- •ВВЕДЕНИЕ
- •Литература
- •1. МАТЕРИЯ. ДВИЖЕНИЕ
- •Единство природы
- •Иерархия объектов в природе
- •Четыре вида фундаментальных взаимодействий
- •Пространство и время
- •Торсионные поля
- •Вселенная, Галактика, Солнечная система, планеты. Основные гипотезы происхождения и эволюции
- •Основы «холодной» модели происхождения Солнечной системы
- •Модель горячей Земли
- •Вихревая материя Декарта и звездные системы
- •Модель образования Солнечной системы из эндо-галактического вихря
- •Геосолитоны как функциональная система Земли
- •Предмет физики Земли
- •Литература
- •О фигуре реальной Земли
- •Геофизическое обоснование геоида. Сфероид Клеро
- •Фигура и распределение массы внутри Земли
- •Референц-эллипсоид. Эллипсоид Красовского. Международный эллипсоид
- •Понятие о периодах Эйлера и Чандлера, нутации и прецессии, динамическое сжатие
- •Колебания Чандлера и сейсмотектонический процесс
- •Геоид по спутниковым данным. Квазигеоид
- •Земля как 3-осный эллипсоид
- •Литература
- •3. ФИЗИКА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
- •Определение науки сейсмологии. Классификация землетрясений по происхождению, глубине очага и силе. Географическое распределение землетрясений
- •Способы оценки интенсивности колебаний при землетрясениях: макросейсмические шкалы и 12-балльная шкала MSK-64
- •Прогнозирование землетрясений, сейсмическое районирование и сейсмостойкое строительство
- •Землетрясение, его очаг, гипоцентр, эпицентр, эпицентральное расстояние
- •Землетрясения Луны и Марса
- •Энергия землетрясения
- •Магнитуда землетрясения
- •Упругая энергия, выделяющаяся в очаге
- •Энергетический класс
- •Зависимость между размерами очага и количеством выделившейся в нем энергии
- •График повторяемости землетрясений
- •О повторяемости землетрясений
- •Дислокационные теории очага землетрясения
- •Модели сейсмического процесса
- •Литература
- •Основы теории упругости
- •Тензор деформации
- •Основное допущение классической теории упругости
- •Тензор напряжений
- •Энергия деформирования
- •Закон Гука
- •Однородные деформации
- •Адиабатические процессы
- •Продольные и поперечные упругие волны в изотропной среде
- •Поверхностные упругие волны
- •Законы Ферма, Гюйгенса и Снеллиуса
- •Упругие волны в твердых телах и сейсмические волны
- •Развитие сейсмометрических наблюдений
- •Сейсмическая станция
- •Сети сейсмических станций
- •Годографы
- •Траектории волн внутри Земли
- •Анализ данных о скоростях распространения продольных и поперечных волн по радиусу Земли
- •Проявление внешнего и внутреннего ядер Земли в особенностях выхода объемных сейсмических волн на поверхность Земли
- •Состояние слоев вещества Земли по данным сейсмологии. Распределение скоростей и сейсмических волн в земной коре (континентов и океана), типы земной коры (по данным сейсмологии)
- •Земная кора
- •Океаническая кора
- •Континентальная кора
- •Литосфера и астеносфера
- •Сейсмология и глобальная тектоника
- •Литература
- •Обзор развития представлений о моделях Земли
- •Предпосылки создания теории определения плотности
- •Упругость и плотность Земли
- •Распределение упругих модулей с глубиной
- •Давление и ускорение силы тяжести с глубиной
- •Мантия Земли
- •Земное ядро
- •Литература
- •6. ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
- •Отклонение Земли от состояния гидростатического равновесия
- •Волны геоида
- •Изостазия
- •О моментной природе волн геоида
- •Литература
- •7. ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
- •Геомагнетизм и физика Земли
- •История развития представлений о магнитном поле Земли и о магнитных явлениях
- •Элементы магнитного поля Земли
- •Магнитные поля планет
- •Методы исследования магнитного поля Земли
- •Миграция магнитных полюсов
- •Вариации значений магнитного момента Земли
- •Вековые вариации геомагнитного поля
- •Главное магнитное поле Земли. Аномалии геомагнитного поля
- •Магнитные свойства пород. Палеомагнетизм
- •Новая глобальная тектоника
- •Происхождение главного магнитного поля Земли
- •Электрические эффекты
- •Электромагнитные зондирования
- •Геомагнетизм и жизнь. Диапазон магнитных явлений
- •Глобальные магнитные аномалии как самоорганизующаяся система токовых контуров в ядре Земли
- •Литература
- •8. ТЕПЛОВОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
- •Общие сведения о тепловом балансе Земли
- •Определение теплового потока и геотермического градиента на континентах и в океане
