RU2625615C1

RU2625615C1 - Method of determining parameters of cracked lithosphere friction structure

Info

Publication number: RU2625615C1
Application number: RU2016109399A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Ключевский; Владимир Михайлович Демьянович; Анна Анатольевна Ключевская
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-07-17

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: on the basis of experimental materials, seismic stations spaced on the surface, a map of earthquake epicenters of the investigated territory is constructed. Relatively homogeneous areas of the earthquake epicenter field are chosen. Vector diagram of the azimuths of the earthquake sequence is created. The vector diagram is transformed into a matrix of azimuth parameters. The matrix is divided according to the frequency of implementation of the parameter used in the selected sector of each azimuth. The rose-diagram and azimuth-time diagram of the parameter used is built. In the diagrams, a time-stable zone of azimuthal anisotropy is distinguished as a temporal structure of the fractured fracture of the lithosphere. According to the azimuth-time diagram, the variations in fractured structure over time are determined. According to the rose diagram, the shape, length, width and orientation of the fractured structure are determined.

EFFECT: increasing the reliability of determining the shape, size, orientation and time of activating the structure of the fractured fracture of the lithosphere in connection with the use of several parameters.

10 dwg

Description

Предлагаемое решение относится к сейсмологии и может быть использовано для выделения и технического контроля структуры разломной трещиноватости литосферы по инструментальной регистрации землетрясений и обработке данных.The proposed solution relates to seismology and can be used to isolate and technical control the structure of the fault fracture of the lithosphere by instrumental registration of earthquakes and data processing.

На протяжении полувека трещины и разломы исследуются методами структурной геологии и тектонофизики [Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 536 с.]. В рамках этих дисциплин определяют азимуты и углы падения трещин и разломов верхней части литосферы, подсчитывают количество трещин и разломов с определенными азимутами и углами падения и по этой статистике строят розы-диаграммы и круговые диаграммы, характеризующие трещиноватость среды. Частота, ориентировка, размер, тип и вид разрывных деформаций предопределяют трещиноватость геологической среды, которая оказывает существенное влияние на важнейшие физико-механические свойства горных пород, определяя их прочность и устойчивость, а также условия обводнения и формирования месторождений полезных ископаемых. Под трещиноватостью геологической среды понимают совокупность трещин и разломов, нарушающих монолитность горных пород и литосферы: трещины и разломы, имеющие близкую пространственную ориентировку, относятся к единым системам и формируют структуру трещиноватости. Исходя из определения [Философский энциклопедический словарь // Под ред. Л.Ф. Ильичева, П.Н. Федосеева, С.М. Ковалева, В.Г. Панова. М.: Советская энциклопедия, 1983. 840 с.], структура разломной трещиноватости может быть представлена следующими параметрами: расположением, формой, размерами, ориентацией и временным порядком проявления совокупности устойчивых связей.For half a century, cracks and faults have been studied by the methods of structural geology and tectonophysics [Gzovsky MV Fundamentals of tectonophysics. M .: Nauka, 1975.536 s.]. In the framework of these disciplines, the azimuths and angles of incidence of cracks and faults of the upper part of the lithosphere are determined, the number of cracks and faults with certain azimuths and angles of incidence is calculated, and rose diagrams and pie charts characterizing the fracturing of the medium are constructed from these statistics. The frequency, orientation, size, type and type of discontinuous deformations determine the fracturing of the geological environment, which has a significant impact on the most important physical and mechanical properties of rocks, determining their strength and stability, as well as the conditions of watering and formation of mineral deposits. Under the fracturing of the geological environment, we understand the totality of cracks and faults that violate the monolithicity of rocks and the lithosphere: cracks and faults that have a close spatial orientation belong to unified systems and form a fracture structure. Based on the definition of [Philosophical Encyclopedic Dictionary // Ed. L.F. Ilyicheva, P.N. Fedoseeva S.M. Kovaleva, V.G. Panova. M .: Soviet Encyclopedia, 1983. 840 pp.], The structure of fault fracturing can be represented by the following parameters: location, shape, size, orientation and time order of manifestation of a set of stable bonds.

Одним из основных классификаторов в иерархии системы трещины и разломов являются их размеры. Этот классификатор позволяет разделить трещины и разломы в зависимости от их длины в последовательности: дефекты в кристаллической решетке минералов или зародышевые трещины (длина порядка микронов); микротрещины (сантиметры); макротрещины (метры). Крупные локальные разрывные нарушения (сотня метров - первые километры), региональные и глубинные разломы (десятки километров), включая трансконтинентальные линеаменты (сотни километров), рассматриваются на планетарном уровне как структуры разломной трещиноватости литосферы Земли. С позиций механики разрушений тектоническая трещиноватость массива горных пород и литосферы обусловлена структурными элементами разных уровней, которые находятся под воздействием со-масштабных полей напряжений и деформаций [Рац М.В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1976. 164 с.; Гончаров М.А., Талицкий В.Г., Фролова Н.С. Введение в тектонофизику. М.: КДУ, 2005. 496 с.; Ребецкий Ю.Л. Тектонические напряжения и прочность горных массивов. М.: Наука, 2007. 406 с.]. К неоднородностям IV уровня относят дефекты кристаллической решетки минералов, составляющих породу. В качестве неоднородностей III уровня выделяют микротрещины, разбивающие отдельные кристаллы и небольшие участки горной породы (размер по длине 0.01 мм - 10 см). Более крупными объектами, влияющими на геодинамическое состояние массива горных пород, считают макротрещины (10 см - 100 м), которые выступают в качестве структурных неоднородностей II порядка. Среди самых крупных структур I и 0 уровня выделяют разрывы (100 м - 10 км и выше), связанные с региональными структурно-формационными зонами и полями тектонических напряжений и деформаций.One of the main classifiers in the hierarchy of the system of cracks and faults is their size. This classifier allows you to separate cracks and faults depending on their length in the sequence: defects in the crystal lattice of minerals or germ cracks (length of the order of microns); microcracks (centimeters); macrocracks (meters). Large local discontinuous faults (a hundred meters - first kilometers), regional and deep faults (tens of kilometers), including transcontinental lineaments (hundreds of kilometers), are considered at the planetary level as structures of the fault fracture of the Earth's lithosphere. From the standpoint of fracture mechanics, the tectonic fracturing of the rock mass and lithosphere is caused by structural elements of different levels, which are influenced by co-scale stress and strain fields [Ratz MV, Chernyshev SN Fracturing and fractured rock properties. M .: Nedra, 1976. 164 p .; Goncharov M.A., Talitsky V.G., Frolova N.S. Introduction to tectonophysics. M .: KDU, 2005.496 s .; Rebetskiy Yu.L. Tectonic stresses and strength of mountain ranges. M .: Nauka, 2007. 406 p.]. Level IV heterogeneities include defects in the crystal lattice of the minerals that make up the rock. Microcracks are identified as level III inhomogeneities, breaking individual crystals and small sections of rock (0.01 mm - 10 cm in length). Larger objects affecting the geodynamic state of the rock mass are considered macrocracks (10 cm - 100 m), which act as structural inhomogeneities of the second order. Among the largest structures of I and 0 levels, gaps (100 m - 10 km and higher) are distinguished, associated with regional structural and formation zones and fields of tectonic stresses and deformations.

Длины разрывов крупных структур соответствуют сейсмотектоническим деформациям на макро- мезо- и мега-масштабах среды, отраженных в классификации по магнитуде или энергетическому классу землетрясений (от слабых землетрясений к сильным и катастрофическим). Разрывы длиной свыше 100 метров возникают при слабых землетрясениях с энергетическим классом K_P≥8 [Ризниченко Ю.В. Размеры очага корового землетрясения и сейсмический момент // Исследования по физике землетрясений. М.: Наука, 1976. С. 9-27; Ключевский А.В., Демьянович В.М. Сейсмодеформированное состояние земной коры Байкальского региона / Доклады Академии наук. 2002. Т. 382. №6. С. 816-820.]. Вдоль поверхностей трещин при их формировании всегда происходит нарушение первичных связей между структурными элементами пород или минералов (ячейками кристаллической решетки минералов, контактов между зернами минералов и т.д.), которые указывают на разрыв сплошности горных пород, что близко соответствует определению очага тектонического землетрясения, как "… разрыва сплошности материала Земли" [Костров Б.В. Механика очага тектонического землетрясения. М.: Наука, 1975. 175 с.]. Определение очага землетрясения как разрыва сплошности материала Земли возникающего под действием сдвиговых упругих напряжений, накопленных в процессе тектонической деформации, позволяет отождествить землетрясения с хрупкими разрушениями литосферы в зонах разломов. В настоящее время общепринято, что процесс развития разломов и разломных зон является определяющим при разрушении горных пород при землетрясениях.The lengths of ruptures of large structures correspond to seismotectonic deformations at the macro- mesoscale and mega-scales of the medium, reflected in the classification according to the magnitude or energy class of earthquakes (from weak earthquakes to strong and catastrophic). Gaps longer than 100 meters occur during weak earthquakes with an energy class of K _P ≥8 [Riznichenko Yu.V. The size of the core of the crust earthquake and seismic moment // Studies in the physics of earthquakes. M .: Nauka, 1976.P. 9-27; Klyuchevsky A.V., Demyanovich V.M. Seismodeformed state of the earth's crust of the Baikal region / Reports of the Academy of Sciences. 2002.V. 382. No. 6. S. 816-820.]. Along the surface of cracks during their formation, primary bonds between the structural elements of rocks or minerals (cells of the crystal lattice of minerals, contacts between mineral grains, etc.) always break, which indicate a break in the continuity of rocks, which closely matches the definition of the source of a tectonic earthquake as "... a gap in the continuity of the Earth’s material" [Kostrov B.V. The mechanics of the source of a tectonic earthquake. M .: Nauka, 1975.175 p.]. The determination of the earthquake source as a discontinuity in the material of the Earth arising under the action of shear elastic stresses accumulated during tectonic deformation allows us to identify earthquakes with brittle fractures of the lithosphere in fault zones. At present, it is generally accepted that the development of faults and fault zones is decisive in the destruction of rocks during earthquakes.

