авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

Напряжения, деформации и сейсмичность на современном этапе эволюции литосферы байкальской рифтовой зоны

-- [ Страница 4 ] --

По данным о 143 землетрясениях с 11KР14, происшедших в регионе с 1968 по 1994 гг. и имеющих определение сейсмического момента и фокального механизма, выполнена “калибровка” уровня по типу подвижки в очаге (Ключевский и др., 2006; 2007). Уровни lg, соответствующие доминантным подвижкам определенного типа, вычислены для выборок толчков каждого энергетического класса. Границы перехода между подвижками различного типа определены с использованием этих уровней и диапазона lg между ними в предположении линейной аппроксимации lg от типа подвижки в очаге с возрастанием в следующей последовательности: сброс, сдвиг и взброс. В соответствии с уровнями исходная выборка из n=802 землетрясений с 11KР14 разделена на толчки-сбросы (nN=501, PN=nN/n0.63), сдвиги (nS=145, PS0.18) и взбросы (nR=156, PR0.19) разных KР. Вероятности реализации толчков P близки к вероятностям, полученным по данным о фокальных механизмах землетрясений БРЗ (PN0.65, PS0.20, PR0.15). Исследование напряженного состояния литосферы БРЗ осуществлено по данным о фокальных механизмах 265 землетрясений с KР10, зарегистрированных в Байкальском регионе с 1950 по 1998 гг., и по данным о сейсмических моментах 802 толчков с 11KР14, происшедших в период с 1968 по 1994 гг. Следует подчеркнуть высокую представительность фактического материала – сейсмические моменты определены почти у 100% землетрясений с 11KР14, зарегистрированных в Байкальском регионе с 1968 по 1994 годы (Таблица). Такая статистика полностью характеризует напряженное состояние системы сейсмогенеза БРЗ на уровне иерархии сильных землетрясений. Применение одинаковых формализаций и методик построения карт и графиков дают возможность сопоставления используемых материалов, полученных по фокальным механизмам и сейсмическим моментам землетрясений. Результаты реконструкции напряженного состояния литосферы БРЗ по данным о сейсмических моментах сильных землетрясений верифицированы на основании данных классического метода фокальных механизмов и свидетельствуют о хорошем совпадении реконструированного поля напряжений растяжения в областях представительной обеспеченности данных. Менее совпадающими следует признать результаты реконструкции напряжений, генерирующих сдвиги и взбросы, хотя большинство выделенных зон также совпадают. Основные наблюдаемые отличия обусловлены, вероятно, разными временными диапазонами выборок данных фокальных механизмов (1950–1998 гг.) и сейсмических моментов землетрясений (1968–1994 гг.), а также слабой представительностью фокальных механизмов. Полученные результаты дают возможность классифицировать особенности и свойства напряженного состояния литосферы в Байкальском рифте на уровне иерархии сильных сейсмических событий. В пределах исследуемой территории доминирует режим рифтогенеза с формированием толчков-сбросов при вероятности PN0.5, а локальные области повышенной вероятности сдвигов и взбросов указывают на неоднородность НДС литосферы БРЗ (Рис.1). Анализ динамики напряжений в литосфере БРЗ также подтверждает доминирующую роль рифтогенеза, однако эта доминанта неустойчива и в конце 1980-х – начале 1990-х гг. возникла ситуация примерного равенства и даже частичного преобладания сдвигов и взбросов (Рис.1, А). Полученная карта районирования территории Байкальского региона дает возможность учёта типа подвижки в очаге, а результаты районирования рекомендованы проектными и строительными организациями для уточнения сейсмической опасности (Ключевский и др., 2007).

 Карта изолиний вероятности реализации толчков-сбросов, сдвигов и взбросов. На-52

Рис.1. Карта изолиний вероятности реализации толчков-сбросов, сдвигов и взбросов. На вставке (А) представлены графики среднегодовой вероятности реализации P толчков-сбросов, сдвигов и взбросов. 1– разломы, 2 – впадины, 3 – озера, 4 – изолинии вероятности реализации толчков-сбросов PN, 5, 6 – шкалы вероятности реализации толчков-сдвигов и взбросов PS и PR соответственно.

