Цикл землетрясений
Цикл землетрясений относится к явлению, когда землетрясения неоднократно происходят на одном и том же разломе в результате постоянного накопления напряжения и периодического снятия напряжения. [1] [2] Циклы землетрясений могут возникать в различных разломах, включая зоны субдукции и континентальные разломы. [3] [4] В зависимости от силы землетрясения цикл землетрясений может длиться десятилетия, столетия или дольше. [1] [5] Участок Паркфилд разлома Сан-Андреас является хорошо известным примером, когда землетрясения с одинаковым расположением магнитудой М6,0 регистрировались инструментально каждые 30–40 лет. [6]
Теория
[ редактировать ]После того, как Гарри Ф. Рид в 1910 году предложил теорию упругого отскока, основанную на записях о разрывах поверхности во время землетрясения в Сан-Франциско 1906 года , и накопленные геодезические данные продемонстрировали постоянную напряженную нагрузку от движения плит , появилась теория «циклического» повторения землетрясений. начал формироваться в конце ХХ века. [1]
Накопление напряжения и упругий отскок
[ редактировать ]Теория цикла землетрясений сочетает в себе гипотезу накопления напряжений и теорию упругого отскока. [1] Полный цикл землетрясений можно разделить на интерсейсмический, предсейсмический, косейсмический и постсейсмический периоды. [1] В межсейсмический период напряжение накапливается на запертом разломе из-за движения плит. [2] В досейсмический период это напряжение приближается к пределу разрушения , и могут возникнуть некоторые предвестники землетрясений. [1] Когда это напряжение, наконец, превысит предел разрушения, разлом начнет двигаться, и обе стороны отскочат в свои прежние позиции, высвободив накопленное напряжение посредством землетрясения. В постсейсмический период релаксация других частей разлома, вызванная перераспределением напряжений, может вызвать послесдвиг. [1] Поскольку движение земных плит постоянно вызывает разломы, этот цикл, скорее всего, повторится. [2]
Пружинно-ползунковая модель
[ редактировать ]Простая модель пружинно-ползунковой связи помогает объяснить повторяемость циклов землетрясений. [1] Идея состоит в том, что неподвижный блок, соприкасающийся с шероховатой поверхностью, тянется пружиной, которая тянется с постоянной скоростью . Этот процесс приводит к постоянному накоплению напряжения на пружине. Как только сила сопротивления статического трения превысит предел f(0) , блок будет скользить по поверхности земли. [1] [2] Предполагая, что кинематическое трение меньше статического трения, [7] первоначальное движение блока неустойчиво, что эквивалентно разрыву разлома. Как только блок останавливается на новом месте, напряжение снова начинает накапливаться. Связанные системы пружинно-ползунковых моделей успешно воспроизвели закон Гутенберга-Рихтера . [7]
Разновидность разрыва
[ редактировать ]Хотя простые модели повторения землетрясений полностью предсказуемы, многие реальные факторы могут существенно изменить продолжительность цикла, включая неравномерное накопление напряжений, изменяющуюся во времени прочность земной коры и миграцию жидкости . [2] [8] В различных условиях напряжение может сниматься посредством быстрых разрывов, медленных асейсмических сдвигов или групп землетрясений . Понимание неравномерности этих различных типов скольжения имеет решающее значение для понимания циклов землетрясений. [8] [9] [10]
Наблюдения
[ редактировать ]Полные циклы землетрясений пока практически не зафиксированы, а геодезические и геологические данные становятся ключевыми источниками для анализа различных стадий цикла землетрясений. [1]
Геодезические измерения
[ редактировать ]Геодезические измерения являются важным инструментом для проверки накопления напряжений на межсейсмическом этапе и перераспределения напряжений на постсейсмическом этапе в циклах землетрясений. Например, данные GPS , собранные за последние несколько десятилетий, показали устойчивое накопление напряжений в системе разломов Сан-Андреас. [11] и непрерывное поднятие поверхности доминирующей плиты Нанкайской зоны субдукции, вызванное накоплением напряжений. [1] Анализ скорости скольжения южной системы разломов Сан-Андреас с помощью технологии интерферометрического радара (InSAR) также позволяет предположить, что этот разлом, возможно, приближается к концу своей межсейсмической стадии. [12] Значительное количество асейсмических медленных сдвигов и ползучести в течение межсейсмического периода также было обнаружено как в зонах субдукции, так и в континентальных разломах с помощью измерений GPS и InSAR . [8]
Геологические доказательства
