Физика Земли, 2020, № 4, стр. 172-182

Современная геодинамика и медленные деформационные волны

Ю. О. Кузьмин *

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
г. Москва, Россия

* E-mail: kuzmin@ifz.ru

Поступила в редакцию 10.02.2020
После доработки 21.02.2020
Принята к публикации 03.03.2020

Аннотация

Обсуждаются актуальные проблемы формирования медленных деформационных волн и их взаимосвязи с современными геодинамическими (деформационными) процессами. Показано, что термин “диффузия напряжений (смещений, деформаций)” определен некорректно с позиции физики явлений переноса, т.к. при диффузии происходит перенос массы, а волновые процессы переносят энергию. Отмечается, что существующие модели, описывающие “диффузию напряжений”, решаются с помощью математического формализма теории теплопроводности, которая построена на явлении переноса энергии. Обосновывается несостоятельность применения термина “волна” к процессам “диффузии напряжений”, поскольку в классическом смысле волновые процессы описывают незатухающие колебания, распространяющиеся в однородной среде с постоянной скоростью. Процессы, описывающие “диффузию напряжений”, формируют сильно затухающие колебания, которые распространяются со скоростью, существенно уменьшающейся со временем. В качестве механизма, соответствующего каноническим волновым представлениям, предложена модель автоволновых деформационных процессов, которые осуществляют эстафету и последовательный перезапуск деформационной активности от разлома к разлому или от одного активизированного сегмента разлома к другому. Обсуждаются проблемные вопросы идентификации медленных деформационных волн и предлагаются рекомендации по построению сети наблюдательных пунктов для натурных измерений пространственно-временной миграции деформаций земной поверхности. Обосновывается утверждение, что существование медленных деформационных волн не объясняет весь наблюдаемый пространственно–временной спектр современных движений земной поверхности.

Ключевые слова: медленные деформационные волны, диффузия напряжений, автоволновые процессы, межразломные волны, открытые динамические системы.

DOI: 10.31857/S0002333720040055

Список литературы

  1. Биргер Б.И. Распространение напряжений в литосфере Земли // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1989. № 12. С. 3–18.

  2. Быков В.Г. Волны активизации разломов земной коры // Тихоокеанская геология. 2000. Т. 19. С. 104–108.

  3. Быков В.Г. Формирование режимов скольжения в разломах и медленные деформационные волны // Физическая мезомеханика. 2019. Т. 22. № 4. С. 39–46.

  4. Борняков С.А., Салко Д.В., Семинский К.Ж., Дэмбэрэл С., Ганзориг Д., Батсайхан Ц., Тогтохбаяр С. Инструментальная регистрация медленных деформационных волн на Южно-Байкальском геодинамическом полигоне // Докл. РАН. 2017. Т. 473. № 3. С. 355–358.

  5. Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М.: Наука. 1987. 280 с.

  6. Добровольский И.П. Математическая теория подготовки и прогноза землетрясений. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2009. 240 с.

  7. Зельдович Я.Б., Баренблатт Г.И., Либрович В.Б., Махвелидзе Г.М. Математическая теория горения и взрыва. М.: Наука. 1980. 478 с.

  8. Изюмов С.Ф., Кузьмин Ю.О. Изучение современных геодинамических процессов в Копетдагском сейсмоактивном регионе // Физика Земли. 2014. № 6. С. 3–16.

  9. Колмогоров А.Н., Петровский И.Г., Пискунов Н.С. Исследование уравнения диффузии, соединенной с возрастанием количества вещества, и его применение к одной биологической проблеме // Бюллетень МГУ. Серия А. 1937. № 6. С. 1–26.

  10. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломных зон осадочных бассейнов и процессы подготовки землетрясений // Прогноз землетрясений. № 11. Москва–Душанбе: Дониш. 1989. С. 52–60.

  11. Кузьмин Ю.О. Деформационные автоволны в разломных зонах // Физика Земли. 2012. № 1. С. 3–20.

  12. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломов и парадоксы скоростей деформаций // Физика Земли. 2013. № 5. С. 28–46.

  13. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломных зон: разломообразование в реальном масштабе времени // Geodynamics, Tectonophysics. V. 5(2). 2014. С. 401–443.

  14. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика системы разломов // Физика Земли. 2015. № 4. С. 25–30.

