Наука и технологические разработки: статья

СЕЙСМИЧНОСТЬ КАК РЕАКЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НА ПЛАНЕТАРНУЮ ВОДОРОДНУЮ ДЕГАЗАЦИЮ (НА ПРИМЕРЕ КАМЧАТСКОГО РЕГИОНА) ЧАСТЬ 2. О СЕЙСМИЧЕСКОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ПРОЦЕССОВ В ВЕРХНЕЙ МАНТИИ И ЛИТОСФЕРЕ
ГУФЕЛЬД ИОСИФ ЛИПОВИЧ1
НОВОСЕЛОВ ОЛЕГ НИКОЛАЕВИЧ2
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Россия, 123242, Москва, ул. Большая Грузинская, д. 10, стр. 1
2 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Россия, 105005, Москва, ул. Бауманская 2-я, д. 5/1
Журнал: Наука и технологические разработки
Том: 100
Номер: 1
Год: 2021
Страницы: 24-45
УДК: 550.34 + 550.343
DOI: 10.21455/std2021.1-3
Ключевые слова: ЗОНА СУБДУКЦИИ, ВОДОРОДНАЯ ДЕГАЗАЦИЯ, ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ ДЕГАЗАЦИИ, ЛИТОСФЕРА, ВЕРХНЯЯ МАНТИЯ, ГЛУБОКОФОКУСНОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ
Аннотация: Обсуждается сейсмический процесс в зоне субдукции в широком диапазоне глубин. Поскольку глубокофокусные события не могут быть связаны с процессами накопления упругой энергии, предложена модель проявления глубокофокусного события. Чувствительность литосферы к проявлениям глубокофокусных событий указывает на водородную дегазацию как единственный механизм связи между ними. Показано быстрое формирование локальных вертикальных структур стока водорода с глубин менее 100 км и инициирование ими сейсмических событий в литосфере. Показана возможность краткосрочной оценки положения реальной эпицентральной зоны будущего сильного сейсмического события.
Список литературы: 1. 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. Т. 2. М.: Научный мир, 1998. С.145-150.

Контекст: ...Так, были обнаружены вариации времен пробега продольных волн на трассах подземных ядерных взрывов (Невада США) - сейсмическая станция “Боровое”: времена пробега сейсмических волн изменялись с периодами 6-7 и 9-11 лет [Ан, Люкэ, 1992; Адушкин и др., 1998, 2001]...



2. Адушкин В.В., Ан В.А., Каазик П.Б., Овчинников В.М. О динамических процессах во внутренних геосферах Земли по временам пробега сейсмических волн // Доклады Академии наук. 2001. Т. 381, № 6. С.822-824. EDN: KTXPDC

Контекст: ...Так, были обнаружены вариации времен пробега продольных волн на трассах подземных ядерных взрывов (Невада США) - сейсмическая станция “Боровое”: времена пробега сейсмических волн изменялись с периодами 6-7 и 9-11 лет [Ан, Люкэ, 1992; Адушкин и др., 1998, 2001]...



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

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

Контекст: ...Обратим внимание и на картину пространственного распределения плотности сейсмических актов для Камчатки [Болдырев, 2002]...



5. Вадковский В.Н. Субвертикальные скопления гипоцентров землетрясений - сейсмические гвозди // Вестник ОНЗ РАН. 2012. Т. 4. NZ1001. DOI: 10.2205/2012NZ000110

Контекст: ...Были обнаружены вертикальные скопления гипоцентров, названные “сейсмическими гвоздями Вадковского” [Вадковский, 2012]...



6. Вертикальная аккреция земной коры: факторы и механизмы / Под ред. М.Г. Леонова. М.: Наука, 2002. 461 с.

Контекст: ...Процессы, приводящие к крупномасштабным движениям блоков, которое может отражаться также в поверхностном рельефе, рассматривались в ряде работ [Летников, 2000; Вертикальная…, 2002]; они обусловлены физико-химической трансформацией горных пород в зонах взаимодействия верхней мантии и нижней коры, а также в зонах нижней и верхних кор...



7. 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 // Докл. АН СССР. 1982. Т. 266, № 6. С.1349-1353.

Контекст: ...и динамических параметрах сейсмических волн в литосфере содержатся гармонические составляющие с периодами 4-6 лет, а на эпицентральных расстояниях 800-3500 км выделяются ритмы с периодами 2 и 4 года [Гамбурцева и др., 1982]...



