного тепла. Тепловой поток на поверхности определяется по спектрозональным спутниковым снимкам с привязкой к данным наземных измерений в скважинах. Проводится сопоставление поля температур и пространственного положения очагов землетрясений, и обсуждаются возможности районирования территории по геотермическим характеристикам при комплексной оценке сейсмической опасности.

С использованием данных непрерывных наблюдений на сети станций GPS на Алматинском прогностическом полигоне демонстрируется способ определения потенциальной энергии геологической среды при смещениях земной поверхности. Скорости современных движений земной поверхности аппроксимируются как величины деформаций в единицу времени. В рамках концепции упругой литосферы рассчитываются тензор напряжений и величины накопленной энергии смещений геологической среды. Приводится сопоставление расчетных величин с сейсмической энергией, выделившейся на изучаемой территории.

Толбачинский Дол – область моногенного вулканизма в южной части Ключевской группы вулканов на Камчатке, образовавшаяся в голоцене и связанная с глубинным разломом (рифтом), пересекающим вулкан Плоский Толбачик. Ранее по результатам комплексных исследований Большого трещинного Толбачинского извержения 1975-1976 гг. (БТТИ) была разработана модель магматического питания разнесенных вдоль рифта эруптивных центров этого извержения, базирующаяся на гипотезе смешения магматических расплавов (Волынец и др., 1978; Флеров и др., 1984). Исследования последних лет позволяют дополнить эти представления. В работе используются результаты низкочастотного микросейсмического зондирования и петрологические данные по составу пород, извергавшихся на Толбачинском Долу на протяжении голоцена, и, в особенности, во время БТТИ. Отличительная черта этого извержения - резкая смена состава пород с высоко-Mg умеренно-К базальтов Северного прорыва на высоко-Al субщелочные базальты и трахиандезибазальты Южного прорыва, с базальтами промежуточного состава, извергавшимися в течение короткого периода миграции центров извержения. Те же три типа пород представлены в продуктах отдельных извержений, формировавших Толбачинский Дол в течение последних 2 тыс. лет. (Брайцева и др., 1984)
В докладе показаны элементы магматической питающей системы:
1. долгоживущая сквозькоровая область магмопроводимости под центральной и северной частью Толбачинского Дола, обеспечивающая поступление на поверхность преимущественно высокомагнезиальной магмы;
2. сублатеральная структура, соответствующая слою нейтральной плавучести магмы на глубинах 15-25 км под вулканом Плоский Толбачик, возможный проводник магмы глиноземистого состава вдоль рифта;
3. сублатеральный магмовод на глубине 4-8 км, уходящий вдоль рифта в южную часть Толбачинского Дола, по которому перемещаются преимущественно магмы промежуточного состава после смешения в области 1.
Элементы модели согласуются с представлениями (Федотов и др., 1991, 2010, 2015; Portnyagin et al., 2015). Модель смешения магм не отвергается по крайней мере для процессов в коре на глубинах до 20-25 км. На базе выявленных магмопроводящих структур уточнена модель питания БТТИ.

С целью изучения взаимосвязей между «неживой» и «живой» природой и социумом авторами составлен список взвешенных по величине природных и социальных катастроф и социальных явлений. За основу классификации события по величине приняты социально значимые параметры о материальных и человеческих потерях. Список, включающий 2400 наиболее значимых взвешенных по величине событий, произошедших на планете с XVI в. до н.э., составлен впервые. Статистический анализ показал существование цикличностей с периодами 280±60 лет, группирование событий на малых временных интервалах и взаимодействие природных катастроф и социальных явлений между собой. Полученные данные могут являться основой для моделирования геосоциального процесса. Доказательство взаимодействия между «неживой» Природой и Социумом позволяет по-новому подходить к прогнозированию демографических кризисов с учетом и природных катастроф, и социальных явлений.

Представляются результаты исследований физического механизма модулирующего воздействия слабых электромагнитных полей звукового диапазона частот на интенсивность геоакустической эмиссии, а также механизма, объясняющего изменения амплитуд откликов ГАЭ на внешнее электромагнитное воздействие во временных окрестностях относительно сильных тектонических землетрясений. Указанные эффекты легли в основу нескольких новых методов мониторинга напряженно – деформированного состояния геосреды, активно используемых в настоящее время при исследованиях на Петропавловск – Камчатском геодинамическом полигоне.

В работе рассмотрено два подхода к моделированию ротационных движений земной коры: в геофизическом приближении (до сотен-тысяч лет), когда земная кора предполагается твердой и блоковой, и в геологическом приближении (миллион лет и более), когда земную кору можно считать текучей средой, по свойствам близкой к жидкости. Описаны соответствующие математические модели, а именно уравнение синус-Гордона и его различные модификации, с помощью которых в рамках ротационной модели блоковой геосреды описывается взаимодействие сейсмофокальных блоков в цепочке. Приведены также некоторые численные результаты и их интерпретация.

