О связи наклона графика повторяемости и фрактальной размерности сейсмичности по данным компьютерного и лабораторного моделирования в пространствах разной размерности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведено исследование взаимосвязи параметров Гутенберга–Рихтера и фрактальной размерности множества гипоцентров на основе компьютерной модели клеточного автомата Олами–Федера–Кристенсена (ОФК) в пространствах (на сетках) разной размерности. Результаты компьютерного моделирования сопоставлены с полученными ранее данными лабораторного моделирования сейсмичности при разрушении образцов горных пород. Компьютерное моделирование в пространствах различной размерности показало, что параметр Гутенберга–Рихтера и фрактальная размерность множества событий зависят от размерности пространства, в котором развивается разрушение, увеличиваясь с увеличением размерности. В пространствах различной размерности накопленная упругая энергия высвобождается при образовании разрыва среды из областей различной размерности. В случае трехмерного пространства — из области определенного объема, в случае двумерного пространства — из области определенной площади. При том же размере разрыва и той же критической плотности упругой энергии в трехмерном (объемном) случае, вероятно, высвобождается больше энергии, чем в двумерном (площадном). Можно предположить, что с этим связано различие показателей энергетического спектра и фрактальной геометрии процесса разрушения в пространствах разной размерности. Результаты компьютерного и лабораторного моделирования сейсмичности подтвердили также справедливость формулы Аки (прямой пропорциональности параметра Гутенберга–Рихтера и фрактальной размерности). Обоснование выполнения формулы Аки при разрушении в пространствах различной размерности может оказаться полезным для развития методов более осмысленного и эффективного перехода от сейсмической статистики к оценкам физических параметров процесса разрушения в областях с различными типами разрушения в различных тектонических условиях.

Об авторах

А. С. Черепанцев

Южный федеральный университет; Камчатский филиал ФИЦ “Единая геофизическая служба” РАН

Email: s6319a@mail.ru
г. Ростов-на-Дону, Россия; г. Петропавловск-Камчатский, Россия

В. Б. Смирнов

Камчатский филиал ФИЦ “Единая геофизическая служба” РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: vs60@mail.ru
г. Петропавловск-Камчатский, Россия; г. Москва, Россия; г. Москва, Россия

А. В. Пономарев

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: avp@ifz.ru
г. Москва, Россия

