Перенос кулоновского напряжения
Перенос кулоновского напряжения – это сейсмичностью связанный с геологический процесс изменения напряжений в окружающем материале, вызванный локальными дискретными деформационными событиями. [1] Используя нанесенные на карту смещения поверхности Земли во время землетрясений , вычисленные изменения кулоновского напряжения предполагают, что напряжение, снимаемое во время землетрясения, не только рассеивается, но также может перемещаться вверх и вниз по сегментам разломов , концентрируясь и способствуя последующим толчкам. [2] Важно отметить, что изменения кулоновского напряжения были применены к моделям прогнозирования землетрясений, которые использовались для оценки потенциальных опасностей, связанных с сейсмической активностью. [1] [2] [3] [4] [5]
Изменение кулоновского напряжения
[ редактировать ]Критерий кулоновского разрушения требует, чтобы кулоновское напряжение превышало значение σ f, определяемое напряжением сдвига τ B , нормальным напряжением σ B , поровым давлением p и коэффициентом трения µ плоскости разрушения, такое, что
Также часто предполагается, что изменения давления поровой жидкости, вызванные изменениями напряжения, пропорциональны изменению нормального напряжения поперек плоскости разлома . [6] Эти эффекты включены в эффективный коэффициент трения μ', такой что
Это упрощение позволяет расчету изменений кулоновского напряжения на плоскости разлома быть независимым от регионального поля напряжений, но вместо этого зависит от геометрии разлома, направления скольжения и коэффициента трения.
Значимость изменений кулоновского напряжения была обнаружена, когда картографированные смещения движений соседних разломов использовались для расчета изменений кулоновского напряжения вдоль разломов. Результаты показали, что напряжения, снимаемые на разломах во время землетрясений, не просто рассеивались, но также перемещались вверх и вниз по сегментам разломов. Более того, нанесенные на карту доли повышенного и пониженного кулоновского напряжения вокруг местных разломов демонстрируют повышенную и пониженную скорость сейсмичности соответственно вскоре после соседних землетрясений, но в конечном итоге со временем возвращаются к своей фоновой скорости. [7] [8]
Вызов стресса при землетрясении
[ редактировать ]Запуск напряжения описывает ответное разрушение разломов из-за увеличения кулоновского напряжения, вызванного событиями экзогенной деформации. [1] Хотя соседние смещения часто приводят к изменениям напряжения небольшой величины, области нарушенных кулоновских напряженных состояний успешно использовались для объяснения пространственного распределения сейсмичности, вызванной напряжением .
28 июня 1992 года за землетрясением М7,3 , произошедшим недалеко от Ландерса, Калифорния , последовало (примерно через три часа) форшоковое землетрясение М6,5 в Большом Медведе в 40 км от него. Рассчитанные изменения кулоновского напряжения в результате обоих этих землетрясений показали, что западная доля повышенного кулоновского напряжения на 2,1–2,9 бар возникла в результате смещения, связанного с обоими землетрясениями. Из примерно 20 000 афтершоков , произошедших через 25 дней после 28 июня в радиусе 5 км, более 75% произошли в районах, где кулоновское напряжение увеличилось, и менее 25% произошло в районах, где кулоновское напряжение снизилось. [1]
Еще один успешный пример прогнозирования землетрясений произошел в северо-анатолийской системе разломов Турции . С 1939 по 1999 год в Анатолийской системе разломов произошло десять землетрясений силой 6,6 баллов и выше. Эволюция изменений кулоновского напряжения вдоль Северо-Анатолийского разлома в результате этих землетрясений показала, что 11 из 13 разрывов произошли в областях повышенного кулоновского напряжения, вызванного предыдущим разрывом. [3] [4] Этот метод также использовался для прогнозирования сейсмичности вокруг действующих вулканов, подверженных значительным изменениям напряжений в магматическом очаге. [9]
Прогноз землетрясений
[ редактировать ]Хотя правительственные учреждения не используют официальную модель прогнозирования передачи кулоновского напряжения, геологические исследования часто анализируют угрозы землетрясений, используя теорию кулоновского напряжения. Например, последнее из тринадцати предыдущих землетрясений вдоль Северо-Анатолийского разлома в Турции , недалеко от города Дюздже, было успешно предсказано местными геологами еще до того, как произошел разрыв. Это позволило инженерам эвакуировать нестабильные конструкции и ограничить значительный ущерб. [2] По оценкам учёных, вероятность ещё одного землетрясения вдоль Анатолийской системы разломов составляет 62% в течение следующих 30 лет и произойдет угрожающе близко к Стамбулу. [3]
Примеры последовательностей землетрясений
[ редактировать ]- 1703 г. Апеннинские землетрясения.
