научный журнал по геофизике Физика Земли ISSN: 0002-3337

БАТАЛЕВ В.Ю., БАТАЛЕВА Е.А. — 2013 г.

В работе сочетаются геолого-геофизические и петролого-геохимические методы исследования земной коры и верхней мантии с целью определения состояния литосферы в зоне сочленения Тарима и Тянь-Шаня. Результаты лабораторных измерений электропроводности образцов верхнемантийных и нижнекоровых пород в сопоставлении с геоэлектрической и тепловой моделями позволили выделить в глубинном разрезе зоны сочленения Тарима и Тянь-Шаня массивы лерцолитов, гранулитов и эклогитов. На основе результатов экспериментальных исследований предполагается, что мощность земной коры Южного Тянь-Шаня около 70 млн. лет назад составляла 35–40 км.

КЕДРОВ О.К., КЕДРОВ Э.О. — 2013 г.

Для оценки добротности QP среды по продольным волнам землетрясений в региональной зоне предложен метод, основанный на использовании спектров волн Pn с двух станций от одного источника. Такой метод позволяет исключить из расчетов спектр источника и тем самым существенно упростить решение поставленной задачи. Применение этого метода требует наличия сходных условий распространения сигналов, сводящихся к тому, чтобы трассы от источника до станций располагались в средах, близких по строению и составу вмещающих пород. С использованием оценок добротности QP и затухания сейсмических волн t*, полученных по предложенному методу, для ряда землетрясений в Иране и Южной Калифорнии, а также подземного ядерного взрыва в Северной Корее от 25.05.2009 г. сделана оценка результатов классификации трасс источник–станция по принадлежности к стабильным (С) и тектоническим (T) районам. Показано, что результаты классификации трасс источник–станция, полученные в настоящей работе по параметрам QP и t*, в целом, согласуются с оценками, полученными в работе [Кедров и др., 2010] по значениям коэффициентов затухания b спектральных параметров распознавания взрывов и землетрясений. В Приложении, на примере обработки ряда землетрясений из Южной Калифорнии показано, что оперативные оценки параметра QP могут быть получены также во временной области по данным измерения амплитуд волн Pn на частоте 3 Гц, помещаемым в бюллетень Международного центра данных в Вене.

ВИНОГРАДОВА О.Ю., СПИРИДОНОВ Е.А. — 2013 г.

Получено разложение высот океанического прилива для волн модели CSR3.0 по сферическим функциям вплоть до порядка n = 1440. По нагрузочным числам Лява модели PREM рассчитан гравиметрический океанический нагрузочный эффект. Показано, что результаты, полученные при помощи метода разложения по сферическим функциям и метода, использующего функции Грина, удовлетворительно совпадают уже при порядке разложения n = 720. Проведено сравнение полученных результатов с данными наблюдений нагрузочного океанического эффекта по сети сверхпроводящих гравиметров GGP.

ЕВСЕЕВ А.Н., ЕВСЕЕВ М.Н., ЕВСЕЕВА А.В., ТРУБИЦЫН В.П. — 2013 г.

Тепловая конвекция в мантии вызывается теплом, поступающим снизу из ядра и теплом внутренних радиоактивных источников. На основании данных о тепле, переносимом мантийными плюмами, и данных геохимии в мантию из ядра поступает только около 20% общего тепла Земли, а основное тепло генерируется внутренними источниками. Наряду с моделями, корректно учитывающими внутренние источники тепла, публикуется много статей (и даже монографий), в которых рассчитываются модели мантийной конвекции или с полным пренебрежением внутренними источниками или пренебрежением потоком тепла снизу. В настоящей работе рассматривается, насколько такие приближения могут быть корректными. Приводятся аналитические распределения температуры и тепловых потоков с внутренними источниками тепла без конвекции и результаты численных моделей для различной интенсивности конвекции. Показывается, что структура тепловой конвекции определяется не балансом тепла (как это обычно неявно полагается в большинстве работ), а распределением плотности теплового потока в мантии. Выделение тепла внутренними источниками вызывает рост плотности теплового потока как функции радиуса. Однако в сферической мантии плотность теплового потока уменьшается с радиусом благодаря геометрии. Оказалось, что именно при параметрах современной Земли оба эти эффекта в значительной мере компенсируют друг друга, и результирующая плотность теплового потока оказывается примерно постоянной как функция радиуса. Поскольку структура мантийных конвективных течений определяется распределением температуры и теплового потока, то в декартовых моделях мантийной конвекции эффективный вклад внутренних источников тепла оказывается небольшим и пренебрежение потоком тепла из ядра существенно искажает структуру конвективных течений и распределение температуры в мантии.

