Современные тенденции в области механики тектонических землетрясений

Авторы

  • И.А. Пантелеев Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • О.Б. Наймарк Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

Ключевые слова:

модели подготовки землетрясений, механика очага, системный подход, предвестники землетрясений, коллективные эффекты

Аннотация

Представлен обзор моделей подготовки тектонического землетрясения, базирующихся на подходах из различных отраслей знаний: механики деформируемого твердого тела, статистической физики, математической статистики, нелинейной физики. Особое внимание уделяется идеологии построения моделей в призме задачи прогноза землетрясений. Обсуждаются достоинства и недостатки существующих моделей и современные тенденции их развития.

Поддерживающие организации
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы Президиума РАН «Фундаментальные проблемы механики взаимодействий в технических и природных системах» № 012-П-1-1018 и гранта Президента РФ по государственной поддержке молодых Российских ученых-кандидатов наук (МК-6741.2013.1).

Биографии авторов

  • И.А. Пантелеев, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    кандидат физико-математических наук, научный сотрудник
  • О.Б. Наймарк, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией

Библиографические ссылки

  1. Ботвина Л.Р., Баренблатт Г.И. Автомодельность накопления повреждаемости // Проблемы прочности. - 1985. - № 12. - С. 17-24.
  2. Брейс В.Ф., Мячкин В.И., Дитрих Дж.Х., Соболев Г.А. Две модели объяснения предвестников землетрясений // Сборник советско-американских работ по прогнозу землетрясений. - Душанбе - М.: 1976. - Т. 1. - Кн. 2. - С. 9-15.
  3. Гаврилов В.А. Физические причины суточных вариаций уровня геоакустической эмиссии // ДАН. - 2007. - Т. 414. - № 3. - С. 389-392.
  4. Гаврилов В.А., Пантелеев И.А., Рябинин Г.В. Физическая основа эффектов электромагнитного воздействия на интенсивность геоакустических процессов // Физика Земли. - 2014. - № 1. - С. 89-103.
  5. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. - М.: Наука, 1975. - 535 с.
  6. Гольдин С.В. Дилатансия, переупаковка и землетрясения // Физика Земли. - 2004. - № 10. - С. 37-54.
  7. Гольдин С.В., Юшин В.И., Ружич В.В., Смекалкин О.П. Медленные движения - миф или реальность // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород: материалы 9-й междунар. школы- семинара. - Красноярск, 2002. - С. 213-220.
  8. Дещеревский А.В., Лукк А.А., Сидорин А.Я. Флуктуация геофизических полей и прогноз землетрясений // Физика Земли. - 2003. - № 4. - С. 3-20.
  9. Добровольский И.П. Гидродинамические явления // Физика Земли. - 2005. - № 1. - С. 89-96.
  10. Добровольский И.П. Гравитационные предвестники тектонического землетрясения // Физика Земли. - 2005. - № 4. - С. 23-28.
  11. Добровольский И.П. Математическая теория подготовки и прогноза тектонического землетрясения. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 240 с.
  12. Журков С.Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел // Вестник АН СССР. - 1968. - Вып. 3. - С. 46-52.
  13. Киссин И.Г. О системном подходе к проблеме прогноза землетрясений // Физика Земли. - 2013. - № 4. - С. 145-160.
  14. Киссин И.Г. Флюиды в земной коре: геофизические и тектонофизические аспекты. - М.: Наука, 2009. - 328 с.
  15. Кочарян Г.Г. Разломная зона как нелинейная механическая система // Физическая мезомеханика. - 2010. - Т. 13. Спец. выпуск. - С. 5-17.