8. Гонтовая Л.И., Гордиенко В.В., Назарова З.А. О возможной природе глубокофокусного Охотоморского землетрясения 24 мая 2013 года // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2017. Вып. 33, № 1. С.46-57. EDN: YIQXRB

Контекст: ...Событие имеет сбросовую дислокацию в очаге… Одна из плоскостей разрыва имеет крутое падение… и по ней произошел сброс” [Чебров и др., 2013]. “Распределение афтершоков примерно обрисовывают область, в пределах которой были сняты напряжения” [Гонтовая и др., 2017]...



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

Контекст: ...например, блоковое строение литосферы, горизонтальную расслоенность литосферы, весьма медленные движения блоков как единого целого относительно друг друга - реидное течение вещества (подробнее об этом в [Гуфельд, 2007]), динамические сейсмические процессы в среде от зоны Мохо до глубин 700 км...

...Мы полагаем, что основную роль в формировании сейсмических “гвоздей” играют процессы водородной дегазации, включая “взрывные” сейсмические акты в диапазоне глубин примерно до 40-50 км [Гуфельд, 2007], и формирование деформационных волн диффузионной природы...



10. Гуфельд И.Л., Матвеева М.И. Барьерный эффект дегазации и деструкция земной коры // Доклады Академии наук. Т. 438, № 2. С.253-257.

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

Контекст: ...ЛСУ (на них было обращено внимание ранее [Гуфельд, Новоселов, 2014, 2016, 2017]) проявлялись в период всех рассмотренных сильных сейсмических событий в зонах субдукции, в том числе Кроноцкого, Симуширских, Тохоку, Чилийских...



12. Гуфельд И.Л., Новоселов О.Н. Безбарьерный сейсмический процесс в зоне субдукции и принципы его мониторинга // Доклады Академии наук. 2015. Т. 464, № 6. С.716-721. DOI: 10.7868/S0869565215300180 EDN: UIMKZJ

Контекст: ...Все это указывает на реализацию дегазационной модели сейсмичности в системе верхняя мантия - литосфера, основные физические положения которой и методы мониторинга активной геологической среды на основе уравнения эволюции состояния динамической системы (среды) изложены в [Гуфельд, Новоселов, 2015, 2016, 2017, 2020]...

...Интерес же представляют оценки пространственной динамики локальных зон глубокофокусных “афтершоковых” событий и их связи между собой в рамках уравнения состояния [Новоселов, 2010; Гуфельд, Новоселов, 2015, 2017, 2020]...

...Это обеспечивается разработанной методикой пошагового анализа сейсмических ситуаций и адекватной оценкой динамики среды с использованием уравнения эволюции [Гуфельд, Новоселов, 2015, 2016, 2017, 2020]...



13. Гуфельд И.Л., Новоселов О.Н. Диагностирование предкатастрофических состояний среды зоны субдукции, предшествующих сильнейшим и мегасейсмическим событиям // Доклады Академии наук. 2016. Т. 468, № 6. С.694-698. DOI: 10.7868/S0869565216180183 EDN: WAMEZV

Контекст: ...Все это указывает на реализацию дегазационной модели сейсмичности в системе верхняя мантия - литосфера, основные физические положения которой и методы мониторинга активной геологической среды на основе уравнения эволюции состояния динамической системы (среды) изложены в [Гуфельд, Новоселов, 2015, 2016, 2017, 2020]...

...Для этих задач необходимо было разработать специальный метод для анализа развития пространственно-глубинного режима сейсмичности [Гуфельд, Новоселов, 2016, 2017]...

...ЛСУ (на них было обращено внимание ранее [Гуфельд, Новоселов, 2014, 2016, 2017]) проявлялись в период всех рассмотренных сильных сейсмических событий в зонах субдукции, в том числе Кроноцкого, Симуширских, Тохоку, Чилийских...

...Это обеспечивается разработанной методикой пошагового анализа сейсмических ситуаций и адекватной оценкой динамики среды с использованием уравнения эволюции [Гуфельд, Новоселов, 2015, 2016, 2017, 2020]...



