приводят к выводу о вращении образующихся в материале трещин [Магницкий, 1965; Yoffe, 1951]. Тектонофизические исследования 1960-1970 гг. устанавливают

пространственную волнистость крупных тектонических разрывов и формулируют вывод, что представления об их прямолинейности часто не соответствуют наблюдаемым фактам [Гзовский, 1975].

Вконце 50 – 60 гг. ХХ в. устанавливается блоковый характер геологической среды, делается вывод о том, что каждый блок обладает самостоятельной движущей силой,

связанной с вращением Земли [Пейве, 1961].

1965 г. Д. Кюхеманн [Kuchemann, 1965] приходит к важному, в том числе и для геодинамики, выводу, согласно которому «вихри – это мышцы и жилы гидродинамики»

[Сэффмэн, 2000, с. 7].

Вначале 1970-х гг. обращается внимание на важность механических задач с

собственным моментом количества движения макроскопических по размерам объемов вещества [Седов, 1973].

В1960 – 1980 гг. разрабатываются механические блоковые модели геофизической среды [Садовский, Писаренко, 1991], включая и модели с поворачивающимися блоками [Николаевский, 1996], в рамках которых находит свое теоретическое объяснение волновая природа тектонического процесса [Викулин, 2003].

В2004 и 2007 гг. выходят в свет первые специализированные сборники научных работ [Вихри, 2004; Ротационные, 2007], посвященные развитию представлений о вихревых движениях в геологии.

Моментная природа геодинамического процесса

Становление ротационных вихревых представлений в тектонике подробно было описано на примере геофизической блоковой (в смысле А.В. Пейве – Л.И. Седова - М.А. Садовского) среды. Основным результатом такого рассмотрения явилось доказательство возможности аналитического описания сейсмотектонического процесса в пределах переходных зон окраины Тихого океана в рамках волновой модели с характерной скоростью, определяемой угловой скоростью вращения Земли вокруг своей оси [Викулин, 1990; 2003; 2008а, б, с. 114-168; Викулин, Иванчин, 1998; Vikulin, Tveritinova, 2008]. Суть сводится к следующим узловым положениям, излагаемым в этом и следующем разделах.

Взаимодействие землетрясений. Анализ показал, что каждое из распределений северо-западно-тихоокеанских землетрясений ХХ века – пространственное (sp), временное (t), магнитудное (энергетическое, m) - имеет особенности в окрестностях двух точек:

M1:sp,t,m = 7,7 ± 0,2 , M2:sp,t,m = 5,3 ± 0,1,

(11.1)

что физически определяет два типа взаимодействия между их очагами. Первый тип взаимодействия соответствует «отталкиванию» очагов сильнейших (M ≥ M1,sp )

землетрясений (сейсмических брешей первого типа) друг от друга, что выражается в их непересечении в течение сейсмического цикла [Федотов, 1965, 1968], продолжительность которого для северо-западной окраины Тихого океана составляет:

Tsp =190 ± 40 лет.

(11.2)

Второй тип взаимодействия, наоборот, соответствует взаимному «притяжению» сейсмических брешей второго типа (сейсмических дыр, зон молчания, зон затишья и др.) друг к другу, их «втягиванию» внутрь очага сильнейшего землетрясения [Викулин, Журавлев, 1987].

295

При этом распределение значений доверительной вероятности на фазовой плоскости (с осями магнитуда - временной интервал между совокупностями северо- западно-тихоокеанских землетрясений ХХ века) образуют замкнутые линии, соответствующие характерному периоду сейсмического процесса продолжительностью:

	Tt	= 230 ± 60 лет.	(11.3)
Близость особых «пространственных» и «временных» значений магнитуд (11.1)
M1,sp ≈ M1,t	и продолжительностей		характерных «пространственных» (11.2) и
«временных»	(11.3)	периодов Tsp ≈Tt	позволяет предположить существование

пространственно-временных закономерностей в распределении очагов землетрясений их миграции со скоростью, равной коэффициенту пропорциональности между координатами следующих друг за другом эпицентров землетрясений определенной магнитуды с одной стороны и временами в их очагах – с другой.