  16. Кочарян Г.Г., Марков В.К., Марков Д.В., Перник Л.М. Экспериментальное исследование закономерностей деформирования малопрочных тонких слоев геоматериалов // Физическая мезомеханика. - 2011. - Т. 14. - № 6. - С. 63-70.
  17. Курдюмов С.П. Режимы с обострением. Эволюция идеи / под ред. Г.Г. Малинецкого. 2-е изд. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 312 с.
  18. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика - теория самоорганизации. Идеи, методы, перспективы. - М.: Знание, 1983. - 64 с.
  19. Левин Б.В., Сасорова Е.В., Ким Ч.У., Коровин М.Е., Малашенко А.Е., Савочкин П.В., Тихонов И.Н. Землетрясение 17(18) августа 2006 г. на Сахалине и первая реализация комплексного прогноза // ДАН. - 2007. - Т. 412. - № 3. - С. 396-400.
  20. Леонов М.Г. Зоны концентрированной деформации и внутриплитная делимость земной коры и литосферы // Тез. докл. Пятого Междунар. симпозиума «Современные проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов», Бишкек, 19-24 июня 2011. - Бишкек, 2011. - С. 214.
  21. Любушин А.А. Сейсмическая катастрофа в Японии 11 марта 2011 г.: долгосрочный прогноз по низкочастотным микросейсмам // Геофизические приборы и биосфера. - 2011. - Т. 10. - № 1. - С. 9-35.
  22. Любушин А.А. Анализ микросейсмического шума дал возможность оценить магнитуду, время и место сейсмической катастрофы в Японии 11 марта 2011 г. // Наука и технологические разработки. - 2011. - Т. 90. - № 1. - С. 3-12.
  23. Макаров П.В. Математическая теория эволюции нагружаемых твердых тел и сред // Физическая мезомеханика. - 2008. - Т. 11. - №3. - С. 19-35.
  24. Макаров П.В. Нагружаемый материал как нелинейная динамическая система. Проблема моделирования // Физическая мезомеханика. - 2005. - Т. 8. - №6. - С. 39-56.
  25. Макаров П.В. Эволюционная природа блочной организации геоматериалов и геосред. Универсальный критерий фрактальной делимости // Геология и геофизика. - 2007. - Т. 48. - № 7. - С. 724-746.
  26. Мячкин В.И. Процессы подготовки землетрясений. - М.: Наука, 1978. - 232 с.
  27. Наймарк О.Б. О деформационных свойствах и кинетике разрушения твердых тел с микротрещинами // Преп. О термодинамике деформирования и разрушения твердых тел с микротрещинами. - Свердловск, 1982. - С. 3-34.
  28. Пантелеев И.А, Плехов О.А., Наймарк О.Б. Нелинейная динамика структур обострения в ансамблях дефектов как механизм формирования очагов землетрясения // Физика Земли. - 2012. - № 6. - С. 43-55.
  29. Пантелеев И.А. Коллективные эффекты поведения дефектов геосреды при формировании потенциального источника землетрясения // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2011. - №4 (2). - С. 508-510.
  30. Пантелеев И.А., Плехов О.А., Наймарк О.Б. Некоторые автомодельные закономерности развития поврежденности при квазихрупком разрушении твердых тел // Вычислительная механика сплошных сред. - 2011. - Т. 4 - № 1. - С. 90-100.
  31. Ребецкий Ю.Л. Современное состояние теорий прогноза землетрясений. Результаты оценки природных напряжений и новая модель очага землетрясений // Проблемы тектонофизики. К сорокалетию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН. - М.: ИФЗ РАН, 2008. - С. 359-395.
  32. Ребецкий Ю.Л. Новые данные о природных напряжениях в области подготовки сильного землетрясения. Модель очага землетрясения // Геофизический журнал. - 2007. - Т 29. - № 6. - С. 96-115.
  33. Ребецкий Ю.Л. Оценка величин напряжений в методе катакластического анализа разрывов // ДАН. - 2009. - Т. 428 - № 3. - С. 397-402.
