ОРИЕНТАЦИЯ ОСЕЙ ГЛАВНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ КАК ВОЗМОЖНАЯ ПРИЧИНА АНИЗОТРОПИИ ГЕОАКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Результаты многолетних исследований, проводимых на Камчатке, показывают, что рост интенсивности геоакустического излучения и усиление его анизотропии можно рассматривать как индикатор активизации деформационного процесса при подготовке землетрясений. Одной из главных характеристик напряженно-деформированного состояния пород является направление осей главных напряжений, в частности оси максимального сжатия. В настоящей работе для выявления связи между ориентацией оси максимального сжатия пород и анизотропией геоакустического излучения при подготовке землетрясений проведены экспериментальные исследования и математическое моделирование.

За период 2008–2016 гг. векторно-фазовым методом выполнен анализ направленности геоакустического излучения, зарегистрированного в пункте «Микижа» на Камчатке в трехсуточном интервале перед землетрясениями. Выявлены два основных ортогональных максимума излучения (средние значения азимутов – 312.5°±15° и 42.5°±15°), направление одного из которых, по мнению авторов, должно быть перпендикулярно оси максимального сжатия.

В упругом приближении среды проведено моделирование направления оси максимального сжатия пород при подготовке сильных землетрясений, произошедших вблизи п-ва Камчатка с 1976 по 2020 г. Установлено, что направление оси находилось в секторе, ограниченном азимутами 330.5 и 84.2°, модальный интервал составил от 22.5 до 45.0°, среднее значение – 32.7°. Среднее значение направления оси максимального сжатия по результатам моделирования согласуется со значением, определенным по результатам экспериментальных наблюдений геоакустического излучения в пункте «Микижа».

Проведенное исследование подтвердило предположение о том, что направление максимумов геоакустического излучения, возникающих при подготовке землетрясений, обусловлено ориентацией оси максимального сжатия пород в пункте наблюдений. Полученные результаты могут быть использованы для изучения характеристик геодеформационных процессов в сейсмоактивных регионах.

1. Aki K., Richards P., 2002. Quantitative Seismology. University Science Books, Sausalito, CA, 704 p.

2. Avdeiko G.P., Popruzhenko S.V., Palueva A.A., 2002. The Tectonic Evolution and Volcano-Tectonic Zonation of the Kuril-Kamchatka Island-Arc System. Geotectonics 36 (4), 312–327.

3. Bilek S.L., Lay T., 2018. Subduction Zone Megathrust Earthquakes. Geosphere 14 (4), 1468–1500. https://doi.org/10.1130/GES01608.1.

4. Chebrov V.N., Droznin D.V., Kugaenko Y.A., Levina V.I., Senyukov S.L., Sergeev V.A., Shevchenko Yu.V., Yashchuk V.V., 2013. The System of Detailed Seismological Observations in Kamchatka in 2011. Journal of Volcanology and Seismology 7 (1), 16–36. https://doi.org/10.1134/S0742046313010028.

5. Чеброва А.Ю., Чемарев Е.А., Матвеенко Е.А., Чебров Д.В. Единая информационная система сейсмологических данных в Камчатском филиале ФИЦ ЕГС РАН: принципы организации, основные элементы, ключевые функции // Геофизические исследования. 2020. Т. 21. № 3. С. 66−91]. https://doi.org/10.21455/gr2020.3-5.

6. Добровольский И.П. Математическая теория подготовки и прогноза тектонического землетрясения. М.: Физматлит, 2009. 240 с.

7. Dziewonski A.M., Chou T.-A., Woodhouse J.H., 1981. Determination of Earthquake Source Parameters from Waveform Data for Studies of Global and Regional Seismicity. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 86 (В4), 2825. https://doi.org/10.1029/JB086iB04p02825.

8. Ekström G., Nettles M., Dziewoński A.M., 2012. The Global CMT Project 2004–2010: Centroid-Moment Tensors for 13017 Earthquakes. Physics of the Earth and Planetary Interiors 200–201, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2012.04.002.

9. Gapeev M., Marapulets Yu., 2023. Modeling Locations with Enhanced Earth’s Crust Deformation During Earthquake Preparation near the Kamchatka Peninsula. Applied Sciences 13 (1), 290. https://doi.org/10.3390/app13010290.

10. Global CMT Catalog, 2025. Available from: https://www.globalcmt.org/ (Last Accessed March 27, 2025).

11. Gordeev E.I., Bergal-Kuvikas O.V., 2022. Structure of the Subduction Zone and Volcanism in Kamchatka. Doklady Earth Sciences 502 (1), 21–24. https://doi.org/10.1134/S1028334X22020088.

