Geodynamics & Tectonophysics (E-Journal) / Геодинамика и тектонофизика
Not a member yet
725 research outputs found
Sort by
Количественные характеристики сейсмической опасности территории Узбекистана в максимальных значениях скоростей колебаний грунта и в их спектральных амплитудах
Get PDFIn the territory of Uzbekistan, seismic activity is high, and ensuring seismic safety of the population is among the most important problems for the country. Our study was focused on discovering relationships between the attenuation of the ground oscillation rates, their spectral amplitudes and the distances to the epicentres of the earthquakes of different energy levels, which took place in the region under study. An objective was to quantitatively assess the seismic hazard of the study area. We analyzed the velocity graphs of M 3.8–6.2 earthquakes that occurred in Uzbekistan and the neighbouring territories, and the recorded earthquake spectrum data. For the region under study, it is established that the attenuation of the ground oscillation rates and their spectral amplitudes depend on the distances. Taking into account the sizes of crustal earthquake foci, the spectra of ground oscillation rates were calculated for the near zone. Based on the established regional dependencies, the maximum ground oscillation rates and spectral velocity amplitudes were estimated, and seismic hazard probability for the territory of Uzbekistan was assessed. For several towns and cities of Uzbekistan, the highest predictable spectral amplitudes were determined, which, under given probability P, will not be exceeded within the coming 50 years. The quantitative characteristics of seismic hazard can be converted to the indicators of seismic activity impacts, as required for calculating the seismic loads in earthquake-resistant engineering and construction projects.Территория Узбекистана характеризуется высоким уровнем сейсмической активности, и поэтому проблема обеспечения сейсмической безопасности населения республики весьма актуальна. Целью исследования является получение региональных зависимостей затухания амплитуд скоростей колебаний грунта и их спектральных составляющих с расстоянием для землетрясений различного энергетического уровня и построение на их основе количественных оценок сейсмической опасности исследуемой территории. Проведен анализ велосиграмм землетрясений с М=3.8–6.2, произошедших на территории Узбекистана и в прилегающих к нему областях, а также спектров записей этих землетрясений. Установлены региональные зависимости затухания скоростей колебаний грунта и их спектральных амплитуд с расстоянием. С учетом размеров очага корового землетрясения рассчитаны спектры скоростей колебаний грунта в ближней зоне. На основе установленных региональных зависимостей проведена вероятностная оценка сейсмической опасности территории Узбекистана в значениях максимальных скоростей колебаний грунта и в спектральных амплитудах скоростей. Для ряда населенных пунктов определены предельные значения спектральных амплитуд, которые с заданной вероятностью Р не будут превышены в течение 50 лет. Полученные количественные характеристики сейсмической опасности в инженерных показателях сейсмических воздействий необходимы для расчета сейсмических нагрузок при сейсмостойком строительстве
ПРОЯВЛЕНИЯ МЕДЛЕННЫХ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ВОЛН В СЕЙСМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ И ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЯХ СЕВЕРНОЙ ОКРАИНЫ АМУРСКОЙ ПЛИТЫ
Get PDFThe interaction between the Amur, Pacific and Eurasian tectonic plates initiates seismic activity at the plate margins as well as in the plate periphery, as evidenced by intracontinental earthquakes. In the Amur plate, the dynamics of intercontinental seismicity is controlled by deformation wave fronts comprising a regular pattern of equidistant zones [Sherman, 2013]. According to [Trofimenko et al., 2015a, 2015b, 2016], maximum values of seismic activity in the range of magnitudes 2≤M≤4 also form a sequence of spatial cells in the form of seismic clusters from the east (Sakhalin – Sakh) to the west (the western boundary of the Baikal rift zone – BRZ ) (Fig. 1). One of the main characteristics of the seismic process is seismic activity migration given as sequential activation of seismogenic structures within the seismically active zones and on the global scale [Vikulin et al., 2012; Khain, Khalilov, 2008]. Direct observations show that crust deformation migrates from the Japan-Kuril-Kamchatka subduction zone towards the continent, and the estimated migration rates range from 10 to 140 km per year (e.g. [Ishii et al., 1978; Kasahara, 1979; Harada et al., 2003; Yoshioka et al., 2015]). In the Baikal and Amur regions (107–140°E), the fronts of deformation waves migrate at a rate of 5–20 km per year [Sherman, 2007, 2013]. Considering the order of magnitude, this rate is comparable to the rates of crust deformation migration from the Japan-Kuril-Kamchatka zone (10–100 km per year). Our studies show that the sequential activation of the seismic clusters in the northeastern segment of the Amur plate (Sakh – TanLu – Al-St) occurs at a rate of 1000 km per year [Trofimenko et al., 2015a] (Fig. 1). In the meridional tectonic structures, the