УДК 505.3
ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНДОДРЕНАЖНАЯ СИСТЕМА:
ФЛЮИДОГЕОДИНАМИКА СИЛЬНЫХ КОРОВЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
© 2021 г. Г.С. Вартанян
Lithosphere Strain Kinetics Inc., г. Торонто, Канада
e-mail: gayanav@hotmail.com
Поступила в редакцию 05.04.2021 г.; после доработки
02.06.2021 г.
Принята к публикации 09.06.2021 г.
Аннотация. Вещество, из которого состоит наша планета, постоянно и разнообразно трансформируется. Наиболее активные процессы эволюции вещества Земли связаны с ее глубокими этажами. Рассматриваются некоторые особенности строения и функционирования глобальной эндодренажной системы (ГЭДС) как основной многоярусной разветвленной мегаструктуры, обеспечивающей вывод энергии и глубинных продуктов переработки правещества во внешние части планеты. Выделяется «малоглубинный», функционирующий в подкоровых частях континентов элемент ГЭДС со специфической формой субгоризонтальной миграции глубинного вещества. На основе аналогово-имитационного моделирования показан процесс расщепления мигрирующего материала на газовую и жидкую фракции после достижения ими некоторых критических энергетических (Р–Т) уровней. Начиная с этого момента на некоторых участках планеты закладывается и развивается астенослой – структура, разделяющая верхнюю мантию и земную кору. Обсуждается роль астенослоя в формировании мощных неударных деформационных импульсов, которые зарождаются в ареалах подготовки сильных землетрясений как результат газоизостатических процессов. Рассматриваются особенности субглобальной и глобальной миграции вторичных импульсов-реплик от очаговых зон с генеральным направлением запад–восток. Приводятся результаты компьютерной реконструкции развития гидрогеодеформационного (ГГД) поля Кавказа в период подготовки и разрядки Спитакского землетрясения (М = 6.9, 07.12.1988 г.), являющегося типичным примером реакции коровых образований на развитие флюидогеодинамических процессов в подстилающем астенослое.
Ключевые слова: флюидосфера Земли, глобальная эндодренажная система, астенослой, деформационный импульс, газоизостазия, землетрясения, ГГД-поле Земли, региональная гидрогеодеформатика.
DOI: https://doi.org/10.21455/GPB2021.4-5
Цитирование: Вартанян Г.С. Глобальная эндодренажная система: Флюидогеодинамика сильных коровых землетрясений // Геофизические процессы и биосфера. 2021. Т. 20, № 4. С. 61–84. https://doi.org/10.21455/GPB2021.4-5
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Литература
Бабешко В.А., Калинчук В.В., Шестопалов В.Л., Шереметьев В.М. Технологии геодинамического мониторинга района транспортного перехода через Керченский пролив // Наука юга России. 2016. С. 22–31. (Вестн. ЮНЦ РАН. Т. 12, № 1).
Баранова Е.П., Краснопевцева Г.В., Павленкова Н.И., Раджабов М.М. Альпийская геосинклиналь Кавказа: Сейсмические модели литосферы основных геоструктур территории СССР. / Отв. ред. С.М. Зверев, И.П. Косминская. М.: Наука, 1980. 184 с.
Барсуков В.Л., Беляев А.А., Бакалдин Ю.А., Игумнов В.А., Ибрагимова Т.Л., Серебренников В.С., Султанходжаев А.Н. Геохимические методы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1992. 213 с
Башорин В.Н., Галинский А.М., Кучевская И.В., Сальников А.И., Созинова Т.В., Яницкий И.Н. Методические рекомендации по режимным наблюдениям за содержанием гелия во флюидах при геодинамических исследованиях и выявлении предвестников землетрясений / Под ред. А.Н. Еремееева. М.: ВИМС, 1951. 50 с.
Беляевский Н.А, Борисов А.А. Возможная роль интрузий и магматической активности платформ и древних складчатых сооружений // Тектоника, магматизм и закономерности размещения рудных месторождений. М.: Наука, 1964. С. 7–12.
Вартанян Г.С. Геолого-структурные условия формирования месторождений углекислых вод горноскладчатых регионов и особенности их гидрогеологического изучения: Автореф. ... д-ра геол.-мин. наук. М.: ВСЕГИНГЕО, 1974. 41 с.
Вартанян Г.С. Месторождения углекислых вод горноскладчатых регионов. М.: Недра, 1977. 285 с.
Вартанян Г.С. Гидрогеодеформационное поле при Спитакском и Калифорнийском землетрясениях // Отеч. геология. 1992. № 1. С. 3–12.
