Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?

Научные направления

Поделиться:
Статья опубликована в №113 (январь) 2023
Разделы: Науки о Земле
Размещена 09.01.2023. Последняя правка: 17.01.2023.
Просмотров - 429

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ОЧАГАХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ СЕВЕРНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ И ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ

Литовченко Ирина Николаевна

нет

Институт сейсмологии Республика Казахстан

Ведущий научный сотрудник

Аннотация:
Рассматриваются термодинамические характеристики в очагах землетрясений Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий, а также закономерности изменения термодинамических параметров и магнитуд землетрясений в очаговых зонах земной коры на территории Казахстана.


Abstract:
The thermodynamic characteristics in the earthquake sources of the Northern Tien Shan and adjacent territories, as well as the patterns of changes in the thermodynamic parameters and magnitudes of earthquakes in the focal zones of the earth's crust on the territory of Kazakhstan, are considered.


Ключевые слова:
очаг землетрясений; термодинамические параметры; магнитуда землетрясений

Keywords:
the source of earthquakes; thermodynamic parameters; magnitude of earthquakes


УДК 550.343

Введение. На современном этапе активизации сейсмичности в регионе Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий, стало актуальным исследование термодинамических условий в очагах землетрясений. В этом направлении достигнуты определенные успехи в решении подобных задач. Так ранее в [3,6] рассматривались методы исследования физических условий в очагах землетрясений. В продолжение этой темы, автором предлагается применить формулы расчета из [6] для получения термодинамических параметров в очагах землетрясений региона исследования.
Исходные данные. Для исследования применялся каталог землетрясений (СОМЭ, NEIC) за 1960-2022 г.г. с М>2.0. региона исследования 70-85°N, 39-46°E [2,5]. На рисунках 1-2  показаны пространственно-временные распределения землетрясений с М>2.0 и сильных землетрясений за период 1960-2022 г.г [2]; на рисунках 3-4  - 2-D и 3-D модели пространственно-временного распределения  землетрясений в регионе исследования.
Цель исследования. Рассчитать характеристики для землетрясений с магнитудой больше 6.0 и выше: энергия сейсмических волн (Е); температура среды очага (Т°(С); температурные напряжения, деформация объема (V) и формы очага; плотность энергии деформирования; потенциальная энергия (U) деформирования очага; предел прочности среды в объеме разрушения; определение соотношения величины потенциальной энергии деформирования; энергии разрушения, вязкость (η) и др. На рисунках 5-6 показаны взаимосвязь параметров между собой.

 

   

Рисунок 1 - Пространственно-временное распределение землетрясений с М>2.0, за период 1960-2022 г.г [2]

Рисунок 3 – 3-D проекция гипоцентров землетрясений региона исследования за 1960-2022 г.г. по каталогам (СОМЭ) [2]

 

 

 

Рисунок 2 – Пространственно-временное распределение сильных землетрясений региона исследования за 1960-2022 г.г. по каталогам (СОМЭ) [2]

Рисунок 4 – 3-D модели проекции гипоцентров сильных   землетрясений региона исследования в зависимости от магнитуды за 1960-2022 г.г.[2]

Актуальность расчета и анализа каждого из параметров в очагах сильных землетрясений неоспорима [1,6, 7,9,10-25]. Многие авторы исследовали физические условия в очагах землетрясений. 
Новизна проводимого исследования заключается в том, что по вычислительной методике расчета термодинамических параметров в каждом очаге сильных землетрясений региона Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий, получены    результаты (см.. Таблицу), которые дают представление о состоянии среды в этих очагах. Природа явления исследуется автором во многих аспектах [10-25]. Так, логарифм критических размеров объема очага (lgV) находится в квадратичной зависимости от магнитуды (М). В диапазоне магнитуд   от 6≤M≤7.3 расчетные значения V меняются в пределах 3.16E+18≤V≤1.58E+20. Наличие параметров E и V дало возможность для расчета плотности потенциальной энергии сейсмических волн в единице объема U (в эрг/см3) [1,3-15]. Причем, lgU=lgE-lgV. Так, в диапазоне магнитуд от 6≤M≤7.3 значения U изменяются в пределах от 1949.845≤U≤2630.268. Отметим, что логарифм удельной (объемной) плотности энергии сейсмических волн (lgU) в отличие от (lgV) находится в прямолинейной зависимости от магнитуды (см. рисунок 5) [3,4,6-15]. Величина потенциальной энергии сейсмических волн зависит от величины объема очага и практически не зависит от удельной плотности энергии U. Это следует из различий в изменениях V  и U для диапазона магнитуд от 6.0 до 7.3 для сильных землетрясений.
Результаты. В результате проведенных исследований, получены численные значения термодинамических параметров в каждом из очагов сильных землетрясений.  На рисунке 5 представлена взаимосвязь термодинамических параметров от магнитуды, температуры в очагах землетрясений, на рисунке 6 представлены 3-D и 2-D проекции гипоцентров землетрясений региона исследования и физико-механических параметров (в цвете - на примере логарифма вязкости  (Lgη) в земной коре.