ТРУБИЦЫН А.П. — 2013 г.

Численным моделированием исследовано формирование термического разреза литосферы и мантии при взаимодействии мантийной конвекции с неподвижным континентом, окруженным океанической литосферой. Из решения уравнений конвекции со скачком вязкости в зоне континента рассчитаны поля конвективных температур и скоростей, а затем усредненные геотермы субконтинентальных и субокеанических областей до границы с ядром. По экспериментальным данным о температурах солидуса пород верхней мантии получены оценки средней толщины континентальной (190 км) и океанической (30 км) литосферы. Выявлен ранее не отмечавшийся эффект “теплого пятна”, формирующегося в субконтинентальной верхней мантии на глубинах на глубинах 250–500 км. Хотя принято считать, что температуры в этой зоне близки к адиабатическим, расчеты показали, что они выше адиабатических с разницей до 200°C. Физической причиной эффекта является накопление конвективного тепла под теплоэкранирующей толщей континентальной литосферы. Найденные аномалии могут играть существенную роль при изучении фазовых и минералогических превращений у подошвы литосферы и в региональных геодинамических построениях.

РЕШЕТНЯК М.Ю. — 2013 г.

На основе лагранжева подхода, рассмотрена временная эволюция ансамбля взаимодействующих между собой магнитогидродинамических циклонов, подчиняющихся уравнениям ланжевеновского типа, во вращающейся среде. Задача актуальна для быстровращающихся конвективных объектов, таких как ядра планет и ряда звезд, где числа Россби много меньше единицы, и наблюдается геострофический баланс сил. В работе приведены результаты моделирования как для двумерного случая, когда циклоны могут поворачиваться относительно оси вращения всей системы в вертикальной плоскости, так и поворота в пространстве по двум углам. Показано, что изменение теплового потока на границе оболочки влияют на частоту инверсий среднего дипольного магнитного поля, что согласуется с результатами моделирования в трехмерных моделях планетарного динамо. Рассмотрены приложения модели для планет гигантов и предложено объяснение некоторых эпизодов геомагнитного поля в прошлом.

АБРАМОВ Д.В., ДРОБЫШЕВ М.Н., КОНЕШОВ В.Н. — 2013 г.

Проведены непрерывные высокоточные долговременные гравиметрические наблюдения на гравиметрическом пункте “Долгое Ледово”, расположенном на экспериментальной базе ИФЗ РАН. Получены длинные ряды значений приливной поправки и уточнены величины дельта-фактора, позволяющего корректно проводить сличение абсолютных гравиметров.

ИЗВЕКОВ О.Я., КОНЮХОВ А.В. — 2013 г.

Развивается феноменологическая модель, описывающая поведение природных пористых сред насыщенных фазами, способными испытывать фазовые превращения, что приводит к изменению прочностных, реологических и транспортных свойств среды. Примером такого поведения является пористая среда, насыщенная газовыми гидратами, цементирующими частицы минерального скелета. При понижении давления/повышении температуры в такой среде имеет место диссоциация гидрата с образованием газа и воды. Образовавшийся флюид играет роль смазки между частицами скелета упругая реакция сменяется вязкой, инициируются процессы уплотнения и многофазной фильтрации в деформирующемся скелете.

ОБОРНЕВ Е.А., ОБОРНЕВ И.Е., РОДИОНОВ Е.А., ШИМЕЛЕВИЧ М.И. — 2013 г.