В тектонофизике разломы характеризуются не только слоем тектонитов главного сместителя, но и значительным объемом горных пород (разломной зоной) в которой происходят разрывные деформации крупного (землетрясения) и мелкого (трещины) уровня [Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, Филиал "ГЕО", 2003. 244 с.]. Экспериментально установлено, что максимумы диаграмм трещин-разрывов в разломных зонах соответствуют ориентации главных разломных структур и трещинообразование является отражением процесса разломообразования. Показано, что применение розы-диаграммы и круговой диаграммы позволяет описать трещиноватость разломной зоны каждой иерархии разрывов и совокупности иерархий в целом. В структурной геологии и тектонофизике хорошо известны условия применения диаграмм, а способы их построения детально отработаны. В полевых условиях собирают фактический материал, в процессе камеральных работ выполняют азимутальное разделение трещин и разломов по секторам заданного угла, подсчитывают количество данных, попадающих в сектор определенного азимута, и строят розу-диаграмму, характеризующую азимутальное распределение исследуемого материала. Более сложны круговые диаграммы, в которых азимут и угол падение трещин и разломов задают картину распределения плотности данных в координатах стереографической проекции Вульфа. Использование таких диаграмм позволяет охарактеризовать частоту реализации материала в каждом азимуте выбранного сектора разбиения, выявить неоднородности и зоны азимутальной анизотропии как участки и области повышенной трещиноватости среды и определить параметры структуры трещиноватости на исследуемом масштабном уровне.In tectonophysics, faults are characterized not only by a layer of tectonites of the main displacement, but also by a significant volume of rocks (fault zone) in which discontinuous deformations of a large (earthquake) and small (crack) level occur [Seminsky K.Zh. Internal structure of continental fault zones. Tectonophysical aspect. Novosibirsk: Publishing House of the SB RAS, Branch "GEO", 2003. 244 p.]. It has been experimentally established that the maxima of the diagrams of fracture-discontinuities in fault zones correspond to the orientation of the main fault structures, and crack formation is a reflection of the process of fault formation. It is shown that the use of a rose diagram and a pie chart allows us to describe the fracture of the fault zone of each hierarchy of discontinuities and the totality of hierarchies as a whole. In structural geology and tectonophysics, the conditions for using diagrams are well known, and the methods for constructing them have been worked out in detail. In the field, the actual material is collected, in the process of cameral work, the azimuthal separation of cracks and faults by sectors of a given angle is performed, the amount of data falling into the sector of a certain azimuth is calculated, and a rose diagram is constructed that characterizes the azimuthal distribution of the material under study. Pie charts are more complex, in which the azimuth and angle of incidence of cracks and faults give a picture of the distribution of data density in the coordinates of the stereographic projection of Wolfe. The use of such diagrams makes it possible to characterize the frequency of material sales in each azimuth of the selected partition sector, to identify inhomogeneities and zones of azimuthal anisotropy as sections and regions of increased fracturing of the medium, and to determine the parameters of the fracture structure at the studied scale level.

Аналогом применения розы-диаграммы в сейсмологии является способ обнаружения очагов землетрясений (патент RU 2205431), содержащий этапы, на которых:An analogue of the use of rose diagrams in seismology is a method for detecting earthquake foci (patent RU 2205431), containing the steps in which:

- осуществляют регистрацию собственного излучения подстилающей поверхности по двум каналам приема в виде зависимости амплитуд сигнала А (х, у) от пространственных координат,- carry out registration of the intrinsic radiation of the underlying surface through two reception channels in the form of a dependence of the signal amplitudes A (x, y) on spatial coordinates,

- формируют результирующую матрицу изображения из попиксельных отношений амплитуд сигнала в этих каналах,- form the resulting image matrix from the pixel-by-pixel ratios of the amplitudes of the signal in these channels,

- выделяют контуры на результирующем изображении и вычисляют фрактальную размерность изображений участков внутри выделенных контуров,- select the contours in the resulting image and calculate the fractal dimension of the images of the areas inside the selected paths,

- дополнительно собственное излучение принимают антенной с линейной поляризацией по двум, разнесенным по диапазону частот, каналам приема,- additionally, the own radiation is received by an antenna with linear polarization along two reception channels spaced over a frequency range,

- синтезированную матрицу формируют из попиксельных отношений амплитуд сигнала канала меньшей длины волны к большей,- the synthesized matrix is formed from pixel-by-pixel ratios of the amplitudes of the channel signal of a shorter wavelength to a larger one,

- вычисляют розы-диаграммы линеаментов последовательности фрагментов синтезированного изображения,- calculate the rose diagram of the lineaments of the sequence of fragments of the synthesized image,

- осуществляют генерализацию азимутов розы-диаграмм линеаментов и получают "образ" очага в виде поля направлений осей сжатия,- carry out the generalization of azimuths of the rose diagrams of lineaments and get the "image" of the focus in the form of a field of directions of the axes of compression,

- по форме направлений осей сжатия, фрактальной размерности фрагмента изображения внутри генерализованного "образа" судят о принадлежности участка подстилающей поверхности к проекции очага землетрясения на земную поверхность.- judging by the shape of the directions of the compression axes and the fractal dimension of the image fragment inside the generalized “image”, the portion of the underlying surface belongs to the projection of the earthquake source on the earth's surface.

Недостатки решения:Disadvantages of the solution:

- достоверность формирования результирующей матрицы изображения зависит от количества каналов приема;- the reliability of the formation of the resulting image matrix depends on the number of reception channels;

- априорная неопределенность разбиения матрицы изображения на контуры и участки искажает числовые характеристики фрактальной размерности в пограничных областях;- the a priori uncertainty of partitioning the image matrix into contours and sections distorts the numerical characteristics of the fractal dimension in the boundary regions;

- неоднозначность разбиения матрицы изображения снижает точность.- the ambiguity of partitioning the image matrix reduces accuracy.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ сейсмической разведки горных пород (патент RU 2467356), содержащий этапы, на которых:The closest in technical essence (prototype) is a method for seismic exploration of rocks (patent RU 2467356), containing stages in which:

- размещают на поверхности Земли за пределами площади обзора сейсмические локаторы, которые фокусируют излучение и прием сейсмических волн,- place on the surface of the Earth outside the viewing area of seismic locators that focus the radiation and reception of seismic waves,

- получают объемную матрицу значений энергии рассеянных волн в каждой точке сканирования,- receive a volumetric matrix of energy values of the scattered waves at each scanning point,

- по объемной матрице значений энергии судят об объемном распределении трещиноватости в изучаемом массиве горной породы,- the volumetric matrix of energy values is used to judge the volumetric distribution of fracturing in the rock mass under study,

- для каждой заданной точки сканирования изучаемого массива горной породы строят азимутальную векторную диаграмму нормированной энергии рассеянных волн,- for each given scanning point of the studied rock mass, an azimuthal vector diagram of the normalized energy of scattered waves is constructed,

- диаграмму идентифицируют с роза-диаграммой трещиноватости,- the diagram is identified with a rose fracture diagram,

- для повышения достоверности определения основных и второстепенных направлений трещиноватости по получаемой роза-диаграмме обзор изучаемого массива горных пород проводят из не менее двух локаторов, расположенных таким образом, чтобы заданные точки сканирования обозревались по не менее двум ортогональным направлениям.- to increase the reliability of determining the main and secondary directions of fracture from the resulting rose diagram, a survey of the studied rock mass is carried out from at least two locators located so that the specified scan points are viewed in at least two orthogonal directions.

