RU2639267C1 - Method for determining elastic deformations in earthquake foci - Google Patents
Method for determining elastic deformations in earthquake foci Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639267C1 RU2639267C1 RU2016135466A RU2016135466A RU2639267C1 RU 2639267 C1 RU2639267 C1 RU 2639267C1 RU 2016135466 A RU2016135466 A RU 2016135466A RU 2016135466 A RU2016135466 A RU 2016135466A RU 2639267 C1 RU2639267 C1 RU 2639267C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- earthquake
- earthquakes
- source
- elastic
- seismic
- Prior art date
Links
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 2
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 10
- 244000309464 bull Species 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 4
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 4
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- IYLGZMTXKJYONK-UHFFFAOYSA-N ruwenine Natural products O1C(=O)C(CC)(O)CC(C)C(C)(OC(C)=O)C(=O)OCC2=CCN3C2C1CC3 IYLGZMTXKJYONK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- IYLGZMTXKJYONK-ACLXAEORSA-N (12s,15r)-15-hydroxy-11,16-dioxo-15,20-dihydrosenecionan-12-yl acetate Chemical compound O1C(=O)[C@](CC)(O)C[C@@H](C)[C@](C)(OC(C)=O)C(=O)OCC2=CCN3[C@H]2[C@H]1CC3 IYLGZMTXKJYONK-ACLXAEORSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001054 cortical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/01—Measuring or predicting earthquakes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V9/00—Prospecting or detecting by methods not provided for in groups G01V1/00 - G01V8/00
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое решение относится к сейсмологии и может быть использовано для технического контроля упругих деформаций в очагах землетрясений по инструментальной регистрации землетрясений и обработке данных.The proposed solution relates to seismology and can be used for technical control of elastic deformations in the centers of earthquakes by instrumental registration of earthquakes and data processing.
Геодинамические процессы, происходящие в недрах Земли, постоянно деформируют горные породы твердой верхней оболочки планеты - литосферы. Самое наглядное проявление этих процессов, длившихся миллионы лет, - гигантские горные хребты и глубокие впадины, возникшие в результате вертикального вздымания и опускания крупных блоков земной коры, горизонтального сжатия и растяжения литосферы. Перемещения блоков коры за гораздо более короткое время выявляются при полевых геолого-геофизических и GPS (Global Positioning System) наблюдениях и, особенно наглядно и просто, при геодезической съемке. В некоторых странах мира геодезические съемки проводятся с XIX столетия. Существует три главных типа геодезической съемки. Два из них позволяют определить величину горизонтальных движений: в первом случае с помощью небольших телескопов измеряются углы между установленными на местности реперами, и этот вид съемки называется триангуляцией. Во втором случае по протяженным профилям измеряют длину линий между реперами - это трилатерация с измерением сторон прилегающих друг к другу треугольников. Современная технология таких измерений использует отражение света (иногда луча лазера) от зеркала, укрепленного на вершине отдаленной горы; при этом измеряется время, за которое свет проходит данное расстояние в оба конца. Третий тип съемки - это нивелирование, т.е. определение величины вертикальных движений путем многократных измерений разности высот различных пунктов местности. При этом измеряется разность в высотном положении вертикальных деревянных реек, устанавливаемых у закрепленных реперов. Повторяя наблюдения, обнаруживают изменения, возникающие в период между съемками. Все три геодезических метода наблюдения за движениями земной коры показывают, что в тектонически и сейсмически активных районах, таких как Калифорния, Япония и Байкальский регион, горизонтальные и вертикальные перемещения имеют значительные величины. Результаты съемок в стабильных и асейсмичных областях континентов (например, древних массивах Канадского и Австралийского щитов) позволяют сделать вывод о том, что за последнее столетие здесь произошли незначительные перемещения.The geodynamic processes occurring in the bowels of the Earth constantly deform rocks of the planet’s solid upper shell - the lithosphere. The most obvious manifestation of these processes, which lasted millions of years, is the giant mountain ranges and deep depressions that arose as a result of vertical uplift and lowering of large blocks of the earth's crust, horizontal compression and extension of the lithosphere. Displacements of cortical blocks in a much shorter time are detected during field geological-geophysical and GPS (Global Positioning System) observations and, especially clearly and simply, during geodetic surveying. In some countries of the world, geodetic surveys have been carried out since the 19th century. There are three main types of surveying. Two of them allow you to determine the magnitude of horizontal movements: in the first case, using small telescopes, the angles between the rappers installed on the ground are measured, and this type of shooting is called triangulation. In the second case, the length of the lines between the benchmarks is measured by extended profiles - this is trilateration with the measurement of the sides of adjacent triangles. Modern technology of such measurements uses the reflection of light (sometimes a laser beam) from a mirror mounted on top of a distant mountain; this measures the time during which light travels a given distance at both ends. The third type of shooting is leveling, i.e. determination of the magnitude of vertical movements by repeated measurements of the height difference of various points in the terrain. In this case, the difference in the high position of the vertical wooden battens installed in the fixed benchmarks is measured. Repeating observations, they detect changes that occur between shots. All three geodetic methods for observing the movements of the earth's crust show that in tectonically and seismically active areas, such as California, Japan and the Baikal region, horizontal and vertical movements are significant. The results of surveys in stable and aseismic regions of the continents (for example, the ancient arrays of the Canadian and Australian shields) allow us to conclude that insignificant movements have occurred here over the past century.
Хорошей иллюстрацией того, как деформируется земная кора в сейсмически активном районе, могут служить сведения по Калифорнии, где геодезические измерения начали проводить еще в 1850 году. Именно геодезические данные, полученные после Сан-Францисского землетрясения 1906 г., способствовали формированию первых представлений о природе генерации землетрясений. Американский сейсмолог Г.Ф. Рид сравнил результаты трех циклов триангуляционных измерений, выполненных по профилям, которые пересекали отрезок разлома Сан-Андреас на участке вспарывания 1906 г.: измерения, проведенные в 1851-1865 гг., в 1874-1892 гг. и сразу же после землетрясения (Reid H.F. The mechanic soft he earthquake. California earthquake of April 18, 1906. Rep. of the state investigation commiss. 1910. Carnegie Inst. of Washington. Vol. 2. pt. 1. 56 р.). Г.Ф. Рид отметил, что удаленные друг от друга точки на разных сторонах разлома Сан-Андреас за 50 лет сместились на d=3.2 метра, и в рамках теории упругого последействия эта величина соответствует упругому сжатию блока земной коры. Это позволило Г.Ф. Риду предположить, что упругая отдача деформируемых горных пород является непосредственной причиной землетрясений, и это предположение с течением времени подтвердилось.A good illustration of how the crust is deformed in a seismically active region can be found in California, where geodetic measurements began in 1850. It was the geodetic data obtained after the San Francisco earthquake of 1906 that contributed to the formation of the first ideas about the nature of the generation of earthquakes. American seismologist G.F. Reed compared the results of three cycles of triangulation measurements performed on profiles that crossed the San Andreas fault section in the 1906 digging section: measurements taken in 1851-1865, in 1874-1892. and immediately after the earthquake (Reid HF The mechanic soft he earthquake. California earthquake of April 18, 1906. Rep. of the state investigation commiss. 1910. Carnegie Inst. of Washington. Vol. 2. pt. 1. 56 pp.) . G.F. Reed noted that points distant from each other on opposite sides of the San Andreas fault shifted by d = 3.2 meters over the course of 50 years, and within the framework of the theory of elastic aftereffect, this value corresponds to the elastic compression of the block of the earth's crust. This allowed G.F. Reed suggested that the elastic recoil of deformable rocks is a direct cause of earthquakes, and this assumption has been confirmed over time.
