facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip

МЕТОД ПРОГНОЗУВАННЯ ЗЕМЛЕТРУСІВ НА ОСНОВІ СОЛІТОННИХ “СПУСКОВИХ МЕХАНІЗМІВ”

Автор Доклада: 
Турбал Ю. В
Награда: 
МЕТОД ПРОГНОЗУВАННЯ ЗЕМЛЕТРУСІВ НА ОСНОВІ СОЛІТОННИХ “СПУСКОВИХ МЕХАНІЗМІВ”

УДК 550.34

МЕТОД ПРОГНОЗУВАННЯ ЗЕМЛЕТРУСІВ НА ОСНОВІ СОЛІТОННИХ “СПУСКОВИХ МЕХАНІЗМІВ”

Турбал Юрій Васильович, канд. фіз.-мат. наук, доцент
Міжнародний економіко-гуманітарний університет ім. акад. Степана Дем’янчука


В роботі розглядається новий підхід до прогнозування афтершокових та форшокових послідовностей землетрусів, який ґрунтується на використанні ефектів взаємодії певних структурно-стійких відокремлених хвиль з областями накопичення сейсмічної енергії.
Ключові слова: землетрус, форшок, афтершок, магнітуда,-солітон

In this paper we consider a new method of after- and foreshock sequences prediction based on the effect of interaction structurally stable solitary waves and areas of seismic energy accumulation.
Keywords: earthquake, foreshock, aftershock, magnitude,
-soliton

На сьогоднішній день відомі сотні передвісників землетрусів та ряд теорій, що пояснюють їх виникнення. Однак, проблема прогнозування в багатьох її аспектах залишається відкритою. Ціла група теорій, які пояснюють виникнення землетрусів, базується на гіпотезі про виникненні в зоні майбутнього землетрусу мікротріщин. Зокрема, це дилатантно-дифузійна модель, модель лавинно-нестійкого утворення тріщин, модель “крип”, в рамках якої розглядається виникнення землетрусу через прискорення руху бортів існуючого розлому. Дуже цікавою є ротаційна модель А. В. Вікуліна, в рамках якої розглядаються землетруси як наслідок обертання сейсмо-фокальних блоків земної кори та взаємодії таких блоків [6]. Окремо слід згадати теорію D-хвиль, автором якої є Ш.А. Губерман [7]. Згідно з цією теорією, землетруси виникають як результат проходження через області накопичення сейсмічної енергії особливих хвиль, що рухаються вздовж меридіанів Землі з швидкістю приблизно 17 км/год. При цьому ці хвилі відіграють роль “спускових механізмів” землетрусів.

В даній роботі пропонується ще один підхід до прогнозування землетрусів, який, аналогічно як і в теорії Ш.А.Губермана, ґрунтується на використанні ефектів взаємодії певних хвиль з областями накопичення сейсмічної енергії. Однак, на відміну від підходу Ш.А. Губермана, тут розглядаються інші хвилі - -солітони, які являють собою елементарні збурення густини гаусівського типу.

Одиночні хвилі, які являють собою локалізоване збурення густини, часто виникають на границі динамічних середовищ з різною густиною, таких як вода-повітря (тоді розглядають рівняння мілкої води), на границях стратифікованих рідин (вода з вертикальними слоями різної температури), газ-вакуум (тоді розглядають тонкі газові диски, які обертаються в гравітаційному полі). В окремих роботах використовується поняття -солітон для ідентифікації елементарної структурно-стійкої відокремленої хвилі щільності гаусівського типу. Відзначимо, що у випадку гравітуючого газового диску солітонне збурення густини, швидкість якого суттєво відрізняється від швидкості руху самого середовища, є від’ємним (тобто рухомою є саме “воронка”). Останній результат отриманий в роботі [2]. 

Зауважимо, що землетруси часто виникають на глибинах порядка поверхні Мохоровича, яка також являє собою умовну границю між середовищами з різною густиною. В такому випадку, в області границі Мохоровича, також можуть виникати одиночні структурно-стійкі хвилі типу -солітонів, що являють собою локалізовані збурення густини. Якщо розглядати пружне тверде тіло, то можна показати, що аналогічні солітони (як розв’язки рівнянь руху пружного середовища у анізотропному випадку) можуть виникати лише при наявності анізотропії. Відповідні математичні викладки, присвячені розв’язкам рівнянь руху пружного середовища, тут опустимо в силу їх громіздкості. 

В основі моделі, що пропонується, лежить гіпотеза про виникнення землетрусів (афтершокових послідовностей) як результату взаємодії певних хвиль-генераторів (-солітонів) з областями накопичення сейсмічної енергії. Відповідне збурення в декартовій системі координат для анізотропного матеріалу можна записати у вигляді:

 (1)

де - невід’ємна парна функція,  - функції, що задають амплітуду хвилі, - деякі константи, що визначають локалізацію збурень,- функції, що визначають траєкторію солітонів.

