научный журнал по геофизике Физика Земли ISSN: 0002-3337

БАЛК П.И. — 2014 г.

Неадекватность большинства определяющих позиций методологии теории интерпретации гравитационных аномалий целевой установке на извлечение максимального объема достоверной информации об источниках поля остается практически незамеченной. Установлено, что основным препятствием к объективизации реальных возможностей гравиметрии в конкретных условиях интерпретации является противоречие между объективным существованием множества априори равноправных вариантов интерпретации и стремлением обойтись при оценке его структуры одним элементом – “оптимальным” решением обратной задачи. Сколь нибудь полное решение проблемы достоверности информации, извлекаемой из гравиметрических данных, может быть получено лишь при условии, что результаты интерпретации содержат информацию о свойствах изучаемого объекта, согласующуюся со всеми допустимыми решениями обратной задачи. Приводится сравнительная оценка информативности привычных форм представления результатов интерпретации по отношению к альтернативным.

СЫЧЕВА Н.К., ХОХЛОВ А.В., ЩЕРБАКОВ В.П. — 2014 г.

В статье приведены результаты численного моделирования вековых вариаций геомагнитного поля по схеме Большого Гауссового Процесса (БГП) и их сравнение с данными, представленными в современных мировых базах данных по палеонапряженности. Дисперсии положения виртуального геомагнитного полюса (VGP), рассчитанные по синтетическим и экспериментальным данным (эпоха Брюнеса, изверженные породы), близки друг к другу, что подтверждает справедливость теоретической модели. Средняя величина виртуального осевого геомагнитного диполя (VADM) по мировой базе данных по палеонапряженности PINT и модели Sint-2000 ниже величины VADM, рассчитанной по модели БГП, в то же время по археомагнитным данным средняя величина VАDM несколько превышает модельную. Наиболее существенной оказалась разница в дисперсиях VАDM – по всем трем базам данных она заметно выше, чем рассчитанная по модели БГП. Наиболее вероятной причиной этого является вклад в дисперсию неучтенных экспериментальных ошибок измерения величины VADM.

ВИНОГРАДОВА О.Ю., СПИРИДОНОВ Е.А. — 2014 г.

Проведено сравнение расчетов теоретического океанического гравиметрического эффекта с некоторыми относительно недавними результатами наблюдений. Показано достаточно хорошее согласие теоретических значений амплитуд и фаз, рассчитанных при помощи разработанной авторами настоящей работы программы ATLANTIDA3.0, с их экспериментальными значениями в различных точках земного шара. В частности, установлено, что полученные нами результаты почти в 80% случаев лучше совпадают с наблюдениями, нежели значения, рассчитанные программой LOAD89 из пакета ETERNA3.3 Венцеля.

BONVALOT SYLVAIN, DIAMENT MICHEL, HAYN MICHAEL, PANET ISABELLE, VIRON ОLIVIER DE, ЛЯХОВСКИЙ В., МИХАЙЛОВ В.О., ТИМОШКИНА Е.П. — 2014 г.

= 9.0. Косейсмические изменения гравитационного поля в результате этих землетрясений на уровне разрешения моделей спутников Грейс в основном представляют собой обширные отрицательные аномалии, расположенные в тылу зоны субдукции. Реальные данные были сопоставлены с аномалиями, рассчитанными по моделям поверхности разрыва, построенным с использованием различных наземных данных. Показано, что различия гравитационных аномалий, соответствующих различным моделям поверхности разрыва, превосходят погрешность моделей Грейс. Поэтому косейсмические аномалии гравитационного поля позволяют, как минимум, отбраковать часть эквивалентных по наземным данным моделей. х вариаций глобального гравитационного поля по данным спутников Грейс в областях трех катастрофических землетрясений: Андаман-Суматранского 26.12.2004, магнитудой Мw = 9.1, Мауле-Чили 27.02.2010 Мw = 8.8 и Тохоку-Оки, 11.03.2011 Мw = 9.0. Косейсмические изменения гравитационного поля в результате этих землетрясений на уровне разрешения моделей спутников Грейс в основном представляют собой обширные отрицательные аномалии, расположенные в тылу зоны субдукции. Реальные данные были сопоставлены с аномалиями, рассчитанными по моделям поверхности разрыва, построенным с использованием различных наземных данных. Показано, что различия гравитационных аномалий, соответствующих различным моделям поверхности разрыва, превосходят погрешность моделей Грейс. Поэтому косейсмические аномалии гравитационного поля позволяют, как минимум, отбраковать часть эквивалентных по наземным данным моделей.