В настоящее время общепринято, что тектоническое землетрясение возникает в результате разрядки напряжений, накопленных упругой средой в очаге в процессе тектонической деформации (Костров Б.В. Неустановившееся распространение трещин продольного сдвига // Прикладная математика и механика. 1966. Т. 30. Вып. 6. С. 1042-1049; Костров Б.В. Механика очага тектонического землетрясения. М.: Наука, 1975. 175 с.; Das S., Aki K. Fault plane with barriers: a versatile earthquake model // J. Geophys. Res. 1977. V. 82. P. 5658-5670; Das S., Kostrov B.V. Breaking of a single asperity: Rupture process and seismic radiation // J. Geophys. Res. 1983. V. 88. P. 4277-4288; Das S., Kostrov B.V. An investigation of the complexity of the earthquake source time function using dynamic fault models // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. P. 8035-8050).Тектонические землетрясения реализуются как быстрое смещение блока, вызванное градиентным ростом деформации упруго напряженных пород в литосфере (Ризниченко Ю.В. Проблемы сейсмологии. М.: Наука, 1985. 405 с.). Там, где нет дополнительного деформирования, горные породы и блоки среды находятся в устойчивом равновесном состоянии с примерно постоянным уровнем деформации, и, обычно, отсутствуют землетрясения (Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М.: Наука, 1987. 101 с.). Появление дополнительных градиентных по объему деформаций нарушает устойчивость горных пород, создает области концентрации деформаций (очаги тектонических землетрясений), в которых реализуются землетрясения. В пластичных и сыпучих средах упругие деформации невозможны, так как при медленных нагружениях в них происходит постоянная диссипация поступающей энергии. Поэтому очаги тектонических землетрясений возникают только в твердой литосфере, преимущественно в верхней части упруго деформируемой земной коры (Chen W.-P., Molnar P. Focal depth of intra continental and intraplate earthquakes and their implications for the ther mal and mechanical properties of the lithosphere // J. of Geophys. Res. 1983. V. 88. P. 4183-4214). B монолитной не разрушенной среде разрыв и смещение блока происходит при превышении предела прочности горных пород и приводит к уменьшению упругих деформаций в объеме всего блока в ходе его смещения к положению равновесия (к состоянию с пониженными упругими деформациями). В целом землетрясение отражает собой быстрый переход потенциальной энергии, накопленной в теле блока в процессе упругого деформирования горных пород земной коры (Ризниченко Ю.В. Проблемы сейсмологии. М.: Наука, 1985. 405 с.), в основном в энергию сейсмотектонической деформации очаговой среды (более 90%) и частично в энергию сейсмических колебаний и тепло (Ключевский А.В., Демьянович В.М., Джурик В.И. Оценки энергии сейсмотектонических деформаций литосферы Байкальской рифтовой зоны // Вулканология и сейсмология. 2013. №4. С. 40-56).Currently, it is generally accepted that a tectonic earthquake occurs as a result of the discharge of stresses accumulated by the elastic medium in the source during tectonic deformation (B.V. Kostrov Unsteady propagation of longitudinal shear cracks // Applied Mathematics and Mechanics. 1966. V. 30.
Рассмотрим некоторый объем материала Земли и для простоты примем, что ориентации главных осей деформации и напряжения не изменяются в процессе деформирования. Тогда зависимость деформации от напряжения может быть представлена в виде (фиг. 1.) Приведем описание последовательности и механизма деформирования материала из монографии (Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, Филиал "ГЕО", 2003. 244 с.). Из графиков ползучести и "напряжение-деформация", обычно используемых для описания деформационного поведения материалов, в данном случае удобнее воспользоваться кривой так как тектонические силы, вызывающие формирование разломных зон, создают в литосфере нагружение в основном динамического, а не статического характера. Деформации скалывания, приводящей к потере несущей способности путем разрывообразования, соответствует средняя (2) из трех показанных на фиг. 1 видов кривых имеющих место при разрушении реальных материалов. Она свойственна переходному поведению деформируемого объема, тогда как кривая 1 соответствует хрупкому, а кривая 3 - податливому характеру поведения. Отрезки кривой 2 отвечают за различные напряженно-деформированные состояния субстрата: OA - упругость, AB - упрочнение, BC - ослабление и CD - скольжение по магистральному разрыву. Состояние нагруженного массива на отрезке OA характеризуется как упругое, когда деформация полностью обратима и пропорциональна возникающим напряжениям. Деформация перестает быть полностью обратимой, и характерное для этого момента времени напряжение - предел текучести (σтек) - можно считать формальной границей отрезка OA, отвечающей за упругое поведение деформируемого материала. Материалы, поведение которых описывается кривой соответствующего типа (см. фиг. 1, кривая 1), разрушаются хрупко, т.е. практически мгновенно единым разрывом растяжения, причем остаточная деформация, как правило, не превышает 3% (Mogi K. Fracture and flow of rocks // Tectono physics. 1972. V. 13. N1/4. P. 541-568).Consider a certain amount of Earth’s material and for simplicity we will assume that the orientations of the principal axes of deformation and stress do not change during deformation. Then, the strain dependence of stress can be represented in the form (Fig. 1.) Let us describe the sequence and mechanism of material deformation from a monograph (K. Seminsky. Internal structure of continental fault zones. Tectonophysical aspect. Novosibirsk: Publishing House SB RAS, Branch " GEO ", 2003.244 s.). From the graphs of creep and stress-strain, usually used to describe the deformation behavior of materials, in this case it is more convenient to use the curve since the tectonic forces causing the formation of fault zones create loading in the lithosphere of a mainly dynamic rather than static nature. Cleavage deformation leading to loss of bearing capacity by tearing corresponds to the average (2) of the three shown in FIG. 1 types of curves occurring in the destruction of real materials. It is characteristic of the transient behavior of the deformable volume, while
Следующий отрезок кривой (AB) характеризуется продолжающимся ростом напряжений в ходе деформирования, что, несмотря на прогрессирующее разрывообразование, свидетельствует о состоянии упрочнения нагруженного субстрата. Этот наиболее важный в процессе разрушения момент выражен пиком на графике а соответствующее ему предельное напряжение (σкон) считается конечной прочностью нагруженного объема. Пространственное положение образовавшейся в данной точке кривой зоны скалывания в принципе определяется, согласно теории Мора, соотношениями главных нормальных напряжений и свойствами деформируемого субстрата.The next segment of the curve (AB) is characterized by a continuing increase in stresses during deformation, which, despite progressive rupture, indicates a state of hardening of the loaded substrate. This most important moment in the process of destruction is expressed by a peak in the graph and the corresponding ultimate stress (σ con ) is considered the ultimate strength of the loaded volume. The spatial position of the cleavage zone curve formed at a given point is, in principle, determined, according to More's theory, by the ratios of the principal normal stresses and the properties of the deformed substrate.