При реконструкции напряженного состояния литосферы по данным о сейсмических моментах слабых землетрясений с 7KР10 построены карты-схемы изолиний логарифма среднего сейсмического момента (lg) землетрясений с KР=7, 8, 9, 10 (Ключевский, Демьянович, 2004; 2006). В площадках 1°1°, в предела которых произошло не менее 10 сейсмических событий с KР=7 (KР=8), вычислены значения lg. Для землетрясений с KР=9 при определении lg использовано не менее 5, а для толчков с KР=10 не менее 3 сейсмических событий в площадке 1°1°. В качестве изолиний на картах-схемах и уровней на графиках использованы значения lg и землетрясений таких же энергетических классов, соответствующие переходу от одного типа подвижки к другому. Анализ карт-схем показал, что во всех районах прослеживается тенденция уменьшения размеров территории с преобладающе сбросовыми толчками при повышении энергетического класса землетрясений. Напряженное состояние среды неоднородно и эта неоднородность сохраняется для толчков всех классов, выражаясь в частности, в доминировании сбросов всех KР в крупных рифтовых впадинах. С целью детального исследования временных вариаций напряженного состояния литосферы вычислены среднегодовые значения сейсмических моментов землетрясений с KР=712. Анализ среднегодовых сейсмических моментов землетрясений с KР=78 показал, что у слабых толчков имелась общая тенденция уменьшения среднегодовых со временем, обусловленная относительным ростом числа сбросов. Динамика сейсмических моментов землетрясений одного класса в разных областях литосферы БРЗ имеет согласованный характер. Вместе с тем, динамика слабых (KР=7, KР=8) и более сильных (KР=9, KР=10) толчков БРЗ различна, что свидетельствует о временном градиенте напряжений. Одной из возможных причин пространственно-временных вариаций типов подвижек в очагах землетрясений может быть неоднородность напряженного состояния в вертикальном разрезе литосферы. Графики вариаций среднего по слою литосферы толщиной в 15 км указывают на значимые изменения сейсмического момента землетрясений с KР=9 в литосфере первого и второго районов. Средние сейсмические моменты землетрясений с KР=9 в 2 верхних слоях литосферы близки к сдвигам, следующие 2 слоя соответствуют подвижкам сбросо-сдвигового типа, а ниже преобладают сбросы. На северо-восточном фланге БРЗ во всех шести слоях литосферы доминируют сбросо-сдвиги (Ключевский, 2005).

Чтобы выявить основные тенденции пространственно-временных вариаций напряжений в литосфере БРЗ, использованы коэффициенты пропорциональности bM в уравнениях корреляции логарифма сейсмического момента и энергетического класса землетрясений. Эти коэффициенты отражают распределение типов подвижек в очагах совокупности землетрясений с KР7 и через сейсмические моменты идентифицируют напряженное состояние всей системы сейсмогенеза. Установлено, что в конце 1970-х – начале 1980-х годов на территории БРЗ наблюдались значимые изменения сейсмических моментов, упорядоченно разнесенные в пространстве и времени. Первые изменения коэффициента bM произошли в зоне шовной межплитной границы, отделяющей Сибирскую платформу от Саяно-Байкальской складчатой области. В связи с этим имеется предположение о влиянии этой области сочленения крупных блоков литосферы на процессы преобразования напряженного состояния среды (Ключевский, 2001; 2004; 2005; Klyuchevskii, 2004). Пространственно-временные масштабы этого явления указывают на нелинейную импульсную природу, которая может возникнуть в результате фазового перехода “жидкость – газ” в локальной области глубинного Приморского разлома. Это явление хорошо вписывается в модель развития Байкальской впадины, учитывающую эволюцию флюидного режима (Артюшков и др., 1990). Детальное исследование пространственно-временных вариаций сейсмических моментов землетрясений Байкальского региона показало, что с 1968 по 1994 годы в регионе произошли три значительных эпизода изменения напряженного состояния литосферы Байкальского рифта: в конце 1960-х, конце 1970-х – начале 1980-х годов и конце 1980-х – начале 1990-х годов. Установлено, что наблюдаемые эффекты связаны с перераспределением типов подвижек в очагах и упорядоченными вариациями сейсмических моментов землетрясений, которые обусловлены инверсией осей максимального и промежуточного главных напряжений, возникающей в локальных областях устойчивого доминирования рифтогенеза. Использование различных подходов и методов позволило установить координаты трех областей. В рамках теории диссипативных систем эти области классифицируются как структуры-аттракторы рифтогенеза (Ключевский, 2007). Полученные результаты дают возможность объяснения основных наблюдаемых вариаций напряженного состояния литосферы БРЗ пространственно-временными изменениями вертикальной компоненты поля напряжений . Эти процессы происходят на всей территории БРЗ, но различаются по интенсивности проявления. Наиболее сильно они проявляются в рифтовых впадинах и в областях доминирования рифтогенеза (Ключевский, 2002; 2003; 2005). Эти области расположены вблизи границ областей напряжений глобального, регионального и суперпозиционного типов, установленных в (Solonenko et al., 1997) по данным о механизмах очагов землетрясений. Особенностью наблюдаемых изменений является постепенное увеличение и резкое, почти импульсное, уменьшение , детерминирующее инверсию осей напряжений и перестройку НДС литосферы. Постепенные процессы могут быть связаны с термической нестабильностью и гравитационной неустойчивостью литосферы и аномальной мантии, определенной в Байкальском регионе по сейсмическим данным (Недра.., 1981; Gao et al., 1994; 2003) и численным моделированием (Гольдин и др., 2006). Быстрые процессы могут происходить в результате фазовых переходов при термодинамической неустойчивости локальных объемов земной коры (Современная динамика…, 1989; Летников, 1992).

