stringtranslate.com

Передача кулоновского напряжения

Передача кулоновского напряжения — это геологический процесс , связанный с сейсмикой , при котором происходит изменение напряжения в окружающем материале, вызванное локальными дискретными деформационными событиями. [1] Используя картографические смещения поверхности Земли во время землетрясений , вычисленные изменения кулоновского напряжения показывают, что напряжение, снятое во время землетрясения, не только рассеивается, но и может перемещаться вверх и вниз по сегментам разлома , концентрируясь и способствуя последующим толчкам. [2] Важно, что изменения кулоновского напряжения были применены к моделям прогнозирования землетрясений, которые использовались для оценки потенциальных опасностей, связанных с сейсмической активностью. [1] [2] [3] [4] [5]

Изменение кулоновского напряжения

Критерий разрушения Кулона требует, чтобы напряжение Кулона превышало значение σ f , определяемое напряжением сдвига τ B , нормальным напряжением σ B , поровым давлением p и коэффициентом трения μ плоскости разрушения, таким образом, что

σ f = τ B – µ(σ B – p) [1]

Также часто предполагается, что изменения давления поровой жидкости, вызванные изменениями напряжения, пропорциональны изменению нормального напряжения поперек плоскости разлома . [6] Эти эффекты включены в эффективный коэффициент трения μ', так что

Δσ f = Δτ B – µ'(Δσ B ) [6]

Это упрощение позволяет сделать расчет изменений кулоновского напряжения на плоскости разлома независимым от регионального поля напряжений, но зависящим от геометрии разлома, направления скольжения и коэффициента трения.

Значимость изменений кулоновского напряжения была обнаружена, когда картированные смещения соседних движений разломов использовались для расчета изменений кулоновского напряжения вдоль разломов. Результаты показали, что напряжение, снятое на разломах во время землетрясений , не просто рассеивалось, но также перемещалось вверх и вниз по сегментам разлома. Более того, картированные доли повышенного и пониженного кулоновского напряжения вокруг локальных разломов демонстрировали повышенные и пониженные скорости сейсмичности соответственно вскоре после соседних землетрясений, но в конечном итоге возвращались к своей фоновой скорости с течением времени. [7] [8]

Вызов сейсмического стресса

Стресс-триггер описывает ответное разрушение разломов из-за увеличения кулоновского напряжения, вызванного экзогенными деформационными событиями. [1] Хотя соседние смещения часто приводят к небольшим изменениям напряжения, области нарушенных кулоновских напряженных состояний успешно использовались для объяснения пространственного распределения стресс-триггерной сейсмичности .

28 июня 1992 года землетрясение магнитудой 7,3 произошло около Ландерса, Калифорния , а затем (примерно через три часа) последовало форшоковое землетрясение магнитудой 6,5 в Большом Медведе в 40 км. Расчетные изменения кулоновского напряжения от обоих этих землетрясений показали западную часть в 2,1–2,9 бар повышенного кулоновского напряжения, возникшую в результате смещения, связанного с обоими землетрясениями. Из примерно 20 000 афтершоков , произошедших в течение 25 дней после 28 июня в радиусе 5 км, более 75% произошли в областях, где кулоновское напряжение возросло, и менее 25% произошли в областях, где кулоновское напряжение снизилось. [1]

Еще один успешный пример прогнозирования землетрясений произошел вдоль североанатолийской системы разломов Турции. С 1939 по 1999 год в анатолийской системе разломов произошло десять землетрясений магнитудой 6,6 и выше. Эволюция изменений кулоновского напряжения вдоль североанатолийского разлома в результате этих землетрясений показала, что 11 из 13 разрывов произошли в областях повышенного кулоновского напряжения, вызванного предыдущим разрывом. [3] [4] Этот метод также использовался для прогнозирования сейсмичности вокруг активных вулканов, подвергающихся значительным изменениям напряжения в магматической камере. [9]