Список литературы

  1. Григорян С. С. О механизме возникновения землетрясений и содержании эмпирических закономерностей сейсмологии // Докл. АН СССР. 1988. Т. 299. № 5. С. 1094–1101.
  2. Касахара К. Механика землетрясений. М.: Мир. 1985. 264 с.
  3. Кейлис-Борок В. И., Кособоков В. Г., Мажкенов С. А. О подобии в пространственном распределении сейсмичности // Вычислительная сейсмология. 1989. № 22. С. 28–40.
  4. Кособоков В. Г., Некрасова А. К. Общий закон подобия для землетрясений: глобальная карта параметров. Анализ геодинамических и сейсмических процессов. Вычислительная сейсмология. М.: Наука. 2004. Т. 35. С. 160–176.
  5. Крушельницкий К.В., Шебалин П.Н., Воробьева И.А., Селюцкая О.В., Антипова А.О. Границы применимости закона Гутенберга–Рихтера в задачах оценки сейсмической опасности и риска // Физика Земли. 2024. № 5. С. 69–84.
  6. Некрасова А. К., Кособоков В. Г. Общий закон подобия для землетрясений. Прибайкалье // Докл. РАН. 2006. Т. 407. № 5. С. 679–681.
  7. Некрасова А. К., Кособоков В. Г. Общий закон подобия для землетрясений // Вулканология и сейсмология. 2020. № 6. С. 3–25
  8. Садовский М. А., Писаренко В. Ф., Штейнберг В. В. О зависимости энергии землетрясения от объема сейсмического очага // Докл. АН СССР. 1983. Т. 271. № 3. С. 598–602.
  9. Смирнов В. Б. Оценка длительности цикла разрушения литосферы Земли по данным каталогов землетрясений // Физика Земли. 2003. № 10. С. 13–32.
  10. Смирнов В. Б. Повторяемость землетрясений и параметры сейсмического режима // Вулканология и сейсмология. 1995. № 3. С. 59–70.
  11. Смирнов В. Б. Пространственные и временные вариации показателей самоподобия сейсмичности // Вулканология и сейсмология. 1997. № 6. С. 31–41.
  12. Смирнов В. Б., Ommi S., Потанина М. Г., Михайлов В. О., Петров А. Г., Шапиро Н. М., Пономарёв А.В. Оценки параметров цикла разрушения литосферы по данным региональных каталогов землетрясений // Физика Земли. 2019. № 5. С. 3–21.
  13. Смирнов В.Б., Пономарев А.В. Физика переходных режимов сейсмичности. М.: РАН. 2020. 412 с.
  14. Стаховский И. Р. Масштабная инвариантность коровой сейсмичности и прогностические признаки землетрясений // УФН. 2017. Т. 18. № 5. С. 505–524.
  15. Уломов В. И. Глобальная упорядоченность сейсмогеодинамических структур и некоторые аспекты сейсмического районирования и долгосрочного прогноза землетрясений. Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Вып. 1. М.: ИФЗ РАН. 1993. С. 24–44.
  16. Уломов В. И. Решеточная модель очаговой сейсмичности и прогноз сейсмической опасности // Узб. геолог. журнал. 1987. № 6. С. 20–25.
  17. Федер Е. Фракталы. М.: Мир. 1991. 260 с.
  18. Черепанцев А.С., Смирнов В.Б. Закон продуктивности землетрясений в модели Олами–Федера–Кристенсена–Журкова // Физика Земли. 2024. №4. С. 3–20.
  19. Шебалин П.Н., Воробьева И.А., Баранов С.В., Михайлов В.О. Дефицит сильных афтершоков как индикатор постсейсмического проскальзывания в очагах землетрясений зон субдукции // Докл. РАН. Науки о Земле. 2021. Т. 498. № 1. С. 81–85.
  20. Aki K. Probabilistic synthesis of precursory phenomena in earthquake prediction. Amer. Geophys. Union, Wash., An International Review. 1981. P. 556–574.
  21. Aki K. Scaling law of seismic spectrum // J. Geophys. Res. 1967. V. 72. P. 1217–1231. https://doi.org/10.1029/JZ072i004p01217
  22. Bak P., Christensen K., Danon L., Scanlon T. Unified scaling law for earthquakes // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. № 17. P. 178501. doi: 10.1103/PhysRevLett.88.178501
  23. Burridge R., Knopoff L. Model and theoretical seismicity // Bull. Seismol. Soc. Am. 1967. V. 57. № 3. P. 341–371.
  24. Christensen K. Self-organization in models of sandpiles, earthquakes and flashing fireflies. Ph. D. Thesis, Aarhus: Aarhus Universitet. 1992.
  25. Corral A. Renormalization-group transformations and correlations of seismicity // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 95. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.028501
  26. Hergarten S., Krenn R. Synchronization and desynchronization in the Olami-Feder-Christensen earthquake model and potential implications for real seismicity // Nonlinear Processes Geophys. 2011. V. 18. № 5. P. 635–642.
  27. Lise S., Paczuski M. Self-organized criticality in a nonconservative earthquake model // Phys. Rev. E. 2001. V. 63. № 3. Article ID 036111.
  28. Nekrasova A., Kossobokov V., Peresan A., Aoudia A., Panza G. F. A Multiscale application of the unified scaling law for earthquakes in the Central Mediterranean Area and Alpine Region // Pure Appl. Geophys. 2011. V. 168. P. 297–327.
  29. Olami Z., Feder H.J.S., Christensen K. Self-organized criticality in a continuous, nonconservative cellular automaton modeling earthquakes // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 68. № 8. P. 1244–1247.
  30. Pisarenko V.F., Rodkin M.V. Approaches to Solving the Maximum Possible Earthquake Magnitude (Mmax) Problem // Surveys in Geophysics. 2022. V. 43. № 2. P. 561–595. doi: 10.1007/s10712-021-09673-1
  31. Scholz C. H. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridge Univ. Press. 2019. 493 p.
  32. Turcotte D. L. Fractals, chaos, self-organized criticality and tectonics // Terra Nova. 1992. V. 4. P. 4–12.
  33. Turcotte D. L. Fractals and Chaos in Geology and Geophysics. Cambridge University Press. 1992. 221 p.
  34. Vorobieva I., Shebalin P., Narteau C. Break of slope in earthquake size distribution and creep rate along the San Andreas Fault system // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. № 13. P. 6869–6875. doi: 10.1002/2016GL069636

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025