Выпуск 28

Проводится анализ устойчивости литосферы при продольном сжатии. Принимается во внимание стабилизирующее влияние гравитации. Рассматривается двухслойная модель литосферы. Верхний слой (хрупкая кора) описывается реологической моделью идеально пластической среды, нижний слой (мантийная литосфера) – нелинейной наследственной реологической моделью, предложенной автором в предыдущей работе. Та же модель, но с другим значением реологического параметра, используется для астеносферы, подстилающей литосферу. Показано, что литосфера устойчива при сжимающих напряжениях порядка 10⁹ Па. В предлагаемой реологической модели вертикальные смещения поверхности литосферы убывают со временем не по экспоненциальному, как в реологической модели ньютоновской жидкости, а по степенному закону t ^-1/3. Сжатие литосферы обсуждается как возможный механизм вертикальных движений коры в осадочных бассейнах.

В работе проведены численные эксперименты для выяснения влияния континентов на структуру тепловой конвекции в мантии. Мантия моделировалась подогреваемой снизу вязкой жидкостью, находящейся в двумерной области, десятикратно вытянутой по горизонтали. Континенты рассматривались как толстые твердые теплопроводные плиты, помещенные в мантию. Расчеты проводились для тепловой конвекции различной интенсивности, соответствующей числам Рэлея Ra  =  10⁵, 5×10⁵ и 10⁶. Толщина континента d варьировалась от 0.05 до 0.3, а горизонтальные размеры L – от 0.3 до 2 (в единицах толщины мантии). Так как континенты замедляют выход тепла из мантии, нижележащее вещество мантии нагревается, становится легче и нисходящий поток сменяется на восходящий. Рассчитаны времена таких перестроек структуры мантийных течений τ для различных значений параметров. Получены аппроксимационные аналитические зависимости для τ (Ra), τ (d ) и τ (L ). Оказалось, что для обычно принимаемых значений параметров Земли при толщине континента ~ 300 км и горизонтальных размерах ~ 6 тыс. км нисходящий поток сменяется на восходящий за время порядка 200 млн лет. Поскольку континенты не стоят на месте, а дрейфуют, то восходящий поток может образоваться, если за время τ континент не успеет переместиться относительно мантии на расстояние больше половины его длины. Таким образом, под континентом, смещающимся относительно мантии со скоростью << 1 см/год (типа Африки), должен существовать восходящий мантийный поток, а под быстро перемещающимся континентом (типа Австралии) восходящий поток образоваться не успевает.

Рассчитывается эволюция температурного поля внутри застывающей магматической камеры и в окружающем массиве. Рассматривается теплопроводный массив с геотермическим градиентом температуры, содержащий слой вязкого горячего расплава. В расплаве устанавливается тепловая конвекция и одновременно из-за отвода тепла в окружающий массив происходит остывание магматической камеры. Сначала вещество окружающего массива плавится вблизи камеры, а затем начинает затвердевать вплоть до окончательного перехода всего расплава в твердое состояние. В двумерной модели решаются уравнение тепловой конвекции для расплава и уравнение теплопереноса в массиве. Используется метод сквозного счета с движущейся границей фронта затвердевания. Задача сводится к решению обобщенных уравнений тепловой конвекции, в которые входит эффективная теплоемкость, учитывающая выделение тепла в задаче Стефана. Кроме того, в правую часть уравнения Навье–Стокса вводится дополнительная функция продолжения. Она выбирается такой, чтобы в области расплава используемые уравнения переходили в обычные уравнения тепловой конвекции, а в области массива – сводились к уравнению кондуктивного переноса тепла. Рассчитываются тепловые режимы магматических камер при различных размерах и глубинах залегания, а также изменения во времени тепловых потоков на фронте затвердевания и на дневной поверхности Земли.

Предвестниковые изменения сейсмичности, характерные для землетрясений с магнитудами 7.5–8.5 перед двумя сильнейшими Южно-Курильскими землетрясениями 4 октября 1994  г. (М  =  8.3) и 3 декабря 1995  г. (М  =  8.0) были заблаговременно диагностированы в июле 1992  г. Прогноз получен с помощью алгоритма М8 в июле 1992  г. в ходе совместного российско-американского эксперимента по среднесрочному прогнозу сильнейших землетрясений Тихоокеанского сейсмического пояса в реальном времени. Дополнительный анализ сейсмичности в диапазоне малых магнитуд с помощью алгоритма, известного как Сценарий Мендосино (MS), позволяет сократить область прогноза: в первом случае до размеров очага Шикотанского землетрясения (1994  г.) и во втором случае до размеров, в 1.5 раза превышающих очаг Итурупского землетрясения (1995  г.).