- •Связь теплового потока с основными структурами земной коры
- •Механизмы переноса тепла в Земле
- •Способы оценки температуры в земной коре
- •Температура в мантии
- •Температура в ядре Земли
- •Обобщенная температура по радиусу Земли
- •Новые данные о тепловом поле Земли
- •Литература
- •9. РЕОЛОГИЯ ЗЕМЛИ, ПРИРОДА ЕЕ ОСНОВНЫХ СЛОЕВ И РАЗДЕЛЯЮЩИХ ИХ ГРАНИЦ
- •Хроника появления и развития основных представлений физики вязкоупругих тел и их применение к веществу Земли
- •Среда в физике Земли
- •Процесс ползучести и его феноменологическое описание
- •Зависимость между напряжением и деформацией для некоторых реологических сред
- •Реология Земли
- •Вещество Земли в условиях высоких давлений и температур
- •Природа и характер границы Мохоровичича между земной корой и мантией
- •Происхождение земной коры, гипотезы дифференциации, зонной плавки и океанизации
- •Строение мантии
- •Ядро Земли
- •Литература
- •10. РОТАЦИИ ВО ВСЕЛЕННОЙ
- •Вращательное движение как характерное свойство пространства-времени Вселенной
- •Вращательное движение в геологии
- •Вращательное движение как характерное свойство пространства-времени Вселенной
- •Структура пространства-времени
- •Новый диалог с Природой
- •Литература
- •11. ЭЛЕМЕНТЫ ВИХРЕВОЙ ГЕОДИНАМИКИ
- •О терминологии
- •Геология и время
- •Время и энтропия
- •Хронология фанерозоя
- •Резюме
- •Еще раз о вихрях в геологии
- •Моментная природа геодинамического процесса
- •Взаимодействие землетрясений
- •Колебания Чандлера
- •Ротационно-упругие волны
- •Физическая модель геологической среды
- •Дальнодействие
- •Уравнение движения однородной цепочки взаимодействующих блоков (на примере окраины Тихого океана)
- •Свойства решений
- •Характерная скорость процесса
- •Энергия сейсмического процесса
- •О связи вулканизма и сейсмичности
- •Волновая геодинамика
- •О вращательном движении тектонических плит
- •Энергия тектонического процесса
- •Сейсмичность, вулканизм и тектоника как составные части волнового геодинамического процесса
- •Что же такое землетрясение и его очаг?
- •Литература
- •12. ГЕОЛОГИЯ И МЕХАНИКА
- •Форма Земли и геодинамика
- •Парадокс Эверндена
- •Оценки М.В. Стоваса
- •Форма Земли и ее строение: новые подходы
- •Новая модель геоизостазии
- •Роль землетрясений в минимизации гравитационной энергии
- •Высота геоида
- •Замечание по поводу сжатия Земли
- •Принцип минимизации энергии
- •Механизмы реализации принципа минимизации
- •Процесс самоорганизации
- •Распределение плотности
- •Вихревые структуры
- •Новые данные и нестыковки
- •Начальный ньютоновский этап
- •Этап Якоби
- •Этап Дирихле
- •Современный этап
- •Литература
- •Суть проблемы геомагнетизма
- •Нестыковки
- •Бароэлектрический эффект и электромагнетизм планет
- •Резюме
- •Литература
- •14. ГЕОЛОГИЯ И ВРЕМЯ (продолжение)
- •Геология и жизнь
- •Суть проблемы
- •Обзор представлений о развитии концепции времени
- •Узловые моменты
- •Резюме
- •Литература
- •Общий обзор
- •Древний период
- •Эллада, древние Китай и Индия
- •Средние века
- •Эпоха возрождения
- •Разделение натурфилософии на естественные науки
- •Революция в естествознании
- •Современный период
- •Развитие представлений об эфире, вакууме, торсионных полях, информации и сознании
- •Древний период
- •Эллада, древние Китай и Индия
- •Средние века
- •Эпоха Возрождения
- •Разделение натурфилософии на естественные науки
- •Революция в естествознании
- •Современный период
- •«Неизбежность странного мира»
- •Литература
- •Гипотеза
- •Литература
- •Оглавление
следует искать физическое объяснение зависимости II: 11.2.
M2 (LgV2 ) , представленной на рис.
Колебания Чандлера. Значения скоростей и частот «широтных» афтершоков Alo = alo (первые равенства в (11.12)) с высокой (не менее двух-трехкратного среднеквадратичного отклонения: 95-98%) статистической значимостью отличаются от таких же «долготных» значений Ala = ala (вторые равенства в (11.12)). Это позволяет предположить, что интенсивность сейсмического процесса, протекающего в очаге сильнейшего землетрясения (форшоки + главный толчок + афтершоки), взаимосвязан с его ориентацией относительно географической широты или относительно оси вращения планеты. Новизна этого вывода определяется сформулированным нами положением о «собственной» моментной природе геодинамического процесса, существенно дополняющем и даже во многом «переворачивающем» наши представления о той «ведущей» роли, которую ротация планеты оказывает на тектонические процессы.