shifting chains of maximum seismicity values are sequentially replaced by minimum values (i.e. inversion zones). Based on the spatial cycles with the phase shift of the maximum seismic activity values at the rate of 1000 km per year, it is possible to represent the dynamics of seismicity in the form of a process initiated by long-period stress waves/deformations. According to [Mogi, 1968; Kasahara, 1979; Malamud, Nikolaevskii, 1989; Saprygin et al., 1997; Harada et al., 2003; Bykov, 2005, 2014; Sherman, 2007, 2013, 2014; Milyukov et al., 2013], slow deformation waves of the global and regional scale are generated at the margins of lithospheric plates. Under this concept, the migration rate of seismic activity and the spatial extent of seismic cycles can be identified as the velocity and length of deformation waves. Using the data on seismicity of the most active region of the Baikal rift zone – the northwestern segment of the Amur plate, we have studied the periodic components of seismicity along the entire northern boundary of the Amur plate. An indirect evidence of the existence of deformation waves is the migration of anomalies of geophysical fields and its correlation with the migration of seismic activity. The space-time anomalies of the magnetic and gravity fields were studied in the South Yakutian geodynamic polygon [Trofimenko, 1990; Trofimenko, Grib, 2003, 2016], and the indicators of deformation waves were revealed in the seismic regime and the geophysical fields at the northern margin of the Amur plate. The sequential manifestation of anomalies in the magnetic and gravity fields is associated with the activation of latitudinal tectonic structures. Our estimations show that the geophysical anomalies migrate at different rates, from 100 to 1000 km per year. Based on the results obtained in our study and their comparison with other available data, the dynamics of seismicity along the northern margin of the Amur plate is identified as a wave process.Взаимодействие Амурской плиты с Тихоокеанской и Евразийской тектоническими плитами инициирует сейсмическую активность как на ее границах, так и на периферии в виде внутриконтинентальных землетрясений. Динамика внутриконтинентальной сейсмичности Амурской плиты контролируется фронтами деформационных волн, которые образуют регулярную последовательность равноотстоящих зон [Sherman, 2013]. В работах [Trofimenko et al., 2015a, 2015b, 2016] показано, что максимумы сейсмической активности в интервале магнитуд 2≤М≤4 также образуют последовательность пространственных ячеек в виде сейсмических кластеров в направлении с востока (Сахалин – Sakh) на запад (западная граница Байкальской рифтовой зоны – BRZ) (рис. 1). Одной из основных характеристик сейсмического процесса является миграция сейсмической активности в виде последовательной активизации сейсмогенных структур как в пределах выбранных сейсмоактивных зон, так и в глобальном масштабе Земли [Vikulin et al., 2012; Khain, Khalilov, 2008]. Кроме того, прямыми наблюдениями была зафиксирована миграция деформаций земной коры из Японо-Курило-Камчатской зоны субдукции в сторону континента, ее скорость оценивается в 10–140 км/год (например [Ishii et al., 1978; Kasahara, 1979; Harada et al., 2003; Yoshioka et al., 2015]). На территории Прибайкалья и Приамурья (107–140 °E) скорость перемещения фронтов деформационных волн составляет 5–20 км/год [Sherman, 2007, 2013] и по порядку величины сравнима со скоростью миграции деформаций земной коры (10–100 км/год) из ЯпонскоКурило-Камчатской зоны. Наши исследования показывают, что последовательная активизация сейсмических кластеров в пределах северо-восточного сегмента Амурской плиты (Sakh – Tan-Lu – Al-St) происходит со скоростью 1000 км/год [Trofimenko et al., 2015a] (рис. 1). Установлено, что в меридиональных тектонических структурах цепочки смещения максимумов сейсмичности последовательно сменяются минимумами в виде зон инверсии. Пространственные циклы с фазовым смещением максимумов сейсмической активности со скоростью 1000 км/год дают возможность представить динамику сейсмичности в виде процесса, инициированного длиннопериодными волнами напряжений (деформаций). В рамках концепции медленных деформационных волн глобального и регионального масштаба, которые генерируются на границах литосферных плит [Mogi, 1968; Kasahara, 1979; Malamud, Nikolaevskii, 1989; Saprygin et al., 1997; Harada et al., 2003; Bykov, 2005, 2014; Sherman, 2007, 2013, 2014; Milyukov et al., 2013], скорость миграции сейсмической активности и пространственную протяженность сейсмических циклов можно идентифицировать как скорость и длину деформационных волн. Привлечение материалов по сейсмичности наиболее активной области Байкальской рифтовой зоны – северо-западного сегмента Амурской плиты – позволило получить новые результаты о периодических компонентах сейсмичности вдоль всей северной границы Амурской плиты. Косвенными доказательствами существования деформационных волн служит миграция аномалий геофизических полей и ее корреляция с миграцией сейсмической активности. Исследования пространственно-временных аномалий магнитного поля и поля силы тяжести на геодинамическом полигоне Южной Якутии [Trofimenko, 1990; Trofimenko, Grib, 2003, 2016] позволили зафиксировать проявления признаков деформационных волн в сейсмическом режиме и геофизических полях северной окраины Амурской плиты. Последовательное проявление аномалий в магнитном и гравитационном поле ассоциировано с активизацией широтных тектонических структур. Установлено, что миграция геофизических аномалий происходит с различной скоростью – от 100 до 1000 км/год. Полученные в нашем исследовании результаты и их сопоставление с известными данными дают возможность идентифицировать динамику сейсмичности вдоль северной границы Амурской плиты как волновой процесс
