Шерман Семен Иойнович, академик Российской академии естественных наук, доктор геолого-минералогических наук, профессор, главный научный сотрудник.
664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия
Sherman, Semen I., Academician of the Russian Academy of Natural Sciences, Doctor of Geology and Mineralogy, Professor, Chief Researcher
128 Lermontov street, Irkutsk 664033
Сейсмические службы всего мира доступными сегодня методами и приборами круглосуточно следят за колебаниями земной коры и вариациями физических полей Земли, атмосферы и ионосферы. Тем не менее большинство катастрофических землетрясений даже в текущее столетие происходит в «неожиданных» местах и во «внезапное» время. Ошибки прогноза возникают из-за недостаточно полных современных представлений о механизмах очагов сильных (М≥8) землетрясений. В настоящее время очаг сильного землетрясения осмысливается как результат смещения контактирующих блоков вдоль разрыва (мегатрещины). Смещение происходит скачкообразно, сопровождаясь высокими или пониженными значениями силы трения в зависимости от наличия флюидов, зацепов на плоскостях разрывов или других причин. Сейсмические события прогнозируются по предвестниковым признакам.
Рассматриваются геолого-геофизические ситуации в границах областей динамического влияния разломов с землетрясениями 8>М>7.5. По графикам повторяемости, построенным для областей динамического влияния разломов, выделено четыре тектонофизических критерия формирования очагов сильных землетрясений: структурный (крупные сейсмоактивные разломы), кинематический (большие амплитуды смещения крыльев), реологический (физические свойства среды внутреннего наполнения разломов – пониженная вязкость внутриразломной среды) и динамический (повышенная скорость смещений). Они образуют ядро основных вопросов, изучение которых на количественной основе заложит научную базу долгосрочного прогноза сильных землетрясений. Графики обусловливают изменения физики очага при реализации сильных событий.
Установлены тектонофизические признаки разломов с локализацией сильных событий, позволяющие сделать следующие выводы. 1. Сильные катастрофические землетрясения с М≥8 в континентальной литосфере происходят в областях динамического влияния крупных разломов литосферы при относительно высоких амплитудах смещения пограничных блоков (крыльев разломов). 2. Смещения с высокими амплитудами при относительно стабильном поле напряжений происходят благодаря снижению вязкости (квазивязкости) среды, формирующей внутреннюю структуру разломов. 3. Снижение вязкости среды во внутренней структуре разломов связано с физическими условиями перехода горных пород в зонах разломов, преимущественно по плоскостям смещений, в состояние квазипластического или пластического течения (превышение одностороннего давления над всесторонним, относительное снижение прочностных свойств внутриразломной среды при увеличении их длины). 4. Снижение вязкости разломной зоны ведет к увеличению скорости смещений крыльев разломов при постоянном поле напряжений. Последний фактор – принципиально основной, трансформирующий сейсмоактивные разломы с М≤7.5 в аналогичные по характеристике, но энергетически более сильные с землетрясениями М≥8. В механизмах их очагов существуют условия весьма вероятной повышенной амплитуды смещения вне зависимости от наличия флюидов, зацепов на плоскостях мегатрещин или других малопредсказуемых факторов. Углубленное изучение внутренней структуры разломов с землетрясениями М≥8, их очагов, условий временнóго режима сейсмического процесса до сильных событий и после даст ключ к пониманию условий зарождения, критериев разрядки и возникновения землетрясений с максимальной энергией. Дальнейшие шаги в разработке геолого-геофизических, в том числе тектонофизических, критериев прогноза сильных землетрясений должны быть направлены на более детальное изучение сейсмических зон с зафиксированными сильными землетрясениями.
Vibrations of the Earth crust and variations in the physical fields of the Earth atmosphere and ionosphere are continuously monitored by a variety of techniques and specialized facilities across the world. Nevertheless, most catastrophic earthquakes even in this century have occurred in “incidental” or “unexpected” places in “unpredicted” time. Earthquake predictions have errors as the current knowledge of focal mechanisms of strong (M≥8) earthquakes is still insufficient. It is believed today that the most common source of earthquakes is movement of rock blocks along a fault/megafracture. Such movements take place in a stepwise pattern with high or reduced friction, depending on the presence of fluids, hitches on the fault planes and other factors. Modern seismic forecasting is based on the concept of precursors.
The author considers geological and geophysical settings in areas of dynamic influence of faults, wherein 8>М>7.5 earthquakes took place. Based on earthquake recurrence curves constructed for such areas, four tectonic criteria for formation of strong earthquake sources are identified: structural (large seismically active faults), kinematic (large amplitudes of the fault wing’s displacements), rheological (physical properties of the fault infill material, such as low viscosity of the intra-fault medium) and dynamic (high rates of the fault wing’s displacements) criteria. These criteria should be in the focus of quantitative studies in order to provide a solid scientific basis for long-term forecasting of strong earthquakes. Curves constructed for the criteria can show changes in the physics of earthquake foci in case of strong seismic events.
With account of the tectonophysical features of faults associated with strong seismic events, the following conclusions are drawn. (1) In the continental lithosphere, catastrophic earthquakes (M≥8) occur in areas of dynamic influence of the major faults in the lithosphere in case of relatively high amplitudes of displacements of boundary blocks (i.e. fault wings). (2) In the relatively stable stress field, high amplitude displacements take place in case of reduced viscosity/quasi-viscosity of the medium comprising the internal structure of faults. (3) Reduced viscosity of the intra-fault medium is related to the physical conditions of transition of rocks in fault zones (mainly along the fault planes) in the state of quasi-plastic or plastic flow (unilateral pressure in excess of hydrostatic pressure, and relatively decreasing strength properties of the intra-fault medium with increasing length of the fault wings). (4) Reduced viscosity of the fault zone leads to an increase in the displacement rate of the fault wings in the constant stress field. The latter factor is the main one, transforming seismically active faults with M≤7.5 seismic events into faults of similar characteristics, but with earthquakes of higher energy, M≥8. Focal mechanisms of such earthquakes are associated with conditions for a potential increase of the displacement amplitude regardless of the presence of fluids, hitches on the fault planes and other poorly predictable factors. In-depth studies of the internal structure of faults with M≥8 earthquakes, their foci, conditions of the temporal regime of the seismic process before and after strong seismic events can discover a key to understanding the origin of earthquake sources, the criteria of energy release, and the occurrence of earthquakes with maximum energy. Further steps to develop the geological and geophysical (including tectonic) criteria for prediction of strong earthquakes should be focused on more detailed research of seismic zones wherein strong earthquakes were recorded.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.