Вартанян Г.С. Роль гидрогеодеформационного поля в эволюции подземной гидросферы // Отеч. геология. 1993. № 1. С. 91–95.
Вартанян Г.С. Гидрогеодеформационное поле в исследованиях механизмов геодинамики // Отеч. геология. 1995. № 4. С. 29–37.
Вартанян Г.С. Региональная система геодинамического мониторинга и проблема устойчивого развития государств в сейсмоопасных провинциях мира // Отеч. геология. 1999. № 2. С. 37–45.
Вартанян Г.С. Эндогенные геологические процессы // Экогеология России. Т. I. Европейская часть. М.: Геоинформмарк, 2000а. С. 25–30.
Вартанян Г.С. Флюидосфера и эндодренажные системы Земли как ведущие факторы геологической эволюции // Отеч. геология. 2000б. № 6. С. 14–22.
Вартанян Г.С. Геодинамические процессы во флюидосфере и некоторые их следствия // Отеч. геология. 2003. № 2. С. 44–50.
Вартанян Г.С. Флюидосфера Земли // Планета Земля: Энцик. справ. Т. 1. Тектоника и геодинамика / Ред. Л.И. Красный, О.В. Петров, Б.А. Блюман. СПб.: ВСЕГЕИ, 2004. С. 144–149.
Вартанян Г.С. Эндодренажная система Земли и сейсмичность: Перспективы мониторинга // Отеч. геология. 2006. № 1. С. 41–52.
Вартанян Г.С. Гидравлический форшок – сверхкраткосрочный сейсмический предвестник // Отеч. геология. 2007. № 4. С. 59–66.
Вартанян Г.С. Геодинамические катастрофы и их прогноз: Эндодренаж земли, деформации, сейсмичность. М.: Геоинформмарк, 2015. 259 с.
Вартанян Г.С. Глобальная эндодренажная система: Некоторые флюидо-физические механизмы геодинамических процессов // Геодинамика и тектонофизика. 2019. Т. 10, № 1 С. 53–78. https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-1-0404
Вартанян Г.С., Куликов Г.В. Гидрогеодеформационное поле Земли // Докл. АН СССР. 1982. Т. 262, № 2. С. 310–314.
Вартанян Г.С., Бредехоефт Дж.Д., Роуэллоффс Э. Гидрогеологические методы исследования тектонических напряжений // Сов. геология. 1991. № 9. С. 3–12.
Вартанян Г.С., Кристенсен О.В., Госк Э., Цукуда Э. Региональный метод краткосрочного прогноза сильных землетрясений // Отеч. геология. 2002. № 1. С. 3–8.
Вартанян Г.С., Стажило-Алексеев С.К., Зальцберг Э.А. Гидрогеодеформационный мониторинг: Перспективы сейсмического прогноза // Отеч. геология. 2013. № 6. С. 61–70.
Габриелян А.А., Пирузян С.А., Чартарян Э.А. О сейсмичности транскавказской зоны дислокаций // Докл. АН АрмССР. 1985. Т. LXXX, № 1. С. 41–44.
Гамбурцев Г.А., Вейцман П.С. Особенности строения земной коры в районе Северного Тянь-Шаня по данным сейсмического зондирования и сопоставления с данными геологии, сейсмологии и гравиметрии // Бюл. Совета по сейсмологии АН СССР. 1957. № 3. С. 3–26.
Горбатиков А.В., Степанова М.Ю., Николаев А.В. Субвертикальные неоднородности земной коры по результатам применения микросейсмического зондирования // Proc. Conf. «Galperin Readings 2012 – Innovative technologies and fundamental research», Oct 2012. М.: Europ. Ass. of Geosci. & Eng., 2012. https://doi.org/10.3997/2214-4609.20146079 (на рус. яз.)
Гуфельд И.Л. Сейсмический процесс: Физико-химические аспекты. М.: ЦНИИМаш, 2007. 160 с.
Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А.Г. Глубинная геодинамика. Новосибирск: Изд-во СО РАН; НИЦ ОИГГМ, 1994. 299 с. (Тр. ОИГГМ СО РАН. Вып. 830).
Дутова Е.М., Кац В.Е., Шитов А.В., Сурнин А.И., Молоков В.А. Гелий в подземных водах Республики Алтай // Геодинамика и тектонофизика. 2020. Т. 11, № 3. С. 651–663.
Калинин В.А., Родкин М.В., Томашевская И.С. Геодинамические эффекты физико-химических превращений в твердой среде. М.: Наука, 1989. 158 с.