В рамках существующих в настоящее время представлений принято считать, что «триггерами» геодинамических процессов часто являются резкие изменения угловой скорости вращения Земли. Сформулированный выше вывод о «собственной» моментной природе геодинамического процесса позволяет предположить существование и обратного процесса, а именно: изменение скорости вращения Земли может быть вызвано тем или иным геодинамическим явлением. Доказательство этого было приведено нами ранее в работе [Викулин, Кролевец, 2001]. В этой работе в рамках волновой ротационной модели тектонического процесса, опирающейся на представления о движении блоков и плит под действием «собственных моментов», колебания Чандлера напрямую удалось связать с разной интенсивностью сейсмотектонического процесса, протекающего в пределах «долготного» Тихоокеанского и «широтного», экваториального Альпийско-Гималайского поясов, как целых. Другими словами, разность между «долготными» и «широтными» коэффициентами в (11.12), по сути, определяет величину вызывающего колебания Чандлера момента, «прикладываемого» к планете разными по интенсивности Тихоокеанским и Альпийско-Гималайским сейсмотектоническими процессами.
Расщепление скорости «широтной» миграции фор-афтершоков. Для проверки влияния эффекта Доплера на процесс миграции землетрясений продолжим анализ представленных выше последовательностей сильных афтершоков в очагах последних сильнейших землетрясений планеты, очаги которых имели «широтную» и «долготную» протяженности (табл. 11.1). Для этого каждая из совокупностей афтершоков разбивалась на две совокупности. В одну включались данные об афтершоках, эпицентры которых располагались к востоку (East-West, ew) [к югу, South-North, sn] от предыдущих по времени эпицентров для широтных [долготных] очагов, а в другую – к западу (West-East, we) [к северу, North-South, ns] для широтных [долготных] соответственно. Для каждой из совокупностей описанным выше способом определялись зависимости скоростей и частот от времени. Данные, характеризующие параметры этих зависимостей представлены табл. 11.2 и 11.3.
Из данных табл. 11.2 видно, что значения asnlo,ns для «долготных» очагов не зависят
от направления «движения» афтершоков anslo = anslo = |
-0,67±0,07 и равны alo= Alo |
= - |
|
0,67±0,09. |
Ala |
|
|
Из данных табл. 11.3 видно, что значения |
, определенные во |
всем |
|
|
we,ew |
|
|
анализируемом диапазоне магнитуд, в среднем, также не зависят от направления
движения афтершоков Ala |
= -0,91±0,16 ≈ |
Ala |
= - 0,88±0,09, в среднем, |
Ala |
≈ |
Ala |
≈ - |
we |
|
ew |
|
we |
|
ew |
|
0,90±0,12 и равны, согласно данным табл. 11.1, (ala)0 = -0,90±0,06 ≈ (Ala)0 = -0,93±0,08, в
среднем, (ala)0 ≈ (Ala)0 ≈ -0,91±0,07. В то же время, как видно из данных табл. 3, для всех трех «широтных» очагов значения коэффициентов Awela монотонно уменьшаются с ростом
магнитуд и при М ≥ 6,5, 7,0 достигают значений Awela = -1,11±0,03 и менее. Тем самым,
303
«расщепление» значений коэффициентов при М ≥ 6,5-7,0 достигает значений: ∆1 = (Ala)0 -
Awela ≈ 0,21±0,03.
Таблица 11.2. Значения параметров asnlo,ns корреляционной зависимости, определяющих
частоты миграции афтершоков в пределах «долготных» очагов землетрясений планеты с MW ≈ 9 [Викулин, Викулина, 2007].
Магнитуда |
|
«Долготные» очаги землетрясений: север – юг (n-s) |
|
||||
афтершоков |
|
|
|
|
|
|
|
Чили, 1960, МW=9,5 |
Суматра, 2004, МW=9,0 |
Среднее |
|
||||
|
N |
anslo |
N |
|
anslo |
|
|
≥ 5,0 |
32 |
-0,67 |
343 |
|
-0,50 |
-0,59±0,09 |
|
≥ 5,5 |
19 |
-0,80 |
100 |
|
-0,69 |
-0,75±0,05 |
|
≥ 6,0 |
14 |
-0,83 |
26 |
|
-0,84 |
-0,84±0,01 |
|
≥ 6,5 |
13 |
-0,43 |
7 |
|
-0,46 |
-0,45±0,02 |
|
≥ 7,0 |
- |
- |
- |
|
- |
- |
|
Среднее |
|
-0,68 |
|
|
-0,62 |
-0,66±0,04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Магнитуда |
|
«Долготные» очаги землетрясений: юг – север (s-n) |
|
||||
афтершоков |
Чили, 1960, МW=9,5 |
Суматра, 2004, МW=9,0 |
Среднее |
|
|||
|
N |
asnlo |
N |
|
asnlo |
|
|
≥ 5,0 |
31 |
-0,57 |
331 |
|
-0,48 |
-0,53 |
|
≥ 5,5 |
25 |
-0,62 |
95 |
|
-0.68 |
-0.65 |
|
≥ 6,0 |
14 |
-0,40 |
23 |
|
-0,65 |
-0,53 |
|
≥ 6,5 |
8 |
-0,92 |
5 |
|
-0,67 |
-0,79 |
|
≥ 7,0 |
- |
- |
3 |
|
-0,92 |
-0,92 |
|
Среднее |
|
-0,63±0,12 |
|
|
-0,68±0,10 |
-0,68±0,11 |
|
Таблица 11.3. Значения параметров Ala |
корреляционной зависимости, определяющих |
||||||
|
|
|
we,ew |
|
|
|
скорости миграции афтершоков в пределах «широтных» очагов землетрясений планеты с MW ≈ 9 [Викулин, Викулина, 2007].