Недостатки решения:Disadvantages of the solution:

- В реальных условиях исключить многофакторное влияние на характеристики зеркально отраженной волны невозможно достаточно корректным образом, чтобы получить результаты о пространственном распределении трещиноватости с необходимой достоверностью;- In real conditions, it is impossible to exclude a multifactorial effect on the characteristics of a specularly reflected wave in a sufficiently correct way to obtain results on the spatial distribution of fracturing with the necessary reliability;

- достоверность определения направлений трещиноватости по розе-диаграмме зависит от количества применяемых локаторов, что удорожает исследование крупных площадей обзора из-за увеличения количества локаторов.- the reliability of determining the directions of fracture in the rose diagram depends on the number of locators used, which makes it expensive to study large viewing areas due to an increase in the number of locators.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения параметров структуры разломной трещиноватости литосферы по азимутальному распределению землетрясений с целью технического контроля разломной трещиноватости литосферы.The objective of the invention is to develop a method for determining the structure parameters of the fault fracture of the lithosphere by the azimuthal distribution of earthquakes for the purpose of technical control of fault fracture of the lithosphere.

Поставленная задача решается предлагаемым способом определения параметров структуры разломной трещиноватости литосферы по азимутальному распределению землетрясений, при котором по экспериментальным материалам разнесенных на поверхности сейсмических станций строят карту эпицентров землетрясений исследуемой территории, для сравнительно однородных участков поля эпицентров землетрясений создают векторную диаграмму азимутов последовательности землетрясений, диаграмму преобразуют в матрицу азимутальных параметров, выполняют разделение матрицы по частоте реализации используемого параметра в выбранном угле-секторе каждого азимута, строят розу-диаграмму используемого параметра, при этом дополнительно строят азимутально-временную диаграмму используемого параметра, выделяют устойчивую во времени зону азимутальной анизотропии, зону азимутальной анизотропии идентифицируют как временную структуру разломной трещиноватости литосферы, по азимутально-временной диаграмме определяют вариации структуры разломной трещиноватости во времени, а по розе-диаграмме определяют форму, длину, ширину и ориентацию структуры разломной трещиноватости.The problem is solved by the proposed method for determining the structure parameters of the fault fracture of the lithosphere according to the azimuthal distribution of earthquakes, in which an earthquake epicenter map of the study area is plotted using the experimental materials spaced on the surface of the seismic stations, a vector diagram of the earthquake sequence azimuths is created for comparatively homogeneous earthquake epicenter fields, the matrix of azimuthal parameters is performed once dividing the matrix by the frequency of implementation of the used parameter in the selected angle sector of each azimuth, construct a rose diagram of the used parameter, additionally construct the azimuthal-temporal diagram of the used parameter, isolate the azimuthal anisotropy zone that is stable over time, and identify the azimuthal anisotropy zone as the temporary structure of fault fracture lithospheres, according to the azimuthal-temporal diagram, determine the variations in the structure of the fault fracture in time, and from the rose diagram determine They form the shape, length, width, and orientation of the fracture fracture structure.

Иными словами, по заявленному способу сейсмическими станциями осуществляют регистрацию землетрясений и определяют параметры очагов землетрясений. Формируют выборку землетрясений исследуемой территории и строят карту распределения эпицентров землетрясений. Затем по карте эпицентров землетрясений для сравнительно однородных участков создают матрицу азимутальных параметров как векторную диаграмму азимутов от эпицентра первого землетрясения ко второму, от второго к третьему и т.д. до последнего землетрясения. При заданном угле-секторе по матрице строят розу-диаграмму и азимутально-временную диаграмму распределения выбранного для анализа параметра. На диаграммах выделяют зону азимутальной анизотропии, идентифицируют зону как структуру разломной трещиноватости литосферы исследуемой территории, определяют ее параметры и устанавливают особенности поведения во времени.In other words, according to the claimed method, seismic stations record earthquakes and determine the parameters of the earthquake foci. Form a sample of earthquakes in the study area and build a map of the distribution of earthquake epicenters. Then, using a map of earthquake epicenters for a relatively homogeneous region, a matrix of azimuthal parameters is created as a vector diagram of azimuths from the epicenter of the first earthquake to the second, from the second to the third, etc. until the last earthquake. For a given angle sector, a rose diagram and an azimuth-time distribution diagram of the parameter selected for analysis are constructed from the matrix. In the diagrams, the zone of azimuthal anisotropy is distinguished, the zone is identified as the structure of the fault fracture of the lithosphere of the study area, its parameters are determined and the features of behavior over time are established.

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

Фиг. 1. Карта эпицентров и изолиний плотности эпицентров в площадках 0.2°×0.3°, полученная для 50000 синтезированных землетрясений.FIG. 1. Map of epicenters and contour lines of the density of epicenters in the areas 0.2 ° × 0.3 °, obtained for 50,000 synthesized earthquakes.

Фиг. 2. Карта векторной диаграммы азимутов последовательности 2000 (а) и 5000 (б) синтезированных землетрясений.FIG. 2. Map of the vector diagram of the azimuths of the sequence 2000 (a) and 5000 (b) of the synthesized earthquakes.

Фиг. 3. Розы-диаграммы распределения 50000 синтезированных землетрясений по секторам в 10 градусов. Параметры: N - число землетрясений, R и Т, V=R/T - среднее расстояние (км) и среднее время (сутки) между землетрясениями, средняя скорость (км/сутки).FIG. 3. Roses-diagrams of the distribution of 50,000 synthesized earthquakes in sectors of 10 degrees. Parameters: N - number of earthquakes, R and T, V = R / T - average distance (km) and average time (day) between earthquakes, average speed (km / day).

Фиг. 4. Азимутально-временные диаграммы распределения 50000 синтезированных землетрясений по секторам в 10 градусов с шагом в один год. Обозначения аналогичны Фиг. 3.FIG. 4. Azimuth-time diagrams of the distribution of 50,000 synthesized earthquakes in sectors of 10 degrees in increments of one year. Designations are similar to FIG. 3.

Фиг. 5. Карта эпицентров и изолиний плотности эпицентров в площадках 0.2°×0.3°, построенная для 52700 землетрясений Байкальского региона (1964-2013 годы). 1 - основные разломы, 2 - впадины, 3 - озера, 4 - границы и номера районов, 5 - изолинии плотности эпицентров, 6 - эпицентры представительных землетрясений с магнитудой M_LN≥2.5 (энергетический класс K_P>8).FIG. 5. Map of epicenters and contour lines of the density of epicenters in the areas 0.2 ° × 0.3 °, constructed for 52,700 earthquakes in the Baikal region (1964-2013). 1 - main faults, 2 - hollows, 3 - lakes, 4 - boundaries and numbers of regions, 5 - contours of the density of epicenters, 6 - epicenters of representative earthquakes with magnitude M _LN ≥2.5 (energy class K _P > 8).

Фиг. 6. Карта векторной диаграммы азимутов последовательности 4122 землетрясений Байкальского региона.FIG. 6. Map of the vector diagram of the azimuths of the sequence of 4122 earthquakes in the Baikal region.

Фиг. 7. Карта эпицентров и изолиний плотности эпицентров в площадках 0.2°×0.3°, построенная для 38118 землетрясений Байкальского региона (1964-2013 годы) в круге радиусом 650 км.FIG. 7. Map of epicenters and contours of the density of epicenters in the areas 0.2 ° × 0.3 °, constructed for 38118 earthquakes in the Baikal region (1964-2013) in a circle with a radius of 650 km.

Фиг. 8. Карта векторной диаграммы азимутов последовательности 6842 землетрясений Байкальского региона за 1964-2013 годы в круге радиусом 650 км.FIG. 8. Map of the vector diagram of the azimuths of the sequence of 6842 earthquakes of the Baikal region for 1964-2013 in a circle with a radius of 650 km.

Фиг. 9. Розы-диаграммы распределения 52700 землетрясений Байкальского региона по секторам в 10 градусов. Обозначения аналогичны Фиг. 3.FIG. 9. Roses-diagrams of the distribution of 52,700 earthquakes in the Baikal region by sectors of 10 degrees. Designations are similar to FIG. 3.

Фиг. 10. Азимутально-временные диаграммы распределения 52700 землетрясений Байкальского региона по секторам в 10 градусов с шагом в один год. Обозначения аналогичны Фиг. 3.FIG. 10. Azimuth-time diagrams of the distribution of 52,700 earthquakes in the Baikal region by sectors of 10 degrees in increments of one year. Designations are similar to FIG. 3.