  34. Ребецкий Ю.Л. Развитие метода катакластического анализа сколов для оценки величин тектонических напряжений // Доклады РАН. - 2003. - T. 3. - № 2. - С. 237-241.
  35. Ребецкий Ю.Л. Состояние и проблемы теории прогноза землетрясений. Анализ основ с позиции детерминированного подхода // Геофизический журнал. - 2007. - Т. 29. - № 4. - С. 92-110.
  36. Ребецкий Ю.Л. Третий и четвертый этапы реконструкции напряжений в методе катакластического анализа сдвиговых разрывов // Геофизический журнал. - 2009. - Т. 31. - № 2. - С. 93-106.
  37. Рихтер Ч.Ф. Элементарная сейсмология. - М.: Иностр. лит., 1963. - 670 с.
  38. Родкин М.В. Модель сейсмического режима как совокупности эпизодов лавинообразной релаксации, возникающих на множестве метастабильных подсистем // Физика Земли. - 2011. - № 11. - С. 18-26.
  39. Садовский М.А. Автомодельность геодинамических процессов // Вестн. АН СССР. - 1986. - № 8. - С. 3-11.
  40. Садовский М.А., Писаренко В.Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде. - М.: Наука, 1991. - 96 с.
  41. Семинский К.Ж. Тектонофизический анализ внутренней структуры разломных зон // Современная тектонофизика. Методы и результаты: Материалы первой молодежной школы семинара. - М., 2009. - С. 258-276.
  42. Соболев Г.А., Тюпкин Ю.С. Анализ процесса выделения энергии при формировании магистрального разрыва в лабораторных исследованиях по разрушению горных пород и перед сильными землетрясениями // Физика Земли. - 2000. - № 2. - С 44-55.
  43. Тихонов И.Н., Ким Ч.У. Успешный прогноз Невельского землетрясения 2 августа 2007 г. (МLH=6,2) на юге о-ва Сахалин // ДАН. - 2008. - Т. 420. - № 4. - С. 532-536.
  44. Тюпкин Ю.С. Динамика формирования потенциального очага землетрясения // Физика Земли. - 2004. - № 3. - С. 26-33.
  45. Тюпкин Ю.С. Формирование потенциального очага землетрясения: аналогия с фазовым переходом // Вычислительная сейсмология. - 2004. - № 35. - С. 296-311.
  46. Уломов В.И., Мавашев Б.З. О предвестниках сильного тектонического землетрясения // ДАН СССР. - 1967. - Т. 176. - № 2. - С. 319-323.
  47. Федотов С.А. Долгосрочный сейсмический прогноз для Курило-Камчатской дуги - М.: Наука, 2005. - 301 с.
  48. Шерман С.И., Семинский К.Ж., Черемных А.В. Деструктивные зоны и разломно-блоковые структуры Центральной Азии // Тихоокеанская геология. - 1999. - Т. 18. - № 2. - С. 41-53.
  49. Эшелби Дж. Континуальная теория дислокаций. - М.: ИЛ, 1963. - 248 с.
  50. Akishin P.G., Altaisky M.V., Antoniou I., Budnik A.D., Ivanov V.V. Burridge-Knopoff model and self- similarity // Chaos, Solitons and Fractals. - 2000. - Vol. 11. - P. 207-222.
  51. Anderson D.L., Witcomb J.H. The Dilatancydiffusion model of earthquake prediction // Proc. Conf. of tectonic problems of the San Andreas fault systems. - Stanf. Univ. Publ., 1973. - XIII. - P. 417.
  52. Bakun W.H., Aagaard B., Dost B., Ellsworth W.L., Hardebeck J.L., Harris R.A., Ji C., Johnston M.J.S., Langbein J., Lienkaemper J.J., Michael A.J., Murray J.R., Nadeau R.M., Reasenberg P.A., Reichle M.S., Roeloffs E.A., Shakal A., Simpson R.W., Waldhauser F. Implications for prediction and hazard assessment from the 2004 Parkfild earthquake // Nature. - 2005. - Vol. 437. - № 13. - P. 969-974.
  53. Benioff H. Earthquakes and rock creep. T. 1; Creep characteristics of rocks and the origin of aftershocks // Bull. Seismol. Soc. America. - 1951. - Vol. 41. - № 1. - P. 31-40.
  54. Ben-Zion Y., Rice J.R. Dynamic simulations of slip on a smooth fault in a elastic solid // Journal of geophysical research. - 1997. - Vol. 102. - № B8. - P. 17771-17784.