Известно, что на территории Севера Русской плиты уже к настоящему времени открыто и с успехом разрабатывается большое количество рудных и иных месторождений. Причем перспективность открытия новых значительных по объему месторождений, например, углеводородов и алмазов, в этом районе весьма значительна. Вместе с тем, использование традиционных и довольно дорогих геофизических и сейсмических методов (ГСЗ) поиска новых месторождений не позволяет получать сведения об их местоположении с хорошим разрешением. Требуется разработка новых или адаптация к региональным условиям, уже апробированных на значительном количестве объектов, методов. В этой связи весьма перспективным представлялось воспользоваться методом низкочастотного микросейсмического зондирования (ММЗ) [Горбатиков, 2006; Горбатиков, Цуканов, 2011], результативность которого проверена автором при выявлении многочисленных разнородных геологических неоднородностей. В течение 2008-2015 гг. проверка эффективности метода проводилась в региональном и локальном планах на территории Архангельской области. Исследования проводились как на ряде тестовых объектов, тщательно обследованных геолого-геофизическими методами, в частности, трубок взрыва им.М.В.Ломоносова и С10 Неноксного поля Архангельской алмазоносной провинции, так и на новых перспективных объектах, например, исследована структура верхней части земной коры на участках Земли Александры арх. Франца-Иосифа (ЗФИ) и Онежского полуострова. Для сейсмологической практики важно использование нами метода для определения места установки сейсмической аппаратуры при выявлении участков консолидированной геологической среды, выбираемых под сейсмические станции Поморье (PMR) и Тамица (TMC).

В рамках концепции блоковой вращающейся геосреды разработана ротационная модель волнового геодинамического процесса. Упругое поле в такой модели описывается симметричным тензором напряжений; оно является следствием закона сохранения момента и может быть описано с помощью уравнения синус-Гордона. Исследование пространственно-временных закономерностей сейсмической и вулканической активности в пределах трех наиболее тектонически активных поясов планеты показало существование такого геодинамического параметра «p», который, с одной стороны, имеет свойства сохраняющейся векторной величины, с другой – является чувствительным к геодинамической обстановке в регионе. Полученные данные позволяют проводить моделирование волнового геодинамического процесса в рамках модифицированного уравнения синус-Гордона.
В рамках такой модели оказывается возможным объяснить всю совокупность данных о миграции сейсмической и вулканической активности.

Автором в течение 25 лет разрабатывается ударно-волновая модель землетрясения: ударная волна (УВ) в момент землетрясения, образуясь в районе гипоцентра, выходит на поверхность Земли и отражается. При этом возникает отраженная волна растяжения (разгрузки), направленная в противоположную (от УВ) сторону. Взаимодействие этих волн приводит к сильным движениям, таким как разрывы поверхности, разуплотнение грунта, колебательные движения грунта и т.п.
Известно, что землетрясения и извержения вулканов происходят на Земле примерно в одно время и - в одном и том же месте (например, на побережье Тихого Океана). Анализируя сейсмическую волновую картину под очагом вулканов, было показано, что в большинстве случаев магматический очаг не имеет корней, уходящих в мантии к внешнему ядру Земли. Возникает вопрос, каким образом возник изолированный от внешнего мира магматический очаг и как в нем происходит подогрев магмы? В этой работе предлагается принципиально новая модель вулкана, согласно которой возникновение магматического очага и его регулярная «подпитка» энергией происходит за счет землетрясений. Физика этих «вулканических» землетрясений (ВЗ) несколько отличаются от - обычных. В обычных землетрясениях ударная волна распространяется в упругой среде, и приходит к поверхности Земли практически без потерь, но зато производит на поверхности разрушения. В вулканических землетрясениях (ВЗ) - УВ встречает на своем пути неупругую (например, пористую) среду, в которой возникает волна разгрузки и УВ диссипирует с нагревом среды и образованием магматического очага. На поверхности земли такое землетрясение «следов» - не оставляет. Аналогичная ситуация возникает в грязевых вулканах, медленных землетрясениях, диатремах, в воронках образующихся в газогидратах и т.п. Здесь, естественно, следы – остаются. По-видимому, во всех рассматриваемых нами случаях мы имеем дело с некоторой особенностью поведения среды, которая при её возмущении, «снимает» возмущение путем генерации УВ и переноса энергии возмущения на любое расстояние от источника возмущения.

Предлагается полуаналитический алгоритм, использующий традиционное представление решения через сферические векторные поверхностные гармоники. Неизвестные функции радиальной переменной образуют вектор движения-напряжения, удовлетворяющий системе обыкновенных дифференциальных уравнений (СОДУ). Задача, как и в случае слоисто однородного полупространства, сводится к расчету импеданса – матрицы, переводящей вектор движения в вектор напряжения – и пропагатора для вектора движения. Для построения решения СОДУ используется аналитическое решение для сферического слоя.
Программа, созданная на основе алгоритма, позволяет эффективно рассчитывать базисные смещения для инверсии GPS смещений в тензор сейсмического момента. В качестве примера приведены результаты инверсии для глубокого Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г.