Техническая сущность способа состоит в следующем:The technical essence of the method is as follows:

В современном представлении процесс разломообразования и сейсмический процесс отражают эволюцию одной динамической системы - разломной зоны сдвига [Scholz С.Н. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridge, University Press, 2002. 470 р.]. Пространственная приуроченность сильных землетрясений к зонам основных разломов, отмечаемая во множестве исследований, сыграла главную роль на начальном этапе развития глобальной тектоники плит - поскольку землетрясения происходят на границах между литосферными плитами и блоками, распределение эпицентров использовалось для картирования границ, как зон повышенной разломной трещиноватости [Sykes L. Mechanism of earthquakes and nature of faulting on the mid-oceanic ridges // J. of Geophys. Res. 1967. V. 72. P. 2131-2153.; Isack В., Oliver J., Sykes L.R. Seismology and the new global tectonics // J. of Geophys. Res. 1968. V. 73. P. 5855-5899; McKenzie D.P., Parker D.L. The North Pacific: an example of tectonics on a sphere // Nature. 1967. V. 216. P. 1276-1280.; Tapponnier P., Molnar P. Active faulting and Cenozoic tectonics of the Tien-Shan, Mongolia and Baikal region // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. P. 3425-3459.]. Между разломами и эпицентральным полем землетрясений установлена связь, используемая в линеаментно-доменно-фокальной модели сейсмического районирования территорий [Уломов В.И. Глобальная упорядоченность сейсмогеодинамических структур и некоторые аспекты сейсмического районирования и долгосрочного прогноза землетрясений / Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. М.: ОИФЗ, 1993. Вып. 1. С. 24-44.; Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации. М.: ОИФЗ, 1999. 57 с.]. Поскольку наиболее сильные землетрясения генерируются литосферными блоками высшего иерархического уровня, то обусловленность их наиболее крупными разломами постулируется [Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М.: Наука, 1987. 101 с.].In the modern view, the faulting process and the seismic process reflect the evolution of one dynamic system - the fault zone of the shear [Scholz S.N. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridge, University Press, 2002. 470 p.]. The spatial confinement of strong earthquakes to the zones of major faults, noted in many studies, played a major role at the initial stage of development of global plate tectonics - since earthquakes occur at the boundaries between lithospheric plates and blocks, the distribution of epicenters was used to map the boundaries as zones of increased fault fracture [Sykes L. Mechanism of earthquakes and nature of faulting on the mid-oceanic ridges // J. of Geophys. Res. 1967. V. 72. P. 2131-2153 .; Isack B., Oliver J., Sykes L.R. Seismology and the new global tectonics // J. of Geophys. Res. 1968. V. 73. P. 5855-5899; McKenzie D.P., Parker D.L. The North Pacific: an example of tectonics on a sphere // Nature. 1967. V. 216. P. 1276-1280 .; Tapponnier P., Molnar P. Active faulting and Cenozoic tectonics of the Tien-Shan, Mongolia and Baikal region // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. P. 3425-3459.]. Between the faults and the epicentral field of earthquakes, a connection is established that is used in the lineament-domain-focal model of seismic zoning of territories [Ulomov V.I. Global ordering of seismic-geodynamic structures and some aspects of seismic zoning and long-term earthquake prediction / Seismicity and seismic zoning of Northern Eurasia. M .: OIFZ, 1993. Issue. 1. S. 24-44 .; A set of maps of general seismic zoning of the territory of the Russian Federation. M .: OIFZ, 1999.57 p.]. Since the most powerful earthquakes are generated by lithospheric blocks of the highest hierarchical level, the conditioning by their largest faults is postulated [Sadovsky MA, Bolkhovitinov LG, Pisarenko V.F. Deformation of the geophysical environment and seismic process. M .: Nauka, 1987.101 p.].

Таким образом, связь между разломной трещиноватостью литосферы и землетрясениями установлена во множестве публикаций. Многочисленные экзогенные трещины-разрывы являются следствием хрупких разрывных деформации горных пород при тектонических процессах, они имеют небольшие размеры, что позволяет соотнести их природу с землетрясениями малых энергетических классов. Редкие землетрясения более высокого уровня формируют разломы-разрывы большей длины, а единичные самые сильные землетрясения происходят при разрыве протяженных генеральных разломов (линеаментов). Число возникающих разрывов (n) и их длина

находятся в обратной зависимости [Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 536 с.], как и в распределении землетрясений по магнитуде (закон Гутенберга-Рихтера [Gutenberg В., Richter C.F. Magnitude and Energy of Earthquakes. Science. 1936. V. 83. P. 183-185.]). Чем более крупные возникают разрывы, тем число их в данном блоке литосферы меньше: установленная зависимость между этими величинами имеет вид

.Thus, the relationship between the fault fracture of the lithosphere and earthquakes has been established in many publications. Numerous exogenous fractures-ruptures are the result of brittle discontinuous deformation of rocks during tectonic processes, they are small in size, which allows us to correlate their nature with earthquakes of small energy classes. Rare earthquakes of a higher level form faults-gaps of a greater length, and the single strongest earthquakes occur during the rupture of extended general faults (lineaments). The number of discontinuities (n) and their length

are inversely related [Gzovsky M.V. Fundamentals of tectonophysics. M .: Nauka, 1975. 536 pp.], As in the distribution of earthquakes by magnitude (Gutenberg-Richter law [Gutenberg V., Richter CF Magnitude and Energy of Earthquakes. Science. 1936. V. 83. P. 183-185 .]). The larger the gaps occur, the less their number in a given block of the lithosphere: the established relationship between these values has the form

.

Разломы, как правило, на мелкомасштабных тектонических картах изображаются одной прямой линией, но на картах среднего масштаба появляется возможность представить их в виде двух-трех субпараллельных кулис и приблизить изображение к природной ситуации. На структурных схемах и картах крупного масштаба нет возможности детерминировать единую линию плоскости сместителя и провести генерализацию, поскольку детально рисуется сложная решетка дизъюнктивов, формируемая интенсивностью тектонических процессов и контролируемая законами разрушения литосферы. По масштабу развития и протяженности в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ) выделены генеральные (длина L>80 км), региональные (L≈35-80 км) и локальные (L<35 км) разломы [Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. Новосибирск: Наука, 1977. 102 с.]. Генеральные разломы представляют собой глубинные структуры с ярко выраженной кайнозойской активизацией и кулисным строением. Они имеют преобладающее северо-восточное и субширотное простирание и играют роль структур, определяющих ориентировку отдельных звеньев рифтовой системы и ее наиболее крупных впадин. Этот уровень иерархии неоднородностей литосферы подтвержден исследованиями сейсмичности [Шерман С.И., Демьянович В.М., Лысак С.В. Сейсмический процесс и современная многоуровневая деструкция литосферы в Байкальской рифтовой зоне // Геология и геофизика. 2004. Т. 45. №12. С. 1460-1472.]. Региональные разломы образуют очень большую группу разломов, в которой доминируют сбросы ориентированные согласно общему простиранию БРЗ. Часть поперечных к рифтовой зоне региональных разломов - молодые образования, развивающиеся благодаря процессам кайнозойской активизации и рифтогенеза. Глубина проникновения региональных разломов соизмерима с мощностью земной коры, а преобладающие простирания - северо-восточное, субширотное и субмеридиональное. Локальные разломы, преимущественно кайнозойского возраста заложения, определяют внутреннюю структуру впадин и перемычек.Faults, as a rule, on small-scale tectonic maps are represented by one straight line, but on medium-scale maps it is possible to present them in the form of two or three sub-parallel scenes and bring the image closer to the natural situation. On large-scale structural diagrams and maps, it is not possible to determine a single line of the displacer plane and to generalize, because a complex lattice of disjunctives is drawn in detail, which is formed by the intensity of tectonic processes and controlled by the laws of destruction of the lithosphere. On the scale of development and extent in the Baikal rift zone (RHL), general (length L> 80 km), regional (L≈35-80 km) and local (L <35 km) faults are distinguished [Sherman S.I. Physical laws of the development of faults in the earth's crust. Novosibirsk: Nauka, 1977. 102 p.]. General faults are deep structures with a pronounced Cenozoic activation and rocker structure. They have a predominant northeastern and sub-latitudinal strike and play the role of structures that determine the orientation of individual links in the rift system and its largest depressions. This level of the hierarchy of heterogeneities of the lithosphere is confirmed by seismicity studies [Sherman S.I., Demyanovich V.M., Lysak S.V. Seismic process and modern multilevel destruction of the lithosphere in the Baikal rift zone // Geology and Geophysics. 2004.V. 45. No. 12. S. 1460-1472.]. Regional faults form a very large group of faults, which are dominated by faults oriented according to the general strike of the RHL. Part of the regional faults transverse to the rift zone are young formations that develop due to the processes of Cenozoic activation and riftogenesis. The depth of penetration of regional faults is commensurate with the thickness of the earth's crust, and the prevailing strike is northeastern, sub-latitudinal, and submeridional. Local faults, mainly of the Cenozoic age, determine the internal structure of hollows and bridges.

Таковы предпосылки, оказавшие влияние на техническую сущность предлагаемого способа и технологию его реализации. Нужно подчеркнуть, что, в отличие от поверхностно обнаженных экзогенных трещин и разломов, землетрясения в подавляющем большинстве случаев не создают разрывных проявлений на земной поверхности: исключение составляют только отдельные сильные землетрясения с вышедшим на поверхность разрывом [Bonilla М.G. Historic surface faulting in continental United States and adjacent part of Mexico / U.S. Geological Survey Open-File Report. 1967. 36 P.; also U.S. Atomic Energy Commission Report TID 24124. 1967. 36 Р.]. Поэтому приемы и методы построений, применяемые при изучении трещиноватости горных пород по данным о поверхностно обнаженных трещинах и разломах, следует усовершенствовать, что и составляет техническую суть способа определения параметров структуры разломной трещиноватости литосферы по азимутальному распределению землетрясений.These are the prerequisites that influenced the technical essence of the proposed method and the technology of its implementation. It must be emphasized that, in contrast to surface-exposed exogenous cracks and faults, earthquakes in the vast majority of cases do not create discontinuous manifestations on the earth's surface: the exception is only individual strong earthquakes with a discontinuity that has surfaced [Bonilla M.G. Historic surface faulting in continental United States and adjacent part of Mexico / U.S. Geological Survey Open-File Report. 1967. 36 P .; also U.S. Atomic Energy Commission Report TID 24124. 1967. 36 R.]. Therefore, the building techniques and methods used in the study of rock fracturing from data on surface-exposed cracks and faults should be improved, which is the technical essence of the method for determining the structure parameters of the fault fracture of the lithosphere from the azimuthal distribution of earthquakes.