  55. Brace W.F., Byerlee J.D. Stick-slip as a mechanism for earthquake // Science. - 1966. - Vol. 153. - P. 990-992.
  56. Burridge R., Knopoff L. Model and theoretical seismicity // Bull. Seism. Soc. Am. -1967. - Vol.57. - № 3. - P. 341-372.
  57. Carlson J.M., Langer J.S., Shaw B.E., Tang C. Intrinsic properties of a Burridge-Knopoff model of an earthquake fault // Phys. Rev. A. - 1991. - Vol. 44. - P. 884-897.
  58. Clancy I., Corcoran D. Criticality in the Burridge-Knopoff model // Phys. Rev. E. - 2005. - V. 71. - P. 046124.
  59. Dieterich J.H. Time dependent friction in rocks // J. Geophys. Res. - 1972. - Vol. 77. - P. 790-806.
  60. Fisher D. Sliding charge density waves as a dynamic critical phenomenon // Phys. Rev. - 1985. - B31. - P. 1396-1427.
  61. Gavrilov V.A., Panteleev I.A., Ryabinin G.V., Morozova Yu.V. Modulating impact of electromagnetic radiation on geoacoustic emission of rocks // Russian Journal of Earth Science. - 2013. - Vol. 13. - ES100. doi:10.2205/2013ES000527.
  62. Geller R. Earthquake prediction: critical review // Geophys. J. Int. - 1997. - Vol. 131. - P. 425-450.
  63. Kagan Y.Y. Observational evidence for earthquakes as nonlinear dynamic process // Physica D. - 1994. - Vol. 77. - № 4. - P. 160-192.
  64. Kagan Y. Likelihood analysis of earthquake catalogues // Journal of Geophysical Research. - 1991. - Vol. 106. - Ser. B7. - P. 135-148.
  65. Kissin I.G. Middle- and short-term precursors of earthquakes and their factors determining reliability // Journal of earthquake prediction research. - 1997. - Vol. 6. - № 3. - P. 367-386.
  66. Knopoff L., Landoni J.A., Abinante M.S. Dynamical model of an earthquake fault with localization // Phys. Rev. A. - 1992. - Vol. 46. - P. 7445.
  67. Kostrov B.V. Self-similar problems of propagation of shear cracks // J. Appl. Mech. - 1964. - Vol. 28. - P. 1077-1087.
  68. Langbein J., Borchrdt R., Dreger D., Fletcher J., Hardebeck J.L., Hellweg M., Johnston M.J.S., Murray J.R., Nadeau R.M., Remer J., Treiman J.A. Preliminary report on the 28 September 2004 M 6.0 Parkfield, California earthquake // Seism. R. Let. - 2005. - Vol. 76. - № 1. - P. 10-26.
  69. Lindh A.G. Success and failure at Parkfield // Seism. R. Let. - 2005. - Vol. 76. - № 1. - P. 3-6.
  70. Lyakhovsky V.A., Ben-Zion Y., Agnon A. Distributed damage, faulting, and friction // J. Geophys. Res. - 1997. - Vol. 102. - P. 27635-27649.
  71. Lyakhovsky V.A., Myasnikov V.P. On behavior of viscoelastic cracked solid // Phys. Solid Earth. -1985. - Vol. 4. - P. 28-35.
  72. Muratov C.B. Traveling wave solutions in the Burridge-Knopoff model // Phys. Rev. E. - 1999. - Vol. 59. - P. 3847.
  73. Musmeci, F., Vere-Jones D. A variable-grid algorithm for smoothing clustered data // Biometrics. - 1986. - Vol. 42. - P. 483-494.
  74. Ogata Y. Statistical models for earthquake occurrences and residual analysis for point processes // Journal of the American Statistical Association. - 1988. - Vol. 83. - P. 9-27.
  75. Ogata Y., Zhuang J. Space-time ETAS models and an improved extension // Tectonophysics. - 2006. - Vol. 413. - № 1-2. - P. 13-23.
  76. Olami Z., Feder S., Christensen K. Self-Organized Criticality in a Continuous, Nonconservative Cellular Automaton Modeling Earthquakes // Physical Review letters. - 1992. - Vol. 68. - № 8. - P. 1244-1247.