МЕЛЬНИКОВА В.И., СЕРЕДКИНА А.И. — 2014 г.

В регионе Прибайкалья внедрена и протестирована методика расчета тензора сейсмического момента (ТСМ) по амплитудным спектрам поверхностных волн. Определены ТСМ для 39 землетрясений c Mw = 4.4-6.3, произошедших на территории региона в 2000-2011 гг. На основании полученных данных рассчитаны сейсмотектонические деформации земной коры двух сейсмоактивных районов Северного Прибайкалья и северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны. Установлено, что на уровне сейсмических событий средних магнитуд в этих районах преобладают деформационные режимы субгоризонтального северо-западного удлинения и сдвига, что отражает долговременные характеристики напряженно-деформированного состояния земной коры этих частей рифтовой зоны. Авторы выражают благодарность канд. физ.-мат. наук Б.Г. Букчину (ИТПЗ РАН, г. Москва) за консультации и помощь в работе.

АЛИ ЭЛЬ МАГХБИ, ГАЛУШКИН Ю.И., ЭЛЬ ГТЛАВИ М. — 2014 г.

Система моделирования бассейнов ГАЛО применялась для численного восстановления истории погружения, изменения температуры и зрелости органического вещества осадочных пород основных тектонических структур бассейна Сирт. Реконструкция осуществлялась для 8 осадочных разрезов, расположенных вдоль профиля, протянувшегося c востока на запад от платформы Киренаика на восточном борту бассейна до грабена Хун на его западном борту. Интервал глубин для расчета температур включал осадочную толщу, консолидированную кору и мантию до глубин свыше 100 км. Это позволило привлечь анализ вариаций тектонического погружения бассейна для оценки амплитуд и продолжительности событий тепловой активизации и растяжения литосферы бассейна в истории его развития. Моделирование предполагает, что термические активизации литосферы в Альбе-Сеномане и в Олигоцене-Плейстоцене являются общими для всех тектонических структур бассейна Сирт и что сравнительно высокий тепловой режим характерен и для современного состояния бассейна Сирт и платформы Киренаика. Такой режим в заметной степени обусловлен термической активизацией литосферы бассейна в последние 10 млн лет. Интенсивность этой активизации максимальна в западной части бассейна, где ей соответствуют и максимальные амплитуды эрозии. Анализ вариаций тектонического погружения фундамента предполагает и ряд периодов растяжения литосферы, которые объясняют этапы относительно быстрого погружения бассейна. Два периода заметного растяжения литосферы в верхнем мелу и палеоцене являются общими для всех площадей бассейна. При этом полные амплитуды растяжения коры достигали значения 1.5 в центральной части бассейна Сирт (желоба Аджидабия и Марадах, платформы Зельтен и Дахра), составляли около 1.3 в трогах Хамеймат и Заллах и были минимальны (1.11–1.17) на периферии бассейна (в грабене Хун и платформе Киренаика).

ВИТОВТОВА В.М., ЖАРИКОВ А.В., ШМОНОВ В.М. — 2014 г.