  15. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика опасных разломов // Физика Земли. 2016. № 5. С. 87–101.

  16. Кузьмин Ю.О. Парадоксы сопоставительного анализа измерений методами наземной и спутниковой геодезии в современной геодинамике // Физика Земли. 2017. № 6. С. 24–39.

  17. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика раздвиговых разломов // Физика Земли. 2018а. № 6. С. 87 – 105.

  18. Кузьмин Ю.О. Современные аномальные деформации земной поверхности в зонах разломов: сдвиг или раздвиг? // Geodynamics, Tectonophysics. 2018б. Т. 9. № 3. С. 967–987.

  19. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика: от движений земной коры до мониторинга ответственных процессов // Физика Земли. 2019а. № 1. С. 65–86.

  20. Кузьмин Ю.О. Индуцированные деформации разломных зон // Физика Земли. 2019б. № 5. С. 61–75.

  21. Лыков А.В., Берковский Б.М. Конвекция и тепловые волны. М.: Энергия. 1974. 336 с.

  22. Мищенко Е.Ф., Садовничий В.А., Колесов А.Ю., Розов Н.Х. Автоволновые процессы в нелинейных средах с диффузией. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2010. 400 с.

  23. Мухамедиев Ш.А., Грачев А.Ф., Юнга С.Л. Нестационарный динамический контроль сейсмической активности платформенных областей со стороны срединно-океанических хребтов // Физика Земли. 2008. № 1. С. 12–22.

  24. Френкель Я.И. Статистическая физика. М–Л.: изд-во АН СССР. 1948. 760 с.

  25. Andronov A.A., Chaikin C.E. (1949). Theory of oscillations. Princeton University Press. Princeton, New Jersey.

  26. BenZion Y., Allam A.A. Seasonal thermoelastic strain and postseismic effects in Parkfield borehole dilatometers // Earth and Planetary Science Letters. 2013. V. 379. P. 120–126.

  27. Bird R. B., Stewart W.E., Lightfoot E.L. Transport phenomena. New York, London, John Wiley & Sons, Inc, 1965.

  28. Bott M.H.P., Dean D.S. Stress diffusion from plate boundaries // Nature 1973. V. 243 (5406). P. 339–341.

  29. Bykov V.G. Prediction and observation of strain waves in the Earth // Geodynamics, Tectonophysics. 2018. V. 9(3). P. 721–754.

  30. Carslaw H.S., Jaeger J.C. Conduction of heat in solids. Oxford, Clarendon Press. 1959.

  31. Elsasser W.H. Convection and stress propagation in the upper mantle // Appl. Modern Phys. Earth Planet. Inter. N.Y.: Wiley. 1969. P. 223–246.

  32. Eshelby J.D. Elastic inclusions and inhomogeneities (1961), Prog. Solid Mech., 2, pp. 89–140.

  33. Ishii H., Sato T., Tachibana K., Hashimoto K., Murakami E., Mishina M., Miura S., Sato K., Takagi A., Crustal strain, crustal stress and microearthquake activity in the northeastern Japan arc // Tectonophysics. 1983. V. 97(1–4). P. 217–230.

  34. Kasahara K. Earthquake mechanics. Cambridge Univ. Press. 1981.

  35. Kurant R., Gilbert D. Methods of Mathematical Physics. V. II. Partial Differential Equations. New York, London, Sydney, John Wiley & Sons, Inc. 1966.

  36. Melosh H.J. Nonlinear stress propagation in the Earth’s upper mantle. Journal of Geophysical Research. 1976. V. 81(32). P. 5621–5632.

  37. Nikolaevsky V.N. Mechanics of geomaterials and earthquakes. In: Science and technics results. Mechanics of deformed solid body. Vol. 15. VINITI, Moscow. 1983. P. 149–230 (in Russian).

  38. Paulson A., Zhong S., Wahr J. Modelling post-glacial rebound with lateral viscosity variations, Geophys. J. Int. 2005. V. 163. P. 357–371.

  39. The scientific papers of James Clerk Maxwell / Ed. W.D. Niven. Cambridge. 1890.

  40. Turcotte D.L., Shubert G. Geodynamics. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 2002.

  41. Whitham G. Linear and Nonlinear Waves. New York, London, Sydney, John Wiley & Sons, Inc. 1974.

Дополнительные материалы отсутствуют.