  77. Panteleev I.A., Plekhov O.A., Naimark O.B. Model of geomedia containing defects: collective effects of defects evolution during formation of potential earthquake foci // Geodynamics & Tectonophysics. -2013. - Vol. 4. - № 1. - P. 37-51.
  78. Rathbun S.L. Modeling marked spatio-temporal point patterns // Bulletin of the International Statistical Institute. - 1993. - Vol. 55. Book 2. - P. 379-396.
  79. Reid H.F. The California Earthquake of April 16 1906 // Vol. 2. The Mechanics of the Earthquakes. The Carnegie Inst. - Washington, 1910.
  80. Rice J.R. Spatio-temporal complexity of slip on a fault // J. Geophys. Res. - 1993. - Vol. 98. - P. 9885-9907.
  81. Ruina A.L. Slip instability and state variable friction laws // J. Geophys. Res. - 1983. - Vol. 88. - P. 10359-10370.
  82. Rundle J.B. A physical model for earthquakes, 1. Fluctuation and interactions // J. Geophys. Res. - 1988. - Vol. 93. - P. 6237-6254.
  83. Rundle J.B. A physical model for earthquakes. 3. Thermodynamic approach and its relation to nonclassical theories of nucleation // J. Geophys. Res. - 1989. -Vol. 94. - P. 2839-2855.
  84. Rundle J.B., Gross S., Klein W, Ferguson C., Turscotte D.L. The statistical mechanics of earthquakes // Tectonophysics. - 1997. - Vol. 277. - P. 147-164.
  85. Rundle J.B., Klein W. Scaling and critical phenomena in a cellar automaton slider block model for earthquakes // J. Stat. Sol. - 1993. - Vol. 72. - P. 405-412.
  86. Saichev A., Sornette D. Distribution of the Largest Aftershocks in Branching Models of Triggered Seismicity: Theory of the Universal Bath’s law // Phys. Rev. E - 2005. - Vol. 71. - P. 056127.
  87. Saichev A., Sornette D. Power law distribution of seismic rates: theory and data // Eur. J. Phys. B. - 2006. - Vol. 49. - P. 377-401.
  88. Sherman S.I. Destruction of the lithosphere: Fault-block divisibility and its tectonophysical regularities // Geodynamics & Tectonophysics. - 2012. - Vol. 3. - № 4. - P. 315-344.
  89. Sornette D. Critical phenomena in natural sciences. Chaos, Fractals, Self-Organization and Disorder: Concepts and Tools // Springer Ser. Synerg. Springer-Verlag. Heidelberg, 2000. - 423 p.
  90. Sornette D., Werner M.J. Constraits on the size of the smallest triggering earthquake from the ETAS model, Bath’s law and observed aftershock sequences // J. Geophys. Res. - 2005. - Vol. 110. - P. B08304.
  91. Turcotte D.L., Newman W.I., Shcherbakov R. Micro and macroscopic models of rock fracture // Geophys. J. Int. - 2003. - Vol. 152. - № 3. - P. 718-728.
  92. Tyupkin Yu.S., Di Giovambattista R. Correlation length as an indicator of critical point behavior prior to a large earthquake // EPSL. - 2005. - Vol. 230. - P.85-96.
  93. Varnes D.J. Predicting earthquakes by analyzing accelerating precursory seismic activity // PAGEOPH. - 1989. - Vol. 130. - № 4. - P. 661-68669.
  94. Zhuang, J., Ogata Y., Vere-Jones D. Stochastic declustering of space-time earthquake occurrences // Journal of the American Statistical Association. - 2002. - Vol. 97. - № 3. - P. 369-380.
  95. Zöller G., Hainzl S., Kurths J. Observation of growing correlation length as an indicator for critical point behavior prior to large earthquakes // J. Geophys. Res. - 2001. - Vol. 106. - P. 2167-2176.

Загрузки

Опубликован

2015-01-12

Выпуск

№ 3 (2014)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Пантелеев, И., & Наймарк, О. (2015). Современные тенденции в области механики тектонических землетрясений. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 3, 44-62. https://journal.permsc.ru/index.php/pscj/article/view/PSCJ2014n3p3