[ редактировать ]Геологические исследования - еще один метод, используемый для обнаружения повторных повторений древних землетрясений. Множественные смещения русел рек через разлом Сан-Андреас в Уоллес-Крик на равнине Карризо являются классическим свидетельством повторения разрывов разломов. [1] [4] После того, как произошло землетрясение, поток через разлом был прерван, в результате чего смещенный канал остался заброшенным, и образовался новый канал. Был обнаружен ряд заброшенных каналов, которые, как полагают, являются остатками нескольких древних циклов землетрясений. [1] Летопись отложений является еще одним ключевым ключом к обнаружению древних землетрясений. Примерами могут служить записи берегового поднятия мыса Мурото возле зоны субдукции Нанкай , вызванного повторяющимися мегаземлетрясениями на протяжении многих столетий; о поднятии побережья и цунами Записи вблизи границы субдукции Хикуранги , вызванные 10 потенциальными землетрясениями субдукции за последние 7000 лет; [3] и накопление отложений, зарегистрированное в результате 24 последовательных землетрясений на сдвиговом Альпийском разломе за последние 8000 лет. [13] Три повторных континентальных землетрясения в Монголии за последние 50 000 лет также были обнаружены на основе записей смещения и роста слоев отложений. [14]
Динамическое моделирование разломов
[ редактировать ]Более сложное, чем модель пружины-ползуна, динамическое моделирование разрывов разломов, основанное на конститутивной основе (такой как закон трения скорости и состояния и уравнения упругости ), широко используется в анализе циклов землетрясений. [10] Динамическое моделирование неисправностей позволяет нам изучить роль различных параметров неисправности в поведении цикла разрушения. [10] и воспроизводит множество сейсмических наблюдений. [8]
Закон трения скорости и состояния
[ редактировать ]Закон трения скорости и состояния широко применяется в динамических моделях разломов. [8] [10] [15] и критически влияет на возможные характеристики скольжения разлома. [10] [16] Закон трения скорости и состояния предполагает, что коэффициент трения является функцией как скорости скольжения (скорости), так и условий системы (состояния). [16] [17] [18] [19] В законе трения скорости и состояния коэффициент трения увеличивается, когда скорость скольжения резко увеличивается, а затем постепенно уменьшается, достигая нового устойчивого значения. [16] На соотношение скорости и состояния трения влияет ряд факторов, включая термическую активацию, реальную площадь контакта (в атомном масштабе) и молекулярных связей . эффекты [16] [19] [20]
Последние события
[ редактировать ]Динамическое моделирование разломов помогает объяснить механизмы, вызывающие циклы землетрясений. На основе закона скорости и состояния трения переход от событий медленного скольжения к быстрым разрывным землетрясениям, связанный с геометрическими и упругими параметрами зоны разлома. обнаружен [10] Более быстрая в вычислительном отношении квазидинамическая модель, которая упрощает передачу напряжений, позволяет новым моделям учитывать пластические эффекты. [15] Однако сравнение квазидинамических моделей с полностью динамическими моделями тех же систем показывает, что подход к моделированию оказывает существенное влияние на предполагаемые особенности скольжения цикла землетрясений. [21]
Приложения для прогнозирования землетрясений
[ редактировать ]Хотя многие ученые по-прежнему считают прогнозирование землетрясений сложным или невозможным, [22] Теории и моделирование циклов землетрясений уже давно используются для получения значений прогноза опасностей. Например, эмпирические модели применялись для прогнозирования вероятности сильных землетрясений в районе залива Сан-Франциско в ближайшем будущем. [23] Кроме того, ученые создали полностью динамическую модель части Паркфилда разлома Сан-Андреас. Эта модель успешно воспроизводит полные циклы землетрясений, которые соответствуют сейсмическим записям за последние полвека, и показывает многообещающие возможности для будущих прогнозов землетрясений. [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м Шольц, Кристофер Х., изд. (2002). «Сейсмический цикл». Механика землетрясений и разломов (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета. стр. 244–299. дои : 10.1017/CBO9780511818516.007 . ISBN 978-0-511-81851-6 . Проверено 15 февраля 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Канамори, Хироо; Бродский, Эмили Э (13 июля 2004 г.). «Физика землетрясений» . Отчеты о прогрессе в физике . 67 (8): 1429–1496. Бибкод : 2004РПФ...67.1429К . дои : 10.1088/0034-4885/67/8/r03 . ISSN 0034-4885 . S2CID 250877470 .