На основе результатов измерений при температуре до 600°C и давлении до 200 МПа, проведенных авторами на образцах плотных, малопористых кристаллических пород, типичных для фундамента континентальной коры, построены тренды проницаемости от глубины. Установлено, что с глубиной проницаемость уменьшается. В результате статистической обработки экспериментальных данных получена обобщенная зависимость lg k = 12.6 3.23Н 0.223. Предложен метод и с использованием экспериментальных данных о проницаемости получены значения эффективных диаметров поровых каналов, а также эффективной пористости при РТ-параметрах, отвечающих условиям глубинных зон континентальной коры in situ. Установлено, что размеры пор не имеют явно выраженной связи с глубиной, а пористость уменьшается. Зависимость пористости от глубины может быть аппроксимирована соотношением lg = –0.65–0.1H + 0.0019H 2. Величины пористости оценивается в первые проценты для глубины 10 км и снижаются до 0.01–0.1% для глубины 35 км. Оценки пористости, полученные с использованием экспериментальных данных, согласуются с результатами теоретических расчетов на основе представлений о строении дискретных сред, а также с полученными при обработке данных магнитотеллурического зондирования. Таким образом, согласно трем независимым оценкам пористость пород континентальной коры снижается с глубиной. Однако и для средней, и для нижней коры отмечаются величины параметра достаточные, чтобы предполагать на этих глубинах присутствие флюидонасыщенных горизонтов.

АЛЕКСАНОВА Е.Д., БЕЛЯВСКИЙ В.В. — 2014 г.

Интерпретация магнитотеллурических данных в южной части полуострова Камчатка, выполненная в режиме подбора 3D моделей к инвариантным характеристикам матриц импеданса и типпера, позволила построить схему распределения электропроводности коры и мантии, выделить проводящие блоки в зоне сочленения Камчатского прогиба и Прибрежного горста, под Мутновско-Вилючинской и Авачинско-Корякской группами вулканов. Они приурочены к субширотным региональным разломам и к верхней части астеносферы. Распределение зон повышенной электропроводности коррелирует с распределением низкоплотностных и низкоскоростных доменов и областей, характеризующихся повышенной сейсмической и вулканической активностью, что может объясняться их значительной флюидонасыщенностью.

АРЯСОВА О.В., ХАЗАН Я.М. — 2014 г.

В квазистационарном состоянии конвективный пограничный слой (КПС) (область перехода от литосферы к конвектирующей мантии, литосферно-астеносферная граница) находится на пределе устойчивости. Этим определяется его глубина, мощность и квазистационарное распределение температуры в литосфере. Если бы мантия была однородна, то подошва литосферы при современной потенциальной температуре располагалась бы глобально на одной и той же глубине Hrh = 50–70 км. На самом деле, режим взаимодействия мантийной конвекции с литосферой определяется соотношением между этой глубиной и мощностью Hdepl химического погранслоя, включающего кору и слой деплетированных пород. Если мощность химического погранслоя мала (Hdepl < Hrh) как в современной океанической мантии, то устанавливается субокеанический режим, при котором мантийная конвекция не достигает подошвы химического погранслоя. В этом случае кровля КПС находится на глубине Hrh, а тепловой поток и глубина океана зависят только от потенциальной температуры Tp и в областях коры с возрастом >60–70 млн лет одинаковы всюду вдали от возмущенных территорий (горячих точек, зон субдукции). Отсутствие заметных отличий между значениями теплового потока в различных океанических бассейнах указывает на глобальное постоянство потенциальной температуры. При Hdepl > Hrh устанавливается субконтинентальный режим взаимодействия мантийной конвекции с литосферой. При этом КПС непосредственно примыкает к деплетированной литосфере, его кровля находится на глубине Hdepl, поверхностный тепловой поток q(Tp, Hdepl) зависит не только от потенциальной температуры Tp, но и от мощности деплетированной литосферы и убывает с увеличением Hdepl, а значит, и с возрастом последней. При фиксированной потенциальной температуре зависимость q(Tp, Hdepl) согласуется с огибающей результатов термобарометрии ксенолитов кимберлитов, представленных на диаграмме (глубина наиболее глубокого ксенолита в кимберлите – тепловой поток). В самой нижней части континентальной литосферы, по всей видимости, существует зона горизонтальной сдвиговой деформации. Именно из этой зоны кимберлиты, вероятно, захватывают сильно деформированные и при этом наиболее глубинные ксенолиты. Кроме того, с зоной деформации должна ассоциироваться азимутальная анизотропия скорости сейсмических волн. Изменение ее направления с глубиной может наблюдаться как разрыв Леманн.

