УДК 550.34 + 550.343

СЕЙСМИЧНОСТЬ КАК РЕАКЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
НА ПЛАНЕТАРНУЮ ВОДОРОДНУЮ ДЕГАЗАЦИЮ
(НА ПРИМЕРЕ КАМЧАТСКОГО РЕГИОНА)

Часть 1: Принципы мониторинга активной геологической среды. Противоречия разрывной и дегазационной моделей
сейсмического процесса

¹Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

²Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва, Россия

Автор для переписки: И.Л. Гуфельд, e-mail: igufeld@korolev-net.ru

Главное

– критика разрывной модели сейсмического процесса

– рассмотрено влияние водородной дегазации на структуру геологической среды

– предложена модель коровой сейсмичности зоны субдукции

– предложены принципы и способы мониторинга активной геологической среды

– предложен метод оценки фоновой сейсмической обстановки в зоне субдукции

Аннотация. Обсуждается физика сейсмического процесса в зоне субдукции. Предлагается замена разрывной модели процесса на дегазационную. Показано, что водородная дегазация контролирует объемно-напряженное состояние и структурные особенности среды до глубин верхней мантии. Предложены модели коровых сейсмических событий, исключающие процессы накопления упругих напряжений и разрушения. Введено понятие о внутренней активности геологической среды за счет процессов взаимодействия восходящих потоков водорода с твердой фазой. Предложен метод мониторинга сред с активными внутренними источниками энергии. Использованы разностные уравнения эволюции состояния среды, построенные и корректируемые по результатам измерений структурно-чувствительных скоростей сейсмических волн. Показана методология прогноза фонового состояния активной среды.

Ключевые слова: зона субдукции, водородная дегазация, сейсмический процесс, геологическая среда, уравнение состояния среды

Цитируйте эту статью как: Гуфельд И.Л., Новоселов О.Н. Сейсмичность как реакция геологической среды на планетарную водородную дегазацию (на примере Камчатского региона). Часть 1: Принципы мониторинга активной геологической среды. Противоречия разрывной и дегазационной моделей сейсмического процесса // Наука и технологические разработки. 2020. Т. 99, № 3. С.19–45. https://doi.org/10.21455/std2020.3-3

Финансирование

Работа выполнена в рамках госзадания Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ИФЗ РАН) и Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (МГТУ).

Литература

Адушкин В.В., Ан В.А., Гамбурцева Н.Г., Дараган С.Н., Люкэ Е.И., Овчинников В.Н. Сейсмический мониторинг литосферы при помощи ядерных взрывов. Атлас временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов. М.: Научный мир, 1998. Т. 2. С.145–150.

Адушкин В.В., Ан В.А., Каазик П.Б., Овчинников В.М. О динамических процессах во внутренних геосферах Земли по временам пробега сейсмических волн // Докл. РАН. 2001. Т. 381, № 6. С.822–824.

Ан В.А., Люкэ Е.И. Циклические изменения параметров сейсмической волны Р на трассе Невада–Боровое // Физика Земли. 1992. № 4. С.20–31.

Болдина С.В., Копылова Г.Н. Эффекты Жупановского землетрясения 30 января 2016 г., М_W=7.2, в изменениях уровня воды в скважинах ЮЗ-5 и Е-1, Камчатка // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8, № 4. С.863–880.

Болдырев С.А. Отражение структуры и свойств литосферы в сейсмическом поле Камчатского региона // Физика Земли. 2002. № 6. С.5–28.

Викулин А.В. О долгосрочном сейсмическом прогнозе С.А. Федотова // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2017. № 3. Вып. 35. С.69–85.

Войтов Г.И. Химизм и масштабы современного потока природных газов в различных геоструктурах Земли // Журнал Всесоюзного химического общества. 1986. Т. 31, № 5. С.533–540.

Гаврилов В.А. Воздействие переменных электромагнитных полей на геоакустические процессы: эмпирические закономерности и физические механизмы: Дис. … д-ра физ.-мат. наук. М.: ИФЗ РАН, 2016. 385 с.

Гамбурцев Г.А. Избранные труды. М.: АН СССР, 1960. 461 с.

Гамбурцева Н.Г., Люкэ Е.И., Орешин С.И., Пасечник И.П., Рубинштейн Х.Д. Периодические вариации динамических параметров сейсмических волн при просвечивании литосферы мощными взрывами // ДАН СССР. 1982. Т. 266, № 6. С.1349–1353.

Гуфельд И.Л. Сейсмический процесс. Физико-химические аспекты. Королев: ЦНИИМаш, 2007. 160 с.