14. Гуфельд И.Л., Новоселов О.Н. Мониторинг состояния среды зоны субдукции. Возможности краткосрочной оценки сейсмической опасности // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2017. Вып. 34, № 2. С.77-89. EDN: YTNCNN

Контекст: ...Безусловно, представленные выше исследования, как и результаты мониторинга среды в поверхностных раздробленных структурах на платформах и в зонах субдукции [Гуфельд, Новоселов, 2017, 2020], носят объективный характер, и их также нужно относить к ключевым для обоснования дегазационной модели сейсмичности...

...Все это указывает на реализацию дегазационной модели сейсмичности в системе верхняя мантия - литосфера, основные физические положения которой и методы мониторинга активной геологической среды на основе уравнения эволюции состояния динамической системы (среды) изложены в [Гуфельд, Новоселов, 2015, 2016, 2017, 2020]...

...Интерес же представляют оценки пространственной динамики локальных зон глубокофокусных “афтершоковых” событий и их связи между собой в рамках уравнения состояния [Новоселов, 2010; Гуфельд, Новоселов, 2015, 2017, 2020]...

...Для этих задач необходимо было разработать специальный метод для анализа развития пространственно-глубинного режима сейсмичности [Гуфельд, Новоселов, 2016, 2017]...

...ЛСУ (на них было обращено внимание ранее [Гуфельд, Новоселов, 2014, 2016, 2017]) проявлялись в период всех рассмотренных сильных сейсмических событий в зонах субдукции, в том числе Кроноцкого, Симуширских, Тохоку, Чилийских...

...Это обеспечивается разработанной методикой пошагового анализа сейсмических ситуаций и адекватной оценкой динамики среды с использованием уравнения эволюции [Гуфельд, Новоселов, 2015, 2016, 2017, 2020]...



15. Гуфельд И.Л., Новоселов О.Н. Сейсмичность как реакция геологической среды на планетарную водородную дегазацию (на примере Камчатского региона). Часть 1. Противоречия разрывной модели сейсмического процесса и дегазационной. Принципы мониторинга активной геологической среды // Наука и технологические разработки. 2020. Т. 99, № 3. С.19-45. DOI: 10.21455/std2020.3-3 EDN: WUJUBQ

Контекст: ...Безусловно, представленные выше исследования, как и результаты мониторинга среды в поверхностных раздробленных структурах на платформах и в зонах субдукции [Гуфельд, Новоселов, 2017, 2020], носят объективный характер, и их также нужно относить к ключевым для обоснования дегазационной модели сейсмичности...

...Интерес же представляют оценки пространственной динамики локальных зон глубокофокусных “афтершоковых” событий и их связи между собой в рамках уравнения состояния [Новоселов, 2010; Гуфельд, Новоселов, 2015, 2017, 2020]...

...Для ЛСУ на 52.2°-52.5° с.ш. в период 19.05-24.05.2013 г. была проведена оценка параметров взаимодействия между зонами локальных сейсмических актов в диапазонах глубин 0-37 и 37.1-42 км [Гуфельд, Новоселов, 2020]...

...(наиболее технологичный вид длительного мониторинга), включающий контроль среды структурно чувствительными скоростями сейсмических волн с одновременной пошаговой оценкой динамического состояния среды [Гуфельд, Новоселов, 2020]...



16. Дода Л.Н., Натяганов В.Л., Степанов И.В. Эмпирическая схема краткосрочного прогноза землетрясений // Докл. РАН. 2013. Т. 453, № 5. С.551-557. DOI: 10.7868/S0869565213350144 EDN: RMUVDB

Контекст: ...Обратим внимание на то, что в последние несколько суток до глубокофокусного события наблюдались аномалии, связанные с активизацией поверхностного слоя [Дода и др., 2013; Пулинец и др., 2015; Щекотов и др., 2015а,б]...



17. Захаров В.С., Карпенко В.И., Завьялов С.П. Особенности сейсмических гвоздей в разных геодинамических обстановках // Вестник МГУ. Сер. 4: Геология. 2013. № 1. С.11-18. EDN: PWUGSN

Контекст: ...Приводятся данные о формировании таких структур начиная с глубин около 90 км [Шевченко и др., 2011; Захаров и др., 2013]...



18. Кольская сверхглубокая: Исследование глубинного строения континентальной коры с помощью бурения Кольской сверхглубокой скважины / Ред. Е.А. Козловский. М.: Недра, 1984. 490 с.