В каталогах землетрясения характеризуются пятью параметрами: координатами гипоцентров (долгота ϕ, широта λ, глубина h), временем возникновения t₀ и энергетическим классом K_P (иногда магнитудой М). Можно отметить, что глубины гипоцентров землетрясений определялись редко и с высокой погрешностью, и по этой причине каталоги землетрясений более полувека анализируются по четырем основным параметрам - долготе, широте, энергетическому классу и времени возникновения [Бунэ В.И., Гзовский М.В., Запольский К.К. и др. Методы детального изучения сейсмичности / Труды ИФЗ АН СССР. М.: Изд-во АН СССР. 1960. №9 (176). 327 с.]. В таком случае для исследования структуры разломной трещиноватости литосферы по данным о землетрясениях можно привлечь только эти четыре параметра. Непосредственная физическая связь между землетрясениями, происходящими в литосфере исследуемой территории (геологической среде определенного объема подвергнутой тектоническим деформациям), может возникать только по пространству. Связь по времени и по энергетическому классу вторична, она является отражением факта возникновения землетрясения в определенной точке пространства и является производной от координат землетрясений.In catalogs, earthquakes are characterized by five parameters: coordinates of hypocenters (longitude ϕ, latitude λ, depth h), time of occurrence t _0, and energy class K _P (sometimes magnitude M). It can be noted that the depths of the hypocenters of earthquakes were rarely determined and with a high error, and for this reason catalogs of earthquakes for more than half a century are analyzed by four main parameters - longitude, latitude, energy class, and time of occurrence [Bune V.I., Gzovsky M.V. Zapolsky K.K. et al. Methods of a detailed study of seismicity / Proceedings of the Institute of Physics of the USSR Academy of Sciences. M.: Publishing House of the USSR Academy of Sciences. 1960. No. 9 (176). 327 p.]. In this case, to study the structure of the fault fracture of the lithosphere using earthquake data, only these four parameters can be used. A direct physical connection between earthquakes occurring in the lithosphere of the studied area (the geological environment of a certain volume subjected to tectonic deformations) can occur only in space. The relationship in time and energy class is secondary, it is a reflection of the occurrence of an earthquake at a certain point in space and is a derivative of the coordinates of the earthquakes.

Для изучения взаимосвязи землетрясений нами разработан способ определения параметров структуры разломной трещиноватости литосферы по азимутальному распределению землетрясений, в котором основную информационно-техническую нагрузку несет распределение эпицентров землетрясений на поверхности исследуемой территории и последовательность реализации землетрясений. Выборка землетрясений анализируется на предмет связи эпицентров последовательных землетрясений, как разрывов-разломов в литосфере: от координат эпицентра первого в выборке землетрясения ко второму, от второго - к третьему и т.д. до последнего толчка в анализируемой выборке данных. По выборке эпицентров землетрясений для относительно однородных участков создается матрица азимутальных параметров как векторная диаграмма азимутов от эпицентра первого землетрясения ко второму, от второго к третьему и т.д. до последнего землетрясения. Для расширения возможностей исследования в матрице азимутальных параметров учитываются как кинематические, так и динамические параметры землетрясений. При заданном угле-секторе по данным матрицы строят розу-диаграмму и азимутально-временную диаграмму распределения выбранного для анализа параметра. На диаграммах выделяют зону азимутальной анизотропии, зону идентифицируют как структуру разломной трещиноватости литосферы, определяют параметры структуры, а также исследуют особенности поведения структуры во времени. Техническая сущность способа базируется на экспериментально установленных фактах приуроченности землетрясений к зонам разломов: все землетрясения произошли на разломах. Можно отметить, что распределение эпицентров землетрясений на поверхности континентов иногда наблюдается в виде достаточно широких полос, а некоторое рассеяние эпицентров землетрясений обусловлено погрешностями определения координат эпицентров. Однако статистика большого количества азимутов, обусловленная статистикой большого количества происходящих землетрясений, дает возможность нивелировать эти рассеяния, и выделить азимутальную анизотропию среды как единую структуру разломной трещиноватости литосферы с целью определения параметров и временного анализа.To study the relationship between earthquakes, we developed a method for determining the structure parameters of the fault fracture of the lithosphere by the azimuthal distribution of earthquakes, in which the main information and technical load is borne by the distribution of earthquake epicenters on the surface of the study area and the sequence of earthquakes. The earthquake sample is analyzed for the connection between the epicenters of successive earthquakes as faults-faults in the lithosphere: from the coordinates of the epicenter of the first earthquake in the sample to the second, from the second to the third, etc. to the last push in the analyzed data sample. A matrix of azimuthal parameters is created from a sample of earthquake epicenters for relatively homogeneous sections as a vector diagram of azimuths from the epicenter of the first earthquake to the second, from the second to the third, etc. until the last earthquake. To expand the possibilities of research in the matrix of azimuthal parameters, both kinematic and dynamic parameters of earthquakes are taken into account. For a given angle sector, a rose diagram and an azimuth-time distribution diagram of the parameter selected for analysis are constructed from the matrix data. In the diagrams, the azimuthal anisotropy zone is distinguished, the zone is identified as the structure of the fault fracture of the lithosphere, the structure parameters are determined, and the behavior of the structure over time is investigated. The technical essence of the method is based on experimentally established facts of the confinement of earthquakes to fault zones: all earthquakes occurred on faults. It can be noted that the distribution of earthquake epicenters on the surface of the continents is sometimes observed in the form of fairly wide bands, and some scattering of earthquake epicenters is due to errors in determining the coordinates of the epicenters. However, the statistics of a large number of azimuths, due to the statistics of a large number of earthquakes, make it possible to level these scatterings and distinguish the azimuthal anisotropy of the medium as a single structure of the fault fracture of the lithosphere in order to determine the parameters and time analysis.

Модельный пример. В качестве модельного примера приведем результаты исследования разломной трещиноватости по азимутальному распределению синтезированных 50000 землетрясений. Нами генерируются выборки из 50000 землетрясений, распределенных на поверхности случайным образом с постоянной плотностью вероятности. Затем эти выборки делятся на 50 частей по 1000 землетрясений, каждая из которых перегенерирована во времени с формированием случайного распределения с постоянной плотностью вероятности реализации землетрясений в пределах одного года. В целом формируется синтетический каталог из 50000 землетрясений, случайно распределенных по поверхности; этот каталог имитирует 50 лет регистрации по 1000 землетрясений в год, случайным образом распределенных в пределах каждого года (можно условно интерпретировать как каталог землетрясений с 1964 по 2013 год). В силу приуроченности землетрясений к разломам, такой синтезированный каталог может быть "сформирован" случайным, неструктурированным и без пространственных особенностей распределением разломов в "модельной" литосфере, иными словами в "модельной" литосфере не должно быть структуры разломной трещиноватости.Model example. As a model example, we present the results of a study of fault fracture in the azimuthal distribution of the synthesized 50,000 earthquakes. We generate samples of 50,000 earthquakes distributed on the surface randomly with a constant probability density. Then these samples are divided into 50 parts of 1000 earthquakes, each of which is regenerated in time with the formation of a random distribution with a constant probability density of earthquakes within one year. In general, a synthetic catalog of 50,000 earthquakes randomly distributed over the surface is being formed; this catalog simulates 50 years of registration for 1000 earthquakes per year randomly distributed within each year (can be arbitrarily interpreted as a catalog of earthquakes from 1964 to 2013). Due to the confinement of earthquakes to faults, such a synthesized catalog can be “formed” by a random, unstructured and spatial-free distribution of faults in the “model” lithosphere, in other words, the fracture structure should not be in the “model” lithosphere.