Один из путей развития деформации от точки B кривой соответствует податливому поведению материала под нагрузкой (см. фиг. 1, кривая 3) и характеризуется бесконечно долгим его упрочнением во времени. Второй имеет лишь феноменологическое значение, так как отражает идеальную пластичность, т.е. увеличение деформации при постоянном уровне напряжений (штрихпунктирная линия). Третий интересующий нас путь также соответствует пластическому поведению материала, но последний при этом непрерывно испытывает ослабление (см. фиг. 1, кривая 2). Ослабление (деформационное размягчение) заключается в понижении прочности материала в ходе деформирования, которое выражается в существовании нисходящего отрезка BC на кривой Физически это связано с локализацией деформации во все более узкой зоне действия скалывающих напряжений, где происходят неупругие структурные изменения за счет скольжения по наиболее крупным разрывам, а также их объединения друг с другом. Процесс в значительной степени протекает самопроизвольно: ввиду концентрации деформации в постоянно уменьшающемся объеме для ее осуществления требуется все более и более низкий уровень внешней нагрузки. Без деформационного ослабления разломы (в узко геологическом понимании термина) образовываться не могут, так как в механическом смысле они являются зонами локализованного скалывания.One of the ways of deformation from point B of the curve corresponds to the malleable behavior of the material under load (see Fig. 1, curve 3) and is characterized by its infinitely long hardening in time. The second has only phenomenological significance, as it reflects ideal plasticity, i.e. increased strain at a constant stress level (dash-dot line). The third path we are interested in also corresponds to the plastic behavior of the material, but the latter continuously experiences weakening (see Fig. 1, curve 2). Attenuation (strain softening) consists in lowering the strength of the material during deformation, which is expressed in the existence of a descending segment BC on the curve Physically, this is due to the localization of deformation in an increasingly narrow zone of shear stress, where inelastic structural changes occur due to sliding along the largest discontinuities, as well as their association with each other. The process to a large extent proceeds spontaneously: due to the concentration of deformation in a constantly decreasing volume, its implementation requires an increasingly lower level of external load. Faults (in the narrowly geological sense of the term) cannot be formed without deformation weakening, since in the mechanical sense they are zones of localized cleavage.
Полностью развившаяся локализация деформации приводит к появлению в зоне скалывания магистрального сместителя - единой разрывной плоскости, разрушающей деформируемый объем на две не связанные (для условий земной коры - условно) между собой части. На кривой этому моменту времени соответствует точка C, после которой график имеет вид параллельной оси абсцисс прямой, отражающей скольжение блоков относительно друг друга с постоянным уровнем остаточных напряжений трения на сместителе (σост).The fully developed localization of deformation leads to the appearance in the cleavage zone of the main displacer — a single discontinuous plane that destroys the deformable volume into two parts (conditionally for the Earth’s crust) conditionally. On the curve this point in time corresponds to point C, after which the graph has the form of a straight line parallel to the abscissa axis, which reflects the sliding of the blocks relative to each other with a constant level of residual friction stresses on the displacer (σ ost ).
Описанный с помощью кривой тип поведения реальных материалов, разрушение которых происходит после значимой (а иногда и существенной) остаточной деформации путем разрыва, является в первом приближении упругопластическим. (Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, Филиал "ГЕО", 2003. 244 с. С. 18-19, с небольшими изменениями и дополнениями).Described Using a Curve the type of behavior of real materials, the destruction of which occurs after a significant (and sometimes substantial) residual deformation by rupture, is in the first approximation elastoplastic. (K. Seminsky. The internal structure of the continental fault zones. Tectonophysical aspect. Novosibirsk: Publishing House of the SB RAS, GEO Branch, 2003. 244 pp. 18-19, with minor changes and additions).
Мы привели столь пространное описание, чтобы объяснить, чем отличается одиночный акт хрупкого разрушения земной коры при землетрясении от упругопластичного процесса формирования разлома, в котором участвуют как разрывы, так и крип. В предлагаемом способе определения упругих деформаций в очагах землетрясений принимается во внимание часть фиг. 1, характеризующая упругое деформирование земной коры (отрезок OA), и резкое падение напряжений (прямая 1), отражающее мгновенный акт разрыва очаговой среды при землетрясении. Все остальные части кривых на фиг. 1 характеризуют длительный геологический процесс образования разломных зон в литосфере Земли. Состояние среды в точке A называется критическим, а разрушительную деформацию при выходе из критического состояния испытывает не весь объем среды, а только узкая полоса, соответствующая области мелкомасштабной неоднородности среды, - зона возникшего разлома. Таким образом, тектоническое землетрясение всегда связано с неустойчивой деформацией материала Земли, сконцентрированной в узкой зоне, формально неотличимой от площадки разрыва-разлома (Костров Б.В. Механика очага тектонического землетрясениям. М.: Наука, 1975. 175 с.).We have given such a lengthy description to explain the difference between a single act of brittle fracture of the earth's crust during an earthquake and an elastoplastic process of fault formation, in which both breaks and creeps are involved. In the proposed method for determining elastic deformations in the centers of earthquakes, part of FIG. 1, characterizing the elastic deformation of the earth's crust (segment OA), and a sharp drop in stresses (line 1), reflecting the instantaneous act of rupture of the focal medium during an earthquake. All other parts of the curves in FIG. 1 characterize the long geological process of formation of fault zones in the lithosphere of the Earth. The state of the medium at point A is called critical, and not the entire volume of the medium experiences destructive deformation when it leaves the critical state, but only a narrow strip corresponding to the region of small-scale inhomogeneity of the medium — the zone of the fault. Thus, a tectonic earthquake is always associated with an unstable deformation of the Earth's material, concentrated in a narrow zone, formally indistinguishable from the fault-fault site (Kostrov B.V. Mechanics of the source of tectonic earthquakes. M .: Nauka, 1975.175 p.).
В реальных условиях локальная неустойчивость среды проявляется в образовании разрыва-разлома, амплитуда смещения по которому (d, метр) блока размером (длина L, метр) обычно рассматривается как быстрое перемещение блока вдоль поверхности разлома относительно устойчивого блока или плиты. Согласно теории упругого последействия это смещение является следствием долговременного упругого деформирования блока, приведшего к изменению его формы и размеров, накоплению энергии упругого деформирования до уровня, превышающего удельную прочность горных пород на разрыв, разрыву среды и смещению блока на величину d-реализации землетрясения с магнитудой (или энергией), пропорциональной величине d. В рамках теории упругой отдачи отношение d/L характеризует упругую деформацию блока, приведшую к срыву блока и к землетрясению.Under real conditions, local instability of the medium is manifested in the formation of a fault-fault, the displacement amplitude along which (d, meter) of a block of size (length L, meter) is usually considered as a quick movement of the block along the fault surface with respect to a stable block or plate. According to the theory of elastic aftereffect, this displacement is a result of long-term elastic deformation of the block, which leads to a change in its shape and size, accumulation of elastic deformation energy to a level exceeding the specific tensile strength of rocks, rupture of the medium and displacement of the block by the magnitude of the d-realization of an earthquake with magnitude or energy) proportional to d. In the framework of the theory of elastic recoil, the d / L ratio characterizes the elastic deformation of the block, which led to the breakdown of the block and to an earthquake.