Контекст: ...Широко известны были, например, данные о строении коры на Кольском полуострове: вместо предполагаемой границы между гранитом и базальтом на глубине около 7 км была обнаружена зона повышенной трещиноватости, насыщенная флюидом и легкими газами - водородом и гелием [Кольская…, 1984, 1998]...



19. Кольская сверхглубокая: Научные результаты и опыт исследования / Отв. ред. В.П. Орлов, Н.П. Лаверов. М.: МФ "ТЕХНОНЕФТЕГАЗ", 1998. 260 с. 5-93157-001-2. ISBN: 5931570012

Контекст: ...Широко известны были, например, данные о строении коры на Кольском полуострове: вместо предполагаемой границы между гранитом и базальтом на глубине около 7 км была обнаружена зона повышенной трещиноватости, насыщенная флюидом и легкими газами - водородом и гелием [Кольская…, 1984, 1998]...



20. Копничев Ю.Ф., Соколова И.Н. Пространственно-временные вариации поля поглощения S-волн в очаговых зонах сильных землетрясений Тянь-Шаня // Физика Земли. 2003. № 7. С.35-47. EDN: OOHBBH

Контекст: ...Представлен большой объем данных о пространственно-временных вариациях S-волн в очаговых зонах сильнейших землетрясений [Копничев, Соколова, 2003, 2012]...



21. Копничев Ю.Ф., Соколова И.Н. Неоднородности поля поглощения короткопериодных поперечных волн в литосфере Восточного Тянь-Шаня и их связь с сейсмичностью // Докл. РАН. 2012. Т. 442, № 6. С.821-824. EDN: OPTIUX

Контекст: ...Представлен большой объем данных о пространственно-временных вариациях S-волн в очаговых зонах сильнейших землетрясений [Копничев, Соколова, 2003, 2012]...



22. Летников Ф.А. Флюидный режим эндогенных процессов в континентальной литосфере и проблемы металлогении // Проблемы глобальной геодинамики: Материалы теорет. семинара ОГГГТН РАН, 1998-1999 гг. М.: ГЕОС, 2000. С.204-224.

Контекст: ...Процессы, приводящие к крупномасштабным движениям блоков, которое может отражаться также в поверхностном рельефе, рассматривались в ряде работ [Летников, 2000; Вертикальная…, 2002]; они обусловлены физико-химической трансформацией горных пород в зонах взаимодействия верхней мантии и нижней коры, а также в зонах нижней и верхних кор...



23. Маракушев А.А. Происхождение Земли и природа ее эндогенной активности. М.: Наука, 1999. 252 с.

Контекст: ...Дискуссия вокруг этих вопросов стимулировала широкие исследования внутреннего строения Земли и вновь привлекла внимание к проблемам планетологии, и прежде всего к проблемам эндогенной активности Земли [Маракушев, 1999]...



24. Новоселов О.Н. Идентификация и анализ динамических систем. М.: МГУЛ, 2010. 424 с. EDN: QJXPUB

Контекст: ...Интерес же представляют оценки пространственной динамики локальных зон глубокофокусных “афтершоковых” событий и их связи между собой в рамках уравнения состояния [Новоселов, 2010; Гуфельд, Новоселов, 2015, 2017, 2020]...



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

Контекст: ...Так, было показано чередование зон с повышенными и пониженными скоростями продольных волн в пределах глубин 80-300 км, причем число таких зон превышает количество границ, на которых возможны фазовые переходы [Павленкова, 2001]...



26. 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.

Контекст: ...И совсем удивительно то, что в глубокофокусной сейсмической активности верхней мантии наблюдаются временные вариации с периодами 7-9 и 12-14 лет [Поликарпова и др., 1995]...



27. Пулинец С.А., Узунов Д.П., Карелин А.В., Давиденко Д.В. Физические основы генерации краткосрочных предвестников землетрясений. Комплексная модель геофизических процессов в системе литосфера - атмосфера - ионосфера - магнитосфера, инициируемых ионизацией // Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55, № 4. С.540-558. DOI: 10.7868/S0016794015040136 EDN: TZMBVB

Контекст: ...Обратим внимание на то, что в последние несколько суток до глубокофокусного события наблюдались аномалии, связанные с активизацией поверхностного слоя [Дода и др., 2013; Пулинец и др., 2015; Щекотов и др., 2015а,б]...