ДРОБЫШЕВ М.Н., КОНЕШОВ В.Н. — 2014 г.

Проведены совместные исследования долговременных стационарных гравиметрических наблюдений гравиметром CG-5 Autograv в условии геофизической обсерватории и данных сейсмостанции UGRA. Создана математическая модель чувствительного элемента гравиметра. Выполнен анализ гравиметрических и сейсмических данных. Получены поправки, позволяющие уменьшить случайную составляющую погрешности измерения гравиметра.

ГАВРИЛОВ В.А., ПАНТЕЛЕЕВ И.А., РЯБИНИН Г.В. — 2014 г.

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований физических причин и механизмов эффекта модулирующего электромагнитного воздействия на интенсивность геоакустических процессов, а также особенностей проявления этого эффекта перед сильными близкими землетрясениями.

ТРУБИЦЫН А.П., ТРУБИЦЫН В.П. — 2014 г.

В кинематической теории тектоники литосферных плит положение и параметры плит задаются заранее в начальных и граничных условиях. Однако в самосогласованной динамической теории свойства океанических плит (как и структура мантийной конвекции) должны возникать автоматически как решение дифференциальных уравнений переноса энергии, массы и импульса для вязкой жидкости. При этом вязкость вещества мантии как функция температуры, давления, сдвигового напряжения и химического состава должна браться из данных лабораторных измерений. Цель данной работы – числено решая уравнения конвекции и используя минимальные входные данные, самосогласованно воспроизвести не только генерацию совокупности литосферных плит, но и их поведение внутри мантии. Модели показывают, как жесткая литосфера может разбиваться на отдельные погружающиеся в мантию плиты, как при эволюции могут меняться размеры плит и их число, и как при этом могут перемещаться хребты и зоны субдукции. Модели также показывают, как могут изгибаться и разрываться плиты при прохождении границы 660 км, как плиты и плюмы могут влиять на структуру конвекции. В отличие от моделей конвекции без литосферных плит или региональных моделей, впервые рассчитана структура течений во всей мантии со многими плитами. Эта модель показывает, что в срединно-океанические хребты вещество доставляется не основными вертикальными восходящими потоками из нижней мантии, а астеносферными потоками, наводимыми погружающимися плитами.

БАБИЧЕВ А.В., КОРОБЕЙНИКОВ С.Н., ПОЛЯНСКИЙ О.П., РЕВЕРДАТТО В.В., СВЕРДЛОВА В.Г. — 2014 г.

Разработана численная модель мантийного диапиризма и “активного” рифтогенеза, которая описывает возможность растяжения и утонения коры под действием локального 100-км теплового источника в сублитосферной мантии, вызывающего плавление и подъем магматического диапира сквозь литосферу кратона. Модель совмещает механизм всплывания аномально горячего вещества ввиду его гравитационной неустойчивости, андерплейтинг магмы под континентальной корой и ее растяжения за счет сил конвективных течений в основании плиты. Результаты моделирования позволяют описать некоторые геологические особенности совместного формирования крупной Вилюйской изверженной провинции и Вилюйского осадочного бассейна.

БАРСУКОВ П.О., ФАЙНБЕРГ Э.Б. — 2013 г.

Описан подход к интерпретации данных ЭМ зондирований, базирующийся на итерационном уточнении 3D модели среды на основе локальных 1D трансформаций и инверсий и построении геометрического скелета модели среды. Финальная 3D инверсия осуществляется при минимальном количестве искомых параметров. На каждом шаге интерпретации модель среды корректируется на основе геологической информации. Приводятся практические примеры предлагаемого подхода.