 

 

 

 

lgE – логарифм энергии сейсмических волн, lgη – логарифм вязкости, G – объемный модуль упругости, τkr – эффективные касательные напряжения, αV – коэффициент теплового объемного расширения, ε – деформация объема, σ – эффективные нормальные напряжения от T(0C) температуры

Рисунок 5 – Диаграмма соотношений реологических  и термодинамических  параметров в очаговых зонах землетрясений  (M>4.5)  от температуры Т(0 С) и магнитуды по [2,5]

 

Рисунок 6 – 3-D и 2-D модели проекции гипоцентров землетрясений и термодинамических  параметров в очагах землетрясений региона исследования (в цвете) (на примере логарифма вязкости (Lgη) – шкала значений справа)

 

При анализе Таблицы 1 термодинамических параметров в очагах сильных землетрясений (M≥6) на территории Казахстана за 1970-2022 г.г.[2, 5], можно видеть, что в очагах сильных землетрясений с магнитудой больше 6.0:  энергия  Е (Эрг) имеет порядок в диапазоне от 21 до 23, при этом объем V имеет порядок от 18 до 20. Температуры в очагах Т°(С) с магнитудой 7.3 равняется 485°С , при  измении магнитуд до М=6, температуда Т= 835.5°С. Дальнейшее поведение термодинамических параметров можно видеть на диаграмме из рисунка 5, где показаны  соотношения реологических  и термодинамических  параметров в очаговых зонах землетрясений    от температуры Т(С) и магнитуды соответственно.

Заключение. На основе полученных новых термодинамических характеристик установлены закономерности изменения магнитуд землетрясений в литосфере Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий. Впервые получены численные значения термодинамических параметров в очагах сильных землетрясений (Таблица 1).

Таблица 1 – Таблица  термодинамических параметров в очагах сильных землетрясений (M≥6) на территории Казахстана за 1970-2022 г.г.[2,5]

N

Год

Мес

Долгота

Широта

М

h (км)

K

E(Эрг)

V(см3)

T°©

U

Ek

G

α V

τ кр

ε

σ

η (П)

1

1974

8

73.83

39.46

7.3

9

17.1

3.98E+23

1.58E+20

485

2630.268

3.4

3.63

1.27E-05

0.0052

0.0096

0.0348

1.38E+24

2

1974

8

73.63

39.47

6.1

9

14.9

1.00E+22

5.01E+18

806.2

1995.262

3.3

2.55

1.81E-05

0.0037

0.0194

0.0496

3.24E+22

3

1976

7

72.79

39.29

6.1

50

14.9

1.00E+22

5.01E+18

806.2

1995.262

3.3

2.55

1.81E-05

0.0037

0.0194

0.0496

3.24E+22

4

1977

1

70.85

40.04

6.1

20

14.9

1.00E+22

5.01E+18

806.2

1995.262

3.3

2.55

1.81E-05

0.0037

0.0194

0.0496

3.24E+22

5

1978

3

78.61

42.84

7.1

33

16.7

2.00E+23

7.94E+19

534.6

2511.886

3.4

3.41

1.35E-05

0.0049

0.0109

0.0371

7.76E+23

6

1978

<