В плоскому випадку таке збурення має вигляд:


Рис.1

Виходячи з співвідношень (1), бачимо, що збурення являє собою одиночну хвилю, причому точка максимуму збурення рухається за траєкторією, що описується в декартовій системі координат функціями .

Хвилі-генератори, що лежать в основі моделі, яка пропонується, мають суттєві відмінності від D-хвиль. Головна з них --солітони є локалізованими у малій області одиночними хвилями, а D-хвилі мають характер колового збурення, зосередженого на всій широті Землі. Траєкторії -солітонів та швидкості суттєво залежать від фізичних характеристик середовища, у якому вони поширюються.

Якщо розглядати виникнення роїв землетрусів як результат взаємодії одиночних хвиль з сейсмонебезпечними областями, то розрахунки для багатьох землетрусів (зокрема, для серій землетрусів в районі острова Суматра, острова Пасхи, Греції, Японії та ін. ) показують, що швидкість таких хвиль перевищує розрахункову швидкість D-хвиль. Хоча, аналогічно як і D-хвилі, -солітони є повільними хвилями. Зокрема, для землетрусу, який стався у Японії 11 березня 2011 року, прогнозна швидкість -солітонів становить в середньому 60 км/год. Зазначимо, що швидкість -солітонів є змінною величиною і змінюється за рахунок взаємодії солітонів з сейсмічними хвилями та при проходженні через області з різною густиною (якщо солітон проходить в матеріалі з незмінною густиною то його швидкість, звичайно, буде константою). У проведених розрахунках наближено вважалось, що швидкість є спадною на ділянках траєкторії між точками, де відбувались окремі землетруси. 

В основі нашої моделі лежить гіпотеза про те, що основний поштовх спричиняє появу одного чи кількох -солітонів, які рухаються в різних напрямках від гіпоцентру землетрусу. Кожна така хвиля, проходячи через зону накопичення сейсмічної енергії, спричиняє новий землетрус, який, в свою чергу, може породити нові солітони. Отримуємо ланцюговий процес процес породження солітонів та афтершокових землетрусів(на Рис.2 номерами умовно позначено епіцентри землетрусів, стрілками - напрямок поширення солітонів-генераторів):

Рис.2

Метод прогнозування, що пропонується, полягає у виділенні з загальної сукупності землетрусів підпослідовностей , викликаних одним і тим самим -солітоном та побудові гіпотетичної траєкторії для кожного такого солітона. Знаючи відстань між окремими поштовхами вздовж траєкторії солітона можна оцінити його швидкість. Знаючи окремі точки його траєкторії, можна зробити оцінку самої траєкторії. Маючи оцінки швидкості та траєкторії кожного солітона, можна оцінити його положення в будь-який момент часу. Тоді загальний прогноз для будь-якого моменту часу буде являти собою сукупність оцінок положень солітонів. На основі описаного методу була розроблена програма, яка дозволяє аналізувати можливі траєкторії солітонів.

Зауважимо, що солітон не у кожній точці своєї траєкторії спричиняє землетрус. Будь-яка допоміжна інформація про характер будови земної кори в точці можливого землетрусу, накопичення сейсмічної енергії чи наявність будь-якого з передвісників землетрусу дозволить з високим рівнем надійності визначити час та місце землетрусу при наявності інформації про траєкторію солітона-генератора. Крім того, дана теорія не суперечить теорії Ш.А.Губермана, а лише доповнює її стосовно афтершокових послідовностей землетрусів. Причини ж основного удару можуть бути різними, в тому числі і D-хвилі.

Відзначимо, що аналогічно можна аналізувати і форшоки. При їх наявності можна робити прогнози стосовно можливих наступних поштовхів. Ось які результати були отримані при аналізі кількох землетрусів, що відбулись в районі Японських островів за 3 доби перед землетрусом магнітудою 8.9, який відбувся 11 березня 2011 року (див. Рис.3). Тут цифрами від 0 до 12 на Рис.3 позначені епіцентри форшоків, епіцентр головного поштовху позначено кругом максимального радіусу ( він знаходиться поблизу епіцентру форшоку з номером 1). Кривими та прямими лініями позначено прогнозні траєкторії - солітонів, розраховані за допомогою розробленого програмного забезпечення до моменту основного поштовху. Проведені розрахунки враховують гіпотетичну швидкість -солітонів та можливість їх

Рис.3

відбивання від областей з підвищеною густиною порід. Як бачимо, форшоки розташувались таким чином, що велика кількість можливих траєкторій солітонів проходить через область, де відбувся максимальної магнітуди поштовх. Явно прослідковується своєрідний ефект самофокусування солітонів в точці, де відбувся основний поштовх. 