Практическая обратная задача геоэлектрики в конечно-параметрических классах сред рассматривается на замкнутом ограниченном подмножестве конечномерного пространства, что создает предпосылки для ее корректной разрешимости. В этом случае при определенных дополнительных условиях обратная задача может рассматриваться как условно-корректная и быть теоретически устойчивой, но оставаться при этом плохо обусловленной, если детальность описания (параметризации) среды не согласована с уровнем погрешности, объемом и пространственной структурой используемых данных, что приводит к практической неустойчивости (неоднозначности) ее решения [Бердичевский, Дмитриев, 2008]. Для конечно-параметрических классов сред на основе анализа свойств прямого оператора задачи могут быть получены количественные априорные и апостериорные оценки степени практической устойчивости решений обратных задач. [Шимелевич и др., 2011]. Эти оценки позволяют сформулировать определенные требования к создаваемым моделям параметризации среды и построению устойчивых алгоритмов решения обратной задачи, а также проводить объективную оценку (верификацию) уже проведенной интерпретации.

ШОЛПО М.Е. — 2013 г.

С помощью численного моделирования изучена чувствительность поперечного кажущегося сопротивления к изменению сопротивлений элементов двумерной геоэлектрической структуры. Обнаружен ряд особенностей этой величины, благодаря которым мониторинг поперечного кажущегося сопротивления может быть полезным дополнением к мониторингу продольного кажущегося сопротивления при исследовании динамики проводимости поверхностных или неглубоких коровых элементов среды. Показано, что к поперечному кажущемуся сопротивлению применим предложенный ранее метод инверсии относительного изменения кажущегося сопротивления в относительные изменения сопротивлений элементов геоэлектрической структуры.

БАРАННИК М.Б., БИРУЛЯ М.А., ГРИГОРЬЕВ В.Ф., ДАМАСКИН Р.В., ЕСИПКО О.А., ЖАМАЛЕТДИНОВ А.А., КОЛОБОВ В.В., КОПЫТЕНКО Е.А., ПЕТРИЩЕВ М.С., СЕЛИВАНОВ В.Н., СЕРГУШИН П.А., СКОРОХОДОВ А.А., ТЕРЕЩЕНКО Е.Д., ШЕВЦОВ А.Н. — 2013 г.

В районе сверхглубоких скважин СГ-6 (Тюменская) и СГ-7 (Ен-Яхинская), расположенных на территории Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО), выполнены электромагнитные зондирования в полях естественных (МТЗ-АМТЗ) и мощных контролируемых источников. Зондирования с контролируемыми источниками выполнялись с применением промышленной линии электропередачи ВЛ 220 кВ “Уренгой-Пангоды” протяженностью 114 км и антенны сверхнизкочастотного (СНЧ) излучения “Зевс”, расположенной на удалении 2000 км от пунктов регистрации сигналов. При зондированиях с ЛЭП “Уренгой-Пангоды” в качестве источников тока использовался генератор “Энергия-2” мощностью до 200 кВт и портативный генератор “Энергия-3” мощностью 2 кВт, разработанные и изготовленные для этой цели в Кольском научном центре РАН. Зондирования с генератором “Энергия-3” выполнялись в диапазоне частот 0.38–175 Гц. Внешний генератор подключался к ЛЭП по согласованию с диспетчерской службой Ямало-Ненецкого предприятия магистральных электрических сетей (ПМЭС) – филиала ОАО ФСК ЕС Западной Сибири. Подключение выполнялось по схеме “провод–земля” в период проведения профилактических ремонтных работ на ЛЭП в ночное время. Наилучшее качество сигналов получено в районе сверхглубокой скважины СГ-7 (Ен-Яхинской), где наблюдается наиболее низкий уровень индустриальных помех. Результаты решения обратной задачи по данным зондирований с применением ЛЭП и с СНЧ антенной “Зевс” полностью согласуются между собой и с данными электрического каротажа. Данные МТЗ-АМТЗ дают дополнительную информацию о глубинном разрезе в низкочастотном диапазоне (ниже 1 Гц). В разрезе СГ-6 и СГ-7 установлены проводящие слои на глубинах 0.15–0.3 км и 1–1.5 км, связываемые с изменениями литологического состава, пористости и флюидонасыщенности горных пород. На глубине порядка 7 км выявлена кровля плохопроводящих пород пермо-триасового комплекса траппов. По результатам МТ зондирования в наиболее низкочастотном диапазоне (часовые вариации и ниже), с учетом данных обсерватории Новосибирска, получено распределение удельного электрического сопротивления до глубин порядка 800 км, что может служить дополнительной информацией при расчете температурного и реологического режима литосферы и верхней мантии Западной Сибири. Результаты выполненных исследований показывают перспективность применения комплексных электромагнитных зондирований с естественными и мощными контролируемыми источниками для изучения глубинного строения литосферы и для прослеживания на глубине газо-нефтеперспективых горизонтов в осадочном чехле Западно-Сибирской платформы на территории ЯНАО.