Магнит- |
|
«Широтные» (lat, la) очаги землетрясений: с востока на запад(w-e) |
|||||
уда, МS, |
Андреяновские, |
Аляска, 1964, |
Амчитка, 1965, |
|
|||
афтер- |
1957, МW=8,8 |
|
МW=9,0 |
|
МW=8,7 |
Среднее |
|
шоков |
N |
Awela |
N |
Awela |
N |
Awela |
|
≥ 5,0 |
208 |
-0,61 |
110 |
-0,90 |
144 |
-0,88 |
-0,80±0,12 |
≥ 5,5 |
115 |
-0,72 |
40 |
-0,94 |
43 |
-0,89 |
-0,85±0,09 |
≥ 6,0 |
42 |
-0,83 |
15 |
-1,03 |
11 |
-0,97 |
-0,94±0,08 |
≥ 6,5 |
13 |
-1,08 |
4 |
-1,13 |
- |
- |
-1,11±0,03 |
≥ 7,0 |
4 |
-2,27 |
- |
- |
- |
- |
-2,27 |
Среднее |
|
-0,81±0,41 |
|
-1,00±0,11 |
|
-0,91±0,04 |
-0,91±0,16 |
Магнит- |
|
«Широтные» ( |
lat, la) очаги землетрясений: с запада на восток (e-w) |
||||
уда, МS, |
Андреяновские, |
Аляска, 1964, |
Амчитка, 1965, |
|
|||
афтер- |
1957, МW=8,8 |
|
МW=9,0 |
|
МW=8,7 |
Среднее |
|
шоков |
N |
Aewla |
N |
Aewla |
N |
Aewla |
|
≥ 5,0 |
212 |
-0,72 |
102 |
-0,92 |
139 |
-0,81 |
-0,82±0,07 |
≥ 5,5 |
111 |
-0,88 |
35 |
-0,73 |
40 |
-0,87 |
-0.83±0,06 |
≥ 6,0 |
39 |
-0,81 |
8 |
-1,11 |
8 |
-0,88 |
-0,93±0,12 |
≥ 6,5 |
13 |
-0,69 |
3 |
-1,17 |
5 |
-1,10 |
-0,99±0,20 |
≥ 7,0 |
4 |
-0,72 |
- |
- |
- |
- |
-0,72 |
Среднее |
|
-0,76±0,06 |
|
-0,98±0,16 |
|
-0,89±0,08 |
0,88±0,09 |
304
Уменьшение значений Aewla с ростом магнитуды, как видно из данных табл. 11.3, в
среднем, статистически не значимо. При этом в диапазоне магнитуд 5,5 ≤ М ≤ 6,5-7,0 с ростом магнитуды имеет место достаточно устойчивое увеличение значений этого коэффициента для очага землетрясения 1957 г. Тенденция к увеличению значения
коэффициента Aewla имеет место и для Аляскинского землетрясения 1964 г. в области
магнитуд 5,0 ≤ М ≤ 5,5. Как видим, «синтезированные» на основании двух наиболее сильных широтных Андреяновского 1957 и Аляскинского 1964 землетрясений данные определяют достаточно устойчивое и статистически значимое уменьшение значений
коэффициента |
Ala |
во всем магнитудном диапазоне 5,0 ≤ М ≤ 7,0. При этом для |
|
ew |
|
магнитудного диапазона М ≥ 6,5, 7,0 справедливо равенство ∆2 = (Ala)0 - Aewla ≈ -0,21±0,07.
Таким образом, полученные данные показывают, что для двух (из трех рассмотренных) наиболее сильных и протяженных широтно ориентированных очагов больших землетрясений экспериментально (experimental, ex) определенная величина расщепления составляет:
δ |
ex |
≈ |
∆1 − ∆2 |
= |
0,42 |
± 0,10 |
= 0,5 ± 0,1 . |
(11.16) |
|
Ala |
0,90 |
± 0,12 |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
we,ew |
|
|
|
|
|
Полученное соотношение (11.16) показывает, что имеет место равенство между теоретической (11.9) и реально наблюдаемой (11.16) величинами:
δth ≈0,54 ± 0,08 = δex ≈ 0,5 ± 0,1,
что подтверждает наблюденное расщепление скоростей (частот) миграции афтершоков вдоль географической широты и позволяет объяснить его с помощью эффекта Доплера, связанного с вращением Земли.
Полученные для афтершоков данные подтверждаются имеющимися данными для форшоков. Действительно, «расщепление» форшокового коэффициента alo для очага долготного Чилийского 1960 землетрясения статистически не значимо: asnlo = 0,73 ± 0,12 ≈
alo = 0,88 ± 0,12 . В то время как «расщепление» форшокового коэффициента в очаге широтного 1957 землетрясения: aewla = 0,92 ± 0,04 < ala =1,27 ± 0,10 < awela = 2.20 ± 0.34 еще
более отчетливое, чем афтершокового.