Наблюдаемые среднесрочные вариации последовательности землетрясений говорят в пользу существования предвестниковой активизации. Этот феномен положен в основу алгоритма прогноза сильных землетрясений, известного как М8. Эффективность данного подхода подтверждается в ходе многолетнего его применения. Однако алгоритм М8 не является оптимальным, а выбор его параметров единственно возможным. В предлагаемой работе произведена модификация одного из функционалов алгоритма – обратно пропорционального критерию образования магистрального разрыва (критерию Журкова). Этот функционал рассчитывается в существующей версии в соответствии с некоторыми предположениями. В статье приводятся и анализируются результаты испытания модифицированного алгоритма прогноза сильнейших землетрясений Тихоокеанского пояса сейсмичности.

Статья является продолжением цикла работ по исследованию явления кратковременной активизации локально менее активных зон на фоне относительного затишья локально более активных зон, возникающего в эпицентральной зоне за несколько месяцев до землетрясения. Предложенный ранее на основе этого явления алгоритм прогноза был ретроспективно опробован в Южной Калифорнии и на Малой Антильской дуге. В данной работе предлагается модификация алгоритма, позволяющая, в частности, увеличить число рассматриваемых сильных землетрясений за счет расширения исследуемой территории. В результате ретроспективного прогноза на Малой Антильской дуге за период с января 1984  г. по август 1995  г. восемь из девяти сильных землетрясений произошли в пространственно-временных областях повышенной вероятности возникновения сильных землетрясений. Пространственно-временной объем этих областей относительно всего рассмотренного объема пространства-времени составляет 8%.

Работа посвящена среднесрочному прогнозу сильных землетрясений региона Вранча (Румыния) по данным о сейсмичности промежуточной глубины, полученным румынской локальной сетью. Регион Вранча не является типичным для применения алгоритма среднесрочного прогноза КН – обычно этот алгоритм используется для предсказания поверхностных землетрясений на территории с линейными размерами в сотни километров. Во Вранче основная сейсмичность сосредоточена на очень небольшой территории и на промежуточной глубине. В работе показано, что алгоритм КН может применяться для прогноза сильных землетрясений промежуточной глубины и с использованием сейсмичности только этой глубины. Для периода 1932–1993  гг. 4 из 5 сильных землетрясений с магнитудой выше 6.4 предваряются тревогами; продолжительность тревог составляет 21.7% всего периода. Результаты ретроспективного прогноза дают потенциальную возможность продолжения мониторинга подготовки сильных землетрясений во Вранче по данным румынской локальной сети в случае регулярного пополнения каталога.

Работа посвящена прогнозу сильнейших землетрясений (магнитуда М  ≥  7.2) на территории Памира и Южного Тянь-Шаня. На основании современных неотектонических представлений предложена геолого-геодинамическая модель, с учетом которой алгоритм КН дает более точные и устойчивые результаты по сравнению с аналогичными исследованиями, проведенными в этом регионе ранее. Ретроспективно периоды повышенной вероятности (ППВ) сильных землетрясений, диагностированные алгоритмом, предшествовали всем пяти сильным землетрясениям с М  ≥  7.2, произошедшим в этом районе за период с 1967 по 1994  г. Общая длительность ППВ составила 32.3% от рассмотренного периода. Результаты проведенного исследования показывают, что учет геодинамики и геологического строения района позволяет точнее определить область локализации предвестников сильных событий.

Анализируется искусственный каталог с использованием метода локальных статистик для оценки влияния сильных событий на интенсивность потока последующих землетрясений. Этот каталог получен в результате численного моделирования динамики блоковой структуры, состоящей из абсолютно жестких блоков, разделенных плоскими разломами пренебрежимо малой толщины. Блоки взаимодействуют друг с другом и с подстилающей средой и движутся вследствие заданного движения граничных блоков и подстилающей среды. Взаимодействие происходит в плоскостях разломов и подошвах блоков, разделяющих блоки и подстилающую среду, и является вязко-упругим. Зависимость плотности упругой силы от относительного смещения предполагается линейной. В случае, когда для какой-либо части разлома напряжение превосходит некоторый порог, возникает разрыв (сброс напряжения), что может вызвать разрывы в других местах. Последовательность таких разрывов рассматривается как землетрясение. Для искусственного каталога землетрясений посредством техники локальных статистик обнаружено статистически значимое увеличение интенсивности потока фоновых землетрясений в течение периода сразу после исходного события (положительное влияние) и уменьшение интенсивности в течение последующего периода (отрицательное влияние).