LI QIANG, XU GUI-MING — 2012 г.

We observed a new pattern of nonlinear behavior of seismicity. We studied the scaling property of the interevent time series of the seismic sequence for Puer area in China by using the method of the local scaling property, the generalized dimension spectrum, and the correlation dimension. It is indicated that there are clear characteristic variations of local scaling property and generalized dimension spectrum prior to Puer M6.4 earthquake while there is no characteristic variation of the correlation dimension. This result suggests that the choice of suitable methods is needed for the purpose of getting valuable information about the scale invariance in application of the three methodologies. The major difference between the characteristic variation of local scaling property and the other patterns of nonlinear behavior of seismicity such as the variations of the generalized dimension spectrum and fractal dimension of seismicity before large earthquakes is in the description of scaling property: the generalized dimension spectrum and fractal dimension focus on the global description of the scaling properties, while the local scaling property emphasis the local features. Therefore, the characteristic variation of local scaling property before Puer M6.4 earthquake presents a new pattern of nonlinear behavior of seismicity.

BORZOTTA E. — 2012 г.

An interpretative experience from nine magnetotelluric soundings was accomplished in the central region of Argentina (32°S–34°S; 63°W–69°W), from the Andean region in the west to the platform zone in the east. To do this, magnetovariational information was used to improve the distortion diagnostics in magnetotelluric curves. Using Pilar Geomagnetic Observatory as a reference site, horizontal magnetic transfer functions were estimated, which were compared with the integrate conductivity at each location in field. As a result, a rather simple methodology is proposed to better approach the accurate positions of normal curves. Results suggest that, in this way, better formal interpretations of soundings may be reached. In addition, a more clear and comprehensible knowledge about the nature of lateral in-homogeneities is obtained; e.g., discovering 3-D effects no suspected from tectonic maps. This methodology seems to be particularly useful when—as in the present case- magnetotelluric soundings are far away each others; i.e., when effective volumes of soundings are not interpenetrated. Horizontal magnetovariational information suggests two elongate conductivity anomalies (about N25°–30°E), possibly associated with deep seated faults belonging to the South American regmatic network. These anomalies would be produced by partial melting in lower crust and possibly in the asthenospheric zone next to Andean Range. Another elongate anomaly (possibly of graphitic nature) is shown in the study region. It seems to be a marginal fault following the border between The Sierras Pampeanas dynamic zone and the South American craton. Magnetotelluric results indicate the study region can be considered as divided in a dynamic belt next to Andean Range and a cratonic zone eastward. The dynamic zone presents a well developed lower crust, with conductances ranging 300–4300 Siemens and depths of about 20–30 km. An asthenosphere close to the Andes with 1000 Siemens of conductance at 74 km depth is also observable. Heat flows of 63 70 mW/m2 are estimated next to Andes and 48 mW/m2, eastward, close to South American platform. The cratonic zone presents a first conductive layer with a conductance of 270 Siemens underneath BUL sounding site, but it does not seem to present lateral development. An intermediate conductive layer is also present in this region, but it does not have so much development. Therefore, this layer would not have asthenospheric character; so, the lithosphere would be tied to upper mantle. Heat flows ranging 40 35 mW/m2 were estimated for this cratonic region.

КЕВОРКЯНЦ С.С. — 2012 г.