Прогноз землетрясений

Хотя ни одна официальная модель прогнозирования переноса кулоновского напряжения не используется государственными органами, геологические исследования часто анализируют угрозы землетрясений с использованием теории кулоновского напряжения. Например, последнее из предыдущих тринадцати землетрясений вдоль Северо-Анатолийского разлома Турции , недалеко от города Дюздже, было успешно предсказано местными геологами до того, как произошел разрыв. Это позволило инженерам эвакуировать нестабильные конструкции и ограничить значительный ущерб. [2] Ученые оценивают, что вероятность еще одного землетрясения вдоль Анатолийской системы разломов составляет 62% в течение следующих 30 лет и оно произойдет в угрожающей близости от Стамбула. [3]

Примеры последовательностей землетрясений

Ссылки

  1. ^ abcde King, GCP; Stein, RS; Lin, J. (1994). «Изменения статического напряжения и возникновение землетрясений». Бюллетень сейсмологического общества Америки . 84 (3): 935–953.
  2. ^ abc Stein, RS (2003). «Earthquake Conversations». Scientific American . 288 (1): 72–79. Bibcode : 2003SciAm.288a..72S. doi : 10.1038/scientificamerican0103-72. PMID  12506427.
  3. ^ abc Stein, RS; Barka, AA; Dieterich, JH (1997). «Прогрессивное разрушение на северо-анатолийском разломе с 1939 года из-за срабатывания сейсмического напряжения». Geophysical Journal International . 128 (3): 594–604. Bibcode : 1997GeoJI.128..594S. doi : 10.1111/j.1365-246x.1997.tb05321.x .
  4. ^ ab Барка, AA; Роквелл, TK; Рейлингер, Р.; Имрен, К. (1999). «Кинематика хребтов центрального Мраморного моря». Eos, Transactions, Американский геофизический союз . 80 (46): 664.
  5. ^ Парсонс, TE; Дрегер, DS (2000). «Влияние статического напряжения последовательности землетрясений Лэндерс 1992 года на зарождение и скольжение на месте землетрясения M = 7,1 гектора 1999 года в шахте, южная Калифорния». Geophysical Research Letters . 27 (13): 1949–1952. Bibcode : 2000GeoRL..27.1949P. doi : 10.1029/1999gl011272 . S2CID  49218075.
  6. ^ ab Beeler, NM; Simpson, RW, J.; Hickman, SH; Lockner, DA (2000). "Давление поровой жидкости, кажущееся трение и кулоновское разрушение". Journal of Geophysical Research . 105 (25): 542. Bibcode : 2000JGR...10525533B. doi : 10.1029/2000JB900119. S2CID  4685444.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  7. ^ Дитерик, Дж. Х.; Килгор, Б. Д. (1994). «Прямое наблюдение фрикционных контактов; новые идеи для свойств, зависящих от состояния». Чистая и прикладная геофизика . 143 (1–3): 283–302. Bibcode : 1994PApGe.143..283D. CiteSeerX 10.1.1.494.3198 . doi : 10.1007/bf00874332. S2CID  129103586. 
  8. ^ Тода, С.; Стайн, Р.С. (2003). «Переключение сейсмичности парой землетрясений Кагосима 1997 г.; демонстрация зависящей от времени передачи напряжения». Журнал геофизических исследований . 108 (B12): 12. Bibcode : 2003JGRB..108.2567T. CiteSeerX 10.1.1.459.2321 . doi : 10.1029/2003jb002527. 
  9. ^ J.Gargani; L.Geoffroy.; S.Gac, S.Cravoisier (2006). "Сдвиг разлома и вариации кулоновского напряжения вокруг резервуара магмы под давлением: последствия для сейсмичности и внедрения магмы". Terra Nova . 18 (6): 403–411. Bibcode : 2006TeNov..18..403G. doi : 10.1111/j.1365-3121.2006.00705.x. S2CID  128537724.
  10. ^ Чжан, Q.; Чжан П.; Ван Ч.; Ван И.; Эллис МА (2003). «Вызов и задержка землетрясения, вызванные взаимодействием разломов в поясе разломов Сяньшуйхэ, юго-западный Китай». Acta Seismologica Sinica . 16 (2): 156–165. Bibcode : 2003AcSSn..16..156Z. doi : 10.1007/s11589-003-0018-5. S2CID  128487233.

Внешние ссылки