Відзначимо, що за характером траєкторій хвилі-генератори можна поділити на дві групи: що мають гладкі криволінійні траєкторії та ламані, утворені за рахунок відбивань (на ділянках, що безпосередньо граничать з гіпоцентром основного поштовху). Аналіз швидкостей показує, що до моменту основного поштовху саме хвилі другого типу досягли точки гіпоцентру, хвилі ж першого типу не встигли до цього моменту часу (відзначимо, що оцінки були взяті досить грубі і окремі з хвиль першого типу насправді також могли дійти до точки, де відбувся основний поштовх). Однак, хвилі, що досягли точки фокусування пізніше, могли бути генераторами численних афтершоків, які відбулись після основного поштовху підчас японського землетрусу 11 березня.

Зауважимо, що описаний тут метод прогнозування є виключно математичним і не вимагає ніяких додаткових затрат, пов’язаних з створенням додаткових пунктів спостережень чи виготовленням певних фізичних пристроїв для фіксації передвісників. Інформація, яка використовується для прогнозу за допомогою цього методу-це час та положеня гіпоцентру землетрусів, що відбулись на протязі певного часу раніше. Однак тут слід зауважити, що при наявності такої інформації можна швидше уточнити задачу районування, виділяючи певні сейсмонебезпечні області по траєкторіях солітонів, ніж побудувати конкретний прогноз. Для побудови конкретного прогнозу, очевидно, необхідно мати додаткову інформацію про накопичення сейсмічної енергії, яка може проявити себе через будь-які відомі передвісники. Тому заявлений спосіб буде найбільш ефективним при його використанні в поєднанні з іншими існуючими методами прогнозування.

Література:
1.Г.Кольский Волны напряжения в твердых телах/Г.Кольский.-М.:ИЛ, 1955
2.К.Аки, П.Ричардс Количественная сейсмология/ Аки К, Ричардс П.- М: Мир, 1983.-Т.1,2
3.Турбал Ю.В. Часткові розв’язки рівнянь газової динаміки галактик із збуренням типу солітонів// Вісник Київського університету. Сер.: Фізико-математичні науки. , 2009. – № 1. – С. 67-754.
4.Халилов Э.Н. Прогноз землетрясений: причины неудач и новая философия/ Халилов Э.Н. //Transactions of the International Academy of Science. H &E SWB, Innsbruck, 2008.- Vol.3.- С.300-315.
5.А.В. Викулин, А.Г.Иванчин Модель сейсмического процесса// Вычислительные технологии ИВТ СО РАН, Новосибирск, 1997 -т.2- №2
6.А. В. Викулин, А. Г. Иванчин Ротационная модель очага тектонического землетрясения // Вулканология и сейсмология , 1995-№ 6
7.Е.М. Кудрявцев /Е.М. Кудрявцев, Е.Ф.Макляев, С.Д.Зотов Медленные уединенные упругие волны как возможная реализация гипотетических D-волн Ш.А Губермана, провоцирующих землетрясения в его модели, 2009-М.:“ФИАН”.-20 с.
8.Yuriy Turbal The trajectories of self-reinforsing solitary wave in the gas disc of galaxies//Proceedings of the 3-rd International Conference on Nonlinear Dynamic, 2010- Kharkov-c.112-118 

7.5
Ваша оценка: Нет Средняя: 7.5 (2 голоса)

Запитання про практичну значущість дослідження.

Цікава інформація. Дякую автору. Хотілося б дізнатися, чи матиме це дослідження реальний вплив на стан прогнозування землетрусів. Автор зазначає, що "заявлений спосіб буде найбільш ефективним при його використанні в поєднанні з іншими існуючими методами прогнозування". А якими Ви бачите роль і місце нового способу у загальній системі прогнозування? Як він може вплинути на якість прогнозування?

Практична значущість

Згаданий метод прогнозування дозволить уточнити час землетрусу у випадку, коли вдасться ідентифікувати траєкторію солітона. Справа в тому, що накопичення сейсмічної енергії проявляє себе через ряд передвісників різної природи. Однак, існує відома проблема часу - землетрус може відбутись коли завгодно, якщо навіть і спостерігаються певні явища, які можна класифікувати як передвісники. Наявність же згаданих хвиль , визначення їх швидкості та оцінка можливої траєкторії при наявності інформації про області накопичення сейсмічної енергії дозволить серйозно уточнити час землетрусу а також положення гіпоцентру. При цьому не вирішується проблема величини та характеру вивільнення сейсмічної енергії (чи буде поштовх великої магнітуди, чи, можливо, декілька малих поштовхів).
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.