Система векторных уравнений Био в частотном пространстве, как известно, представляет два векторных дифференциальных уравнения в частных производных эллиптического типа с неизвестными векторами смещения твердой и жидкой фаз. Рассматривая ее как один из основных подходов к теоретическому изучению упругих волн в двухфазных влагонасыщенных средах (наряду с системой уравнений Прайда), автор предлагает аналитическое решение системы неоднородных уравнений Био в частотном пространстве, которое сводится к нахождению ее фундаментального решения (функций Грина). Решение данной задачи складывается из решений двух систем уравнений Био, в первой из которых неоднородным является только первое уравнение, а во второй – только второе уравнение, при этом показано, что во втором уравнении системы Био правая часть является исключительно потенциальной функцией. Фундаментальное решение полной системы неоднородных уравнений Био (в которой оба уравнения неоднородны) представлено в виде матрицы-тензора Грина, для скалярных элементов которого приводятся аналитические выражение. В полученных выражениях, описывающих упругие смещения как твердой, так и жидкой фазы представлены три типа волн – продольные волны первого и второго рода (соответственно быстрые и медленные волны) и поперечные волны. Между одноименными (описывающими один и тот же тип волн) составляющими выражений для функций Грина упругих волн в твердой и жидкой фазе имеет место связь через коэффициент, каким связаны составляющие векторов смещения твердой и жидкой фазы, соответствующие данному типу волн.

БАЛАКИНА Л.М., МОСКВИНА А.Г. — 2012 г.

Рассмотрены характеристики пространственно-временного проявления сейсмичности в Андаман-Суматринской островной дуге по инструментальным данным за период 1900–2010 гг. Учтены сведения о крупнейших цунамигенных землетрясениях XVIII–XIX веков. Выявлено группирование эпицентров землетрясений в отдельных областях, рассмотрена возможная связь их со структурными особенностями островной дуги. В районе Андаманского моря характерной чертой сейсмичности является возникновение компактных роев многочисленных землетрясений за короткие отрезки времени. Рассмотрено распределение землетрясений по глубине их гипоцентров в разных участках островной дуги. Проанализированы механизмы очагов землетрясений по определениям СМТ за период 1980–2004 гг. и сформулированы характерные особенности их параметров в разных областях Андаман-Суматринской островной дуги. Сопоставлены параметры механизмов очагов одних и тех же землетрясений по определениям СМТ и MTS и сделано заключение о возможных неточностях в оценке механизмов очагов. Особенности пространственно-временного проявления андаман-суматринских землетрясений и механизмов их очагов сопоставлены с аналогичными материалами для Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг, исследованных авторами ранее. Результаты произведенного анализа долговременной сейсмичности и механизмов очагов в Андаман-Суматринской островной дуге являются необходимой основой для последующего детального исследования геологических условий возникновения и оценки параметров очагов крупнейших суматринских землетрясений 2000–2010 гг.

МОРОЗ Т.А., МОРОЗ Ю.Ф. — 2012 г.

Рассмотрены результаты наблюдений вариаций горизонтальных и вертикальной составляющих электромагнитного поля Земли в 9 пунктах, расположенных вокруг южной части оз. Байкал. Показано, что за 20 минут до землетрясения произошло затухание вариаций электрического поля с периодом в первые десятки секунд. Эффект является региональным. Он выражен в вариациях горизонтального магнитного поля. Эффект в электрическом поле проявился в различной мере в пунктах наблюдений. Это связано с особенностью распределения электропроводности геологической среды, выявленной по данным МТЗ. В поведении электрического поля выражен также косейсмический эффект, вызванный сейсмической волной. Он проявился в большей мере в вертикальном электрическом поле. В электрическом поле внутриземных источников и в поведении электрического типпера выявлены бухтообразные аномалии, предваряющие и сопровождающие Култукское землетрясение. Аномалии по времени согласуются с подъемом подземных вод в скважине. Обсуждается возможная природа выявленных аномалий.

ИОСИФИДИ А.Г., ХРАМОВ А.Н. — 2012 г.