Лабораторные исследования процесса скольжения по разлому как физическая основа нового подхода к краткосрочному прогнозу землетрясений
Get PDFThe physical effects that may prove useful for developing a new approach to short-term earthquake prediction have been studied in laboratory conditions. In seismology and earthquake foci mechanics, one of the major challenges is searching for indicators of an upcoming seismic event and attempting to reliably record such indicators by available instruments. In this regard, the best result of the laboratory studies of dynamic slip along faults would be the identification of specific macroscopic parameters controlling the deformation process, which are measurable in field. Dynamic stiffness of a fault zone seems to be an appropriate parameter. The recent laboratory experiments have shown that the value of this parameter predetermines the slip mode along the fault (unstable slip, creep, tremor, etc.), and a radical decrease in shear stiffness takes place as the fault zone reaches the metastable state. The effect discovered in the laboratory conditions gives grounds to suggest that changes in the stress-strain state of the fault zone at the final stage of earthquake preparation are detectable from the parameters of microseismic noise in the low-frequency range. Apparently, the noise records during and after the arrival of surface waves from distant earthquakes can provide the best opportunity for determining the parameters characterizing the study area. The wave oscillations with a period of a few dozen seconds have significant amplitudes and duration, which contributes to the excitation of resonance oscillations of the blocks. There are problems requiring additional laboratory experiments: estimating the size of a fault, which predetermines regularities in decreasing of the own frequency of the block-fault system; determining the ratio of the mechanical parameters of the fault in the nucleation zone and on the periphery of the future rupture, etc. Having analyzed the results of experimental studies carried out by other researchers, we conclude that laboratory experiments under normal conditions and low pressures can successfully address a number of fundamental issues on the way to creating a new approach to short-term earthquake prediction. Increasing pressure and temperature to values characteristic of seismogenic depths does not lead to the occurrence of any fundamentally new features in the behavior of the block-fault system at the stage when dynamic slip is being prepared. During slip, friction reduces due to melting, physical and chemical transformations at the micro- and nanoscales and other processes on the slipping surface, but these effects play no role at the stage when dynamic rock failure and the onset of slip are being prepared.Рассмотрены некоторые результаты исследований в условиях лаборатории физических эффектов, которые могут оказаться полезными для развития новых подходов к краткосрочному прогнозу землетрясений. Одной из основных задач сейсмологии и механики очага землетрясения является поиск признаков готовящегося события, которые могут быть надежно зарегистрированы инструментально. В этой связи наилучшим результатом лабораторных исследований процесса динамического скольжения по разлому является установление макроскопических параметров, контролирующих деформационный процесс, которые, в свою очередь, могут быть измерены в натурных условиях. Возможно, что подходящим параметром является динамическая жесткость разломной зоны. Судя по результатам лабораторных экспериментов последних лет, величина этого параметра определяет тип скольжения по разлому – неустойчивое скольжение, крип, тремор и т.д. При этом величина сдвиговой жесткости радикально снижается в процессе приближения разломной зоны к метастабильному состоянию. Обнаруженный в лаборатории эффект дает основания полагать, что изменения напряженно-деформированного состояния разломной зоны на заключительной стадии подготовки землетрясения могут быть обнаружены при анализе параметров низкочастотного микросейсмического шума. По-видимому, одним из наиболее благоприятных для определения значений, характерных для изучаемого региона, является участок записи во время и после прохождения поверхностных волн от далеких землетрясений. Эти колебания с периодом в несколько десятков секунд обладают значительной амплитудой и длительностью, что способствует возбуждению резонансных колебаний блоков. Целый ряд важных вопросов требует дополнительной проработки именно в лабораторном эксперименте: оценка характерного размера, определяющего закономерности снижения собственной частоты системы блок–разлом, соотношение механических параметров разлома в зоне нуклеации и на периферии будущего разрыва и т.д. Выполненный анализ результатов экспериментальных исследований разных авторов позволяет заключить, что лабораторные эксперименты, проводимые при нормальных условиях и небольших давлениях, в состоянии дать ответ на ряд принципиальных вопросов, которые необходимо решить на пути к созданию нового подхода к краткосрочному прогнозу землетрясений. Повышение давления и температуры до значений, характерных для сейсмогенных глубин, не приводит к появлению принципиально новых черт в поведении системы блок–разлом на стадии подготовки динамического срыва. Эффекты снижения трения из-за плавления, физико-химических преобразований поверхности скольжения на микро- и наноуровне и других процессов не играют решительно никакой роли на стадии подготовки динамического срыва и начала скольжения