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

Контекст: ...ЛСУ число последующих событий (афтершоков) по оценкам больше, чем возможное число событий, рассчитываемых в рамках концентрационного критерия, т.е. это не реакция среды на предполагаемый сброс накопленных напряжений, вызвавших сильнейшее событие (см., например, [Соболев, 1993])...



29. Чебров В.Н., Кугаенко Ю.А., Викулина С.А., Кравченко Н.М., Матвеенко Е.А., Раевская А.А., Салтыков В.А., Чебров Д.В., Ландер А.В. Глубокое Охотоморское землетрясение 24.05.2013 г. с магнитудой МW=8.3 - сильнейшее сейсмическое событие у берегов Камчатки за период детальных сейсмологических наблюдений // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2013. Вып. 21, № 1. С.17-24. EDN: RCCSLJ

Контекст: ...Событие имеет сбросовую дислокацию в очаге… Одна из плоскостей разрыва имеет крутое падение… и по ней произошел сброс” [Чебров и др., 2013]. “Распределение афтершоков примерно обрисовывают область, в пределах которой были сняты напряжения” [Гонтовая и др., 2017]...



30. Уеда С. Новый взгляд на Землю. М.: Мир, 1980. 214 с.

Контекст: ...Л. Адамс выделил шесть проблем [Уеда, 1980]: - происхождение горных систем; - происхождение геосинклиналей (глубоких впадин, заполненных осадками); - причины вулканических извержений и других магматических процессов; - причины глубокофокусных землетрясений; - происхождение магнитного поля...



31. Шевченко В.И., Арефьев С.С., Лукк А.А. Близвертикальные скопления очагов землетрясений, не связанных с тектонической структурой земной коры // Физика Земли. 2011. № 4. С.16-38. DOI: 10.1134/S0002333711040028 EDN: RWOKRJ

Контекст: ...Приводятся данные о формировании таких структур начиная с глубин около 90 км [Шевченко и др., 2011; Захаров и др., 2013]...



32. Шестаков Н.В., Ohzono M., Takahashi H., Герасименко М.Д., Быков В.Г., Гордеев Е.И., Чебров В.Н., Титков Н.Н., Сероветников С.С., Василенко Н.Ф. Моделирование косейсмических движений земной коры, инициированных глубокофокусным Охотоморским землетрясением 24.05.2013 г., МW=8.3 // Доклады Академии наук. 2014. Т. 457, № 4. С.471-476. DOI: 10.7868/S086956521422023X EDN: SHLRMJ

Контекст: ...Эстафетная модель выноса водорода обеспечивает быстроту реакции литосферы после ГФС. Реакция литосферы на поступление новых порций водорода будет проявляться в изменении объема элементов структуры и отражаться на поверхностном рельефе (см., например, [Шестаков и др., 2014]) и в наблюдениях на поверхности так называемых “предвестников”, что было отмечено выше...

...Судя по скорости формирования ЛСУ в течение нескольких суток, с такой же скоростью можно было ожидать и разгрузки среды от водорода на глубинах до 100 км, причем разгрузка происходила на значительно большей территории, чем Камчатский регион, что впоследствии и было показано [Шестаков и др., 2014]...



33. Щекотов А.Ю., Чебров В.Н., Берсенёва Н.Ю. Электромагнитные предвестники Олюторского и Охотоморского землетрясений // Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России: Тр. Пятой научно-технической конференции, Петропавловск-Камчатский, 27 сентября - 3 октября 2015 г. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2015а. С.311-315. EDN: VPYCJN

Контекст: ...Обратим внимание на то, что в последние несколько суток до глубокофокусного события наблюдались аномалии, связанные с активизацией поверхностного слоя [Дода и др., 2013; Пулинец и др., 2015; Щекотов и др., 2015а,б]...



34. Щекотов А.Ю., Чебров В.Н., Берсенёва Н.Ю., Смирнов А.А. Опыт краткосрочного прогноза камчатских землетрясений по электромагнитным предвестникам и оперативной информации о локальной сейсмичности // Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России: Тр. Пятой научно-технической конференции, Петропавловск-Камчатский, 27 сентября - 3 октября 2015 г. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2015б. С.316-320. EDN: VPYCLV

Контекст: ...Обратим внимание на то, что в последние несколько суток до глубокофокусного события наблюдались аномалии, связанные с активизацией поверхностного слоя [Дода и др., 2013; Пулинец и др., 2015; Щекотов и др., 2015а,б]...