Землетрясения и их очаги как квазичастицы. Выше были приведены данные,
показывающие возможность существования эффекта «расщепления» значений скорости миграции и повторяемости афтершоков и форшоков в очагах широтных больших землетрясений и дано его объяснение в рамках эффекта Доплера, связанного с вращением планеты.
Следует отметить, что близкие, по сути, эффекты обнаруживают движущиеся атомы и молекулы и в «обычных» с общепринятой физической точки зрения телах. Действительно, при высокой температуре и низкой плотности основной причиной расширения спектральных линий движущихся атомов газа является эффект Доплера [Цань, 1965, c. 522-524]. Тепловое движение приводит к тому, что у части атомов возникает составляющая скорости, направленная к наблюдателю, а у другой части атомов составляющая имеет противоположное направление. В результате спектральная линия, являющаяся суперпозицией линий, испускаемых многими атомами, вследствие эффекта Доплера расширяется [Вихман, 1974, c. 134-136].
305
«… допуская, что излучение можно рассматривать как газ из квантов, мы обязаны признать, что аналогия между газом из квантов и газом из молекул должна быть полной»
[Эйнштейн, 1966, с. 489].
Как видим, аналогия между потоком атомов и сейсмическим процессом, на которую более 40 лет тому назад обратил внимание Ю.В. Ризниченко [1985, c. 127-130], и на «спектральном» уровне может быть продолжена. В контексте настоящей работы аналогом теплового движения атомов могут являться «самосогласованные» волновые [Викулин, 2003; Vikulin, 2006] движения «элементарных» сейсмофокальных блоков L0 и слагающих их иерархических ячеек Li, расщепление спектральных линий движения которых и происходит вследствие эффекта Доплера, связанного с вращением планеты.
Землетрясения-дуплеты и пары землетрясений – закономерность сейсмического процесса
Сейсмичность Средних Курильских островов. 15.11.2006 и 13.01.2007 с интервалом два месяца на Средних Курилах произошло два сильнейших землетрясения с М = 8,2 - 8,3, афтершоки которых неперекрываясь заполнили собой сейсмическую брешь, протягивающуюся от северо-восточной оконечности очага 7.09.1918, М = 8,2 (о. Симушир) до юго-западной оконечности очага 1.05.1915, М = 8,3 (о. Шиашкотан). Очаги обоих землетрясений, соприкасаясь, были вытянуты вдоль дуги. Очаг первого из этих землетрясений располагался вблизи островов, второго - в районе оси глубоководного желоба. В течение всей истории инструментальных (конец XIX - начало ХХ в.) и макросейсмических (середина XVIII в.) сейсмологических наблюдений для района Средних Курил пара землетрясений c такими высокими значениями магнитуд не отмечалась [Бюллетень; Новый…, 1977; Earthquake…]. Более того, была достаточно распространенной точка зрения, согласно которой считалось, что в области Средних Курил землетрясения с М > 7,5 происходить не могут [Тараканов, Ким, Сухомлинова, 1977].
Противоположная точка зрения последовательно отстаивалась С.А. Федотовым [2005] и А.В. Викулиным [1989, 1990, 1992, 1996, 2003]. Они полагали, что район Средних Курил является «обычной» сейсмической брешью, в пределах которой могут и должны происходить землетрясения с магнитудами М = 8 и более. Согласно схемы долгосрочного прогноза, основанного на принципах миграции и повторяемости землетрясений, сильнейшее землетрясение с магнитудой М ≥ 7,6 и очагом в районе Средних Курил ожидалось в 2004 – 2013 гг. [Викулин, 1989, 1990, 1996]. И для таких прогнозов были достаточно веские основания. Действительно, согласно данных ряда авторов, землетрясение 29.06.1780 с очагом в районе Средних Курил было катастрофическим [Балакина, 1994; Кузин, Лобковский, Соловьева, 2001; Лаверов, Лаппо, Лобковский и др., 2006; Utsu, 1968], оно сопровождалось на о. Уруп сильными сотрясениями и цунами с высотой волны до 10-12 м [Саваренский, Тищенко, Святловский и др., 1958; Соловьев, 1978] и имело магнитуду М = 8,25 [Соловьев, 1978]. Этим данным не противоречит и значение магнитуды землетрясения 29.06.1780, приводимое в наиболее представительном для тех времен каталоге [Новый…, 1977]: М = 7,5 ± 1,0.
Существует (существовала?) и промежуточная точка зрения. Согласно ней район Средних Курил представляет собой «псевдо брешь, для которой период подготовки катастрофического землетрясения с М ≥ 7,75 на глубинах до 100 км не может уложиться в рамки сейсмического цикла (140 ± 60 лет по [Федотов, 2005])» [Кузин, Лобковский, Соловьева, 2001], и изучение свойств этой бреши требует проведения дальнейших специальных исследований [Лаверов, Лаппо, Лобковский и др., 2006]. В работе [Викулин, 2003, c. 65] показано, как в рамках ротационной волновой модели сейсмического процесса, в которой сейсмофокальная зона представляет собой однородный сейсмический
306
пояс, в результате моментного взаимодействия блоков (очагов сильнейших землетрясений) могут быть сняты предположения о «псевдо бреши».