Аналогом способа определения упругих деформаций в очагах землетрясений является система прогнозирования землетрясений посредством геодезического мониторинга, содержащая геодезические реперы, установленные с интервалом вдоль линий, перпендикулярных сейсмогенному разлому, отличающаяся тем, что над каждым репером системы установлены базовая станция или приемник спутниковой навигации, каждый из которых установлен под укрытием, в котором верхняя часть (крыша) выполнена с возможностью удаленного управления ее открытием или закрытием, а к каждой базовой станции подключен модуль удаленного управления и сбора данных, выполненный с возможностью передачи собранных данных по беспроводной связи в центр сбора и обработки данных. Эта полезная модель "Система прогнозирования землетрясений посредством геодезического мониторинга" (ПМ128730) содержит этапы, на которых:An analogue of the method for determining elastic deformations in earthquake centers is an earthquake prediction system by means of geodetic monitoring, containing geodetic benchmarks installed at intervals along lines perpendicular to the seismogenic fault, characterized in that a base station or satellite navigation receiver is installed above each benchmark, each of which is installed under a shelter in which the upper part (roof) is configured to remotely control its opening or closing, and a remote control and data acquisition module connected to each base station is configured to transmit the collected data wirelessly to a data collection and processing center. This utility model, "Earthquake Prediction System through Geodetic Monitoring" (PM128730), contains the steps in which:
- с центра сбора и обработки данных посредством беспроводной связи передается команда на открытие крыш укрытий в заданное время с учетом погодных условий,- a command is sent from the data collection and processing center via wireless communication to open the roofs of shelters at a given time, taking into account weather conditions,
- центром подается команда на модули управления включить базовые станции и приемники и начать проводить измерения,- the center sends a command to the control modules to turn on the base stations and receivers and start taking measurements,
- собираемые данные геодезического мониторинга передаются в центр сбора,- the collected data of geodetic monitoring are transmitted to the collection center,
- отдается команда закрыть крыши укрытий и выключить базовые станции и приемники.- a command is given to close the roof of the shelters and turn off the base stations and receivers.
Недостатки решения:Disadvantages of the solution:
- деформации определяются на поверхности литосферы, которая является свободной поверхностью (на ней отсутствуют тектонические напряжения), что вносит погрешность в измерения,- deformations are determined on the surface of the lithosphere, which is a free surface (there are no tectonic stresses on it), which introduces an error in the measurements,
- достоверность и точность полученной информации зависит от количества используемых комплектов мониторинга,- the reliability and accuracy of the information received depends on the number of monitoring kits used,
- построение сети на десять линий постоянного мониторинга, идущих поперек разлома через каждые 5 км, потребует 40 комплектов GPS (приемник SpectraPrecisionEpoch с 3 приемниками),- building a network of ten continuous monitoring lines running across the fault every 5 km will require 40 GPS sets (SpectraPrecisionEpoch receiver with 3 receivers),
- стационарное использование 40 станций формирует систему постоянного мониторинга с охватом площади зоны разлома всего в 50 км2, что при ширине наблюдения зоны разлома в 1 км охватывает лишь 50 км длины разлома и совершенно недостаточно для разломов протяженностью в несколько сотен километров,- the stationary use of 40 stations forms a continuous monitoring system with a fault zone coverage of only 50 km 2 , which, with a fault zone observation width of 1 km, covers only 50 km of the fault length and is completely insufficient for faults several hundred kilometers long,
- чтобы запитать такой аппаратурный комплекс и выполнить функциональные операции по управлению, необходима маленькая электростанция или частая смена автономных блоков питания.- in order to power up such a hardware complex and perform functional control operations, a small power station or frequent change of autonomous power supplies is necessary.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ прогноза землетрясений (патент RU 2114448), содержащий этапы, на которых:The closest in technical essence (prototype) is a method for predicting earthquakes (patent RU 2114448), containing stages in which:
- измеряют характеристики деформации поверхностных слоев Земли;- measure the deformation characteristics of the surface layers of the Earth;
- находят параметры тектонических сдвигов и областей с высоким содержанием упругой энергии путем сопоставления характеристик деформации поверхности Земли с характеристиками упругих полей моделей сдвигов с неравномерно распределенными сдвиговыми смещениями по плоскости сдвига;- find the parameters of tectonic shifts and areas with a high content of elastic energy by comparing the deformation characteristics of the Earth's surface with the characteristics of the elastic fields of the shear models with unevenly distributed shear displacements along the shear plane;
- выявляют эволюцию тектонических сдвигов и областей с высоким содержанием упругой энергии по изменению параметров тектонических сдвигов и областей с высоким содержанием упругой энергии во времени;- reveal the evolution of tectonic shifts and areas with a high content of elastic energy by changing the parameters of tectonic shifts and areas with a high content of elastic energy in time;
- на основании полученных данных составляют прогностическое суждение о месте, времени и силе землетрясения;- on the basis of the data obtained, they make a prognostic judgment on the place, time and strength of the earthquake;
- используют данные наблюдений, полученные для некоторого региона поверхности Земли, и поля подобных характеристик, найденные для трехмерных моделей неравномерных сдвигов или комбинаций таких моделей;- use the observational data obtained for a certain region of the Earth’s surface and fields of similar characteristics found for three-dimensional models of uneven shifts or combinations of such models;
- для суждения о степени полноты соответствия характеристик наблюдений и модельных используют статистические методы.- to judge the degree of completeness of the correspondence between the characteristics of observations and model, statistical methods are used.
Недостатки решения:Disadvantages of the solution:
- деформации измеряются на поверхности литосферы, которая является свободной поверхностью (на ней отсутствуют тектонические напряжения), что вносит погрешность относительно деформаций в глубинах;- deformations are measured on the surface of the lithosphere, which is a free surface (there are no tectonic stresses on it), which introduces an error with respect to deformations in the depths;
- достоверность полученной информации зависит от количества измерений, что удорожает исследование крупных площадей обзора из-за увеличения количества приемников;- the reliability of the information received depends on the number of measurements, which makes it expensive to study large viewing areas due to an increase in the number of receivers;
- прогностическое суждение о месте, времени и силе землетрясения составляется на основе полученных прямых геодезических измерений;- a prognostic judgment on the location, time and strength of an earthquake is compiled on the basis of direct geodetic measurements;
- из-за различных геолого-геофизических условий формирования землетрясений в разных регионах сопоставление характеристик деформации поверхности Земли с характеристиками упругих полей моделей сдвигов с неравномерно распределенными сдвиговыми смещениями по плоскости сдвига будет иметь значительные флуктуации.- due to different geological and geophysical conditions for the formation of earthquakes in different regions, a comparison of the deformation characteristics of the Earth’s surface with the characteristics of the elastic fields of shear models with unevenly distributed shear displacements along the shear plane will have significant fluctuations.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения упругих деформаций в очагах землетрясений с целью технического контроля упругих деформаций в глубинах литосферы.The objective of the invention is to develop a method for determining elastic deformations in the centers of earthquakes for the purpose of technical control of elastic deformations in the depths of the lithosphere.