РЕГИОНАЛЬНОЕ СТРУКТУРНО‐ТЕКТОНИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ВЕРХНЕЙ КОРЫ ЗАБАЙКАЛЬЯ ПО СЕЙСМОГРАВИТАЦИОННЫМ ДАННЫМ ВДОЛЬ ОПОРНОГО ПРОФИЛЯ 1‐СБ
Get PDFUpper crust fault and fold patterns are studied with an innovative approach of controlled‐source seismic refraction profiling integrated with gravity data. The potentiality of the conventional method based on refrac‐ tion/wide‐angle reflection traveltimes, which has been so far applied to plane‐parallel layered earth, is extended onto deformed crust with lateral and vertical inhomogeneities due to advanced processing technologies. Performance of the approach is tested on data of the 1‐SB transect that traverses geologically studied areas and provides good refer‐ ence. Upper crust features revealed from seismic data agree with known geological structures, this indicating the basic applicability of refraction surveys to tectonically complex areas with 7 to 10 km wide low‐angle dipping fault zones between blocks marked by velocity anomalies to depths of 4–6 km. Joint interpretation of refraction and gravity patterns becomes possible within the limits of a seismic‐gravity model in which both are characterized by seismic‐ density and seismic acceleration values of the same dimension.Новизна исследований заключается в применении метода первых вступлений (МПВ) для изуче‐ ния разломно‐складчатых структур, верхней коры, тогда как ранее он традиционно использовался в условиях пологозалегающих слоев в платформенных условиях. Новые возможности метода первых вступлений сов‐ местно с закритическими отражениями определяются технологией решения прямых кинематических задач сейсмики в двумерных слоисто‐неоднородных средах. Объект изучения, вследствие высокой геологической изученности, является эталонным для оценки эффективности применения сейсмического метода совместно с гравитационными наблюдениями. Показана высокая корреляция между сейсмическими и приповерхност‐ ными геологическими характеристиками верхней коры, свидетельствующая о принципиальной возможности выделения тектонических блоков. Последние, с различными скоростными и структурными неоднородно‐ стями, прослежены на глубину 4–6 км и разделены полого наклоненными разломными зонами шириной до 7–10 км. Расширение возможностей интерпретации сейсмических данных реализуется в комплексе с резуль‐ татами обработки гравитационных наблюдений. Для этого использована корреляция между обобщенными структурным сейсмическим (сейсмическое ускорение) и сейсмоплотностным (изменения плотности, согла‐ сованные с сейсмической структурой) параметрами. При этом выявляются дополнительные характеристики, трудновыявляемые в методах по отдельности
Созидательная функция воды в формировании окружающего мира
Get PDFThe article is focused on the evolution mechanism of the ‘inert’ and living world around us, which is determined by the creative function of water. Water and igneous rocks of basic and ultrabasic compositions create an abiogenic dissipative system that never reaches an equilibrium and therefore is capable of maintaining its continuous, strictly directed, geologically long-term development and the formation of numerous new minerals that are paragenetically associated with specific geochemical types of water. This system is equilibrium-nonequilibrium. It develops in a thermodynamic area, far from an equilibrium. It is non-linear, irreversible, and internally contradictory. In this system, water has the creative function: the hydrolysis mechanism continuously dissolves some minerals, with which the system is not in equilibrium, and, at the same time, creates others minerals, with which there is an equilibrium, including the mineral that have been absent on our planet. After the occurrence of photosynthesis, the system was supplemented with organic compounds and developed into the ‘water-rock-gas-organic matter’ system. The mechanisms of this system were generally described by V.I. Vernadsky, and we suggest to name this system after him. The Vernadsky system had not only repeatedly became more and more complicated, but acquired the capability of creating more complex organic compounds from simple carbohydrates, such as proteins, lipids, more complex carbohydrates, hemoglobin etc. With time, these components developed into living organisms. Regardless of the repeated complication of the system, the basic mechanisms of its evolution remain essentially the same, and water has preserved and enhanced its creative function through dissolving simple compounds and creating more complex ones. An important factor in the continuous complication of the system is the natural water cycle.