- ^ Перейти обратно: а б Кларк, Кейт; Ховарт, Джейми; Личфилд, Никола; Кокран, Урсула; Тернбулл, Джоселин; Даулинг, Лиза; Хауэлл, Эндрю; Берриман, Кельвин; Вулф, Франклин (01 июня 2019 г.). «Геологические свидетельства прошлых сильных землетрясений и цунами вдоль границы субдукции Хикуранги, Новая Зеландия» . Морская геология . 412 : 139–172. Бибкод : 2019МГеол.412..139С . дои : 10.1016/j.margeo.2019.03.004 . ISSN 0025-3227 . S2CID 135147628 .
- ^ Перейти обратно: а б Сие, Керри Э.; Джанс, Ричард Х. (1 августа 1984 г.). «Голоценовая активность разлома Сан-Андреас в Уоллес-Крик, Калифорния» . Бюллетень ГСА . 95 (8): 883–896. Бибкод : 1984GSAB...95..883S . doi : 10.1130/0016-7606(1984)95<883:HAOTSA>2.0.CO;2 . ISSN 0016-7606 .
- ^ Перейти обратно: а б Барбо, Сильвен; Лапуста, Надя; Авуак, Жан-Филипп (11 мая 2012 г.). «Под капотом сейсмической машины: на пути к прогнозирующему моделированию сейсмического цикла» . Наука . 336 (6082): 707–710. Бибкод : 2012Sci...336..707B . дои : 10.1126/science.1218796 . ПМИД 22582259 . S2CID 21183948 .
- ^ Мюррей, Джессика; Лангбейн, Джон (1 сентября 2006 г.). «Скольжение по разлому Сан-Андреас в Паркфилде, Калифорния, в течение двух циклов землетрясений и последствия для сейсмической опасности» . Бюллетень Сейсмологического общества Америки . 96 (4Б): С283–С303. Бибкод : 2006BuSSA..96S.283M . дои : 10.1785/0120050820 . ISSN 0037-1106 .
- ^ Перейти обратно: а б Берридж, Р.; Кнопофф, Л. (1 июня 1967 г.). «Модельная и теоретическая сейсмичность» . Бюллетень Сейсмологического общества Америки . 57 (3): 341–371. Бибкод : 1967BuSSA..57..341B . дои : 10.1785/BSSA0570030341 . ISSN 0037-1106 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Авуак, Жан-Филипп (30 мая 2015 г.). «От геодезического изображения сейсмических и асейсмических разломов к динамическому моделированию сейсмического цикла» . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 43 (1): 233–271. Бибкод : 2015AREPS..43..233A . doi : 10.1146/annurev-earth-060614-105302 . ISSN 0084-6597 .
- ^ Ломан, РБ; Макгуайр, Джей-Джей (2007). «Рои землетрясений, вызванные асейсмической ползучестью в Солтонском желобе, Калифорния» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 112 (Б4). Бибкод : 2007JGRB..112.4405L . дои : 10.1029/2006JB004596 . hdl : 1912/3621 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Барбо, Сильвен (05 октября 2019 г.). «Медленные сдвиги, медленные землетрясения, циклы второго периода, полные и частичные разрывы и детерминированный хаос в одном неровном разломе» . Тектонофизика . 768 : 228171. Бибкод : 2019Tectp.76828171B . дои : 10.1016/j.tecto.2019.228171 . ISSN 0040-1951 . S2CID 202197354 .
- ^ Смит, Бриджит; Сандвелл, Дэвид (июнь 2003 г.). «Накопление кулоновского напряжения вдоль системы разлома Сан-Андреас» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 108 (B6): 2296. Бибкод : 2003JGRB..108.2296S . дои : 10.1029/2002jb002136 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Фиалко, Юрий (22 июня 2006 г.). «Накопление межсейсмической деформации и потенциал землетрясений в южной системе разломов Сан-Андреас» . Природа . 441 (7096): 968–971. Бибкод : 2006Natur.441..968F . дои : 10.1038/nature04797 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 16791192 . S2CID 4432269 .