Поставленная задача решается предлагаемым способом определения упругих деформаций в очагах землетрясений, при котором по экспериментальным материалам разнесенных на поверхности сейсмических станций строят карту эпицентров землетрясений исследуемой территории, определяют параметры тектонических сдвигов посредством измерения амплитуд и периодов объемных продольных P и поперечных S-волн на записях землетрясений, при этом по максимальным амплитудам и периодам объемных поперечных S-волн определяют смещение D в очаге землетрясения и размер - длину L очага каждого землетрясения, определяют упругую деформацию в очаге землетрясения ε как отношение смещения в очаге к длине очага ε=D/L, выполняют статистическую обработку полученных результатов и получают формулы корреляционной связи между логарифмом упругих деформаций и энергетическим классом землетрясений KP исследуемой территории.The problem is solved by the proposed method for determining elastic deformations in earthquake foci, in which, using the experimental materials spaced on the surface of seismic stations, a map of the earthquake epicenters of the study area is determined, the parameters of tectonic shifts are determined by measuring the amplitudes and periods of the longitudinal longitudinal P and transverse S-waves on earthquake records, in this case, by the maximum amplitudes and periods of volumetric transverse S-waves, the displacement D in the source of the earthquake and measures - the length L of each chamber of the earthquake, the elastic deformation is determined in the earthquake as the bias ε in relation to the length of the hearth chamber ε = D / L, perform statistical processing of the obtained results to obtain a correlation formula between the logarithm of elastic deformations and the energy class of earthquakes K P of the study area.
Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
Фиг. 1. Кривые "напряжение-деформация", соответствующие упругому (1), упругопластическому (2), идеально упругопластическому (штрихпунктирная линия) и податливому (3) поведениям материала под нагрузкой. (Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Тектонофизический аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, Филиал "ГЕО", 2003. 244 с., с упрощениями).FIG. 1. The stress-strain curves corresponding to the elastic (1), elastoplastic (2), ideally elastic-plastic (dash-dotted line) and pliable (3) behavior of the material under load. (K. Seminsky. The internal structure of continental fault zones. Tectonophysical aspect. Novosibirsk: Publishing House of the SB RAS, GEO Branch, 2003. 244 p., With simplifications).
На кривой 2 точками, соответствующими характерным значениям напряжения (σтек - предел текучести; σкон - конечная прочность; σост - остаточная прочность), отмечены отрезки, в течение которых в материале имеют место упругость (OA), упрочнение (AB), ослабление (BC) и скольжение блоков по магистральному сместителю (CD).On
Фиг. 2. 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 MLH≥2.5 (энергетический класс KP≥8).FIG. 2. 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 - depressions, 3 - lakes, 4 - boundaries and numbers of areas, 5 - isoline density lines of epicenters, 6 - epicenters of representative earthquakes with magnitude M LH ≥2.5 (energy class K P ≥8).
Фиг. 3. Карта эпицентров землетрясений Байкальского региона за 1968-1994 годы, у которых определены динамические параметры очагов: 1 - основные разломы, 2 - впадины, 3 - озера, 4 - границы и номера районов, 5 - эпицентры представительных землетрясений с магнитудой MLH≥2.5 (энергетический класс KP≥8).FIG. 3. Map of epicenters of earthquakes in the Baikal region for 1968-1994, for which the dynamic parameters of the sources were determined: 1 - main faults, 2 - depressions, 3 - lakes, 4 - boundaries and region numbers, 5 - epicenters of representative earthquakes with magnitude M LH ≥ 2.5 (energy class K P ≥8).
Фиг. 4. Графики зависимости логарифма упругой деформации от энергетического класса землетрясений, построенные по данным о землетрясениях Байкальского региона и трех районов.FIG. 4. Graphs of the dependence of the logarithm of elastic deformation on the energy class of earthquakes, constructed from data on earthquakes in the Baikal region and three regions.
Техническая сущность способа состоит в следующем:The technical essence of the method is as follows:
Применяемые в сейсмологии модели очага землетрясения характеризуются параметрами, число которых зависит от сложности и детализации описания очага и, естественно, от имеющегося фактического материала. Поскольку детальные исследования очага землетрясения требуют привлечения больших усилий, ресурсов и значительного времени, их можно осуществить только для ограниченного числа чрезвычайно важных сейсмических событий. При ограниченном фактическом материале для решения ряда задач возможны приближения, при которых сейсмический очаг можно описать небольшим числом параметров, характеризующих доминанты землетрясения (Ключевский А.В. Сравнительное исследование сейсмометрических каналов с магнитной и гальванометрической регистрацией // Автореферат диссертации канд. техн. наук. М.: ИФЗ АН СССР. 1986. 21 с.). В качестве примера рассмотрим "угловую точку" амплитудного спектра Фурье, уровень Ф0 и частота которой дают однозначное параметрическое представление сейсмического источника (Аки К., Ричардс П. Количественная сейсмология. М.: Мир, 1983. Т. 1, 2. 880 с.). Выбор модели очага при сравнении наблюдаемых и теоретических спектров обычно определяется законом изменения уровня спектра в высокочастотной области на участке выше частоты "угловой точки". У подавляющего большинства спектров объемных S-волн изменение уровня спектра в зависимости от частоты происходит по закону ω-2, что согласуется с формулами теоретической модели очага Д. Бруна (Brune J.N. Tectonic stress and the spectra of seismicsh earwaves from earthquakes // J. of Geophys. Res. 1970. V. 75. P. 4997-5009). Эта модель сейсмического источника широко применялась раньше (Кузнецова К.И., Аптекман Ж.Я., Шебалин Н.В., Штейнберг В.В. Афтершоки последействия и афтершоки развития очаговой зоны Дагестанского землетрясения / Исследования по физике землетрясений. М.: Наука, 1976. С. 94-113; O'Neill М.Е., Healy J.H. Determination of source parameters of small earthquakes from P - wave rise time // Bull. Seism. Soc. Amer. 1973. V. 63. N2. P. 599-614; Doornbos D.J. On the determination of radiated seismic energy and related source parameters // Bull. Seism. Soc. Amer. 1984. V. 74. N2. P. 395-415; Ризниченко Ю.В. Размеры очага корового землетрясения и сейсмический момент / Исследования по физике землетрясений. М.: Наука, 1976. С. 9-27; Ризниченко Ю.В., Джибладзе Э.А., Болквадзе И.Н. Спектры колебаний и параметры очагов землетрясений Кавказа / Исследования по физике землетрясений. М.: Наука, 1976. С. 74-86) и часто используется за рубежом при определении динамических параметров очагов сильных и слабых сейсмических событий (Atkinson G.