Излагается методика совместного анализа разнородных временных рядов систем геофизического мониторинга с целью выделения временных интервалов и характерных периодов всплесков их синхронного поведения. Методика основана на использовании Фурье‐агрегированных сигналов и спектральных мер когерентного поведения многомерных временных рядов, оцениваемых в скользящих временных окнах. В качестве примера рассматриваются данные подземных электрических наблюдений на станциях, расположенных на Камчатке, Алтае и Италии, совместно с показаниями крутильных маятников в Туле и временными рядами изменения параметров сейсмического шума на Японских островах для интервала наблюдений 2012–2015 гг. В результате анализа выделен ряд значимых всплесков когерентного поведения полей в рассмотренном ряду наблюдений, часть из которых предположительно связана с сильнейшим мантийным
Охотоморским землетрясением 24.05.2013 г. Когерентное поведение различных геофизических полей до и после сильных землетрясений интерпретируется как проявление общей закономерности увеличения синхронизации флуктуаций сложных систем при их приближении к резким изменениям своих свойств. 

Введение. Механизмы очагов землетрясений наряду с геодезическими и другими данными служат источником информации о напряженно-деформированном состоянии земной коры. Задачи оценки тектонического режима и скорости деформирования особенно актуальны для внутриплитных областей, характеризующихся высоким уровнем сейсмичности. Одной из таких областей является Монголия, на территории которой известны землетрясения с М=8.0 (рис. 1). В представляемой работе собраны и проанализированы механизмы очагов землетрясений с M≥4.5 с целью проследить пространственную изменчивость поля напряжений земной коры. 

Данные. Опубликованные данные о фокальных решениях можно разделить на две группы в зависимости от применяемых для их определения методов. К первой группе относятся механизмы, полученные моделированием волновых форм на удаленных и региональных станциях. Вторая группа решений получена при использовании метода полярности первых вступлений волн. Данный метод широко применялся для умеренной силы землетрясений северной части Монголии и Южной Сибири, что обусловлено более плотным покрытием этого региона сейсмостанциями. Используемые для анализа в данной работе решения представлены в таблице (в разделе «Дополнительные материалы») и на карте (рис. 2). 

Методы. Для инверсии поля напряжений использовались два подхода. Для землетрясений основных сейсмических зон (Болнай, Гобийский Алтай, Могод и т.д.) применялась программа Win-Tensor [Delvaux, Sperner, 2003], в которой реализован метод right dihedra [Angelier, 1984]. Для получения более сглаженной по всей территории картины ориентации осей напряжений использовалась программа SATSI [Hardebeck, Michael, 2006], минимизирующая разницу между соседними «индивидуальными» стресс-тензорами для сейсмоактивных областей. Для более корректного сравнения сейсмологических данных с результатами GPS-измерений и визуализации сейсмотектонических деформаций представлены стереограммы средних фокальных механизмов [Nikitin, Yunga, 1977; Yunga, 1990]. 

Результаты. Полученные результаты показывают, что фокальные решения землетрясений южной, западной и восточной части Монголии однородны и представлены главным образом сдвиговыми и взбросовыми подвижками в очагах. Большим разнообразием кинематических типов разрывов характеризуется территория к северу от Болнайского разлома. Для непосредственно Болнайской зоны не удалось получить единого стресс-тензора. Выборка разделилась на главные толчки (Болнайское и Цэцэрлэгское землетрясения 1905 г.), состоящие из субисточников, и события, зарегистрированные в период инструментальных наблюдений. Последние показывают наличие в выборке решений, удовлетворяющих режиму растяжения. В целом, наблюдается изменение ориентации оси SHmax от направления Ю-С в западной части Монголии до ЮЗ-СВ в Гобийском Алтае и в центральной части страны и до широтного направления в Восточной Монголии. 