Обращает на себя внимание тот факт, согласно которому в 1780 г. в районе Средних Курил, возможно, произошло два сильнейших землетрясения, магнитуды которых могли достигать и даже превышать значение М = 8. Отмеченное выше землетрясение 29.06.1780 г. предварялось толчком 19 января, который, согласно [Новый…, 1977], имел М = 7,0±1,0. Землетрясение 19.01.1780 как сильный толчок ощущалось на Северных Курилах и Южной Камчатке и интенсивное цунами после него выбросило на берег судно, стоявшее в гавани на Камчатке [Саваренский, Тищенко, Святловский и др., 1958]. Эти данные позволяют предположить, что два сильнейших события, произошедшие в ноябре 2006 и январе 2007 гг., представляли собой характерную для района Средних Курил пару событий – два толчка через малое время τ при небольшом расстоянии L между их очагами.
Землетрясения – дуплеты. Землетрясения-дуплеты происходят не часто. Согласно опубликованным данным только в пределах Японии, Курил и Камчатки по данным за 1605 – 2007 гг. достаточно уверенно выделяется 12 таких дуплетов (см. №№ 1-12 табл. 11.4). Пример расположения очагов-дуплетов на примере Большого Камчатского землетрясения 4.11.1952, М = 8,5, МW = 9,0 (табл. 11.4, № 10) представлен на рис. 3.4б. Такие землетрясения-дуплеты, очевидно, являются неслучайными событиями.
Таблица 11.4. Список японских (N = 1, 2, 6, 9), курильских (N = 7, 11 - 14) и камчатских (N = 3 - 5, 8, 10), М ≥ 8 толчков-дуплетов, очаги которых располагались в непосредственной близости друг от друга.
N |
Дата |
τ |
∆1,2 , км |
∆0 , км |
L, км |
М |
Регион |
Источник |
1 |
31.01.1605 |
~ 0 |
150 |
700 |
400 |
7,9 |
Нанкай |
[17, 34, 123, 156, 163] |
2 |
28.10.1707 |
~ 0 |
150-200 |
500 |
100-200 |
8,4 |
Нанкай |
[17, 29, 34, 123, 156] |
3 |
17.10.1737 |
(~ 0) |
200-250 |
700 |
100-200 |
8,5-9,2 |
Камчатка |
[17, 34, 54, 94] |
4 |
4.11.1737- |
1,5 |
100-150 |
1100 |
800 |
7,8 |
Камчатка |
[17, 54, 94] |
|
17.12.1737 |
мес |
100-200 |
|
|
8,0 |
|
|
5 |
22.08.1792 |
~ 0 |
200 |
800 |
400 |
8,4-8,8 |
Камчатка |
[17, 54, 94] |
6 |
23.12.1854- |
1 |
100-200 |
600 |
100-150 |
8,4 |
Нанкай |
[17, 29, 123, |
|
24.12.1854 |
день |
250 |
|
|
8,4 |
|
156, 163] |
7 |
7.09.1918- |
2 |
250-300 |
400 |
~ 0 |
7,9-8,3 |
Южные |
[94, 123, 136, |
|
8.11.1918 |
мес |
100-150 |
|
|
7,8-8,0 |
Курилы |
156, 163] |
8 |
3.02.1923- |
21 |
200 |
400 |
100 |
8,5-8,7 |
Камчатка |
[13, 54, 136] |
|
24.02.1923 |
день |
130 |
|
|
7,7 |
|
|
9 |
7.12.1944- |
2 |
150 |
500 |
50-100 |
8,0 |
Нанкай |
[17, 29, 123, |
|
21.12.1946 |
года |
250 |
|
|
8,0 |
|
156, 163] |
10 |
4.11.1952 |
5 с |
200-250 |
600 |
150 |
8,5-9,0 |
Камчатка |
[33,34,45,54,94,103] |
11 |
13.10.1963 |
5 с |
150 |
300 |
0 |
8,1 |
Ю.Курил |
[44, 45, 94, 168] |
12 |
15.11.2006- |
2 |
200-250 |
300 |
парал- |
8,3 |
Средние |
[9, 152] |
|
13.01.2007 |
мес |
200-250 |
|
лельны |
8,2 |
Курилы |
|
13 |
19.01.1780- |
5 |
100? |
300? |
парал- |
7,0±1,0 |
Средние |
[4, 70, 94, 112, 123, |
|
29.06.1780 |
мес |
200? |
|
лельны? |
7,5-8,5 |
Курилы |
164] |
14 |
21.06.1847- |
4,5 |
? |
? |
парал- |
7,5±1,0 |
Средние |
[94] |
|
11.1853 |
года |
? |
|
лельны? |
7,0±1,0 |
Курилы |
|
Примечание: τ - время между толчками-дуплетами, ∆1,2 - размеры очагов в дуплете, ∆0 – общая протяженность макросейсмической области, затронутой толчками-дуплетами, L - расстояние между очагами в дуплете.