Кери У. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной. М:. Мир, 1991. 448 с.
Кольская сверхглубокая / Гл. ред. Е.А. Козловский. М.: Недра, 1984. 490 с.
Копничев Ю.Ф., Соколова И.Н. Мантийные флюиды и сильные коровые землетрясения: Напряженно-деформированное состояние и сейсмичность литосферы // Напряженно-деформированное состояние и сейсмичность литосферы: Тр. Всерос. совещ. «Напряженное состояние литосферы, ее деформация и сейсмичность», г. Иркутск, 26–29 авг. 2003 г. Новосибирск: ГЕО, 2003.
Краснопевцева Г.В., Матушкин Б.А., Попов Е.А. Геофизические исследования на региональном профиле Волгоград–Нахичевань // Изв. АН СССР. Сер. Геол. 1967. № 12. С .43–51.
Краснопевцева Г.В., Матушкин Б.А., Шевченко В.И. Новая интерпретация данных ГСЗ по профилю Степное–Бакуриани на Кавказе // Сов. геология. 1970. № 8. С. 113–120.
Красный Л.И. Восходящие глубинные и близповерхностные структуры и связанная с ними минерагения // Отеч. геология. 2000. № 6. С. 23–28.
Куликов Г.В., Лыгин А.М., Спектор С.В. Различные аномалии в режиме подземных вод перед сильными землетрясениями // ХVI Всерос. науч.-практ. конф. МЧС «Проблемы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природно-техногенного и биолого-социального характера», г. Москва, 27–28 сентября 2017 г.: Сб. докл. М., 2017. С. 135–141.
Куликов Г.В., Спектор С.В., Рогожин Е.А., Лукашева Р.Н., Сысолин А.И. О методах краткосрочного прогноза землетрясений на основе мониторинга гидрогеодеформационного поля // Геофизические процессы и биосфера. 2019. Т. 18, № 4. С. 146–157. https://doi.org/10.21455/GPB2019.4-12
Летников Ф.А. Дегазация Земли как глобальный процесс самоорганизации // Дегазация Земли: Геодинамика, геофлюиды, нефть и газ: Материалы Междунар. конф. М.: ГЕОС, 2002. С. 6–7.
Летников Ф.А, Дорогокупец П.И. К вопросу о роли суперглубинных флюидных систем земного ядра в эндогенных геологических процессах // Докл. РАН. 2001. Т. 378, № 4. С. 535–537.
Маракушев А.А. Геологические следствия дегазации земного ядра // Дегазация Земли: Геодинамика, геофлюиды, нефть и газ: Материалы Междунар. конф. М.: ГЕОС, 2002. С. 8–10.
Маракушев А.А. Флюидный режим обновления коры Земли и других планет и спутников Солнечной системы // Система Планеты Земля («Нетрадиционные вопросы геологии»). XII науч. семинар, 4–6 февраля 2004 г.: Материалы семинара. М., 2004. С. 268–282.
Милановский Е.Е. Новейшая тектоника Кавказа. М.: Недра, 1968. 483 с.
Милановский Е.Е. Некоторые закономерности развития Земли в фанерозое // Геотектоника. 1978. № 6. С. 3–16.
Милановский Е.Е. Пульсации Земли // Геотектоника. 1995. № 5. С. 3–24.
Милн-Томсон Л.М. Теоретическая гидродинамика. М.: Мир, 1964. 655 с.
Намиот А.Ю. Растворимость газов в воде: Справ. пос. М.: Недра, 1991. 167 с.
Осика Д.Г. Флюидный режим тектонически-активных областей. М.: Наука, 1981. 204 с.
Офиц. бюл. Гос. комитета СССР по делам изобретений и открытий. Открытия. Изобретения. Публикация об открытиях, зарегистрированных в Государственном реестре открытий СССР. М.: Тип. ГОСНИТИ, 1983. № 46.
Павленкова Г.А. Строение земной коры Кавказа по профилям ГСЗ Степное–Бакуриани и Волгоград–Нахичевань (результаты переинтерпретации первичных данных) // Физика Земли. 2012. № 5. С. 5–16.
Паэсалу И. Оценка приливной вертикальной деформации земной поверхности в Таллине // Изв. АН ЭстССР. Геология. 1984. Т. 33, № 1. С. 14–17.
Рогожин Е.А., Горбатиков А.В., Степанова М.Ю., Овсюченко А.Н., Андреева Н.В., Харазова Ю.В. Структура и современная геодинамика мегантиклинория Большого Кавказа в свете новых данных о глубинном строении // Геотектоника. 2015. № 2. С. 36–49.