В статье представлены результаты анализа массива биполярных палеомагнитных определений, выполненных по горным породам обеих полярностей и содержащихся в Международной Базе палеомагнитных данных (GPDB). Массив пополнен определениями из каталога палеомагнитных данных по СССР и новыми, опубликованными после 2005 года. Отбраковка определений, с целью исключить влияние процессов древнего и современного подмагничивания горных пород, оставила в анализируемом возрастном интервале 207–359 млн. лет 59 биполярных определений, принадлежащих к трем литосферным плитам – Балтике, Лаврентии и Сибири, с их непосредственными обрамлениями. Этот новый материал подтвердил модель палеомагнитного поля, согласно которой оно имеет в своем составе долгоживущую компоненту, соответствующую экваториальному диполю. Этот диполь и обусловливает неантиподальность палеомагнитных направлений в зонах прямой и обратной полярности в разрезах осадочных и вулканогенных толщ. Сохраняя свою величину в 5–8% от центрального осевого диполя экваториальный диполь в интервале 359–207 млн. лет назад несколько раз менял свою полярность. Его северные полюсы располагались на земной поверхности в виде двух антиподальных групп, лежащих в пределах или вблизи зон субдукции на периферии суперконтинента Пангея. Предполагается, что такая локализация экваториального диполя связана с нисходящими ветвями мантийной конвекции и рельефом обеих границ внешней части ядра Земли.

ГАВРИЛОВ Б.Г., ЗЕЦЕР Ю.И., КУРКИН В.И., МАРКОВИЧ И.Э., ПАРРО М., ПОКЛАД Ю.В., РЯХОВСКИЙ И.А., ЯКИМ В.В. — 2012 г.

Представлены результаты анализа вариаций геомагнитного и электрического полей и полного электронного содержания ионосферы (ПЭС), зарегистрированные в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ) в период проведения экспедиций в 2009 и 2010 гг. Обнаружены синхронные всплески магнитного поля на Земле и в ионосфере, обусловленные распространением электромагнитных возмущений (сфериков), генерируемых удаленными молниевыми разрядами. Анализ частоты появления электромагнитных возмущений на высоте 700 км показал, что существует область их преимущественного распространения из волновода Земля–ионосфера в верхнюю ионосферу. Обнаружено изменение частотного спектра вариаций ПЭС при перемещении ионосферной точки через эту область (северная граница изменения спектра 54° с.ш.). Выявлены всплески ПЭС, проецирующиеся на зоны главных разломов в Тункинской долине. Полученные данные могут свидетельствовать о связи ионосферных электромагнитных явлений с литосферными структурами.

АЛЕКСЮТИН М.В., АТАЕВ Н.М., ГУРАРИЙ Г.З. — 2012 г.

Показано, что в области характерных времен колебаний от 400 лет до 15 тыс. лет вариации характеристик геомагнитного поля в основном носят случайный характер. Вариации с разным характерным временем проявляются в разные временные интервалы, отражают ускоряющиеся и замедляющиеся процессы. Говорить о существовании преимущественных времен колебаний не представляется возможным. В то же время практически периодические вариации литологических характеристик ясно прослеживаются на вейвлет-диаграммах параметров, отражающих изменение состава (количественного и качественного?) ферримагнитного материала, т.е. изменения условий седиментации, связанные с климатическими колебаниями. Вариации с периодами 5, 8.5 и 13 тыс. лет совпадают с подобными вариациями палеомагнитных данных, вариация с периодом 3.5 тыс. лет наблюдается только в магнитных характеристиках. Можно предположить, что первые отмеченные колебания отражают изменения, вызванные внешними по отношению к Земле причинами, изменение климата с периодом 3.5 тыс. лет обусловлено земными причинами.

КУЧАЙ М.С., СПИРИДОНОВ Е.А., ЦУРКИС И . Я. — 2012 г.

Исследованы ряды, полученные Международной службой вращения Земли (NCEP IERS, ) за период с 1982 по 2003 год, Показано, что атмосферную составляющую движения полюса можно рассматривать как анизотропный марковский процесс с дискретным временем, а момент, действующий на твердую Землю со стороны атмосферы – как белый шум; получены оценки его интенсивности и характерного времени корреляции. В рамках вероятностной модели оценена эффективность “атмосферного механизма” возбуждения чандлеровского движения полюса.