М., Somerville P.G. Calibration of time history simulation methods // Bull. Seism. Soc. Amer. 1994. V. 84. N2. P. 400-414; Wald D., Heaton T. Spatial and temporal distribution of slip for the 1992 Landers, California earthquake // Bull. Seism. Soc. Amer. 1994. V. 84. P. 668-691; Atkinson G.M., Boore D.M. Ground motion relation for eastern north America // Bull. Seism. Soc. Amer. 1995. V. 85. P. 17-30; Jackson D.D., Aki K., Cornell C.A. et al. Seismic hazards in southern California: probable earthquakes, 1994 to 2024 // Bull. Seism. Soc. Amer. 1995. V. 85. N2. P. 379-439 и другие работы). В динамической трещинной модели Д. Бруна (Brune J.N. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // J. of Geophys. Res. 1970. V. 75. P. 4997-5009), используемой для определения параметров очагов землетрясений Байкальского региона (Ключевский А.В. Напряжения, деформации и сейсмичность на современном этапе эволюции литосферы Байкальской рифтовой зоны. Автореф. дис… докт. геол.-мин. наук. - Иркутск: ИЗК СО РАН. - 2008. - 31 с.), дислокация происходит в результате мгновенного приложения тангенциального импульса к внутренней стороне разрыва. В дальней зоне амплитудный спектр импульса смещения в области низких частот представляется в виде участка с постоянной спектральной плотностью Ф0, а в области высоких частот аппроксимируется зависимостью понижения уровня спектра по закону ω-2. Пересечение этих двух прямых в двойном логарифмическом масштабе спектральной плотности и частоты задает характерную "угловую точку" координатами Ф0 и где - частота "угловой точки". Динамические параметры очагов землетрясений вычисляются по формуламThe earthquake source models used in seismology are characterized by parameters, the number of which depends on the complexity and detail of the source description and, naturally, on the actual material available. Since detailed studies of the earthquake source require great efforts, resources, and considerable time, they can be carried out only for a limited number of extremely important seismic events. With limited factual material for solving a number of problems, approximations are possible in which a seismic source can be described by a small number of parameters characterizing the earthquake dominants (Klyuchevsky A.V. Comparative study of seismometric channels with magnetic and galvanometric registration // Abstract of the dissertation of Candidate of Technical Sciences. M .: IPhZ AN SSSR. 1986. 21 p.). As an example, we consider the "corner point" of the amplitude Fourier spectrum, the level Ф 0 and the frequency which give an unambiguous parametric representation of the seismic source (Aki K., Richards P. Quantitative seismology. M: Mir, 1983. T. 1, 2.880 s.). The choice of the source model when comparing the observed and theoretical spectra is usually determined by the law of the change in the level of the spectrum in the high-frequency region in the region above the frequency of the "corner point". In the vast majority of bulk S-wave spectra, the change in the level of the spectrum depending on the frequency occurs according to the law ω -2 , which is consistent with the formulas of the theoretical model of the D. Brun focus (Brune JN Tectonic stress and the spectra of seismicsh earwaves from earthquakes // J. of Geophys. Res. 1970. V. 75. P. 4997-5009). This model of a seismic source has been widely used before (Kuznetsova K.I., Aptekman Zh.Ya., Shebalin N.V., Shteinberg V.V. Aftershocks of the aftereffects and aftershocks of the development of the focal zone of the Dagestan earthquake / Studies in earthquake physics. M.: Science 1976.P. 94-113; O'Neill M.E., Healy JH Determination of source parameters of small earthquakes from P - wave rise time // Bull. Seism. Soc. Amer. 1973. V. 63. N2. P. 599-614; Doornbos DJ On the determination of radiated seismic energy and related source parameters // Bull. Seism. Soc. Amer. 1984. V. 74. N2. P. 395-415; Riznichenko Yu.V. Outbreak sizes earthquake and seismic moment / Earthquake physics research Niy. M: Nauka, 1976. P. 9-27; Riznichenko Yu.V., Dzhibladze E.A., Bolkvadze I.N. Oscillation spectra and parameters of the centers of the earthquakes of the Caucasus / Studies in the physics of earthquakes.M .: Nauka, 1976. P. 74-86) and is often used abroad in determining the dynamic parameters of the sources of strong and weak seismic events (Atkinson G.M., Somerville PG Calibration of time history simulation methods // Bull. Seism. Soc. Amer. 1994. V. 84. N2. P. 400-414; Wald D., Heaton T. Spatial and temporal distribution of slip for the 1992 Landers, California earthquake // Bull. Seism. Soc. Amer. 1994. V. 84. P. 668-691; Atkinson GM, Boore DM Ground motion relation for eastern north America // Bull. Seism. Soc. Amer. 1995. V. 85. P. 17-30; Jackson DD, Aki K., Cornell CA et al. Seismic hazards in southern California: probable earthquakes, 1994 to 2024 // Bull. Seism. Soc. Amer. 1995.V. 85. N2. P. 379-439 and other works). In the dynamic fracture model of D. Brun (Brune JN Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // J. of Geophys. Res. 1970. V. 75. P. 4997-5009), used to determine the parameters of the centers of the Baikalsky earthquakes region (Klyuchevsky A.V. Stresses, deformations and seismicity at the present stage of the evolution of the lithosphere of the Baikal rift zone. Abstract of thesis ... Doctor of Geological and Mineral Sciences. - Irkutsk: IZK SB RAS. - 2008. - 31 p.), The dislocation occurs as a result of the instantaneous application of a tangential impulse to the inner side of the gap. In the far zone, the amplitude spectrum of the bias pulse in the low-frequency region is represented as a section with a constant spectral density Φ 0 , and in the high-frequency region it is approximated by the dependence of the decrease in the spectrum level according to the law ω -2 . The intersection of these two lines on a double logarithmic scale of spectral density and frequency defines a characteristic "corner point" with coordinates Ф 0 and Where - the frequency of the "corner point". The dynamic parameters of earthquake sources are calculated by the formulas
где М0 - сейсмический момент, дн см, R - средний радиус дислокации, км, Δσ - среднее падение напряжений в очаге, бар, D - среднее смещение по разрыву, мм, ρ=2.7 г/см3 - плотность среды, V=3.58 км/сек - скорость распространения объемных поперечных волн, r - гипоцентральное расстояние, км, Ψθϕ=0.6 - значение функции направленности излучения из очага, μ=3×1011 дн/см2 - модуль сдвига, S - площадь разрыва, км2.where M 0 is the seismic moment, days cm, R is the average dislocation radius, km, Δσ is the average stress drop in the source, bar, D is the average displacement along the gap, mm, ρ = 2.7 g / cm 3 is the density of the medium, V = 3.58 km / s is the propagation velocity of body shear waves, r is the hypocentric distance, km, Ψ θϕ = 0.6 is the value of the radiation directivity function from the source, μ = 3 × 10 11 days / cm 2 is the shear modulus, S is the rupture area, km 2 .