Все данные о скоростях миграции для тихоокеанской окраины собраны в [Викулин, 2001, 2003; Викулин, Водинчар, Мелекесцев и др., 2007: Осипова, 2008] и представлены на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Значения скоростей миграции тихоокеанских землетрясений и определенные по ним зависимости M (LgV ) . 1 – данные, полученные ранее [Викулин,

2001, 2003; Викулин, Иванчин, 1998]; 2-5 – более поздние данные, полученные в [Викулин, Водинчар, Мелекесцев и др., 2007; Осипова, 2008], 3 – скорость миграции сильнейших землетрясений-дуплетов с МW = 8,1-8,7 в 1897-1901 гг. вдоль окраины Тихого океана; 4 – скорости миграции толчков в дуплетах 4.11.1952, Камчатка, МW = 9,0 и 13.11.1963 Курилы, МW = 8,7 [Викулин, 2003; Викулин, Чернобай, 1986а, б]; 5 – скорость миграции, соответствующая максимальному значению магнитуды форшока М = 8,3, которым за 40 с предварялся основной толчок Чилийского землетрясения 1960, М = 8,3, MW = 9,5 [Duda, 1963]; Vp ≈ 8 км/сек и VS ≈ 4 км/сек – продольная и поперечная сейсмические скорости соответственно. (I) и (II) – зависимости магнитуды от скорости «глобальной миграции» вдоль окраины Тихого океана M1(LgV1) и скорости «локальной»

миграции форшоков и афтершоков в очагах сильных землетрясений M21(LgV2 ) соответственно. Рисунок построен Н.А. Осиповой.

Из данных, представленных на рис. 11.2, видно, что все данные по скоростям миграции землетрясений разбиваются на два поля точек. Одно из них связывает магнитуды землетрясений M1 с их скоростями миграции V1 вдоль всей окраины Тихого океана – глобальная миграция:

296

M1 ≈α1LgV1 = 2LgV1 ,

(11.4)

при максимальных значениях скоростей V1,max в области предельных магнитуд:

V1,max =1−10 см/с, M1,max ≥ 8 .

(11.5)

Второе – связывает магнитуды афтершоков и форшоков с их скоростями миграции в пределах очагов сильных и сильнейших землетрясений – локальная миграция:

M2 ≈α2 LgV2 = LgV2 ,

(11.6)

при максимальных значениях скоростей V2,max в области предельных значений магнитуд форшоков и афтершоков и сильнейших толчков-дуплетов:

V2,max =VS ≈ 4 км/с, M 2,max ≈ 8,0 −8,5.				(11.7)
При соотношении между магнитудой землетрясения М и размером его очага L
lg L = 0,4M −1 [Ризниченко, 1985]	и	сброшенной в его		очаге	упругой	энергии Е
M ≈1,8lg E (соотношение Гутенберга-Рихтера)			равенства	(11.4)	и (11.6)	могут быть
переписаны в виде:
E ≈V 3,6		≈V 4 ,	(11.4.1)
1	1	1
lg L1 ≈ 0,8 lgV1 ,			(11.4.2)
E ≈V1,8		≈V 2 ,	(11.6.1)
2	2	2
lg L2	≈ 0,4 lgV2 .		(11.6.2)

Как видим, данные по миграции подтверждают сделанный выше на основании совместного статистического анализа пространственного, временного и энергетического распределений вывод о существовании двух типов взаимодействия между очагами тихоокеанских землетрясений – регионального, в пределах всей зоны, и локального, в пределах очага землетрясения – и дополняют его: механизмы существенно, в два раза, различаются значениями наклонов характеризующих их зависимостей:

α1	= 2 .	(11.8)
α2

Эффект Доплера. Близость «пространственного» (11.2) и «временного» (11.3) характерных квазипериодических интервалов времени позволяет предположить, что миграция землетрясений является волновым процессом. Тогда вследствие вращения Земли миграция форшоков и афтершоков в очагах широтных и долготных (вытянутых вдоль широты и долготы соответственно) землетрясений должна происходить с разными скоростями. А именно, вследствие связанного с вращением Земли эффекта Доплера значение «широтной» скорости волновой миграции форшоков и афтершоков должно «расщепляться» на два, в то время как значение «долготной» такой же скорости - нет. При этом вследствие увеличения скорости миграции с ростом магнитуд афтершоков и

297

форшоков (рис. 11.2, II) эффект расщепления должен быть все более значимым. При М = 7 и соответствующей такой магнитуде скорости миграции VM =7 ≈1 км/с теоретическая (th)