Наблюдаемые перестройки напряжений в литосфере БРЗ согласуются с поведением сложных самоорганизующихся неустойчивых термодинамических систем (Николис, Пригожин, 2003), что предполагает возможность применения методов системного анализа с целью поиска моделей, уравнений, параметров и характеристик, описывающих современные тектонофизические процессы в литосфере БРЗ. Для исследования структуры и динамики напряжений в литосфере БРЗ используются фазовые пространства, в которых в качестве координат состояния служат параметры и , где индекс j идентифицируется как год и пробегает от 1968 до 1994 г. (Ключевский, 2007). Параметр является коэффициентом в уравнении корреляции логарифма сейсмического момента и энергетического класса KР всех зарегистрированных в течение j-го года землетрясений и через сейсмические моменты толчков разных KР характеризует напряженное состояние всей системы сейсмогенеза. Параметр – среднегодовой сейсмический момент землетрясений с энергетическим классом KР=7, характеризующий через сейсмические моменты толчков с KР=7 напряженное состояние среды на минимальном изучаемом энергетическом уровне системы сейсмогенеза. Величины и являются однозначными функциями времени, а изображающая точка движется по некоторой ломаной линии в фазовом пространстве – фазовой траектории и соответствующая фазовая скорость Vf будет равна длине траектории, пройденной за год. Известно (Zoback, 1992), что в зависимости от соотношения величин главных напряжений могут быть сформированы пять типов режима напряжений, из которых три характеризуют устойчивые напряженные состояния литосферы, а два описывают систему в состояниях неустойчивости переходного типа. Эти режимы качественно согласуются и хорошо корреспондируют с наблюдаемой схемой поведения напряжений в литосфере БРЗ, с формированием трех устойчивых состояний-аттракторов и двух переходных состояний-бифуркаций. На основании этого предполагается, что динамике напряжений в литосфере БРЗ соответствует модель с бифуркацией трехкратного равновесия. Модельной системой для данной бифуркации может служить уравнение изменений напряжений S в виде

.

Анализ состояний равновесия показывает, что при >0 и любом система имеет единственное асимптотически устойчивое состояние равновесия. При <0 су­ществует область значений , где система имеет три состояния равновесия, а в фазо­параметрическом пространстве формируется структура, называемая сборкой. На основании этих соотношений можно предположить, что коэффициенты и имеют вид

, ,

где Smax – максимальная из трех компонент напряжений. Тогда при > 0 и любом система имеет единственное асимптотически устойчивое состояние равновесия, характеризующее режим тектоники литосферных плит. При <0 су­ществует область значений , в которой система может иметь три состояния равновесия, характеризующие современный режим рифтогенеза в БРЗ с неоднородным и неустойчивым распределением напряжений.