В статье раскрывается механизм эволюции окружающего нас «косного» и живого мира, который обусловлен созидательной функцией воды. Показано, что вода с магматическими породами основного и ультраосновного состава образует абиогенную диссипативную систему, которая никогда не приходит в равновесие и поэтому способна непрерывно, строго направленно, геологически длительно развиваться с формированием многочисленных новых вторичных минералов, парагенетически ассоциирующих с определенными геохимическими типами воды. Эта система является равновесно-неравновесной, развивается в термодинамической области, далекой от равновесия, является нелинейной, необратимой, внутренне противоречивой. Созидательная функция воды в этой системе заключается в том, что она непрерывно по механизму гидролиза растворяет одни минералы, с которыми неравновесна, но тут же создает другие, с которыми имеется равновесие, включая и такие, которых на нашей планете раньше не было. После появления фотосинтеза эта система дополнилась органическими соединениями и превратилась в систему вода – порода – газ – органическое вещество, механизмы действия которой были в общих чертах раскрыты В.И. Вернадским и которую мы предложили называть его именем. Тем самым система В.И. Вернадского не только многократно усложнилась, но и получила возможность создавать из простых углеводов более сложные органические соединения, включая белки, липиды, углеводы, гемоглобин и т.д. В последующем из этих компонентов возникли живые организмы. Несмотря на многократное усложнение системы, основные механизмы ее эволюции принципиально остались такими же, а вода сохранила и приумножила свою созидательную функцию путем растворения простых соединений и создания более сложных. Показано также, что важным фактором непрерывного усложнения системы выступает круговорот воды
МИГРАЦИИ РЕАЛИЗОВАННОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В РАЗЛИЧНЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Get PDFThe properties of slow seismic activity migration have been revealed by the space-time analysis of the total earthquake energy (LgEsum). Our study of seismic activity covers the fragments of the Central Asian, Pacific and Alpine seismic belts: the Baikal rift system (BRS, Russia), the San Andreas fault zone (California, USA), the Christchurch fault (New Zealand), the North and East Anatolian faults (Turkey), the Philippine subduction zone, and the central fragment of the Mid-Atlantic oceanic ridge. The chains of LgEsum clusters mark the propagation of the maximum stresses front in the weaker crust areas, the zones of fault dynamic influence, and the regions of conjugated tectonic structures. The migration process is characterized by a periodicity, changes in direction, and similar modular values of the migration rates within a single fault segment (or a fault zone), which is probably related to the mechanical and rheological crust and upper mantle properties. The data analysis shows that a strong earthquake source may occur at a location wherein the front of seismic activity propagates with periodical changes in direction, and such a source can develop within a period that is multiple of the migration fluctuations, probably associated with the influence of external periodic factors. The main periods of migration fluctuations (2–4 years, and 9–13 years, in different ratios) are present in the seismic regimes of different seismic belts. The migration rate, as well as the propagation velocity of the maximum stresses front, directly depends on the velocity of movements between the plates in the region.На основе пространственно-временного анализа суммарной энергии землетрясений (LgEsum) выделен ряд свойств медленной миграции сейсмической активности для фрагментов сейсмических поясов (Центрально-Азиатского, Тихоокеанского и Альпийского): Байкальской рифтовой системы (БРС), разломной зоны Сан-Андреас (Калифорния), разломов Крайстчерч (Новая Зеландия), Северо- и Восточно-Анатолийского разломов (Турция), Филиппинской зоны субдукции и центрального фрагмента Срединно-Атлантического океанического хребта. Цепочки кластеров LgEsum маркируют распространение фронта максимальных напряжений в областях ослабления земной коры, зонах динамического влияния разломов и сочленения тектонических структур. Для процесса миграции свойственна периодичность, смена направления и близкие модульные значения скоростей в пределах сегмента единичного разлома или зоны разломов, что, вероятно, связано с механическими и реологическими свойствами земной коры и верхней мантии. Показано, что в местах периодической смены направления распространения фронта сейсмической активности в период, кратный колебаниям миграций, возможно связанный с воздействием внешних периодических факторов, может развиваться очаг сильного события. Основные периоды колебаний в миграционном процессе – 2–4 года и 9–13 лет – в разных соотношениях присутствуют в сейсмическом режиме различных сейсмических поясов. Отмечается прямая зависимость скорости миграции, а также скорости продвижения фронта максимальных напряжений от скорости межплитного движения в регионе
КОМПЛЕКСНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОНИТОРИНГ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СЕВЕРНОГО ТЯНЬ‐ШАНЯ (БИШКЕКСКИЙ ГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОЛИГОН)
Get PDFAt the Bishkek geodynamic test area in the Northern Tien Shan, complex electromagnetic monitoring was conducted, including a wide frequency range by magnetotelluric sounding in various modifications and induction sounding with a controlled impulse source (method of sounding in the far zone, SFZ). The geoelectrical sections of the lithosphere were constructed for the study area. Based on the geophysical monitoring data and the profile MT moni‐ toring data on the Baitik depression, the main faults belonging to the Northern Tien Shan fault system were detected: Shamsi‐Tyundyuk (Predkirgizsky), Baitik, Chonkurchak, and Issyk‐Ata. From the geoelectrical data, we obtained new information that is independent of other geophysical methods used for studying the deep structure of the Earth – the hidden fault structures and the geoelectrical segmentation of the study area were revealed. The latter reflects the main elements of the block structure of the junction zone of the Chuya basin and the Kirghiz ridge. This information needs to be taken into account when constructing a comprehensive model showing the geological, geophysical and geodynamical features of the development of the Tien Shan, a vivid example of an intracontinental orogen. The MTS, FS and SFZ data from the Ak‐Suu and Chon‐Kurchak electromagnetic monitoring stations were interpreted. Based on the representative array of experimental electromagnetic data, we analyzed the effective depths of field penetration, which are most sensitive to changes in the electromagnetic parameters of the medium for the stationary and routine observation sites with respect to the clusters of seismic events. This paper discusses the development of the azimuth MT monitoring technique and the analysis of the time series of electromagnetic parameters, which were used for de‐ termining the contribution of each component of the impedance tensor to the informativeness of the monitoring stu‐ dies. The data from the 2004–2016 KNET Catalogue of the Research Station of RAS were analyzed in order to investi‐ gate the relationship between the space‐time seismicity distribution and the electrical conductivity variations that correspond to the features of the seismicity pattern at depth. Examples discussed are the time‐frequency series of MT monitoring in 2007 and 2016 at the Ak‐Suu and Chon‐Kurchak stations that identified anomalous electromagnetic parameters corresponding to the fluid redistribution model for the pore‐cracked medium: syn‐phase decreasing and increasing values of the parameter by the orthogonal azimuths. Thus, a phenomenological model has been tested. It relates the change in the stress‐strain state of the medium with the redistribution of fluids between the systems of fractures, which causes variations in the active and reactive components of the electrical resistance.На основе комплексных электромагнитных исследований, выполненных в широком частотном диапазоне различными модификациями метода магнитотеллурического (МТ) зондирования с привлечением индукционного зондирования с импульсным контролируемым источником поля (метод зондирования становлением поля в дальней зоне (ЗСД)), для территории Бишкекского геодинамического полигона построены геоэлектрические разрезы литосферы Северного Тянь‐Шаня. Выявлены основные разрывные нарушения – Шамси‐Тюндюкский (Предкиргизский), Байтикский, Чонкурчакский и Иссык‐Атинский разломы, входящие в состав Северо‐Тянь‐Шаньской системы разломов, которые проявляются как на геоэлектрических разрезах, построенных вдоль профилей, выполненных в зоне расположения стационаров геофизического мониторинга, так и в Байтикской впадине, где осуществляется профильный МТ‐мониторинг. По данным геоэлектрики получена новая, независимая от других геофизических методов изучения глубинного строения Земли информация – существование скрытых разломных структур и геоэлектрической сегментации исследуемой территории, отражающей основные элементы блочной структуры зоны сочленения Чуйской впадины и Киргизского хребта, которую необходимо учитывать при построении комплексной геолого‐геофизической геодинамической модели развития Тянь‐Шаня как яркого примера внутриконтинентального орогена. Рассмотрены результаты комплексной интерпретации данных МТЗ, ЧЗ и ЗСД для стационарных пунктов электромагнитного мониторинга Чон‐Курчак и Ак‐Суу. На представительном массиве экспериментальных электромагнитных данных проанализированы интервалы периодов (эффективных глубин проникновения поля), наиболее чувствительных к изменению электромагнитных параметров среды для стационарных и режимных пунктов наблюдений по отношению к кластерам сейсмических событий. В работе отражены исследования, связанные с развитием методики азимутального МТ‐мониторинга, которые заключаются в анализе полученных временных рядов электромагнитных параметров на предмет определения вклада каждой из компонент тензора импеданса в информативность мониторинговых исследований. С целью изучения взаимосвязи пространственно‐временного распределения сейсмичности и вариаций электропроводности, отвечающих особенностям глубинного распределения сейсмичности, был проведен статистический анализ данных каталога КNЕТ Научной станции РАН за 2004–2016 гг. В качестве примера приведены частотно‐временные ряды МТ‐мониторинга за 2007 и 2016 гг. для стационаров Ак‐Суу и Чон‐Курчак, где выделены аномалии электромагнитных параметров, соответствующих модели перераспределения флюида в порово‐трещинном пространстве, т.е. синфазное уменьшение и увеличение значений параметра на ортогональные азимуты. Таким образом, апробирована феноменологическая модель, связывающая изменение напряженно‐деформированного состояния среды с перераспределением флюидов между системами трещин, которое и вызывает вариации активной и реактивной компоненты электрического сопротивления