Исследование распределений эпицентров синтезированных 50000 землетрясений осуществлено для поверхности круга и квадрата: результаты, полученные для этих фигур, фактически одинаковы. На Фиг. 1 представлена карта эпицентров и изолиний плотности эпицентров землетрясений (в площадках 0.2°×0.3°), случайным образом распределенных на поверхности круга, который схематично внесен в географические координаты Байкальского региона. Видно, что поверхность заполнена однородно точками-эпицентрами и отсутствуют какие-либо особенности в картине распределения эпицентров и изолиний плотности эпицентров. На Фиг. 2а, б приведена карта векторной диаграммы азимутов эпицентров синтезированных 2000 (а) и 5000 событий (б). Ограничение числа используемых данных в 2000 и 5000 событий вызвано тем, что при большем числе событий рисунок превращается в черное пятно, без возможности анализа его вида. Видно, что преобразование не изменило вида случайного распределения событий: на векторной диаграмме отсутствуют какие-либо особенности в распределении азимутов эпицентров. Для 50000 синтезированных землетрясений на розах-диаграммах в азимутальных секторах 10 градусов представлены распределения следующих параметров (Фиг. 3): чисел синтезированных землетрясений N, среднего расстояния R (км) и среднего времени Т (сутки) между последовательными толчками, средней скорости "перемещения" V=R/T (км/сутки). Розы-диаграммы каждого параметра имеют форму круга, флуктуации параметров ниже одного стандартного отклонения и отсутствуют какие-либо особенности в распределениях. При переходе во временную область исследования на азимутально-временной диаграмме распределения 50000 землетрясений также не видно каких-либо особенностей азимутального распределения этих четырех параметров по годам (Фиг. 4, N, R, Т, V). Таким образом, поскольку случайный характер распределения синтезированных 50000 землетрясений (а, следовательно, и заложенная в это распределение модель случайно распределенных разломов) не позволяет создать объект-структуру разломной трещиноватости в виде зоны азимутальной анизотропии, то такой объект не находит отражения по предлагаемому способу.A study of the distributions of the epicenters of the synthesized 50,000 earthquakes was carried out for the surface of a circle and a square: the results obtained for these figures are practically the same. In FIG. Figure 1 shows a map of the epicenters and isolines of the density of earthquake epicenters (in the areas of 0.2 ° × 0.3 °) randomly distributed on the surface of the circle, which is schematically entered into the geographical coordinates of the Baikal region. It can be seen that the surface is uniformly filled with epicenter points and there are no features in the distribution pattern of epicenters and isolines of the density of epicenters. In FIG. Figures 2a and 2b show a map of the vector diagram of the azimuths of the epicenters of the synthesized 2000 (a) and 5000 events (b). The limitation of the number of data used in 2000 and 5000 events is due to the fact that with a larger number of events the picture turns into a black spot, without the possibility of analyzing its appearance. It can be seen that the transformation did not change the form of the random distribution of events: there are no features in the distribution of the azimuths of epicenters on the vector diagram. For 50,000 synthesized earthquakes on rose diagrams in the azimuth sectors of 10 degrees, the distributions of the following parameters are presented (Fig. 3): the numbers of synthesized earthquakes N, the average distance R (km) and the average time T (day) between consecutive shocks, the average speed of "movement" V = R / T (km / day). The rose diagrams of each parameter are in the form of a circle, the fluctuations of the parameters are below one standard deviation and there are no features in the distributions. When moving to the time domain of the study on the azimuth-time diagram of the distribution of 50,000 earthquakes, you also don’t see any features of the azimuthal distribution of these four parameters over the years (Fig. 4, N, R, T, V). Thus, since the random nature of the distribution of the synthesized 50,000 earthquakes (and, consequently, the model of randomly distributed faults embedded in this distribution) does not allow creating an object-structure of fault fracture in the form of an azimuthal anisotropy zone, such an object is not reflected by the proposed method.

Как отмечено выше, реальное распределение землетрясений полностью контролируется расположением, размерами, формой и ориентацией систем активных разломов в литосфере и поэтому землетрясения использовались для выделения и маркировки границ литосферных плит. Такое распределение не случайно, оно имеет как физическую (сильная деструкция геологической среды, обусловленная повышенными градиентами полей напряжений и деформаций), так и структурную (морфологические особенности рельефа и прочие признаки) детерминацию. С физической точки зрения на границах литосферных плит имеет место концентрация напряжений и рост деформации, обусловленные перемещением плит. Концентрация напряжений и рост деформации приводят к разрушению и релаксация среды посредством землетрясений, что находит отражение в высокой плотности землетрясений в межплитной зоне. Здесь формируются полосы эпицентров землетрясений, единая структура которой становится очевидной, если соединить эпицентры землетрясений линиями в пространственной или временной последовательности. В масштабе размеров плит эти структуры представляют узкие полосы, отражающие основные разломы. При увеличении масштабов узкие полосы постепенно трансформируются в более широкие полосы, а иногда и в отдельные зоны, заполненные землетрясениями различной магнитуды. Такие скопления толчков обычно выделяют изолиниями плотности эпицентров, однако далее этого дело не идет и параметр n - число землетрясений на единице поверхности, является единственным при таком подходе. В предлагаемом способе использованы несколько параметров (см. Фиг. 3, 4), характеризующих совокупности последовательных землетрясений. Такой подход позволяет воспринять сейсмичность как процесс формирования и отражения структуры разломной трещиноватости, определить количественно параметры структуры и изучить ее пространственно-временную природу.As noted above, the actual distribution of earthquakes is completely controlled by the location, size, shape and orientation of active fault systems in the lithosphere, and therefore earthquakes were used to isolate and mark the boundaries of lithospheric plates. Such a distribution is not accidental; it has both physical (strong destruction of the geological environment due to increased gradients of the stress and strain fields) and structural (morphological features of the relief and other features) determination. From a physical point of view, stress concentration and strain growth due to plate movement occur at the boundaries of lithospheric plates. Stress concentration and strain growth lead to destruction and relaxation of the medium through earthquakes, which is reflected in the high density of earthquakes in the interplate area. Here bands of earthquake epicenters are formed, the unified structure of which becomes apparent if earthquake epicenters are connected by lines in a spatial or temporal sequence. On a scale of slab sizes, these structures represent narrow bands reflecting major faults. With increasing scale, narrow bands gradually transform into wider bands, and sometimes into separate zones filled with earthquakes of various magnitudes. Such clusters of shocks are usually distinguished by isolines of the density of epicenters, however, this does not go further and the parameter n, the number of earthquakes per unit surface, is the only one with this approach. In the proposed method, several parameters were used (see Fig. 3, 4) characterizing the totality of successive earthquakes. This approach allows us to perceive seismicity as a process of formation and reflection of the structure of fault fracture, to quantify the parameters of the structure and to study its spatio-temporal nature.

Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями в области сейсмологии землетрясений показывает следующее. Все известные решения основаны на использовании эпицентров землетрясений как дискретных очагов деструкции литосферы, происходящих в зонах разломов различной иерархии. Для оценки области деструкции используют карты эпицентров землетрясений, которые позволяют выделить неоднородности распределения землетрясений в виде изолиний повышенной плотности эпицентров землетрясений, и связать их с неоднородностью напряженно-деформированного состояния литосферы [Бунэ В.И., Гзовский М.В., Запольский К.К. и др. Методы детального изучения сейсмичности / Труды ИФЗ АН СССР. М.: Изд-во АН СССР. 1960. №9 (176). 327 с.; Ризниченко Ю.В. Проблемы сейсмологии. М.: Наука, 1985. 405 с.].Comparison of the proposed technical solutions with other known solutions in the field of earthquake seismology shows the following. All known solutions are based on the use of earthquake epicenters as discrete foci of destruction of the lithosphere occurring in fault zones of various hierarchies. To assess the area of destruction, earthquake epicenter maps are used, which make it possible to isolate the heterogeneity of the earthquake distribution in the form of contour lines of increased density of the earthquake epicenters and to associate them with the heterogeneity of the stress-strain state of the lithosphere [Bune V.I., Gzovsky MV, Zapolsky K.K . et al. Methods of a detailed study of seismicity / Proceedings of the Institute of Physics of the Academy of Sciences of the USSR. M.: Publishing House of the USSR Academy of Sciences. 1960. No. 9 (176). 327 s .; Riznichenko Yu.V. The problems of seismology. M .: Nauka, 1985. 405 p.].

Недостатки применяемых методов:The disadvantages of the methods used:

- исследуется лишь один параметр n - число землетрясений в площадке;- only one parameter n is studied - the number of earthquakes in the site;

- выделяются неоднородности n, общая структура связи которых не очевидна;- n heterogeneities are distinguished whose general connection structure is not obvious;

- осредненная картина распределения чисел землетрясений зависит от размеров площадки осреднения, а детальность оценки плотности ограничена погрешностями определения координат эпицентров.- the averaged picture of the distribution of the numbers of earthquakes depends on the size of the averaging site, and the detail of the density estimate is limited by the errors in determining the coordinates of the epicenters.

Предлагаемый способ позволяет исключить эти недостатки и является шагом в развитии проблемы определения параметров структуры разломной трещиноватости литосферы по азимутальному распределению землетрясений.The proposed method allows to eliminate these disadvantages and is a step in the development of the problem of determining the structure parameters of the fault fracture of the lithosphere by the azimuthal distribution of earthquakes.

Не выявлено в результате поиска и сравнительного анализа технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, обеспечивающих при использовании достижения аналогичных результатов, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень".It was not revealed as a result of a search and comparative analysis of technical solutions that are characterized by a combination of features that are similar to the proposed solution, which ensure the achievement of similar results when using, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the patentability condition of the invention "inventive step".