оценка величины ее расщепления на широте, скажем, алеутской островной дуги ϕ = 500 ÷600 с.ш. составляет:

	δth =	2VΩ	=	2REarthΩsin(900 −ϕ) = 0,54 ± 0,08 , (11.9)
		VM =7
				VM =7

где REarth – радиус Земли, Ω - ее угловая скорость вращения вокруг своей оси. Исследовался афтершоковый процесс пяти наиболее сильных (МW ≈9) в последнее

столетие землетрясений планеты, очаги которых были вытянуты в «широтном» (latitude) и «долготном» (longitude) направлениях и имели протяженность около 1000 км и более [Викулин, 2006]. Такие землетрясения будем называть большими. Очаги трех землетрясений имели «широтное» (la) простирание и располагались вдоль Алеутских

островов: 09.03.1957, М = 8,8, N1,2 = 421, 9, φ =520 ± 20, ∆λ = 180 (1790 в.д. – 1630 з.д.); 28.03.1964, М = 9,0, N1,2 = 213, (8), φ =580 ± 20, ∆λ = 150 (1420 – 1570 з.д.) и 04.02.1965, М =

8,7, N1,2 = 284, 3, φ =520 ± 20,	∆λ = 100	(1700	в.д. - 1800). Двух «долготных» (lo)- вдоль
Тихоокеанского побережья Южной Америки:			Чилийское землетрясение 20.05.1960, М =
9,5, N1,2 = 63, 5, λ = 700 ± 50	з.д., ∆ϕ	= 400	(100 – 500 ю.ш.) и в Индийском океане:

землетрясение Суматра 26.12.2004, М = 9,0, N1,2 = 675, 4, λ = 980 ± 50 в.д., ∆ϕ = 220 (70

ю.ш. – 150 с.ш.). Здесь N1,2 – числа афтершоков с М ≥ 5 и с М ≥ 7,0 (М ≥ 6,5) соответственно. После этих землетрясений интенсивные собственные колебания планеты

регистрировались в течение месяца.

Данные о временах и координатах эпицентров главных толчков и их афтершоков использовались из следующих источников. Для землетрясения 1957 г. – из каталога NEIC [Earthquake…]. Для землетрясений 1960 – 2004 гг. – из каталога ISC [International…].

Данные об афтершоках с магнитудами 5 ≤ М < 6 землетрясений 1964 и 1965 гг. дополнялись данными из каталога [Викулин, 1984].

Развитие форшокового и афтершокового процессов в очагах широтного Аляскинского 1964 г. и долготного Чилийского 1960 г. землетрясений представлено на рис. 11.3, 11.4 и 11.5 соответственно.

Из данных, приведенных на рис. 11.3 – 11.5, видно, что распределения сильных форшоков и афтершоков в очагах сильнейших землетрясений в пространстве и во времени не случайны. Такие распределения, рассматриваемые совместно с эпицентрами главных толчков, с одной стороны, определяют формирование очага на стадии форшоков и его последующее развитие на стадии афтершоков. С другой - они характеризуют сейсмичность брешей, являющихся составными частями («элементарными» кирпичиками) сейсмического процесса в пределах всего сейсмического пояса. Видно, что характерной особенностью таких распределений является колебательный процесс с амплитудой, близкой протяженностям очагов сильнейших землетрясений - сейсмических брешей или элементарных сейсмофокальных блоков.

Достаточно сильные форшоки не отмечены в очагах Суматринского 2004 землетрясения и землетрясения 1965 на Алеутских островах.

Методом наименьших квадратов для совокупностей афтершоков М ≥ 5; М ≥ 5,5; …; М ≥ 7,0 в каждом из исследуемых очагов землетрясений определялись зависимости частот υ (обратных временных интервалов между последовательными во времени афтершоками) и скоростей V от времени t [Викулин, Викулина, 2007]:

Lg υ [час-1] = a log t [час] + b,	(11.10)
Lg V [км/час] = A log t [час] + B.	(11.11)

298

Рис. 11.3. Развитие афтершокового (афтер) и форшокового (фор) процессов в очаге Аляскинского 1964 и Чилийского 1960 землетрясений на различных магнитудных уровнях. Цифрами обозначены последовательные во времени афтершоки (положительные числа) и форшоки (отрицательные числа). 0 – положение главного толчка [Викулин, Викулина, 2007].