Классические методы обработки и интерпретации данных георадиолокационного зондирования с выделением полезного сигнала (отраженных и дифрагированных волн) на фоне помех разработаны для территорий с трансверсально-изотропным строением диэлектрического разреза среды. С этой целью применяется ряд процедур: частотная фильтрация с использованием разного рода фильтров (полосовой и режекторный, горизонтальный полосовой, медианный); деконволюция и преобразование Гильберта; выделение контура; сглаживание или обострение сигнала; синтез апертуры; вычитание среднего. Значения скорости распространения электромагнитных волн на радарограммах можно определить по отраженным и дифрагированным волнам. Отталкиваясь от полученных значений, производится расчет диэлектрической проницаемости. В конечном итоге проводится послойная обработка с целью выделения слоев и других элементов геологических структур с привязкой данных по бурению скважин, шурфов, геологических разрезов и карт. В условиях Камчатки геологический разрез даже в приповерхностной части земной коры вследствие формирования отложений и дислокаций сейсмитов, аккумуляции продуктов деятельности вулканов и частой перестройки рельефа, могут отличаться значительной фациальной изменчивостью состава слоев, их мощности и глубин залегания, появлением в разрезах рвущих и секущих тел и разрывов. Это осложняет интерпретацию радарограмм и требует выработки новых подходов к их обработке. В докладе описан разработанный авторами алгоритм такой обработки и интерпретации данных метода георадиолокации для решения разного рода задач на примере ряда районов Камчатки.

Ранее авторами было высказано предположение, что модулирующее воздействие слабых электромагнитных полей на интенсивность ГАЭ, выявленное по результатам комплексных скважинных измерений, связано с изменениями сил вязкого трения между подвижной частью жидкого флюида и поверхностью твердой фазы двойного электрического слоя (ДЭС). Изменения сил вязкого трения происходят с частотой внешнего электрического поля и с амплитудой, пропорциональной амплитуде напряженности этого поля. В масштабе макрообъема геосреды периодическое уменьшение сил трения на берегах трещин, границах зерен, конгломератов и гранул способствует увеличению числа актов геоакустической эмиссии, являющихся следствием процессов перестройки дефектной структуры геосреды на широком спектре пространственных масштабов под воздействием действующих механических напряжений. Одним из возможных путей для проверки данного предположения является физическое моделирование исследуемого явления, широко использующееся в науках о Земле.
В работе представлены результаты цикла экспериментов по ступенчатому одноосному сжатию образцов аргиллитов и гранитов с периодическим воздействием слабого электромагнитного поля. Впервые зарегистрированы отклики акустической эмиссии на повторное электровоздействие при фиксированном значении приложенной к образцу нагрузки. Установлены особенности влияния степени флюидонасыщенности образцов на амплитудно-частотные характеристики импульсов акустической эмиссии.

Приводятся результаты теоретических исследований физических причин и механизмов, обуславливающих изменения амплитуд откликов геоакустической эмиссии на внешнее электромагнитное излучение звукового диапазона частот во временных окрестностях относительно сильных тектонических землетрясений. На основе анализа данных комплексного скважинного геофизического мониторинга авторами было выдвинуто предположение, что для временных окрестностей землетрясений изменение интенсивности геоакустических процессов в геосреде связано как с изменениями амплитуды напряженности внешнего переменного электрического поля, так и с изменениями величин токов электрокинетической природы, вызванных перераспределением порового давления. Для проверки выдвинутых гипотез построена математическая модель эволюции электрокинетических токов при подготовке тектонического землетрясения. С привлечением имеющихся данных скважинных измерений проведено численное моделирование изменения напряженно-деформированного состояния геосреды в районе очага готовящегося землетрясения, перераспределения порового давления, вызванного этими изменениями, а также эволюции электрокинетических токов. В результате численного эксперимента получена зависимость электрокинетического тока от времени в точке, соответствующей глубине установки геофона в измерительной скважине. Построенные изменения электрокинетического тока качественно согласуются с изменениями огибающей амплитуд откликов геоакустической эмиссии на изменения амплитуды напряженности внешнего переменного электрического поля.

Опорный пункт сети радонового мониторинга «Паратунка» (ПРТ) на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне располагается в зоне динамического влияния разлома, трассируемого ручьем Коркина. Регистрация подпочвенного радона (222Rn) ведется в трех точках, одна из которых расположена в зоне полного влагонасыщения. В этой точке наблюдались предвестники в виде однополярного импульса перед двумя землетрясениями: Кроноцким, 5 декабря 1997 г., М=7.7, Н=10 км, R=402 км; землетрясением Авачинского залива М=5.5, Н=82 км, R=55 км. В работе сделан расчет математической модели предвестниковой аномалий, основанный на представлении миграции радона в условиях сжатия или растяжения трещиновато–пористой среды, которой является геосреда, в которой осуществляется регистрация. Полученные модельные кривые удовлетворительно совпадают с экспериментальными.

Нет

В работе представлены результаты оценки параметров динамических систем наблюдаемых вариаций геофизических полей различной природы, чувствительных к напряженному состоянию геологической среды. Показана зависимость оценок параметров размерности динамической системы, корреляционной энтропии и корреляционной размерности от временного масштаба рассмотрения анализируемых вариаций. Представление дискретного потока землетрясений в виде непрерывного ряда позволило оценить параметры формирующей его динамической системы и сравнить их величины с значениями, полученными по данным вариаций объемной деформации.