МОЛОДЕНСКИЙ М.С., МОЛОДЕНСКИЙ С.М. — 2013 г.

На основе анализа современных данных о периодах собственных колебаний и об амплитудах вынужденной нутации Земли рассмотрен вопрос о диапазоне допустимых значений массы и момента инерции жидкого ядра. В качестве исходной использовалась модель распределений плотности и параметров механической добротности мантии из работ [Молоденский, 2010; 2011а; 2011б], построенной методом наискорейшего спуска в пространстве 64-х параметров, определяющих распределения плотности и параметров механической добротности в мантии, жидком внешнем ядре и внутреннем твердом ядре. Затем параметры добротности мантии и внутреннего твердого ядра считались неизменными, а вариации плотности искались для простейшей двухпараметрической модели кусочно-линейных функций с разрывами на границе жидкого ядра и мантии и на границе фазового перехода оливин–шпинель в мантии на глубине 670 км. После этого расчеты повторялись для других, также неварьируемых распределений параметров добротности, которые соответствуют их предельно допустимым значениям. При таком подходе нам удалось установить не только наиболее вероятные значения массы и момента инерции жидкого ядра, но и установить диапазон их допустимых величин. По нашим оценкам, отношения массы и моментов инерции жидкого ядра к массе и моменту инерции всей Земли лежат в интервалах 0.317996 ± 0.00065 и 0.110319 ± 0.00022 соответственно. Эти величины меньше тех же значений для модели PREM (0.322757 и 0.112297) на (1.48 ± 0.30)% и на (1.76 ± 0.35)% соответственно. Интерпретация этого результата требует пересмотра и детального анализа данных о диапазоне возможных значений температуре жидкого ядра и (или) его химического состава.

МОЛОДЕНСКИЙ М.С., МОЛОДЕНСКИЙ С.М. — 2013 г.

Приведены результаты решения обратной задачи о вынужденной нутации и собственных колебаниях Земли, основанные на разложениях распределений добротности и малых вариаций плотности с глубиной по системе ортогональных функций, определяемых методом ортогонализации функциональных производных от наблюдаемых параметров по распределениям искомых параметров с глубиной (при условиях неизменности распределений скоростей объемных сейсмических волн Vp и VS с глубиной, а также полных массы M и моментов инерции Земли I). Приведены примеры численного решения обратной задачи определения распределений плотности в мантии и ядре Земли, основанные на ортогонализации интегральных ограничений на возможные распределения плотности с глубиной, описывающих условия неизменности значений M, I, а также условий, накладываемых данными о периодах собственных колебаний Земли низких порядков.

ПАВЛОВ В.М. — 2013 г.

Предлагается новый алгоритм расчета полных синтетических сейсмограмм от точечного источника, являющегося суммой простой силы и диполя с произвольным тензором сейсмического момента в плоскопараллельной среде, состоящей из однородных упругих изотропных слоев. Следуя идее работы [Алексеев, Михайленко, 1978], вводится искусственная цилиндрическая граница, на которой формулируются граничные условия. Для такой видоизмененной задачи приводится и обосновывается точное представление решения (смещения и напряжения на горизонтальной площадке) в частотной области. Неизвестные коэффициенты, зависящие от глубины, образуют вектор движения-напряжения, компоненты которого удовлетворяют известной системе обыкновенных дифференциальных уравнений. Эта система решается методом, предложенным ранее автором [2009] с применением матричного импеданса и пропагатора для вектора движения. По отношению к исходной задаче отражения от искусственной границы являются шумом, который в определенной степени может быть подавлен за счет достаточно большого расстояния до этой границы, а также наличия чисто мнимой добавки к частоте. Алгоритм не имеет ограничений на толщину слоев, применим при любых частотах, и позволяет, в частности, рассчитывать статическое смещение.