Рогожин Е.А., Горбатиков А.В., Харазова, Степанова М.Ю., Николаев А.В. Особенности строения и геологической активности горы Эльбрус и участка ущелья Эльбрус–Тырныауз по комплексу геолого-геофизических данных // Докл. Акад. наук. 2016. Т. 471, № 3. С. 350–353.
Сидоренко А.В., Розен О.М., Теняков В.А., Гиммельфарб Г.Б. Метаморфизм осадочных толщ и «углекислое дыхание» земной коры // Сов. геология. 1973. № 5. С. 3–11.
Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 344 с.
Справочник химика. Т. 2. Основные свойства неорганических и органических соединений. 2-е изд. М.; Л.: Госхимиздат, 1964. 1162 с.
Стажило-Алексеев С.К. О глобальной периодичности и повторяемости землетрясений в планетарном масштабе // Седьмые геофизические чтения В.В. Федынского, 3–5 марта 2005 г.: Тез. докл. М.: ГЕОС, 2005.
Стажило-Алексеев С.К. Мониторинг геодинамических эндогенных процессов территории Российской Федерации // Разведка и охрана недр. 2007. № 7. С. 25–31.
Стажило-Алексеев С.К. Сводка о сейсмогеодинамической обстановке Дальневосточного региона на апрель 2011 г. URL: http://www.geomonitoring.ru. Дата обращения: сентябрь 2021 г.
Стажило-Алексеев С.К., Лыгин А.М., Макеев В., Пронин А. Оценка современной геодинамической активности Восточно-Европейской платформы как новое направление мониторинга состояния недр // Разведка и охрана недр. 2008. № 10. С. 69–73.
Султанходжаев А.Н., Латипов С.У., Чернов И.Г. и др. Гидрогеосейсмические предвестники землетрясений / Ред. Г.А. Мавлянов. Ташкент: ФАН, 1983. 135 с.
Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. М.: Геоинформцентр, 2002. 250 с.
Шебалин Н.В. Сильные землетрясения. М: Изд-во Акад. горн. наук, 1997. 541 с.
Шереметьев В.М. Мониторинг гидрогеодеформационного поля Земли – основа системы оперативного прогноза техногенных аварий и катастроф // Разведка и охрана недр. 1996. № 6. С. 27–31.
Шереметьев В.М., Левченко В.Т. Грязевой вулканизм и гидрогеодеформационное поле на Западном Кавказе // Основные проблемы геологического изучения и использования недр Деверного Кавказа. Ессентуки, 1955.
Щелкачев В.Н. Основные уравнения, описывающие движение жидкости в сжимаемой пористой среде // Докл. АН СССР. 1946. Т. 52, № 2. С. 103–105.
Bell J.S., Babcock E.A. The stress regime of Western Canadian Basin and implications for hydrocarbon production // Bull. Canad. Petrol. Geol. 1986. V. 34 (3). P. 364–378.
Bell J.S., McCallum R.E. In situ stress in the Peace River Arch area, Western Canada // Bull. Canad. Petrol. Geol. 1990. V. 38 (1). P. 270–281.
Borrell B. Deep structure imaged under Hawaii // Nature News. December 2009. https://doi.org/10.1038/news.2009.1121
Cox J.W. Long axis orientation in elongated boreholes and correlation with rock stress data // SPWLA Twenty fourth annual logging symposium transactions, Calgary, Alberta, Canada, June 27–30, 1983. Calgary, 1983. V. 1. P. 1–17.
Fyfe W.S., Price N.J., Thompson A.B. Fluids in the Earth’s crust. Amsterdam: Elsevier, 1978. 383 p. (Develop. in Geochem. V. 1).
Gough D.I., Bell J.S. Stress orientations from oil-well fractures in Alberta and Texas // Canad. J. Earth Sci. 1981. V. 18 (3). P. 638–645. https://doi.org/10.139/e81-56
Hofmann A.W. Mantle geochemistry: The message from oceanic volcanism // Nature. 1997. V. 385 (6613). P. 219–229. https://doi.org/10.1038/385219a0
Lithgow-Bertelloni C., Silver P.G. Dynamic topography, plate driving forces and the African superswell // Nature. 1998. V. 395. P. 269–272.
Martinelli G. Earthquakes, Prediction. Sciences of the Earth, An encyclopedia of events, People and Phenomena / Ed. G.A. Good. N.Y.; London: Garland Publ. Inc., 1998. P. 192–196.