АНАЛИЗ БЕРЕГОВОЙ ЭРОЗИИ КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ ВОЗДУШНОГО И НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ: ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО РЕКЕ ВИСЛА
Get PDFIn our study, high-resolution digital elevation models (HRDEM) were generated by combining the data from airborne laser scanning (ALS, 2012) and long-range terrestrial laser scanning (TLS, 2015) and used for qualitative and quantitative analysis of recent morphodynamic processes in the Vistula river bed near Nieszawa, Central Poland. The study area was a river stretch nearly 1 km long, in its lowland part, with the 440 m wide channel and 3.5‑5.0 m high banks. It is located 27 km downstream from the reservoir in Włocławek, so it is under the influence of the reservoir. The TLS measurements were performed from the opposite bank of the river, from a distance of up to 750 m. By combining the ALS and TLS data, we investigated and evaluated both the horizontal variations in the height of the river bank and changes in its profile, with a high resolution of about 900 points/m2. Our results show that in this river stretch, both the transverse profile of the river bank and the location of its upper edge have been changed during the three years between the ALS and TLS measurement sessions. The scale of this phenomenon varies from a complete lack of erosion to lowering of the upper edge of the cliff by about 1 m, in some points even up to 2 m. The applied methods allowed us to estimate the area of the observed transformations, in contrast to the conventional methods that enable only analyses in selected transverse sections.В статье показана возможность создания цифровых моделей высот с высоким разрешением (HRDEM) на основе комбинирования данных воздушного лазерного сканирования (ALS, 2012 г.) и наземного лазерного сканирования (TLS, 2015 г.) для качественного и количественного анализа современных процессов, связанных с морфодинамикой русла реки Висла (недалеко от г. Нишава, Центральная Польша). Изучен участок реки длиной почти 1 км в его низинной части, где русло имеет ширину 440 м, а берега – высоту 3.5–5.0 м, расположенный на расстоянии 27 км ниже по течению от водохранилища в г. Влоцлавек, при этом изученный участок находится под влиянием водохранилища. Измерения методом TLS проводились с противоположного берега реки с расстояния до 750 м. Сочетание данных ALS и TLS позволило исследовать и оценить как горизонтальные изменения высоты берега реки, так и изменения его профиля с высоким разрешением – около 900 точек/м2. Полученные результаты показывают, что на данном участке реки в течение трех лет между измерениями, проведенными методами ALS (2012 г.) и TLS (2015 г.), изменились как поперечный профиль берега, так и местоположение его верхнего края. Масштабы изменений варьируются от полного отсутствия эрозии до опускания верхнего края обрыва примерно на 1 м (в некоторых точках даже до 2 м). Использованные методы позволили оценить площадь наблюдаемых изменений, в отличие от обычных методов, которые позволяют проводить только анализ отдельных поперечных разрезов
Медленные деформационные фронты. Модель и особенности распространения
Get PDFOur study aimed at investigating the origin and development of ‘slow’ movements in a solid body/medium under loading and studying the role of such movements in the occurrence of critical states, i.e. sources of destruction in a stable solid medium. Computerized modeling was conducted to simulate the evolution of the stress-strain state and the formation of slow deformation waves in a loaded medium. We have developed and justified a mathematical model of the loaded elastoplastic medium, which demonstrates the joint generation and propagation of ordinary stress waves (propagating with the velocity of sound) and slow deformation waves of the inelastic nature. The propagation rates of the latter are 5–7 orders of magnitude lower than the velocity of sound. The features of slow deformation wave propagation in the solid media are investigated. In the model, slow deformation waves interact under certain conditions as solitons and penetrate each other. Considering the properties, they are similar to both solitons satisfying the solutions of the non-linear Korteweg – de Vries equation and kinks satisfying the solutions of the sin-Gordon equation. Slow deformation fronts are actively involved into the formation of sources of destruction and provide an effective mechanism for the transfer and redistribution of energy in the loaded medium.