Действительно, времена между толчками в дуплете невелики. Они, согласно табл. 11.4 (№№ 1-12), в среднем, составляют τ = 3 мес (τmin =0, τmax = 2 года), что на три
307
порядка по величине меньше характерного периода повторяемости землетрясений такой магнитуды в одном месте Т0 = 100 ± 50 лет [Викулин, 1992, 2003] или продолжительности сейсмического цикла 140 ± 60 лет по [Федотов, 2005] или Tt,sp ≈ 200 лет (см.
соотношения 11.2 и 11.3). Малы и расстояния между их очагами, которые, согласно табл. 11.4 (№№ 1-12), в среднем, равны:
L0,1 ≈ 200 км , |
(11.17) |
величине, равной размеру одного очага землетрясения с М ≈ 8 (см. рис. 3.4б, на котором представлены данные о расположении очагов толчка-дуплета 1952 г. на Камчатке, табл. 11.4, N = 10). Данные, представленные в табл. 11.4, показывают, что такие дуплеты, как и «обычные» землетрясения, имеют тенденцию повторяться в одном месте. Например, события-дуплеты 1605, 1707, 1854 и 1944-1946 гг. - в районе желоба Нанкай (Япония), 17.10.1737 и 1952 гг. - на Южной Камчатке и 4.11-17.12.1737 и 1792 гг. - на юге и севере Камчатки.
Приведенные выше макросейсмические и цунами данные о землетрясениях 1780 г. (табл. 11.4, № 13) показывают, что они вполне могли бы быть парой событий, по сути, близкой землетрясениям-дуплетам 2006-2007 гг. (табл. 11.4, № 12). Согласно данным Нового каталога [Новый…, 1977] к такому же ряду характерных для района Средних Курил землетрясений–дуплетов можно было бы отнести и землетрясения 1847 и 1853 гг. (табл. 11.4, № 14).
Пары землетрясений. Список землетрясений–дуплетов без труда можно расширить в сторону увеличения расстояний между очагами землетрясений при такой же малой разности времен в паре. К такого рода очевидным парам событий, на которые много раз обращали внимание исследователи, могут быть отнесены следующие японо-курило- камчатские землетрясения, данные о которых представлены табл. 11.5.
Таблица 11.5. Список пар японских, курильских и камчатских землетрясений, произошедших через малые отрезки времени на больших эпицентральных расстояниях друг от друга.
|
|
Дата |
|
τ1 |
Регион |
L, км |
М |
Источник |
|
1 |
|
4.11.1737- |
|
1,5 |
Камчатка |
1000 |
7,8 |
[17, 54, 94] |
|
|
|
17.12.1737 |
|
мес. |
Северные Курилы |
|
7,5-8,0 |
|
|
2 |
|
1.05.1915- |
|
3 |
Северные Курилы |
700 |
8,1 |
[17, 19, 54, |
|
|
|
31.07.1915 |
|
мес. |
Камчатка |
|
7,8 |
94, 136] |
|
3 |
|
3.02.1923- |
|
7 |
Камчатка |
2500 |
8,5 |
[13, 17, 29, |
|
|
|
1.09.1923 |
|
мес. |
Япония |
|
8,2 |
54, 136] |
|
4 |
|
4.03.1952- |
|
8 |
о. Хоккайдо |
1400 |
8,3 |
[17, 19, 54, |
|
|
|
4.11.1952 |
|
мес. |
Камчатка |
|
8,5 |
136, 156, 163] |
|
5 |
|
6.11.1958- |
|
6 |
Южные Курилы |
1300 |
8,2 |
[13, 17, 19, 54, |
|
|
|
4.05.1959 |
|
мес. |
Камчатка |
|
7,6-8,0 |
136, 156, 163] |
|
6 |
|
11.08.1969- |
|
3,5 |
Южные Курилы |
1900 |
8,2 |
[17, 19, 94, 136] |
|
|
|
22.11.1969 |
|
мес. |
Камчатка |
|
7,8 |
|
|
|
Примечание: τ1 |
- время между землетрясениями в паре, L – расстояние между очагами в паре. |
Возникает вполне естественный вопрос: «А не являются ли пары землетрясений и землетрясения – дуплеты проявлением некого общего свойства сейсмического процесса?» Один из возможных путей ответа на этот вопрос был обозначен в работах [Викулин, 1996, 2003, с. 64-65]. В работе [Викулин, 1996] были рассмотрены все (N = 39) происшедшие в 1899 – 1994 гг. сильнейшие (М ≥ 7,5 - 7,9, очаги которых имеют тенденцию не перекрывать друг друга в течение сейсмического цикла [Викулин, 1990, 1996, 2003]) землетрясения северо-западной окраины Тихого океана, включающей
308
Японскую, Курило-Камчатскую и Алеутскую островные дуги. Каждому такому землетрясению в пределах всей окраины Тихого океана поставлено в соответствие так же
сильнейшее землетрясение, которое произошло через небольшой (близкий τ ) интервал времени τ1 = 3мес, τ1,min = 0, τ1,max = 8,3 мес, при среднем интервале между
∆ = 1994 −1899 ≈
землетрясениями в выборке T 3 года.