Рис. 11.4. Условные обозначения смотри к рис. 11.3.

299

Рис. 11.5. Условные обозначения смотри к рис. 11.3.

Примеры зависимостей (11.10) и (11.11), построенных для афтершоков в очагах Алеутского 1957, Чилийского 1960, Аляскинского 1964 и Суматринского 2004 землетрясений, приведены на рис. 11.6.

Рис. 11.6. Примеры зависимостей для частот ν (повторяемостей) и скоростей V афтершоков от времени, полученные на разных магнитудных уровнях M ≥ 5 и M ≥ 6,5 для

Алеутского 1957, Чилийского 1960, Адяскинского 1964 и Суматринского 2004 землетрясений [Викулин, Викулина, 2007].

300

Значения коэффициентов A, а и разностей B-b для частот и скоростей афтершоков во всех анализируемых очагах сильнейших землетрясений представлены табл. 11.1.

Таблица 11.1. Параметры (а, А; B - b) корреляционных зависимостей, определяющих частоты и скорости миграции (осцилляций) афтершоков в пределах «долготных» и «широтных» очагов землетрясений планеты с MW ≈ 9 в 1957 – 2004 гг. [Викулин, Викулина, 2007].

Магнит-

«Долготные» (lot, lo) очаги землетрясений

уда, МS,

Чили, 1960, MW=9,5

Суматра, 2004, MW=9,0

Средние

афтер.

N

alo / Alo / (B – b)lo

N

alo / Alo / (B – b)lo

alo / Alo / (B – b)lo

≥ 5,0

63

-0,62 / -0,34 /

674

-0,49 / -0,61 /

-0.56±0,06 / -0.48± 0,13 /

1,82

2,36

2.09±0,27

≥ 5,5

44

-0,71 / -0,44 /

195

-0,69 / -0,82 /

-0.70±0,01 /-0.63±0,19 /

1,88

2,45

2.17±0,28

≥ 6,0

28

-0,62 / -0,38 /

49

-0,77 / -0,78 /

-0.70±0,07 / -0.58±0,20 /

1,88

2,21

2.05±0,17

≥ 6,5

21

-0,66 / -0,46 /

12

-0,66 / -0,77 /

-0.66±0,00 / -0.62±0,15 /

1,97

2,57

2.27±0,30

≥ 7,0

4

-0,68 / (0,28) /

4

-0,95 / -0,89/

-0.81±0,06 /-0.89 /

(0,64)

2,56

2.56

Средние

-0,66±0,03 /

-0,71±0,12 /

-0,69±0,08 /

a/A/B-b

-0,41±0,04 /

-0,77±0,07 /

-0,64±0,10 /

1,89±0,04

2,43±0,08

2,33±0,19

Магнит-

«Широтные» (lat, la)очаги землетрясений Алеутских островов

уда, МS,

Андреяновские,

Аляска, 1964,

Амчитка, 1965,

Средние

афтер-

1957, MW=8,8

MW=9,0

MW=8,7

ala / Ala /

шоков

N

ala / Ala /

N

ala / Ala /

N

ala / Ala /

(B – b)la

(B – b)la

(B – b)la

(B – b)la

≥ 5,0

422

-0,69 /

12

-0,91 /

283

-0,85 /

-0,82±0,08 /

-0,67 /

-0,91 /

-0,84 /

-0,88±0,08 /

2,2

2,01

2,00

2,07±0,09

≥ 5,5

226

-0,84 /

75

-0,94 /

83

-0,88 /

-0,89±0,04 /

-0,80 /

-0,87 /

-0,87 /

-0,85±0,03 /

2,12

1,94

2,02

2,03±0,06

≥ 6,0

81

-0,85 /

23

-0,92 /

20

-0,93 /

-0,90±0,03 /

-0,82 /

-1,02 /

-0,91 /

-0,92±0,04 /

2,10

2,13

2,19

2,14±0,03

≥ 6,5

26

-1,01 /

8

-0,92 /

7

-1,01 /

-0,98±0,04 /

-0,88 /

-1,02 /

-1,23 /

-1,04±0,14 /

2,12

2,48

2,48

2,36±0,16

≥ 7,0

8

-0,82 /

-

-

3

-1,00 /

-0,91±0,09 /

-1,10 /

-

-0,92 /

-1,01±0,09 /

2,66

-

1,81

2,24±0,43

Средние

-0,84±0,07 /

-0,92±0,01 /

-0,93±0,07 /

-0,90±0,06 /

a/A/B-b

-0,86±0,11 /

-0,96±0,07 /

-0,89±0,03 /

-0,93±0,08 /

2,24±0,19

2,14±0,17

2,10±0,19

2,19±0,11

Примечание: значения в скобках не учитывались ввиду их больших отличий от средних значений, превышающих утроенное среднеквадратичное отклонение.