В предлагаемом нами способе определения линейных упругих деформаций в очагах землетрясений вводится еще один параметр ε, равный отношениюIn our proposed method for determining linear elastic deformations in the centers of earthquakes, we introduce another parameter ε equal to the ratio
и характеризующий упругую деформацию очагового блока литосферы, в результате которой произошло землетрясение. Это отношение отражает "сброс" деформаций в среде после реализации землетрясения (падение деформаций) и в рамках теории упругой отдачи имеет физический смысл предельных упругих деформаций в очаге землетрясений, достижение которых привело к разрыву и землетрясению (см. "критическая" точка A на фиг. 1). Таковы предпосылки, оказавшие влияние на техническую сущность предлагаемого способа и технологию его реализации. Техническая сущность способа базируется на результатах физического моделирования (Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.) и экспериментально установленных в природе (Reid H.F. The mechanics of the earthquake. California earthquake of April 18, 1906. Rep. of the state investigation commiss. 1910. Carnegie Inst. of Washington. Vol. 2. pt. 1. 56 p.) фактах накопления упругих деформаций в образцах горной породы и в очаговых блоках литосферы при динамическом и тектоническом нагружении, с последующей реализацией деформаций через смещение образцов относительно друг друга и через смещение блока по поверхности разлома в процессе землетрясения. Технология реализации способа основана на представлениях очага землетрясения моделью очага Д. Бруна (Brune J.N. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // J. of Geophys. Res. 1970. V. 75. P. 4997-5009) с определением параметров очага по известным (1-4) и предлагаемым нами (5) формулам. При использовании других моделей очага техническая сущность предлагаемого способа не изменяется.and characterizing the elastic deformation of the focal block of the lithosphere, as a result of which an earthquake occurred. This ratio reflects the "discharge" of deformations in the medium after the earthquake (deformation drop) and, within the framework of the theory of elastic recoil, has the physical meaning of ultimate elastic deformations in the source of earthquakes, the achievement of which led to rupture and earthquake (see the "critical" point A in Fig. one). These are the prerequisites that influenced the technical essence of the proposed method and the technology of its implementation. The technical essence of the method is based on the results of physical modeling (G. Sobolev. Fundamentals of earthquake prediction. M .: Nauka, 1993. 313 p.) And experimentally established in nature (Reid HF The mechanics of the earthquake. California earthquake of April 18, 1906 Rep. Of the state investigation commiss. 1910. Carnegie Inst. Of Washington. Vol. 2. pt. 1. 56 p.) Facts of the accumulation of elastic deformations in rock samples and in focal blocks of the lithosphere under dynamic and tectonic loading, followed by the implementation of deformations through the displacement of the samples relative to each other and through the displacement of the block along Fault surfaces during an earthquake. The technology for implementing the method is based on representations of the earthquake source by the model of the D. Brun site (Brune JN Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // J. of Geophys. Res. 1970. V. 75. P. 4997-5009) with the definition focal parameters according to the known (1-4) and formulas proposed by us (5). When using other models of the source, the technical essence of the proposed method does not change.
Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями в области сейсмологии землетрясений показывает следующее. Установленные при полевых сейсмогеологических наблюдениях остаточные деформации dост, возникшие на поверхности литосферы Земли в результате землетрясений, являясь атрибутом и свойством дискретной среды и почвы в пунктах наблюдений, отличаются от смещений d в глубинах литосферы. Обычно поверхностные разрывы при землетрясениях рассматриваются как приращения хрупких разломов, поскольку изменения в сдвиговых деформациях ассоциируются с отдельными разрывами длиной Li и средними смещениями di в виде 10-4>di/Li>10-5 (Wells D.L., Coppersmith K.J. New empirical relationships among magnitude, rupturelength, rupturewidth. rupturearea, and surface displacement // Bull. Seism. Soc. Amer. 1994. V. 84. P. 974-1002). Однако с другой стороны, отношение окончательного смещения к общей длине разлома на связанных разломах в основном лежит в пределах 10-1>di/Li>10-3, указывая, что разломы за длительные интервалы времени являются сравнительно пластичными структурами со значительными напряжениями на крыльях и существенным крипом.Comparison of the proposed technical solutions with other known solutions in the field of earthquake seismology shows the following. The residual deformations d ost that were established during field seismic and geological observations that arose on the surface of the Earth's lithosphere as a result of earthquakes, being an attribute and property of a discrete medium and soil at the observation points, differ from displacements d in the depths of the lithosphere. Typically, surface faults during earthquakes are considered as increments of brittle faults, since changes in shear deformations are associated with individual fractures of length L i and average displacements d i in the
Недостатки применяемых методов:The disadvantages of the methods used:
- исследуется поверхностные смещения di среды, возникшие в результате сильных землетрясений. Такой подход возможен только для очагов сильных землетрясений, у которых разрывы выходят на поверхность - это в основном землетрясения с магнитудой M>5 (Bonilla М.G. Minimum earthquake magnitude associated with coseismic surface faulting // Bull. Assoc. Engen. Geol. 1988. V. XXV. No. 1. P. 17-29);- investigates the surface displacements d i of the medium resulting from strong earthquakes. Such an approach is possible only for foci of strong earthquakes in which gaps come to the surface - these are mainly earthquakes with magnitudes M> 5 (Bonilla M.G. Minimum earthquake magnitude associated with coseismic surface faulting // Bull. Assoc. Engen. Geol. 1988 . V. XXV. No. 1. P. 17-29);
- на определение смещений di влияет наличие свободной поверхности, что приводит к росту погрешности определения;- the determination of the displacements d i is affected by the presence of a free surface, which leads to an increase in the determination error;
- длины разломов Li поверхности и в глубинах литосферы могут значительно отличаться;- fault lengths L i of the surface and in the depths of the lithosphere can vary significantly;
- приведенные выше оценки для единичного смещения изменяются в пределах двух порядков - большой разброс, обусловленный, возможно, неформализованным и субъективным подходом к оценке параметров. По результатам полевых измерений смещения и длины одного разлома (который может быть вскрыт на поверхности Земли лишь частично) каждый эксперт может дать свою оценку, отличающуюся от оценки другого эксперта;- the above estimates for a unit bias vary within two orders of magnitude - a large spread, possibly due to an informal and subjective approach to parameter estimation. Based on the results of field measurements of the displacement and length of one fault (which can be opened only partially on the Earth’s surface), each expert can give his own assessment, different from that of another expert;
- приведенные выше оценки для единичного смещения и суммарных смещений вдоль плоскости разлома изменяются в пределах трех порядков.- the above estimates for the unit displacement and total displacements along the fault plane vary within three orders of magnitude.
Предлагаемый способ позволяет исключить эти недостатки и является шагом к формализованному определению упругих деформаций в глубинах литосферы путем определения величины ε=D/2R.The proposed method allows to eliminate these disadvantages and is a step towards a formalized determination of elastic strains in the depths of the lithosphere by determining ε = D / 2R.