N
Числа пар, как функция расстояния L между очагами в паре, оказались распределенными вполне закономерным образом (рис. 11.7). При малых L выделяется первый (нулевой) максимум, n0 = 5, определяющий характерный размер:
L0,2 ≈ 200 км, |
(11.18) |
значение которого равно расстоянию между очагами в дуплете (11.17). Для землетрясений-пар N1 = N − n0 = 34 , на долю которых приходится
∑ni 100 = 80(74 −85) % всех данных, выделяется достаточно четкая последовательность
N1
максимумов чисел ni = 11 (5+6), 4 (5), 3 (5), 3 (4), 2, 1. Эти максимумы чисел ni
соответствуют парам землетрясений, очаги которых располагались друг от друга на расстояниях Li = 5000 ±1000, 8000 ÷9000, 12000 ÷13000, 16000 ÷17000, 19000 ÷ 2000,
22000 ÷ 23000 км соответственно (рис. 11.7).
Рис.11.7. Числа N землетрясений-дуплетов и пар землетрясений как функция расстояния L между очагами [Vikulun, Tveritinova, 2008].
Структура тихоокеанского сейсмического пояса. Был составлен (с участием Н.А.
Осиповой) каталог сильнейших тихоокеанских землетрясений 1570 – 2006 гг. с М ≥ 7,6, из которого были выбраны пары событий (n = 223) с временами в очагах τ ≤ 0,5 года.
Расстояния между землетрясениями в паре определялись в соответствии с методикой [Викулин, Водинчар, 2005]. Оказалось, что плотность распределения чисел расстояний между землетрясениями в паре на уровне значимости 0,01 отличается от равномерного. При этом, спектр числа пар, как функции расстояния, имеет значимые максимумы,
соответствующие длинам волн Lj = 19000-20000, 4000-5000, 2500-3000 и 1000-1200 км (рис. 11.8).
Полученные данные показывают, что группирование землетрясений в дуплеты и пары является неслучайным и отражает вполне определенные пространственновременные закономерности сейсмотектонического процесса. Между дуплетами и парами, как можно видеть из данных табл. 11.4 и 11.5 и [Викулин, 1996], нет существенной разницы. Данные, представленные в табл. 11.4 и 11.5, могут быть распространены на любые расстояния между очагами землетрясений в паре, включая и предельно большие, достигающие размеров, равных половине протяженности всего тихоокеанского
309
сейсмического пояса [Викулин, 1996]. На основании этих данных числа дуплетов и пар, по сути, определяют «мгновенный» «портрет» тихоокеанского сейсмотектонического пояса. Структура такого портрета определяется набором значений Li,j, который, очевидно, может быть проинтерпретирован как совокупность стоячих волн с длинами, в соответствии с соотношениями (11.6) и (11.7) равным значению
L |
≈ L |
≈ L0 |
= 200 км |
(11.19) |
0,1 |
0,2 |
0 |
|
|
и кратными значениям L1, заключенным в пределах L1 = 2500 ÷5000 км (рис. 11.7, 11.8).
Представляется, что пара сильных землетрясений 19.01 и 29.06.1780, скорее всего, является сильнейшими землетрясениями-дуплетами, очаги которых, как и очаги землетрясений 2006-2007, заполнили собой сейсмофокальный объем Средних Курил. Как видим, землетрясения-дуплеты 1780 и 2006-2007 гг., по сути, являются близкими южнокамчатским сильнейшим дуплетам 17.10.1737 и 1952 гг. (табл. 11.4).
Таким образом, значение L00 в (11.19) является характерным пространственным
масштабом, который одновременно определяет особенности выделения упругой энергии и на «микроуровне» - в очагах землетрясений-дуплетов (11.17), и на «макроуровне» - в
пределах всего тихоокеанского пояса (11.18). С другой стороны, значение L00 (11.19) оказалось близким значению L0 (11.15):
L ≈ L0 . |
(11.20) |
|
0 |
0 |
|
Рис. 11.8. Нормированная интенсивность Фурье-гармоник чисел пар землетрясений как функция волнового числа k =1/ L . Данные на рисунке получены Г.М. Водинчаром.
Полученное соотношение (11.20) представляется таким равенством, которое, фактически, определяет пространственный масштаб «моментной» константы L0 и,
следовательно, постоянной L00 - их зависимость от угловой скорости вращения Земли.
Ниже покажем, что это действительно так.
Согласно данным [Викулин, 1992] 29.07.1854 в районе Северных Курил между дуплетами 17.10.1737 и 1952 гг. произошло сильнейшее землетрясение, которое сопровождалось ощутимыми сотрясениями и сильным цунами [Новый…, 1997]. В этой связи, вполне возможно, что и землетрясение 21.06.1847 г. с М = 7,5 ± 1,0, а, возможно, и
пара землетрясений 21.06.1847 и 11.1853 с М = 7,5 ± 1,0 (табл. 11.4, № 14) с очагами в районе Средних Курил, также являлись сильнейшими, своими очагами заполнившими сейсмофокальный объем Средних Курил. В таком случае значение повторяемости сильнейших дуплетов и пар землетрясений для района Средних Курил, равное 110 ± 30 лет, было бы близким повторяемости сильнейших землетрясений Т0 для всей окраины Тихого океана [Викулин, 2003].
310