Обсуждение результатов. Очевидно, что основные характеристики поля напряжений на представленной территории уже выявлены и описаны в предшествующих работах [Zhalkovskii et al., 1995; Petit et al., 1996; Delvaux et al., 1998; Melnikova et al., 2004; Melnikova, Radziminovich, 2005; San’kov et al., 2005; Gol’din, Kuchai, 2007; Radziminovich et al., 2007; Parfeevets, San’kov, 2010; San’kov et al., 2011; Parfeevets, San’kov, 2012; Rebetsky et al., 2013; Tataurova et al., 2014; Kuchai, Kozina, 2015; Karagianni et al., 2015; и др.]. Все увеличивающийся объем новых данных, с одной стороны, подтверждает сделанные ранее выводы, а с другой – позволяет выявить некоторые детали. 

Результаты, полученные по сейсмологическим данным, согласуются с данными, полученными в ходе геолого-структурных работ [Parfeevets, Sankov, 2012] и GPS-измерений [Calais et al., 2003; Loukhnev et al., 2010]. Выделяется Болнайская зона, которая по геодезическим расчетам характеризуется деформацией удлинения земной коры или растяжением. Выше отмечалось, что часть фокальных механизмов соответствует такому полю напряжений. Более того, замеры трещиноватости также приводят авторов [Parfeevets, Sankov, 2012] к выводу о режиме транстенсии в восточной части Болнайской зоны, связанном, вероятно, с дивергенцией Евразийской и Амурской плит [Petit, Fournier, 2005]. Характер изменений сейсмотектонических деформаций в этом районе позволил авторам работы [Kuchai, Kozina, 2015] выделить, хоть и в широких пределах, границу Амурской плиты. 

По данным о землетрясениях с M≥7.0 была рассчитана скорость деформации по формуле Кострова (табл. 2). Для временного интервала в 100 лет она составила 1.12×1020 N m yr–1, что является высоким значением для внутриконтинентальных областей по сравнению с модельными значениями [Holt et al., 1995, 2000]. Очевидно, это связано с сильнейшими землетрясениями региона, произошедшими на протяжении небольшого интервала времени. 

Заключение. Карта фокальных механизмов и результаты инверсии поля тектонических напряжений могут быть полезны при сейсмотектоническом и геодинамическом анализе Центральной Азии. В разделе «Дополнительные материалы» приведена компиляционная таблица механизмов очагов землетрясений с M≥4.5 и ранее неопубликованные механизмы очагов землетрясений Северной Монголии и Южного Прибайкалья с M≤4.5.

Представлены результаты сейсмогеологических исследований активных разломов, ограничивающих Верхнекеруленскую впадину – одну из крупнейших межгорных впадин Хэнтейского нагорья. Морфометрией и тренчингом определены основные параметры сейсмогенных дислокаций и связанных с ними трех палеоземлетрясений, произошедших в течение голоцена (в интервалах 540–2810, 3170–3720 и 7480– 9220 лет назад). Максимальная магнитуда палеоземлетрясений (7.5) характеризует сейсмический потенциал приуроченной к Керуленскому разлому зоны вероятных очагов землетрясений (зоны ВОЗ). Полученные новые данные требуют пересмотра представлений о возможной сейсмической сотрясаемости на территории Южного Хэнтея и внесения соответствующих изменений в существующие карты общего сейсмического районирования. Взаимоотношение дислокаций с современными формами рельефа и характер деформирования приповерхностных отложений во вскрытых горных выработках свидетельствуют о их генезисе в результате надвигов в условиях субгоризонтального сжатия, ориентированного в секторе от субширотного до северозападного направления.

Большой объем геолого-геофизических данных, накопленных к настоящему времени для Арктического региона, затрудняет их визуальный сравнительный анализ, что делает актуальным использование автоматизированных методов классификации, в частности методов многомерной статистики. Геодинамическое районирование региона базируется на обработке параметров, имеющих физический смысл, определяющий:

– геометрию объекта (границы раздела в коре и верхней мантии) и его физические свойства; – силы и энерговыделение в объекте;
– характеристики движения как результат действия сил на объект и энерговыделение в нем.