Для исследования эффектов синхронизации напряжений в литосфере БРЗ и трех районов использованы годовые ряды параметра . Чтобы оценить длительность периодов синхронизации, годовые ряды параметра разделены на выборки длиной в три года, пять и десять лет: временной сдвиг между выборками сравниваемых территорий равен нулю, шаг расчетов равен одному году. По этим реализациям вычислены коэффициенты парной корреляции для следующих сравниваемых территорий: БРЗ и трех районов; трех районов между собой. Установлено, что эпизоды высокой синхронизации напряжений в литосфере БРЗ и трех районов имеют небольшую длительность, а влияние перестройки напряжений в конце 1970-х – начале 1980-х годов доминирует над другими процессами. Синхронизация напряжений свидетельствует о дальнодействующих корреляциях, выражающихся в статистически воспроизводимых соотношениях между удаленными и пространственно разделенными (районы 1 и 3) частями системы. При совместном анализе фазовых скоростей и распределения сильных землетрясений с KP14 установлено, что сложное поведение неравновесной среды в литосфере БРЗ ведет к бифуркациям (катастрофам) напряжений, порождающим нелинейность сейсмогенеза с генерацией сильных толчков (Ключевский, 2007).

Во второй части диссертации развиты методы и алгоритмы решения основной обратной задачи реконструкции и идентификации напряженного состояния литосферы БРЗ по данным о сейсмических моментах землетрясений. Развиваемая методология, математическое и алгоритмическое обеспечение идентификации напряженного состояния среды позволяют по натурным сейсмологическим наблюдениям обнаружить и классифицировать качественно новые, присущие широкому классу природных объектов, фундаментальные особенности строения и эволюции БРС, связанные с неоднородностью и неустойчивостью литосферных напряжений. Установленные критерии и параметры пространственно-временных вариаций напряженного состояния литосферы БРЗ характеризуют сложную структурную неоднородность и динамическую неустойчивость НДС среды и обосновывают второе защищаемое положение диссертации. В эволюции литосферы БРЗ определяющую роль играют перестройки напряженного состояния среды, формирующие нелинейность сейсмогенеза с генерацией сильных землетрясений. Эти результаты развивают феноменологическую модель стационарного сейсмического процесса в БРЗ и обосновывают третье защищаемое положение диссертации. В практическом плане такая информация может быть использована для целей сейсмического районирования, решения задачи прогноза землетрясений и проблем сейсмической безопасности в Байкальском регионе.

ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ЛИТОСФЕРЫ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ ПО ДАННЫМ О РАДИУСАХ ДИСЛОКАЦИЙ

Знание генезиса, структуры и динамики деформированного состояния континентальной литосферы является фундаментальным в понимании строения и эволюции верхней оболочки и рельефа Земли. В настоящее время особенно быстро развиваются исследования, сочетающие выявление и воспроизведение структурообразования в тектоносфере на основе специальных полевых наблюдений с физическим и компьютерным моделированием и поиском связей с геофизическими полями. Это позволяет перейти от представлений деформирования в рамках механики сплошной среды к пониманию структурированности литосферы, сформированной под воздействием тектонофизических сил и напряжений (Гончаров и др., 2005). При описаниях процессов структурообразования одной из физико-механических характеристик является неоднородность среды, ее естественная структурированность, которая не может быть учтена в моделях сплошной среды. Структурная иерархическая неоднородность дискретной среды порождает неоднородное НДС литосферы, при котором напряжения концентрируются на границах неоднородностей разных уровней структурной организации, формируя неоднородности деформации. Полученные к настоящему времени многочисленные экспериментальные и натурные наблюдения указывают, что тектонические деформации в большинстве случаев реализуются путем разнообразных динамических перестроек исходной структуры геологической среды. Такие перестройки зависят в большей мере от концентраторов напряжений, распределение и перестройка которых в свою очередь определяются неоднородностями среды, динамикой силовых полей и свойствами вещества. В рамках таких представлений зоны доминирования рифтогенеза являются своего рода концентраторами напряжений регионального уровня, формирующими и контролирующими основные процессы сейсмотектонического деформирования в литосфере БРЗ (Ключевский, 2003; 2005; 2007).



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.