Пример реализации способаAn example implementation of the method

Предлагаемое техническое решение реализовано для Байкальского региона следующим образом: сетью сейсмических станций региона осуществляется запись землетрясений, определяются кинематические и динамические параметры толчков, и по этим данным формируется "Каталог землетрясений Прибайкалья". На Фиг. 5 представлена карта эпицентров 52700 представительных землетрясений с магнитудой M_LH≥2.5 (энергетический класс K_P≥8) и изолиний их плотности в площадках 0.2°×0.3°, зарегистрированных в Байкальском регионе с 1964 по 2013 годы. Можно отметить, что землетрясений такого класса регистрируются в пределах региона без пропусков, т.е. являются представительными. Анализ карты показывает, что эпицентры землетрясений локализуются в области БРЗ, за ее пределами сейсмичность рассеяна и минимальна на Сибирской платформе. Изолинии плотности эпицентров в площадках 0.2°×0.3° позволяют установить особенности распределения землетрясений по территории БРЗ и выбрать сравнительно однородные районы и участки. По внешнему контуру изолинии n=15 (линия типа "hachure") рифтовую зону можно разделить на три района. На юго-западном фланге БРЗ (район 1, ϕ=48.0°-54.0° с.ш., λ=96.0°-104.0° в.д.) эпицентры формируют полосы преимущественно субширотной и субмеридиональной ориентировки, в результате чего сейсмичность рассеяна по территории. В центральной части БРЗ (район 2, ϕ=51.0°-54.0° с.ш., λ=104.0°-113.0° в.д.) эпицентры толчков создают одну полосу северо-восточного простирания. На северо-восточном фланге БРЗ (район 3, ϕ=54.0°-60.0° с.ш., λ=109.0°-122.0° в.д.) эпицентральное поле землетрясений имеет форму "треугольника". Районы разделены пополам по долготе λ=100.0°, λ=108.0° и λ=116.0° на шесть участков, которым даны номера 1-6, начиная отсчет с юго-западной границы региона. Такая схема деления территории региона обычно применяется при исследовании сейсмичности и напряженно-деформированного состояния литосферы БРЗ [Ключевский А.В. Напряжения и сейсмичность на современном этапе эволюции литосферы Байкальской рифтовой зоны // Физика Земли. 2007. №12. С. 14-26.; Ключевский А.В., Демьянович В.М., Джурик В.И. Иерархия сильных землетрясений Байкальской рифтовой системы // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. №3. С. 279-288.].The proposed technical solution was implemented for the Baikal region as follows: a network of seismic stations in the region records earthquakes, determines the kinematic and dynamic parameters of the shocks, and from this data the "Catalog of the Baikal Earthquakes" is formed. In FIG. Figure 5 presents a map of the epicenters of 52,700 representative earthquakes with magnitude M _LH ≥ 2.5 (energy class K _P ≥ 8) and isolines of their density in the areas 0.2 ° × 0.3 ° recorded in the Baikal region from 1964 to 2013. It can be noted that earthquakes of this class are recorded within the region without gaps, i.e. are representative. An analysis of the map shows that the epicenters of earthquakes are localized in the RHL region; beyond its limits, seismicity is scattered and is minimal on the Siberian platform. The contours of the density of the epicenters in the areas 0.2 ° × 0.3 ° make it possible to establish the features of the distribution of earthquakes over the territory of the RHL and to choose relatively homogeneous regions and sections. According to the external contour of the isoline n = 15 (hachure type line), the rift zone can be divided into three regions. On the southwestern flank of the BRZ (region 1, ϕ = 48.0 ° -54.0 ° N, λ = 96.0 ° -104.0 ° E), the epicenters form bands of mainly sub-latitudinal and submeridional orientation, as a result of which seismicity is scattered across the territory . In the central part of the RHL (region 2, ϕ = 51.0 ° –54.0 ° N, λ = 104.0 ° –113.0 ° E), the shock epicenters create one strip of northeastern strike. On the north-eastern flank of the BRZ (region 3, ϕ = 54.0 ° -60.0 ° N, λ = 109.0 ° -122.0 ° E), the epicentral field of earthquakes has the shape of a “triangle”. The districts are divided in half according to longitude λ = 100.0 °, λ = 108.0 ° and λ = 116.0 ° into six sections, which are given numbers 1-6, starting from the southwestern border of the region. This pattern of dividing the territory of the region is usually used in the study of seismicity and stress-strain state of the BRZ lithosphere [Klyuchevsky A.V. Stresses and seismicity at the present stage of the evolution of the lithosphere of the Baikal rift zone // Physics of the Earth. 2007. No. 12. S. 14-26 .; Klyuchevsky A.V., Demyanovich V.M., Dzhurik V.I. Hierarchy of strong earthquakes in the Baikal rift system // Geology and Geophysics. 2009.V. 50. No. 3. S. 279-288.].

Чтобы показать структурированность реальной сейсмичности на Фиг. 6 приведена карта векторной диаграммы азимутов эпицентров 4122 землетрясений Байкальского региона (январь 1964 - февраль 1969). Ограничение числа используемых данных вызвано техническими причинами, обусловленными трудностью реализации компьютером графического соединения линиями эпицентров землетрясений. Видно, что на векторной диаграмме имеются особенности в распределении азимутов эпицентров - выделяются темные контурные полосы северо-восток-юго-западной направленности, соответствующие ориентировке основных разломов БРЗ. Чтобы сопоставить распределения реальной и модельной (см. Фиг. 1) сейсмичности в одном виде, на Фиг. 7 представлена карта эпицентров и изолиний плотности эпицентров в площадках 0.2°×0.3°, построенная для 38118 землетрясений Байкальского региона (1964-2013 годы) в круге радиусом 650 км (центр круга имеет координаты ϕ=54.0° с.ш., λ=109.0° в.д., это центр региона). На Фиг. 8 приведена карта векторной диаграммы азимутов эпицентров 6842 землетрясений Байкальского региона, полученная для круга радиусом 650 км. Видно, что на векторной диаграмме имеются особенности в распределении азимутов эпицентров - наблюдаются темные контурные полосы северо-восток-юго-западной направленности, соответствующие ориентировке основных разломов и сейсмичности БРЗ. Видно, что распределения реальной (Фиг. 7, 8) и модельной (Фиг. 1, 2) сейсмичности отличаются кардинальным образом. Для 52700 землетрясений Байкальского региона на розах-диаграммах в азимутальных секторах 10 градусов представлены распределения следующих параметров (Фиг. 9): чисел землетрясений N, среднего расстояния R (км) и среднего времени Т (сутки) между последовательными толчками, средней скорости "перемещения" V=R/T (км/сутки). Роза-диаграмма параметра N показывает форму структуры разломной трещиноватости Байкальского региона в виде узкой полосы вытянутой в северо-восток-юго-западном направлении (по азимутам 45-65° и 235-255°). Примерно такую же картину распределения имеет параметр R. По этим двум параметрам видно, что структура разломной трещиноватости литосферы Байкальского региона имеет форму полосы вытянутой примерно на 1600 км в северо-восток-юго-западном направлении (по азимутам 45-65° и 235-255°), и сжатой в северо-запад-юго-восточном направлении до размеров 300 км. Эти цифры отражают длину, ширину и ориентацию структуры разломной трещиноватости литосферы Байкальского региона. Роза-диаграмма среднего времени Т имеет форму эллипса, вытянутого в северо-восток-юго-западном направлении, а роза-диаграмма средней скорости "перемещения" V имеет более сложный вид, что обусловлено влиянием распределения времени между землетрясениями. При переходе во временную область исследования на азимутально-временной диаграмме 52700 землетрясений видны особенности азимутального распределения этих четырех параметров по годам (Фиг. 10, N, R, Т, V). В распределении N выделяется узкая полоса в азимуте 45-65° (Фиг. 10, N) (вторая полоса в азимуте 235-255° есть продолжение на юго-запад первой полосы от центра распределения). В распределениях параметров R и Т азимутальная полоса постепенно расширяется, а для скоростей V трансформируется - полосы максимумов N, R, Т на распределении параметра V видны как полосы низких значений. На диаграммах N, R, Т выделяются максимумы в начале 1970-х, 1980-х, 1990-х годов, конце 1990-х, которые совпадают с эпизодами активизации литосферы БРЗ под воздействием импульсных перестроек в структурах-аттракторах рифтогенеза (CAP) [Klyuchevskii A.V. Rifting Attractor Structures in the Baikal Rift System: Location and Effects // Journal of Asian Earth Sciences. 2014. V88. P. 246-256; Летников Ф.А., Ключевский A.B. Структуры-аттракторы рифтогенеза в литосфере Байкальской рифтовой системы: природа и механизм образования // Доклады Академии наук. 2014. Т. 458. №1. С. 52-56.]. В эти годы происходят перестройки структуры разломной трещиноватости литосферы БРЗ.To show the structure of real seismicity in FIG. Figure 6 shows a map of the vector diagram of the azimuths of the epicenters of 4122 earthquakes in the Baikal region (January 1964 - February 1969). The limitation of the number of data used is due to technical reasons due to the difficulty of a computer using a graphic connection with earthquake epicenter lines. It can be seen that in the vector diagram there are features in the distribution of the azimuths of the epicenters - dark contour stripes of the north-east-south-west direction, corresponding to the orientation of the main RHF faults, are distinguished. In order to compare the distribution of real and model (see Fig. 1) seismicity in one form, in Fig. Figure 7 shows a map of epicenters and isolines of the density of epicenters in the areas 0.2 ° × 0.3 °, constructed for 38118 earthquakes of the Baikal region (1964-2013) in a circle with a radius of 650 km (the center of the circle has coordinates ϕ = 54.0 ° N, λ = 109.0 ° E, this is the center of the region). In FIG. Figure 8 shows a map of the vector diagram of the azimuths of the epicenters of 6842 earthquakes in the Baikal region, obtained for a circle with a radius of 650 km. It can be seen that in the vector diagram there are features in the distribution of the azimuths of the epicenters - there are dark contour stripes of the north-east-south-west direction, corresponding to the orientation of the main faults and seismicity of the RHL. It can be seen that the distribution of real (Fig. 7, 8) and model (Fig. 1, 2) seismicity differ radically. For 52,700 earthquakes in the Baikal region, the diagrams in the azimuth sectors of 10 degrees show the distributions of the following parameters (Fig. 9): the numbers of earthquakes N, the average distance R (km) and the average time T (day) between consecutive shocks, the average speed of "movement" V = R / T (km / day). The rose diagram of parameter N shows the shape of the fracture structure of the Baikal region in the form of a narrow strip elongated in the north-east-south-west direction (in azimuths of 45-65 ° and 235-255 °). The parameter R has approximately the same distribution pattern. According to these two parameters, it can be seen that the structure of the fault fracture of the lithosphere of the Baikal region has the form of a strip elongated approximately 1600 km in the north-east-south-west direction (in azimuths of 45-65 ° and 235-255 °), and compressed in the north-west-south-east direction to the size of 300 km. These figures reflect the length, width, and orientation of the structure of the fault fracture of the lithosphere of the Baikal region. The rose diagram of the average time T has the shape of an ellipse elongated in the north-east-south-west direction, and the rose diagram of the average velocity of "movement" V has a more complex form, due to the influence of the distribution of time between earthquakes. When moving to the time domain of the study, the azimuth-time diagram of 52,700 earthquakes shows the features of the azimuthal distribution of these four parameters over the years (Fig. 10, N, R, T, V). In the distribution of N, a narrow band in the azimuth of 45-65 ° is highlighted (Fig. 10, N) (the second strip in the azimuth of 235-255 ° is a continuation to the southwest of the first strip from the distribution center). In the distributions of the parameters R and T, the azimuthal band gradually expands, and for the velocities V it transforms - the bands of the maxima N, R, T on the distribution of the parameter V are visible as bands of low values. The N, R, T diagrams show maxima in the early 1970s, 1980s, 1990s, and late 1990s that coincide with episodes of activation of the RHL lithosphere under the influence of pulsed rearrangements in riftogenesis attractor structures (CAP) [Klyuchevskii AV Rifting Attractor Structures in the Baikal Rift System: Location and Effects // Journal of Asian Earth Sciences. 2014. V88. P. 246-256; Letnikov F.A., Klyuchevsky A.B. Rift genesis attractor structures in the lithosphere of the Baikal rift system: nature and formation mechanism // Doklady Akademii Nauk. 2014.V. 458. No. 1. S. 52-56.]. During these years, structural changes in the fracture fracture of the BRZ lithosphere take place.