Цель работы заключалась в разработке модельных представлений о природе «медленных» движений в нагружаемых твердых телах и средах и в изучении их роли в формировании критических состояний – очагов разрушения в прочной среде. Методика исследований – численное моделирование эволюции напряженно-деформированного состояния и формирования в нагружаемой среде медленных волн деформации. Разработан и обоснован вариант математической модели описания процессов совместной генерации и распространения в нагружаемых упругопластических средах как обычных волн напряжений, распространяющихся со скоростями звука, так и медленных деформационных волн неупругой природы, скорости которых на 5–7 порядков ниже скоростей звука. Исследованы особенности распространения медленных деформационных волн в прочных средах. Показано, что медленные деформационные волны при определенных условиях взаимодействуют как солитоны, проникая друг через друга. Их свойства сходны со свойствами как солитонов, получаемых решениями нелинейного уравнения Кортевега – де-Фриза, так и кинков – решений уравнения sin-Гордона. Показано, что медленные деформационные фронты активно участвуют в формировании очага разрушения, являясь эффективным механизмом переноса и перераспределения энергии в нагружаемой среде
Парагенезы разрывов в крупных разломных зонах Западного Забайкалья
Get PDFOur study was focused on the parageneses of heterogeneous fractures in the large fault zones of West Transbaikalia,Russia. We reconstructed the latest deformation in the fault zones of Transbaikalia, within which paleoseismic dislocations are known and M 4.7 earthquakes take place. To obtain statistically justified solutions on the kinematic types of the largest faults ofWest Transbaikalia, we collected the required data and conducted the structural and paragenetic analysis of the fractures in the study area. In the Chikoi-Ingoda, Khilok, North Tugnui andNorth Zaganfault zones, we created a network of 54 observation points and measured more than 5500 details of local fractures and faults. Recorded were the observed slickensides, the displacements of markers, and other details of rock fracturing. Based on the analysis results, we calculated a ratio of heterochronous dynamic settings for formation of the observed fault group. It shows that NW-SE-trending extension and compression are dominant in the study region. The parageneses of E-NE-striking faults, i.e. regional faults longitudinal to the depressions ofWest Transbaikalia, are abundant in the studied fault zones and generally observed in heterochronous formations, including the Cenozoic sediments. This fact, along with the focal mechanisms of the recently recorded earthquakes, suggests that these faults are young. Besides, in the Tugnui basin and the area southeast of the Chikoy depression, the right-lateral strike-slip setting was reconstructed for E-NE-trending faults. Our study pioneers in the quantitative analysis of the fault parageneses ofWest Transbaikalia. Considering the development of the network of large faults in the study area, we reconstructed the main stages and the kinematic types of the second-order fractures that constitute the internal structure of the studied fault zones at each stage of their tectonic development. Приводятся результаты изучения парагенезов разноранговых разрывов в зонах крупных дизъюнктивов Западного Забайкалья. Актуальность исследования связана с необходимостью реконструкции наиболее поздних деформаций в зонах разломов Забайкалья, в пределах которых известны палеосейсмодислокации и в настоящее время происходят землетрясения с магнитудой 4.7. Для получения статистически обоснованного решения о кинематическом типе наиболее крупных разломов Западного Забайкалья был собран необходимый фактический материал, на основе которого проведен структурно-парагенетический анализ разрывов и трещиноватости горных пород. Для зон Чикой-Ингодинского, Хилокского, Северо-Тугнуйского и Северо-Заганского дизъюнктивов создана сеть из 54 точек наблюдения, на которых измерено более 5500 элементов залегания локальных разрывов и трещин, задокументированы штрихи скольжения, смещения маркеров и другие проявления разрывных деформаций породного массива. Проведенный анализ позволил установить соотношение разновозрастных динамических обстановок формирования парагенезов изученных разломных зон, главными из которых по мере встречаемости являются растяжение и сжатие по направлению северо-запад – юго-восток. Парагенезы сбросов восток-северо-восточного простирания – региональных разломов, продольных по отношению ко впадинам Западного Забайкалья, – широко распространены в изученных разломных зонах и характерны для разновозрастных образований, в том числе для кайнозойских осадков, что наряду с механизмами очагов недавно произошедших землетрясений свидетельствует о молодом возрасте их формирования. Кроме того, в пределах Тугнуйской впадины и к юго-востоку от Чикойской депрессии реконструированы обстановки правостороннего сдвига для разломов восток-северо-восточной ориентировки. Впервые на количественной основе изучены парагенезы разломов Западного Забайкалья, реконструированы главные этапы развития сети крупных разломов территории, а также кинематический тип систем разрывов 2-го порядка, составляющих внутреннюю структуру изученных дизъюнктивов на каждом из этапов их тектонического развития