В статье приводятся результаты моделирования геодинамики центральной части Альпийско-Гималайского пояса. В модели исследуемый регион рассматривается в виде системы абсолютно жестких блоков, геометрия которой определяется в соответствии с тектонической структурой региона. Блоки образуют слой между двумя горизонтальными плоскостями. Движения и деформации происходят как в плоскостях разломов, разделяющих блоки и ограничивающих структуру, так и в нижней плоскости, отделяющей блоки от подстилающей среды. Взаимодействие блоков друг с другом и с подстилающей средой является вязко-упругим. Землетрясения возникают в плоскостях разломов, когда для какой-либо их части отношение упругого напряжения к давлению превосходит некоторый заданный порог. Полученные в результате моделирования искусственные каталоги отражают ряд свойств реальной сейсмичности региона Ближнего Востока, что указывает на возможность использования процедуры моделирования для решения задач геодинамики, в частности для уточнения направлений и скоростей относительных движений блоков.

Исследуется возможность группирования землетрясений в искусственном каталоге, возникающем при моделировании динамики блоковой структуры. Полученные результаты показывают, что явление группируемости наблюдается для структуры, состоящей из четырех одинаковых квадратных блоков, при задании достаточно простого движения одной из границ.

Предложена новая модель распределения сейсмичности (числа землетрясений) по пространству, выведенная на основании предположения о самоподобии этого распределения. Пуассоновские интенсивности потоков землетрясений на непересекающихся площадках оказываются распределенными в соответствии с некоторым законом из семейства устойчивых законов. Выведены рекуррентные формулы для распределения числа землетрясений на некоторой площадке и изложена методика статистической оценки параметров устойчивого закона, которому подчиняется распределение интенсивности. Методика проиллюстрирована на каталогах Памира–Тянь-Шаня, Японии, Калифорнии. Значения характеристического параметра α устойчивых законов получились равными приблизительно 0.6–0.7. Подчеркивается необходимость аккуратной статистической обработки данных, поскольку для указанных значений α математическое ожидание и дисперсия устойчивого закона равны бесконечности.

Рассматривается метод фрактального моделирования изображения множества эпицентров землетрясений, который позволяет исследовать самоподобную пространственную структуру сейсмичности изучаемого района. Описывается программный комплекс REFRACT, предназначенный для построения фрактальной модели. Обсуждаются результаты моделирования сейсмичности района Южной Калифорнии.

Предлагается новый, иерархический подход к описанию частотно-магнитудного (FM) соотношения землетрясений в задачах сейсмического риска. Он основан на предположении, что только события, геометрически малые по отношению к элементам сейсмотектонической регионализации, могут описываться лог-линейным FM-соотношением. Неуниверсальный характер FM-соотношения подтверждается анализом глобальной сейсмичности с использованием Гарвардского каталога, регистрирующего сейсмический момент в качестве силы землетрясения. Идея иерархического моделирования FM-соотношения реализуется на примере региона Италии.

Работа посвящена сопоставлению теоретических оценок сейсмического риска крупнейших городов мира, полученных в работе В.И.  Кейлис-Борока, Т.Л.  Кронрод, Г.М.  Молчана (1984 г.) на период 1971–2000  гг., с фактическим ущербом от землетрясений за последние 25 лет. Рассмотрены два эффекта сильных землетрясений: число городов N_t и число их жителей D_t в зоне катастрофических сотрясений. Получено хорошее согласие прогноза числа пострадавших городов с числом реальных сотрясений за 25 лет (прогноз 6.7  ±  3.2, пострадало 6 или 7 – нет точных данных о Киото). Данные о численности населения в зоне сильных сотрясений отсутствуют, однако достоверность прогноза D_t косвенно подтверждается сопоставлением расчетной численности населения на 1990  г. с фактической людностью. Показано, что мировые процессы агломерирования городов и образования мегалополисов качественно меняют проблему риска городского населения и экономики страны.