Таким образом, не случайный характер распределения реальных 52700 землетрясений (а, следовательно, и задающая это распределение генеральная структура разломной трещиноватости) позволяет по предлагаемому способу выделить основной "объект" разломной трещиноватости литосферы Байкальского региона в виде зоны азимутальной анизотропии. Генеральная структура разломной трещиноватости - Байкальская рифтовая зона - определена в виде полосы повышенной трещиноватости литосферы, вытянутой примерно на 1600 км в северо-восток-юго-западном направлении (по азимутам 45-65° и 235-255°), и сжатой в северо-запад-юго-восточном направлении до размеров 300 км. Генеральная структура разломной трещиноватости изменяется во времени синхронно с активизациями САР в литосфере БРЗ в начале 1970-х, 1980-х, 1990-х годов, конце 1990-х. Проведенные дополнительные исследования подтверждают, что региональные структуры разломной трещиноватости литосферы находят отражение по предлагаемому способу при использовании выборок землетрясений трех районов и шести участков. Разломная трещиноватость первого района по данным об азимутальном распределении землетрясений характеризуется тем, что в ней выделяются две структуры, отражающие разломы субширотной и субмеридиональной ориентировки. Очень проста структура центральной части региона - узкая полоса в азимуте 40-50°. В третьем районе структура также достаточно проста - полоса в азимуте 60-70°. Региональные структуры разломной трещиноватости изменяются во времени синхронно с активизациями САР в литосфере БРЗ в начале 1970-х, 1980-х, 1990-х годов, конце 1990-х. Применение предлагаемого способа можно продолжить до уровней разломов и определить параметры структуры трещиноватости отдельного разлома по азимутальному распределению землетрясений.Thus, the non-random nature of the distribution of real 52,700 earthquakes (and, therefore, the general structure of the fault fracture that defines this distribution) allows us to distinguish the main “object” of the fault fracture of the lithosphere of the Baikal region in the form of an azimuthal anisotropy zone. The general structure of the fault fracture — the Baikal rift zone — is defined as a band of increased fracture of the lithosphere, elongated about 1600 km in the north-east-south-west direction (in azimuths of 45-65 ° and 235-255 °), and compressed in the north- west-south-east direction up to the size of 300 km. The general structure of fault fracture changes in time in synchronism with ATS activations in the RHL lithosphere in the early 1970s, 1980s, 1990s, and late 1990s. Additional studies confirm that the regional structures of the fault fracture of the lithosphere are reflected by the proposed method when using earthquake samples from three regions and six sections. Fault fracture of the first region according to the azimuthal distribution of earthquakes is characterized by the fact that two structures are distinguished in it, which reflect faults of sub-latitudinal and submeridional orientation. The structure of the central part of the region is very simple - a narrow strip in azimuth of 40-50 °. In the third region, the structure is also quite simple - the band in azimuth is 60-70 °. Regional fracture fracture structures change in time in synchronism with ATS activations in the BRZ lithosphere in the early 1970s, 1980s, 1990s, and late 1990s. The application of the proposed method can be continued to fault levels and determine the fracture structure parameters of an individual fault from the azimuthal distribution of earthquakes.

Получаемую по предлагаемому техническому решению информацию по контролю состояния разломной трещиноватости литосферы по азимутальному распределению землетрясений можно использовать для характеристики сейсмической обстановки и опасности на территориях возможного промышленного и гражданского строительства, т.е. предлагаемое решение соответствует условию патентоспособности изобретения "промышленная применимость". Информацию по контролю динамики состояния разломной трещиноватости литосферы по азимутальному распределению землетрясений можно использовать в качестве предвестника сильных землетрясений [Бондур B.Г., Зверев А.Т., Гапонова Е.В., Зима А.Л. Исследования из космоса предвестниковой цикличности при подготовке землетрясений, проявляющейся в динамике линеаментных систем // Исследование Земли из космоса. 2012. №1. C. 3-20.], т.е. предлагаемое решение соответствует условию патентоспособности изобретения "фундаментальность".The information obtained according to the proposed technical solution for monitoring the state of the fault fracture of the lithosphere by the azimuthal distribution of earthquakes can be used to characterize the seismic situation and danger in the territories of possible industrial and civil construction, i.e. the proposed solution meets the condition of patentability of the invention "industrial applicability". Information on monitoring the dynamics of the state of the fault fracture of the lithosphere by the azimuthal distribution of earthquakes can be used as a harbinger of strong earthquakes [Bondur VG, Zverev AT, Gaponova EV, Zima AL Space research of precursor cyclicity in the preparation of earthquakes, manifested in the dynamics of lineament systems // Earth Research from Space. 2012. No1. C. 3-20.], I.e. the proposed solution meets the condition of patentability of the invention "fundamental".

Claims

The method for determining the structure parameters of the fault fracture of the lithosphere from the azimuthal distribution of earthquakes, in which, based on the experimental materials spaced on the surface of the seismic stations, a map of the earthquake epicenters of the study area is constructed, a vector diagram of the azimuths of the earthquake sequence is created for comparatively homogeneous sections of the earthquake epicenter field, the diagram is converted to the matrix in azimuth parameters perform separation of the matrix by frequency of implementation of the parameter used in the selected angle sector of each azimuth, a rose diagram of the parameter used is constructed, characterized in that an azimuth-time diagram of the parameter used is additionally constructed, a zone of azimuthal anisotropy is stable in time, the zone of azimuthal anisotropy is identified as the temporary structure of the fracture fracture of the lithosphere, by the azimuthal-time diagram determines the variations in the structure of the fault fracture in time, and the shape, length, and width are determined from the rose diagram Fracture orientation structure jointing.