Гуфельд И.Л. Геологические следствия аморфизации структуры литосферы и верхней мантии, вызванные водородной дегазацией // Геодинамика и тектонофизика. 2012. № 4. С.417–435.

Гуфельд И.Л., Матвеева М.И. Барьерный эффект дегазации и деструкция земной коры // Докл. РАН. 2011. Т. 438, № 2. С.253–258.

Гуфельд И.Л., Новоселов О.Н. Сейсмический процесс в зоне субдукции. Мониторинг фонового режима. М.: ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2014. 100 с.

Гуфельд И.Л., Новоселов О.Н. Безбарьерный сейсмический процесс в зоне субдукции и принципы его мониторинга // Докл. РАН. 2015. Т. 464, № 6. С.716–721.

Гуфельд И.Л., Новоселов О.Н. Мониторинг состояния среды зоны субдукции. Возможности краткосрочной оценки сейсмической опасности // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2017. № 3. Вып. 34. С.77–89.

Гуфельд И.Л., Матвеева М.И., Лютиков Р.А., Савин В.И. Газы радиогенной природы в динамике литосферы // Докл. РАН. 1993. Т. 328, № 1. С.39–42.

Гуфельд И.Л., Гусев Г.А., Матвеева М.И. Метастабильность литосферы как проявление восходящей диффузии легких газов // Докл. РАН. 1998. Т. 362, № 5. С.677–680.

Гуфельд И.Л., Афанасьев А.В., Афанасьева В.В., Новоселов О.Н. Триггерные эффекты сейсмотектонического процесса в динамически меняющейся геологической среде // Докл. РАН. 2010. Т. 433, № 1. С.92–96.

Динамические процессы в геофизической среде / Под ред. А.В. Николаева. М.: Наука, 1994. 255 с.

Добровольский И.П. Механика подготовки тектонического землетрясения. М.: Наука, 1984. 190 с.

Добровольский И.П. Теория подготовки тектонического землетрясения. М.: ИФЗ РАН, 1991. 219 с.

Добровольский И.П., Зубков С.И., Мячкин В.И. Об оценках размеров зон проявления предвестников землетрясений. М.: ИФЗ АН СССР, 1980. С.7–44.

Дода Л.Н., Натяганов В.Л., Степанов И.В. Эмпирическая схема краткосрочного прогноза землетрясений // Докл. РАН. 2013. Т. 453, № 5. С.551–557.

Зубков С.И. Времена возникновения предвестников землетрясений // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1987. № 5. С.87–91.

Кольская сверхглубокая / Ред. Е.А. Козловский. М.: Недра, 1984. 492 с.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломных зон // Физика Земли. 2004. № 10. С.95–111.

Лукк А.А., Дещеревский А.В., Сидорин А.Я., Сидорин И.А. Вариации геофизических полей как проявление детерминированного хаоса во фрактальной среде. М.: ОИФЗ РАН, 1996. 210 с.

Математическое моделирование сейсмического процесса, ориентированного на проблему прогноза землетрясений. М.: МИТП РАН, 1993. 112 с.

Мячкин В.И. Процессы подготовки землетрясений. М.: Наука, 1978. 232 с.

Невский М.В. Сверхдлиннопериодные волны деформаций на границах литосферных плит // Динамические процессы в геофизической среде. М.: Наука, 1994. С.40–54.

Николаевский В.Н. Дилатансия и теория очага землетрясений // Успехи механики. 1980. Т. 3, № 1. С.70–101.

Новоселов О.Н. Идентификация состояния динамических объектов по измеряемым параметрам: от теории к практике // Измерительная техника. 2010а. № 2. С.20–23.

Новоселов О.Н. Идентификация и анализ динамических систем. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2010б. 424 с.

Новоселов О.Н., Гуфельд И.Л. Прогнозирование состояния динамической системы по результатам измерений // Измерительная техника. 2015. № 10. С.11–15.

Павленкова Н.И. Структура земной коры и верхней мантии и механизм движения глубинного вещества // Вестник ОГГГГН РАН. 2001. № 4 (19). 18 с.

Писаренко В.Ф., Гамбурцев А.Г., Гамбурцева Н.Г. Малоизвестные работы и материалы из архива академика Г.А. Гамбурцева // Физика Земли. 2008. № 9. С.71–80.

Поликарпова Л.А., Белавина Ю.Ф., Малиновский А.А., Поликарпов А.М. Временные закономерности распределения глубинных землетрясений земного шара за период 1963–1979 гг. // Физика Земли. 1995. № 2. С.28–39.