Martinelli G., Dadomo A. Geochemical and fluid related precursors of earthquakes: Previous and on going research trends // Pre-earthquake processes: A multidisciplinary approach to earthquake prediction studies / Eds D. Ouzounov, S. Pulinets, K. Hattori, P. Taylor. N.Y.: Amer. Geoph. Union, 2018. P. 219–228. (Geoph. Monogr. Ser. V. 234).
van der Hilst R.D., Widiyantoro S., Engdahl E.R. Evidence for deep mantle circulation from global tomography // Nature. 1997. V. 386. P. 578–584. https://doi.org/10.1038/386578a0
Wolfe C.J., Solomon S.C., Laske G., Collins J.A., Detrick R.S., Orcutt J.A., Bercovici D., Hauri E.H. Mantle shear-wave velocity structure beneath the Hawaiian hot spot // Scince. 2009. V. 326. P. 1388–1390. https://doi.org/10.1126/scince.1180165
Wolff C.J., Bjarnason I.Th., VanDecar J.C., Solomon S.C. Seismic structure of Iceland mantle plume // Nature. 1997. V. 385. P. 245–247. https://doi.org/10.1038/385245a0
Yuji Sano, Naoto Takahata, Takanon Kagoshima, Tomo Shilata, Tetsuji Onone, Dapeng Zhao. Grounwater helium reflects strain change during 2016 Kumamoto earthquake in Southern Japan // Sci. Rep. 2016. V. 6 (1): 37939.
Zoback M.L., Zoback M. State of stress in the conterminous United States // J. Geophys. Res. Solid Earth. 1980. V. 85 (B11). P. 6113–6156. https://doi.org/10.1029/JB085iB11p06113
Сведения об авторе
ВАРТАНЯН Генрих Сенекеримович – Lithosphere Strain Kinetics Inc. One Valhalla Inn Road, TH-22, Toronto, ON, Canada M9B. 1S9. E-mail: gayanav@hotmail.com
ТHЕ GLOBAL
ENDO-DRAINAGE SYSTEM:
FLUID-GEODYNAMICS OF STRONG CRUSTAL EARTHQUAKES
© 2021 G.S. Vartanyan
Lithosphere Strain Kinetics Inc., Toronto, Canada
e-mail: gayanav@hotmail.com
Abstract. The entire planet substance has been undergoing constant real-time transformations. The most active evolutionary processes on the Earth substance are related to its deepest layers. The article addresses certain peculiarities in the structure and functioning of the global endo-drainage system (GEDS) as the main multi-layered mega-structure that is responsible for the release of energy, as well as the converted products of the original substance from the deepest layers to the external parts of the planet. A «shallow-depth» GEDS element that exists in the sub-crust sections of the continents is characterized by a specific sub-horizontal migration of the converted substance. Using an analogue simulation, we also show how the migrating material is splited into gas and liquid fractions upon having reached certain critical energy levels (P–T). At these depths, the astheno-layer, i.e. a structure that separates the upper mantle and the Earth’s crust in some sections of the planet, is being formed. We discuss the role of the astheno-layer in the origination of strong non-impact deformation impulses that are discovered in the areas of an earthquake preparation as a result of gas-isostatic processes. We also review some peculiarities of sub-global and global migration of the secondary replica-impulses that move eastward from epicentral zones. The article contains results of the computer simulation of the development of the hydrogeodeformation (HGD) field of Caucasus when the Spitak earthquake (that is a typical example of how the core formations respond to the occurrence of the fluid geodynamic processes in the astheno-layer) was formed and struck.
Keywords: fluidosphere of the Earth, global endo-drainage system, astheno-layer, deformation impulse, gas-isostatics, earthquakes, HGD field of the Earth, regional hydrogeodeformatics.
About the author
VARTANYAN Genrich Senekerimovich – Lithosphere Strain Kinetics Inc. One Valhalla Inn Road, TH-22, Toronto, ON, Canada M9B. 1S9. E-mail: gayanav@hotmail.com
Cite this article as: Vartanyan G.S. Тhе global endo-drainage system: Fluid-geodynamics of strong crustal earthquakes, Geofizicheskie Protsessy i Biosfera (Geophysical Processes and Biosphere), 2021, vol. 20, no. 4, pp. 61–84 (in Russian). https://doi.org/10.21455/gpb2021.4-5
English version: Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics, 2021, vol. 57, iss. 11. ISSN: 0001-4338 (Print), 1555-628X (Online). https://link.springer.com/journal/volumesAndIssues/11485