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, на записи измеряются моменты вступления, амплитуды и периоды сейсмических колебаний и по ним вычисляются кинематические и динамические характеристики толчков, которые формируют "Каталог землетрясений Прибайкалья" и "Бюллетень землетрясений Прибайкалья". На Фиг. 2 представлена карта эпицентров 52700 представительных землетрясений с магнитудой MLH≥2.5 (энергетический класс KP≥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 Байкальской рифтовой зоны (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, the moments of arrival, amplitudes and periods of seismic vibrations are recorded and the kinematic and dynamic characteristics of the shocks that form the “Baikal earthquake catalog” and the “Earthquake Bulletin” are calculated Pribaikalye ". In FIG. Figure 2 shows 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 earthquake epicenters are localized in the Baikal rift zone (RHZ), seismicity is scattered outside it 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 (
На Фиг. 3 представлена карта эпицентров землетрясений Байкальского региона с магнитудой MLH≥2.5 (энергетический класс KP≥8) за 1968-1994 годы, у которых определены динамические параметры очагов - сейсмические моменты М0, радиусы дислокации R, падения напряжений Δσ и смещение по разлому D (Ключевский А.В. Напряжения, деформации и сейсмичность на современном этапе эволюции литосферы Байкальской рифтовой зоны. Автореф. дис. докт. геол.-мин. наук. - Иркутск: ИЗК СО РАН. - 2008. - 31 с.). При сопоставлении Фиг. 2 и Фиг. 3 видно, что пространственное распределение эпицентров землетрясений за разные временные интервалы сохраняется. Для землетрясений, показанных на Фиг. 3, по формулам (2, 4) вычислены радиусы дислокации и смещения по подвижке, а затем по формуле (5) определены упругие деформации в очагах 29040 землетрясений с KP≥8. В первом районе при расчетах использовано 8371 землетрясение, во втором - 5310 и в третьем 13365 толчков с KP≥8. Получены уравнения корреляции логарифма средних упругих деформаций с энергетическим классом для Байкальского региона (6) и трех районов соответственно (7-9):In FIG. Figure 3 shows a map of epicenters of earthquakes in the Baikal region with magnitude M LH ≥ 2.5 (energy class K P ≥ 8) for 1968–1994, for which the dynamic parameters of the sources were determined — seismic moments M 0 , dislocation radii R, voltage drops Δσ, and fault displacement D (Klyuchevsky A.V. Stresses, deformations, and seismicity at the present stage of the evolution of the lithosphere of the Baikal rift zone. Abstract of thesis. Doctor of Geological and Mineral Sciences. - Irkutsk: IZK SB RAS. - 2008. - 31 p.). When comparing FIG. 2 and FIG. Figure 3 shows that the spatial distribution of earthquake epicenters over different time intervals is preserved. For the earthquakes shown in FIG. 3, using the formulas (2, 4), the dislocation radii and displacements along the displacement were calculated, and then the elastic deformations in the foci of 29040 earthquakes with K P ≥8 were determined using formula (5). In the first region, 8371 earthquakes were used in the calculations, in the second - 5310 and in the third 13365 shocks with K P ≥8. The correlation equations of the logarithm of the average elastic deformations with the energy class for the Baikal region (6) and three regions, respectively (7-9) are obtained:
здесь ρ и n - коэффициент корреляции и число толчков, использованных для вычисления уравнений парной линейной регрессии (6-9).here ρ and n are the correlation coefficient and the number of shocks used to calculate the equations of paired linear regression (6--9).
На Фиг. 4 представлены графики, построенные по формулам уравнений корреляции (6-9). Видно, что графики различных территорий расположены достаточно близко, отражая в целом линейное возрастание логарифма упругих напряжений с ростом энергетического класса землетрясений. Так, различие в упругих напряжениях для реализации толчков с KP=8 и KP=15 достигает примерно два порядка. Отсюда следует, что для реализации более сильных землетрясений в литосфере должны быть сформированы более значительные деформации, что соответствует феноменологии реализации сильных землетрясений и основным положениям гипотезы упругого последействия.In FIG. Figure 4 presents graphs constructed according to the formulas of the correlation equations (6-9). It can be seen that the graphs of different territories are located quite close, reflecting on the whole a linear increase in the logarithm of elastic stresses with an increase in the energy class of earthquakes. Thus, the difference in elastic stresses for the implementation of shocks with K P = 8 and K P = 15 reaches about two orders of magnitude. It follows that for the implementation of stronger earthquakes in the lithosphere, more significant deformations must be formed, which corresponds to the phenomenology of the implementation of strong earthquakes and the main provisions of the elastic aftereffect hypothesis.
Получаемую по предлагаемому техническому решению информацию по контролю упругих деформаций в очагах 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 роста упругих деформаций в литосфере можно использовать в качестве предвестника сильных землетрясений, т.е. предлагаемое решение соответствует условию патентоспособности изобретения "фундаментальность".The information obtained by the proposed technical solution for monitoring elastic deformations in the centers 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 controlling the growth of elastic strains in the lithosphere can be used as a harbinger of strong earthquakes, i.e. the proposed solution meets the condition of patentability of the invention "fundamental".
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016135466A RU2639267C1 (en) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Method for determining elastic deformations in earthquake foci |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016135466A RU2639267C1 (en) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Method for determining elastic deformations in earthquake foci |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639267C1 true RU2639267C1 (en) | 2017-12-20 |
Family
ID=60718750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016135466A RU2639267C1 (en) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Method for determining elastic deformations in earthquake foci |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639267C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2698549C1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-08-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук (ИЗК СО РАН) | Method for determining kinematic type of motions in earthquake sources |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2114448C1 (en) * | 1997-06-17 | 1998-06-27 | Валерий Владимирович Неверов | Earthquake prediction method |
-
2016
- 2016-08-31 RU RU2016135466A patent/RU2639267C1/en active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2114448C1 (en) * | 1997-06-17 | 1998-06-27 | Валерий Владимирович Неверов | Earthquake prediction method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ключевский А.В. Напряжения, деформации и сейсмичность на современном этапе эволюции литосферы Байкальской рифтовой зоны. Автореф. диссертации на соискание уч. степ. доктора геолого-минералогических наук, г. Иркутск, 2008. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2698549C1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-08-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук (ИЗК СО РАН) | Method for determining kinematic type of motions in earthquake sources |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nourani et al. | Classification and assessment of rock mass parameters in Choghart iron mine using P-wave velocity | |
US6098021A (en) | Estimating formation stress using borehole monopole and cross-dipole acoustic measurements: theory and method | |
Hillers et al. | In situ observations of velocity changes in response to tidal deformation from analysis of the high‐frequency ambient wavefield | |
Karastathis et al. | Geophysical methods contributing to the testing of concrete dams. Application at the Marathon Dam | |
Arosio et al. | Towards rockfall forecasting through observing deformations and listening to microseismic emissions | |
Shirole et al. | Illumination of damage in intact rocks by ultrasonic transmission‐reflection and digital image correlation | |
Colombero et al. | Multiscale geophysical characterization of an unstable rock mass | |
US10520615B1 (en) | Fluid resonant seismic surveying | |
Besedina et al. | Source parameters of microseismic swarm events induced by the explosion at the Korobkovskoe Iron Ore Deposit | |
RU2698549C1 (en) | Method for determining kinematic type of motions in earthquake sources | |
RU2639267C1 (en) | Method for determining elastic deformations in earthquake foci | |
Moriya et al. | Analysis of fracture propagation behavior using hydraulically induced acoustic emissions in the Bernburg salt mine, Germany | |
Zafar et al. | Energy budget of brittle fracturing in granite under stress relaxation and creep | |
Zhou et al. | Empirical ratio of dynamic to static stiffness for propped artificial fractures under variable normal stress | |
Živor et al. | Measurement of P-and S-wave velocities in a rock massif and its use in estimation elastic moduli | |
Brimich et al. | Extensometric observation of Earth tides and local tectonic processes at the Vyhne station, Slovakia | |
Besedina et al. | Low-magnitude seismicity monitoring in rocks | |
CN102809761A (en) | Control method for acquiring speed characteristics of coal rock | |
Mhamdi et al. | Development of seismology-based acoustic emission methods for civil infrastructure applications | |
Ishida et al. | NUMERICAL SIMULATION TO EXAMINE ACCURACY OF AE SOURCE LOCATION AND ITS APPLICATIONS TO IN-SITU ROCK MONITORING. | |
Besedina et al. | Effect of deformation properties of discontinuities on sources of mining-induced seismicity in rocks. Part I: In situ observations | |
Zou et al. | Investigation of blast-induced fracture in rock mass using reversed vertical seismic profiling | |
Bawadi et al. | Estimate of small stiffness and damping ratio in residual soil using spectral analysis of surface wave method | |
Lukk et al. | Some estimates of the stress–strain state of the Earth’s crust of the Russian Platform | |
Wu et al. | Statistical properties of the Bukit Timah granite in Singapore |