- ^ Берриман, Кельвин Р.; Кокран, Урсула А.; Кларк, Кейт Дж.; Биаси, Гленн П.; Лэнгридж, Роберт М.; Вилламор, Пилар (29 июня 2012 г.). «Сильные землетрясения регулярно происходят на изолированном разломе границы плиты» . Наука . 336 (6089): 1690–1693. Бибкод : 2012Sci...336.1690B . дои : 10.1126/science.1218959 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 22745426 . S2CID 206539939 .
- ^ Боллинджер, Лоран; Клингер, Янн; Форман, Стивен Л.; Чимед, Одонбаатар; Баясгалан, Амгалан; Монах, Ульзибат; Даваасурен, Ганзориг; Долгосурень, Сон; Энхи, Баярсайхан; Тринадцатое, Демберел (08 сентября 2021 г.). «25 000-летний сейсмический цикл в медленно деформирующемся континентальном регионе Монголии» . Научные отчеты 11 (1): 17855. Бибкод : 2021NatSR..1117855B . doi : 10.1038/s41598-021-97167-w . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 8426405 . ПМИД 34497291 .
- ^ Перейти обратно: а б Эриксон, Бриттани А.; Данэм, Эрик М.; Хосравифар, Араш (01 декабря 2017 г.). «Метод конечных разностей для определения пластичности вне разломов на протяжении всего цикла землетрясения» . Журнал механики и физики твердого тела . 109 : 50–77. Бибкод : 2017JMPSo.109...50E . дои : 10.1016/j.jmps.2017.08.002 . ISSN 0022-5096 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Сигалл, Пол (4 января 2010 г.). Землетрясение и деформация вулкана . Издательство Принстонского университета. дои : 10.1515/9781400833856 . ISBN 978-1-4008-3385-6 .
- ^ Руина, Энди (10 декабря 1983 г.). «Неустойчивость скольжения и формулировка переменных законов трения» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 88 (Б12): 10359–10370. Бибкод : 1983JGR....8810359R . дои : 10.1029/jb088ib12p10359 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Дитрих, Джеймс Х. (1979). «Моделирование трения горных пород: 1. Экспериментальные результаты и основные уравнения» . Журнал геофизических исследований . 84 (Б5): 2161–2168. Бибкод : 1979JGR....84.2161D . дои : 10.1029/jb084ib05p02161 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Перейти обратно: а б Барбо, Сильвен (2022). «Закон трения, зависящий от скорости, состояния и температуры, с конкурирующими механизмами восстановления» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 127 (11). Бибкод : 2022JGRB..12725106B . дои : 10.1029/2022JB025106 . S2CID 253608123 .
- ^ Ронсен, Оливье; Койреурк, Карин Лабасти (8 июня 2001 г.). «Состояние, скорость и температура трения скольжения эластомеров» . Труды Лондонского королевского общества. Серия А: Математические, физические и технические науки . 457 (2010): 1277–1294. arXiv : cond-mat/0005531 . Бибкод : 2001RSPSA.457.1277R . дои : 10.1098/rspa.2000.0718 . S2CID 15920211 .
- ^ Томас, Мэрион Ю.; Лапуста, Надя; Нода, Хироюки; Авуак, Жан-Филипп (2014). «Квазидинамическое и полностью динамическое моделирование землетрясений и асейсмических сдвигов с усиленным косейсмическим ослаблением и без него» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 119 (3): 1986–2004. Бибкод : 2014JGRB..119.1986T . дои : 10.1002/2013JB010615 . ISSN 2169-9356 .
- ^ Геллер, Роберт Дж. (1 декабря 1997 г.). «Прогноз землетрясений: критический обзор» . Международный геофизический журнал . 131 (3): 425–450. Бибкод : 1997GeoJI.131..425G . дои : 10.1111/j.1365-246X.1997.tb06588.x . ISSN 0956-540X .
- ^ Буфе, Чарльз Г.; Варнс, Дэвид Дж. (1993). «Прогнозное моделирование сейсмического цикла региона залива Большого Сан-Франциско» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 98 (Б6): 9871–9883. Бибкод : 1993JGR....98.9871B . дои : 10.1029/93JB00357 . ISSN 2156-2202 .
 | Для этой статьи необходимы дополнительные или более конкретные категории . ( апрель 2022 г. ) |