Из данных, представленных в табл. 11.1, видно, что справедливы следующие равенства:

Alo ≈ alo ≈ 0,62±0,09 , Ala ≈ ala ≈ 0,92±0,07 ,(B-b)lo ≈ (B-b)la ≈ 2,26±0,15.

(11.12)

Из соотношений (11.12) видно, что имеют место следующие равенства коэффициентов: «наклонов» (первые два равенства в (11.12)) и «свободных членов»

301

(третье равенство в (11.12)). Это для широтно и долготно ориентированных очагов больших землетрясений определяет постоянную:

(	V	)		= const =10B−b = L	= L =180(130 ÷ 260) км.	(11.13)
	ν		lo,la	lo	la

«Элементарный» сейсмофокальный блок. В работе [Викулин, Сенюков, 1998] в

результате анализа распределения афтершоков с М ≥ 5 для очага Кроноцкого, Камчатка 5.12.1997, М = 7,8 землетрясения аналогичным образом была получена оценка такой же величины, которая оказалась равной:

(	V	)		0	= L		0 =150 ± 50 км,	(11.14)
	ν		45			45
которая, как			видим,				оказалась близкой	Llo и Lla . Очаг Кроноцкого землетрясения

расположен в северо-восточной части Курило-Камчатской дуги, простирающейся примерно под углом 450 (что и отражено нижним индексом в (11.14)) к широте. Как видим, на основании (11.13) и (11.14) имеет место равенство:

Llo = Lla = L450 ≈ L0 ,

(11.15)

которое, фактически, определяет константу, инвариантную к поворотам, и, следовательно, определяет природу сейсмического процесса как моментную.

Очаги больших землетрясений состоят из совокупностей субочагов, размеры каждого из которых, в среднем, составляют 200 (100 – 300) км [Геологическая…, 1989;

Ребецкий, Маринин, 2006; Daly, 1989; Geist, Childs, Scholl, 1988; Mogi, 1969]. Очаг Кроноцкого землетрясения имеет «простое» строение – он представлен одним сейсмофокальным блоком с протяженностью L450 . Поэтому «элементарный»

сейсмофокальный блок L0 представляет собой инвариантную к поворотам относительно

оси вращения Земли константу, по своей механической сути определяющей природу сейсмического процесса – моментный механизм процессов «накачки» напряжений в литосферу и их «сброса» в виде упругих сейсмических волн в тектонически активных поясах планеты.

По сути, гипотеза такого содержания была предложена А.В. Пейве в 1961 г. [Пейве, 1961]. Действительно, на основании анализа большого материала им было сформулировано положение о «самостоятельной движущей силе» геологических структур. И сделано это было на основании геологического материала за семь лет до механика Л.И. Седова, в 1968 г. сформулировавшего концепцию о собственном моменте количества движения конечного объема сплошной среды [Седов, 1973, с. 504-530], и за восемнадцать лет до геофизика М.А. Садовского, в 1979 г. предложившего концепцию блоковой геофизической среды [Садовский, 2004]. Поэтому сформулированный нами вывод о моментной природе геодинамического процесса следует рассматривать как подтверждение геомеханической концепции блоковой среды А.В. Пейве – Л.И. Седова – М.А. Садовского.

В соответствии с гипотезой М.А. Садовского элементарный сейсмофокальный блок L0 имеет структуру [Садовский, 2004], ячейки которой (сейсмические дыры, сейсмические затишья, зоны молчания и т.п.) в гипоцентральных областях форшоков и афтершоков магнитудного диапазона 5 ≤ М ≤ 7 имеют размеры 10 ≤ Li [км] ≤ 50. Именно в особенностях взаимодействия сейсмических дыр Li в очагах сильных фор-афтершоков и

302