Пулинец С.А., Узунов Д.П., Карелин А.В., Давиденко Д.В. Физические основы генерации краткосрочных предвестников землетрясений // Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55, № 4. С.521–538.

Райс Дж. Механика очага землетрясения. М.: Мир, 1982. С.133–215.

Ризниченко Ю.В. Энергетическая модель сейсмического режима // Физика Земли. 1968. № 5. С.3–19.

Ризниченко Ю.В., Артамонов А.М. Развитие энергетической модели пространственно-временного хода сейсмичности // Физика Земли. 1975. № 12. С.35–42.

Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. М.: Мир, 1979. 388 с.

Садовский М.А., Писаренко В.Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде. М.: Наука, 1991. 95 с.

Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М.: Наука, 1987. 100 с.

Сидорин А.Я. Зависимость времени проявления предвестников землетрясений от эпицентрального расстояния // Докл. АН СССР. 1979. Т. 25, № 4. С.825–828.

Сидорин А.Я. Зависимость величины аномальных деформаций земной коры от расстояния до эпицентра готовящегося землетрясения // Докл. АН СССР. 1980. Т. 250, № 3. С.599–602.

Сидорин А.Я. О региональных различиях закономерностей проявления предвестников землетрясений // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1987. № 2. С.84-87.

Сидорин А.Я. Предвестники землетрясений. М.: Наука, 1992. 192 с.

Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.

Соболев Г.А. Модель лавинно-неустойчивого трещинообразования – ЛНТ // Физика Земли. 2019. № 1. С.166–179.

Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. 270 с.

Трапезников Ю.А. Вопросы пространственно-временного распределения землетрясений и их предвестников // Проявление геодинамических процессов в геофизических полях. М.: Наука, 1993. С.139–150.

Федотов С.А. Долгосрочный сейсмический прогноз для Курило-Камчатской зоны. М.: Наука, 2005. 302 с.

Фирстов П.П. Возможности прогнозов сильных землетрясений по данным радонового мониторинга на Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2014. № 1. Вып. 23. С.232–245.

Фирстов П.П., Макаров Е.О., Максимов А.П., Чернев И.И. Отражение геодинамической обстановки северо-западного обрамления Тихого океана в динамике подпочвенного радона и в газовом составе теплоносителя Мутновской ГеоЭС // Вулканология и сейсмология. 2015. № 5. С.43–49.

Фирстов П.П., Копылова Г.Н., Саломатин А.В., Серафимова Ю.К. О прогнозировании сильного землетрясения в районе полуострова Камчатка // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2016. № 4. Вып. 32. С.106–114.

Щекотов А.Ю., Чебров В.Н., Берсенёва Н.Ю. Электромагнитные предвестники Олюторского и Охотоморского землетрясений // Труды Пятой научно-технической конференции, Петропавловск-Камчатский, 27 сентября – 3 октября 2015 г. http://www.emsd.ru/conf2015lib/pdf/predv/ Schekotov_Chebrov_Berseneva.pdf

Brace W.F., Byerlee J.D. Stick-slip as a mechanism for earthquake // Science. 1966. V. 153. P.990–992.

Ma L., Chen J., Chen Q., Liu G. Features of precursor fields before and after the Datong-Yanggao Earthquake swarm // J. Earthq. Predct. Res. 1995. V. 4, N 1. P.1–30.

Niazi M. Regression analysis of reported earth quake precursors // Pageophys. 1984–1985. V. 122. P.966–981.

Reid H.F. The California earthquake of April, 18, 1906. The Mechanics of the earthquake. Washington: The Carnegie Inst., 1910. V. 2.

Scholz C.H., Sykes L.R., Aggarwal Y.P. Earthquake prediction: A physical basis // Science. 1973. V. 181. P.803–809.

Scholz C.H., Alives C.A., Wesnousky S.C. Scaling differences between large interpolate and interpolate earthquakes // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1986. V. 76. P.65–70.

Tsubokawa I. On relation between duration of crystal movement and magnitude of earthquake expected // J. Geodyn. Soc. Japan. 1969. V. 15. P.75–88.

Zhang G., Zhang Zh. The study of multidisciplinary earthquake prediction in China // J. Earthq. Predct. Res. 1992. V. 1, N 1. P.71–85.

Сведения об авторах

ГУФЕЛЬД Иосиф Липович – Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. Россия, 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1. E-mail: igufeld@korolev-net.ru

НОВОСЕЛОВ Олег Николаевич – Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана. Россия, 105005, Москва, ул. Бауманская 2-я, д. 5/1. E-mail: onn-aan@yandex.ru