- 1783 г., Калабрийские землетрясения.
- Землетрясение 1981 года в Дау - часть серии из четырех в системе разломов Сяньшуйхэ. [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Кинг, GCP; Штейн, Р.С.; Лин, Дж. (1994). «Изменения статического напряжения и возникновение землетрясений». Бюллетень Сейсмологического общества Америки . 84 (3): 935–953.
- ^ Jump up to: а б с Штейн, Р.С. (2003). «Разговоры о землетрясении». Научный американец . 288 (1): 72–79. Бибкод : 2003SciAm.288a..72S . doi : 10.1038/scientificamerican0103-72 . ПМИД 12506427 .
- ^ Jump up to: а б с Штейн, Р.С.; Барка, А.А.; Дитрих, Дж. Х. (1997). «Прогрессирующее разрушение Северо-Анатолийского разлома с 1939 года в результате возникновения землетрясения» . Международный геофизический журнал . 128 (3): 594–604. Бибкод : 1997GeoJI.128..594S . дои : 10.1111/j.1365-246x.1997.tb05321.x .
- ^ Jump up to: а б Барка, А.А.; Роквелл, ТК; Рейлингер, Р.; Имрен, К. (1999). «Кинематика центральных хребтов Мраморного моря». Эос, Транзакции, Американский геофизический союз . 80 (46): 664.
- ^ Парсонс, TE; Дрегер, Д.С. (2000). «Воздействие статического напряжения в результате последовательности землетрясений на посадочных модулях 1992 года на зарождение и скольжение на месте шахтного землетрясения с магнитудой M = 7,1 гектора в 1999 году, южная Калифорния» . Письма о геофизических исследованиях . 27 (13): 1949–1952. Бибкод : 2000GeoRL..27.1949P . дои : 10.1029/1999gl011272 . S2CID 49218075 .
- ^ Jump up to: а б Билер, Нью-Мексико; Симпсон, Р.В., Дж.; Хикман, С.Х.; Локнер, Д.А. (2000). «Давление поровой жидкости, кажущееся трение и кулоновский провал» . Журнал геофизических исследований . 105 (25): 542. Бибкод : 2000JGR...10525533B . дои : 10.1029/2000JB900119 . S2CID 4685444 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Дитерик, Дж. Х.; Килгор, Б.Д. (1994). «Прямое наблюдение за фрикционными контактами; новое понимание свойств, зависящих от состояния». Чистая и прикладная геофизика . 143 (1–3): 283–302. Бибкод : 1994PApGe.143..283D . CiteSeerX 10.1.1.494.3198 . дои : 10.1007/bf00874332 . S2CID 129103586 .
- ^ Тода, С.; Штейн, Р.С. (2003). «Переключение сейсмичности в результате землетрясения в Кагосиме 1997 года; демонстрация зависящей от времени передачи напряжения». Журнал геофизических исследований . 108 (B12): 12. Цифровой код : 2003JGRB..108.2567T . CiteSeerX 10.1.1.459.2321 . дои : 10.1029/2003jb002527 .
- ^ Дж.Гаргани; Л.Жоффруа.; С.Гак, С.Кравуазье (2006). «Разломное скольжение и изменения кулоновского напряжения вокруг магматического резервуара под давлением: последствия для сейсмичности и внедрения магмы». Терра Нова . 18 (6): 403–411. Бибкод : 2006TeNov..18..403G . дои : 10.1111/j.1365-3121.2006.00705.x . S2CID 128537724 .
- ^ Чжан, К.; Чжан П.; Ван С.; Ван Ю.; Эллис М.А. (2003). «Вызов и задержка землетрясений, вызванные взаимодействием разломов в поясе разломов Сяньшуйхэ, юго-западный Китай». Acta Seismologica Sinica . 16 (2): 156–165. Бибкод : 2003AcSSn..16..156Z . дои : 10.1007/s11589-003-0018-5 . S2CID 128487233 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Программа по опасности землетрясений – программное обеспечение «Кулон 3» – Геологическая служба США