Геодинамическая интерпретация данных с вышеуказанным смыслом и выделение геодинамических типов сводятся к обнаружению устойчивых сочетаний параметров не по точечным или пиковым значениям, а по усредненным значениям на больших площадях, что практически невозможно сделать вручную. Задача осложнена тем, что параметры прямого измерения на суше (скорость вертикальных движений) на акваториях отсутствуют. Это приводит к использованию других параметров, имеющих теоретическую зависимость от нужных характеристик энергии и движения, называемых суррогатными. Таким образом, в расчетах используется то, что доступно и имеет ненулевую корреляцию.

В результате расчетов по десяти параметрам (рельеф дна, мощность осадочного чехла, томография по поверхностным волна Лява, аномалии Буге и изостазия, тепловой поток, сейсмотомография по Sи Р-волнам, суммарный сейсмический момент и аномальное магнитное поле) методом кластерного анализа было выделено 14 устойчивых сочетаний, которые в соответствии с основными структурными зонами Северного Ледовитого океана могут быть условно поделены на три неравные группы:

1 – группа шельфа и континента;
2 – группа глубоководной части;
3 – группа переходных зон и наложенных структур.

Области проявления рассчитанных кластеров геолого-геофизических параметров интерпретируются как районы, имеющие различную структуру и геодинамические характеристики. Выявлено различие шельфовых зон по мощностям осадочного чехла, тектонической гетерогенности фундамента, тепловому потоку, аномальному магнитному полю и гравитационным аномалиям, отражающим характер границы раздела коры и верхней мантии. В пределах глубоководных зон по S-волнам выявлены аномально «холодные» блоки с повышенным уровнем теплового потока. Данное сочетание параметров существует в трансформных зонах, сочленяющих Атлантический и Арктический сегменты. Наложенные термальные купола имеют симметрию относительно оси срединно-океанических хребтов (СОХ). Они могут возникать и на континентах, близко прилегающих к СОХ. Аналогичные признаки прослеживаются вдоль переходной зоны к северу от ВосточноСибирского моря.

По скоростным разрезам, построенным методами телесейсмической томографии и продольной приемной функции, найдены особенности вертикальной конфигурации юга Сибирского кратона, влияющие на Байкальский рифтогенез. Кратон ассоциируется с выявленными на моделях областями повышенной сейсмической скорости. На юго-юго-западном разрезе MOBAL_2003 граница кратона на поверхности соответствует южной окраине Сибирской платформы и до глубины 120 км близка к вертикали. Глубже кратон почти горизонтально уходит под Тункинский рифт, достигая подножия Хамар-Дабана в интервале глубин 150–250 км. На юго-востоке вертикальная конфигурация границы кратона выявляется по форме высокоскоростной аномалии разреза PASSCAL_1992, пересекающего Южнобайкальскую впадину и Хамар-Дабан. Мощность аномалии, свидетельствующей о более высокоскоростной и плотной среде, на контакте Сибирской платформы с Байкальской складчатой областью уменьшается от 270 до 150 км. В районе контакта высокоскоростная аномалия принимает форму клина, который под углом около 45° задвигается от дневной поверхности под озеро Байкал и на глубине 150 км выклинивается восточнее озера. 

Приведен обзор экспериментальных исследований чароита в России и в мире. Рассмотрены гипотезы формирования чароитовых пород. Для выяснения характера взаимодействия чароитового субстрата с вмещающими породами и исследования процессов преобразования чароита при повышенных температурах проведен ряд экспериментов. Кроме того, изучены возможности повышения сортности некондиционных чароититов. При экспериментальном исследовании контактового взаимодействия чароитового субстрата с лампрофиром микроклин-арфведсонитового состава установлено образование реакционных полиминеральных зон. Исследование новообразованных фаз позволило изучить распределение элементов по фазам и получить их составы. Показано, что при термическом разложении чароита происходит его преобразование в волластонит, количество которого увеличивается с ростом температуры от 800 до 1000 °С, при нагревании выше 1200 °С образуется псевдоволластонит. Согласно проведенному физико-химическому моделированию разложения чароита, из различных составов минерала при заданных температурах и давлении образуется следующий парагенезис: кварц, волластонит, щелочной пироксен (эгирин), микроклин, родонит и сфен.

