ДИАГНОСТИКА МЕТАНЕСТАБИЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЕЙСМОАКТИВНОГО РАЗЛОМА

На основе результатов лабораторного моделирования процесса сейсмической активизации разлома по механизму «stick-slip» [Ma et al., 2012] показано, что нагруженная система из двух блоков непосредственно перед реализацией импульсной подвижки проходит через метанестабильное динамическое состояние, со стадиями ранней и поздней метанестабильности. В первую стадию процесс смещения одного блока относительно другого начинается в квазикриповом стационарном режиме с медленной релаксацией накопленных на межблоковом контакте напряжений. Во вторую стадию «ускоренного синергизма» скорость смещения существенно возрастает и впоследствии через процесс самоорганизации и лавинообразного объединения многочисленных активизированных сегментов межблокового контакта переходит в динамическую импульсную подвижку. С учетом этих экспериментальных выводов анализируются результаты спектрального анализа данных деформационного мониторинга, проведенного в пределах южной оконечности оз. Байкал, где 27.08.2008 г. произошло Култукское землетрясение (M_s=6.1). Его эпицентр располагался в южном окончании зоны Главного Саянского разлома. Мониторинг деформаций горных пород проводился с апреля по ноябрь2008 г. в штольне, расположенной в30 км от эпицентра землетрясения. Временной ряд данных был разделен на тридцатидневные интервалы, которые обрабатывались методом спектрального анализа. Результаты расчетов показали, что перед землетрясением спектрограмма имеет упорядоченный вид, тогда как в другие временные интервалы, как до, так и после землетрясения такая упорядоченность в спектрограммах отсутствует. Такой упорядоченный вид спектрограммы для данных деформационного мониторинга может интерпретироваться как следствие самоорганизации деформационного процесса при переходе сейсмоактивного разлома в метанестабильное состояние перед Култукским землетрясением.

1. Bak P., Tang C., 1989. Earthquakes as a self-organized critical phenomenon. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 94 (B11), 15635–15637. https://doi.org/10.1029/JB094iB11p15635.

2. Bornyakov S.A., Miroshnichenko A.I., Salko D.V., 2016. Diagnostics of the preseismogenic state of heterogeneous media according to deformation monitoring data. Doklady Earth Sciences 468 (1), 481–484. https://doi.org/10.1134/S1028334X16050032.

3. Brace W.F., Byerlee J.D., 1966. Stick-slip as a mechanism for earthquakes. Science 153 (3739), 990–992. https://doi.org/10.1126/science.153.3739.990.

4. Chelidze T., Matcharashvili T., Gogiashvili J., Lursmanashvili O., Devidze M., 2005. Phase synchronization of slip in la¬boratory slider system. Nonlinear Processes in Geophysics 12 (2), 163–170. https://doi.org/10.5194/npg-12-163-2005.

5. Ciliberto S., Laroche C., 1994. Experimental evidence of self organized criticality in the stick-slip dynamics of two rough elastic surfaces. Journal de Physique 4 (2), 223–235. https://doi.org/10.1051/jp1:1994134.

6. Feder H.J.S., Feder J., 1991. Self-organized criticality in a stick-slip process. Physical Review Letters 66 (20), 2669–2672. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.66.2669.

7. Haken H., 1977. Synergetics: An Introduction. Springer, Berlin – Heidelberg – New York, 325 p.

8. Kondepudi D., Prigozhin I., 1998. Modern Thermodynamics: From Heat Engines to Dissipative Structures: Second Edition. John Wiley & Sons, Oxford, 506 p.

9. Lomb N.R., 1976. Least-squares frequency analysis of unequally spaced data. Astrophysics and Space Science 39 (2), 447–462. https://doi.org/10.1007/BF00648343.

10. Lyubushin A.A., 2012. Prediction of the Great Japanese earthquake. Priroda (Nature) (8), 23–33 (in Russian) [Любу-шин А.А. Прогноз Великого Японского землетрясения // Природа. 2012. № 8. С. 23–33].

11. Ma J., Guo Y., Sherman S.I., 2014. Accelerated synergism along a fault: A possible indicator for an impending major earthquake. Geodynamics & Tectonophysics 5 (2), 387–399. https://doi.org/10.5800/GT-2014-5-2-0134.

12. Ma J., Sherman S.I., Guo Y.S., 2012. Identification of meta-instable stress state based on experimental study of evolution of the temperature field during stick-slip instability on a 5 bending fault. Science China Earth Sciences 55 (6), 869–881. https://doi.org/10.1007/s11430-012-4423-2.

13. Myachkin V.I., Kostrov B.V., Sobolev G.A., Shamina O.G., 1975. Fundamentals of the physics of earthquake focus and forerunners. In: M.A. Sadovsky (Ed.), Physics of earthquake focus. Nauka, Moscow, p. 6–29 (in Russian) [Мячкин В.И., Костров Б.В., Соболев Г.А., Шамина О.Г. Основы физики очага и предвестники землетрясений // Физика очага землетрясения / Ред. М.А. Садовский. М.: Наука, 1975. С. 6–29].

14. Olami Z., Feder H.J.S., Christensen K., 1992. Self-organized criticality in a continuous, nonconservative cellular automaton modeling earthquakes. Physical Review Letters 68 (8), 1244–1247. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.68.1244.

15. Press W.H., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., Flannery B.P., 2007. Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing. 3rd Edition. Cambridge University Press, London, 1256 p.

16. Ruzhich V.V., Psakhie S.G., Chernykh E.N., Bornyakov S.A., Granin N.G., 2009. Deformation and seismic effects in the ice cover of Lake Baikal. Russian Geology and Geophysics 50 (3), 214–221. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2008.08.005.

17. Savransky D., 2004. Lomb (Lomb-Scargle) Periodogram. Mathlab Central. Available from: http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/20004-lomb--lomb-scargle--periodogram (last accessed October 24, 2017).

18. Scargle J.D., 1982. Studies in astronomical time series analysis. II – Statistical aspects of spectral analysis of unevenly spaced data. The Astrophysical Journal 263, 835–853.

19. Scargle J.D., 1989. Studies in astronomical time series analysis. III – Fourier transforms, autocorrelation functions, and cross-correlation functions of unevenly spaced data. The Astrophysical Journal 343, 874–887.

20. Sobolev G.A., Ponomarev A.V., 2003. Physics of Earthquakes and Precursors. MAIK “Nauka”, Moscow, 270 p. (in Russian) [Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. 270 с.].

21. Vityazev V.V., 2001. Analysis of Irregular Time Series. St. Petersburg State University, St. Petersburg, 67 p. (in Russian) [Витязев В.В. Анализ неравномерных временных рядов. СПб.: СПбГУ, 67 с.].

22. Vstovsky G.V., Bornyakov S.A., 2010. First experience of seismodeformation monitoring of Baikal rift zone (by the example of South-Baikal earthquake of 27 August 2008). Natural Hazards and Earth System Sciences 10 (4), 667–672. https://doi.org/10.5194/nhess-10-667-2010.

23. Zhang L., Feng J., Li B., Chi J., Yang Z., Shi X., 1992. The oscillation during instability of rock body and the multilateral faulting traces. Seismology & Geology 14 (1), 1–9.