12. Gordienko V.A., 2007. Vector-Phase Methods in Acoustics. Fizmatlit, Moscow, 480 p. (in Russian) [Гордиенко В.А. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: Физматлит, 2007. 480 с.].

13. Kearey Ph., Klepeis K.A., Vine F.J., 2009. Global Tectonics. Wiley-Blackwell, 482 p.

14. Liu H., Xiao Y., Sun H., Tong F., Heuser A., Churikova T., Wörner G., 2020. Trace Elements and Li Isotope Compositions Across the Kamchatka Arc: Constraints on Slab-Derived Fluid Sources. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 125 (5), e2019JB019237. https://doi.org/10.1029/2019JB019237.

15. Marapulets Yu.V., 2015. High-Frequency Acoustic Emission Effect. Bulletin KRASEC. Physical and Mathematical Sciences 10 (1), 39–48.

16. Marapulets Yu.V., Shcherbina A.O., 2018. Assessing the Orientation of the Axis of Maximum Compression of Rocks with a Combined Point Receiver System. Acoustical Physics 64 (6), 742–749. https://doi.org/10.1134/S106377101806009.

17. Marapulets Yu.V., Shevtsov B.M., Larionov I.A., Mishchenko M.A., Shcherbina A.O., Solodchuk A.A., 2012. Geoacoustic Emission Response to Deformation Processes Activation During Earthquake Preparation. Russian Journal of Pacific Geology 6 (6), 457–464. https://doi.org/10.1134/S1819714012060048.

18. Martínez-Garzón P., Poli P., 2024. Cascade and Pre-Slip Models Oversimplify the Complexity of Earthquake Preparation in Nature. Communications Earth & Environment 5, 120. https://doi.org/10.1038/s43247-024-01285-y.

19. Mindlin R.D., 1936. Force at a Point in the Interior of a Semi-Infinite Solid. Journal of Applied Physics 7 (5), 195–202. https://doi.org/10.1063/1.1745385.

20. Mindlin R.D., Cheng D.H., 1950. Nuclei of Strain in the Semi-Infinite Solid. Journal of Applied Physics 21 (9), 926–930. https://doi.org/10.1063/1.1699785.

21. Назарова Л.А., Назаров Л.А., Козлова М.П. Моделирование очагов динамических явлений на основе решения обратной задачи по геодезическим данным // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11. № 1. С. 51–54.

22. Пережогин А.С., Шевцов Б.М. Модели напряженно-деформированного состояния горных пород при подготовке землетрясений и их связь с геоакустическими наблюдениями // Вычислительные технологии. 2009. Т. 14. № 3. С. 48–57.

23. Rebetsky Yu.L., Lermontova A.S., 2018. On the Long-Range Influence of Earthquake Rupture Zones. Journal of Volcanology and Seismology 12 (5), 341–352. https://doi.org/10.1134/S0742046318050068.

24. Reid H.F., 1910. The Mechanics of the Earthquake. In: The California Earthquake of April 18, 1906. Report of the State Earthquake Investigation Commission. Vol. II. Carnegie Institution, Washington, 192 p.

25. Saltykov V.A., Kugaenko Yu.A., 2012. Development of Near-Surface Dilatancy Zones as a Possible Cause for Seismic Emission Anomalies Before Strong Earthquakes. Russian Journal of Pacific Geology 6 (1), 86–95. https://doi.org/10.1134/S1819714012010113.

26. Segall P., 2010. Earthquake and Volcano Deformation. Princeton University Press, Princeton, 432 p. https://doi.org/10.1515/9781400833856.

27. Шамина О.Г., Понятовская В.И. Модельные исследования неоднородных и трещиноватых сред. М.: ИФЗ РАН, 1993. 179 с.

28. Steketee J.A., 1958. Some Geophysical Applications of the Elasticity Theory of Dislocations. Canadian Journal of Physics 36 (9), 1168–1198. https://doi.org/10.1139/p58-123.

29. Timoshenko S.P., Goodier J.N., 1970. Theory of Elasticity. McGraw-Hill, New York, 608 p.

30. Виноградов С.Д. Упругие волны, излучаемые от трещин отрыва и от сдвиговой подвижки по подготовленному разлому // Исследование по физике землетрясений / Ред. Ю.В. Ризниченко М.: Наука, 1976. С. 67–74.