Проведенные эксперименты подчеркивают низкотемпературный характер чароитообразования и показывают отсутствие силикатного расплава в исследованных системах. Результаты расчетов согласуются с проведенными экспериментами по взаимодействию чароита с вмещающими породами и его отжигу и позволяют определить возможные сосуществующие с волластонитом фазы.

Исследования по улучшению декоративно-художественных свойств чароититов методом окрашивания показали, что для получения окраски чароититов, близкой к окраске высокосортных природных образцов, требуется выдержка образцов в растворе активного ярко-фиолетового красителя 4КТ при длительности 72 ч и температуре 70–90 °C.

На основе зависимости плотности железа (основного компонента ядра) от количества растворенного в нем водорода и наиболее вероятного нахождения его во внешнем ядре Земли в форме гидрида железа, а также наличия резких скачков плотности вещества на границах внешнего жидкого ядра с внутренним твердым (лишенным примеси водорода) ядром и с мантией произведена приближенная количественная оценка содержания водорода в названной оболочке. Согласно проведенному расчету, содержание водорода во внешнем жидком ядре меняется от 0.67 мас. % на границе с внутренним твердым ядром до 3.04 мас. % на границе с мантией.

В качестве наиболее вероятного механизма захвата такого значительного количества водорода железоникелевым ядром рассматривается окклюзия, которая происходила непосредственно при формировании металлического ядра в охлаждающемся протопланетном облаке, обогащенном водородом, на стадии молодого Солнца. При этом аккумуляция водорода происходила в нелетучей форме, поскольку окклюзионному поглощению молекулярного водорода, как известно из результатов исследования системы Fe-H2, предшествовала диссоциация молекул на атомы и ионизация последних. Это предотвращало диссипацию водорода. Высокие давления, развивающиеся в уплотняющемся под действием гравитационного сжатия вещества ядре, способствовали принудительному сближению разнозаряженных частиц (протонов и электронов) и их взаимодействию с образованием атомов водорода. Последние, обладая высокой химической активностью, вступали в реакцию с металлами, образуя гидриды железа FeH и никеля NiH. Непрерывное увеличение давления по мере роста и уплотнения металлического ядра, а затем и силикатной мантии способствовало их стабильности. Разложение гидридов железа и никеля с образованием молекулярного водорода оказалось возможным, когда на границе раздела мантия – ядро, вследствие внешних силовых воздействий на Землю стали происходить срывы и смещения граничных слоев, приводящие к снижению давления в системе. Трансформация водорода из гидридной формы в молекулярное состояние имеет важные петрологические, минералогические и геодинамические последствия. Молекулярный водород при высоких температурах принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях с железосодержащими силикатами и углеродсодержащими газами (CO, CO2), что определяет возможность синтеза воды во всем объеме мантии. Вода, как известно, существенно снижает температуру плавления пород, приводя к их частичному плавлению (астеносфера, слой D” в основании мантии, в котором зарождаются плюмы), и осуществляет гидролиз силикатов магния, переходя при этом в химически связанное состояние (в виде гидроксил-ионов). Гидроксилсодержащие силикаты магния обладают высокой пластичностью и также изменяют реологические свойства пород. Появление реологически ослабленных участков пород в мантии в сочетании с внешними космическими воздействиями оказывает существенное влияние на тектоническую активность и определяет возможность ее проявления во всем объеме мантии.