БАЛАКИНА Л.М., МОСКВИНА А.Г. — 2013 г.

Предложена интерпретация природы и параметров очага Суматринского землетрясения 26.12.2004 г., основанная на комплексном анализе совокупности данных: геологическом строении района землетрясения; особенностях долговременной сейсмичности; пространственном распределении форшоков и афтершоков; механизмах очагов; особенностях проявления сотрясений и цунами; закономерностях возникновения землетрясений и генетической связи сейсмических и геологических параметров, присущих сейсмогенным зонам разного типа, в том числе, островным дугам. Очаг Суматринского землетрясения – крутой взброс, простирающийся вдоль островной дуги с падением в сторону океана. Длина взброса 450 км, возможная глубина его заложения 70 100 км. Магнитуда землетрясения, соответствующая размеру очага – 8.9–9.0. Величина вертикальной подвижки в очаге могла достигать 9–13 м. Взброс расположен у внутренней границы впадины Ачех, между эпицентром землетрясения и северным окончанием впадины Ачех. Северное и южное ограничение очага определяли секущие островную дугу разрывы – сдвиги и взбросо-сдвиги. Местоположение и параметры очага в предлагаемой интерпретации хорошо объясняют особенности зафиксированных сотрясений и цунами. В районе впадины Ачех и ее окрестностей возможно существование других сейсмических очагов – взбросов крупного масштаба. Суматринское землетрясение, кульминация сейсмогенной активизации Андаман-Суматринской островной дуги в начале XXI века, представляет собой типичное цунамигенное землетрясение в островных дугах. По своим характеристикам оно – аналог Камчатского землетрясения 4.11.1952 г., МW = 9. Пространственное распределение эпицентров и механизмы очагов афтершоков свидетельствуют, что возникновение повторных толчков при Суматринском землетрясении вызвано не подвижками по единому разрыву, субдукционному надвигу длиной км, а активизацией сложной системы геологических структур в разных участках островной дуги и Андаманского моря.

БАЛК П.И. — 2013 г.

Рассматривается малоизученная проблема выбора приемлемой сложности модели источников поля, в значительной степени предопределяющей качество решения обратной задачи. Анализируются причины, по которым теория интерпретации гравитационных аномалий до сих пор не смогла выработать четких рекомендаций на этот счет. В числе этих причин – неадекватность предпосылок, используемых в теории обратных задач, реальным условиям геофизического эксперимента. Стандартная схема построения алгоритмов количественной интерпретации данных гравиразведки дополнена элементами, недостающими для решения проблемы. Основное место в обновленной схеме отводится алгоритмическим приемам оценки “размеров” множества допустимых решений обратной задачи, поправкам за неадекватность используемой модели источников поля реальному физическому распределению аномалиеобразующих масс, а также новым формам представления результатов интерпретации, обеспечивающим монотонную зависимость их качества от объема априорной информации.

БУРАКОВ К.С., НАЧАСОВА И.Е. — 2013 г.

Проведены археомагнитные исследования и датирование методом регидроксилации изделий из обожженной глины из трех регионов: Великобритании, Испании и Причерноморья с целью уточнения датировки материалов археологических памятников, использующихся для проведения археомагнитных исследований с целью получения данных об элементах главного геомагнитного поля в последние несколько тысячелетий. Археомагнитные исследования позволили обнаружить источники отклонения получаемых датировок при работе методом регидроксилации от истинных значений. Это процессы выветривания (превращение магнетита в гидроокислы) и вторичное намагничивание (например, намагничивание при пожаре). Предложены способы коррекции влияния этих факторов при датировании для приближения к истинным значениям. Данные о напряженности геомагнитного поля, полученные по намагниченности исследуемого материала, были использованы в качестве независимых критериев правильности его датирования. Применение метода регидроксилации открывает возможность получения данных о температуре в районе археологических памятников в прошлые века в случае проведения исследований на уверенно датированных обожженных объектах из глины.