асейсмические движения в зоне тектонического разлома и

Мезо-, нано-, биомеханика и механика природных процессов
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (2), с. 457–458
457
УДК 539.3+550.348
АСЕЙСМИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ В ЗОНЕ ТЕКТОНИЧЕСКОГО РАЗЛОМА
И ВАРИАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
 2011 г.
А.С. Ким
Национальный центр космических исследований и технологий, Алматы (Казахстан)
kim.as@mail.ru
Поступила в редакцию 16.06.2011
Показано, что асейсмические движения в земной коре перед землетрясениями и возникающие при
этом перемещения диффузного проводящего слоя могут приводить к электрокинетическим явлениям и
быть одной из причин локального изменения магнитного поля.
Ключевые слова: асейсмические движения, тектонический разлом, землетрясение, проводящий слой,
магнитное поле.
Исследования современных тектонических
движений свидетельствуют о том, что геологический разлом представляет собой зону разупрочнения с аномально низкой эффективной вязкостью
[1, 2]. Разлом представляет собой зону со сложным внутренним строением, имеет характерные
размеры − протяженность, преобладание длины над
шириной.
Зоны разломов характеризуются тем, что в них
возможны развитые сдвиговые деформации, которые могут приводить к значительным смещениям берегов. Внутри разлома горные породы раздроблены и характеризуются повышенной трещиноватостью и пониженной прочностью, о чем свидетельствует характер распространения сейсмических волн на разломах и вне него.
Ползучесть горной породы в зоне тектонического разлома приводит к такой ее деформации,
которую можно рассматривать как асейсмическое течение ньютоновской вязкой жидкости [3].
Асейсмическое скольжение вдоль разломов вызывает перераспределение напряжений в приразломной зоне и может предшествовать разрушению [4−6].
Деформирование и разрушение горных пород
вызывают механоэлектрические процессы, которые приводят к разделению электрических зарядов в результате возникновения заряженных дислокаций на дефектах кристаллической решетки,
образования электрически заряженных трещин,
протекания электрохимических реакций на границах минеральных зерен [7], возникновения нескомпенсированных ионов.
Уравнения движения механики сплошной среды с учетом электромагнитных сил имеют вид [8]:
∂ρ
+ ρdivv = 0,
∂t
1
∂v
= divP + ρ e E + ( j × H ),
ρ
∂t
c
(1)
(2)
∂
v2 
 ε +  = −divq + div( P^ × v ) + E ⋅ j, (3)
∂t 
2 
^
где ρ − плотность среды, v − скорость, P − тензор
напряжений, ρe − плотность заряда, E − напряженность электрического поля, H − напряженность
магнитного поля, j − плотность тока, ε − плотность внутренней энергии, q − вектор потока тепла. Электромагнитные величины связаны уравнениями Максвелла и законом Ома.
В приближении магнитной гидродинамики
рассмотрим движение вязкого проводящего слоя
между двумя плоскостями при Hy = 0, ∂ρ/∂x = 0.
Уравнения движения проводящего слоя в этом
случае принимают вид
dH x
d 2v
1
Hz
+ η 2x = 0,
dz
4π
dz
(4)
2
dvx
d Hx
+ vm
= 0,
dz
dz 2
ρ
d 2H z
dH z
= 0,
= 0.
2
dz
dz
Граничные условия зададим в виде
(5)
v x ( −b) = −V0 , H x ( −b) = H x 0 , H z ( −b) = H z 0 , (6)
v x (b) = −V0 , H x (b ) = H x 0 ,
H z (b ) = H z 0 ,
p(V0 = 0) = p0 .
(7)
Решение краевой задачи для вязкого прово-
458
А.С. Ким
При vm = 105 − 107 ед. СГС, δHmax = 1 − 100 нТл.
дящего слоя получим в виде
H x ( z) = H x 0 −
κ0 =
4 πη ch( κ0 b) − ch( κ 0 z)
V0 ,
vm
ch( κ0 b)
Hz0
, − b ≤ z ≤ b,
4πηvm
v x ( z) =
(8)
sh( κ0 z )
V ,
sh( κ0 b) 0
Список литературы
H z ( z ) = H z 0 , − b ≤ z ≤ b.
(9)
Вариация магнитного поля имеет вид
δH = δH ( z ) =| H x ( z ) − H x 0 |=
=
4πη ch ( κ 0 b) − ch ( κ 0 z )
V0 ,
vm
ch ( κ 0 b)
(10)
4 πη ch ( κ 0b ) − 1
V0 . (11)
vm ch( κ0 b)
Для оценки вариации магнитного поля примем следующие параметры: c = 3·10 10 см/c, b =
= 2·104 см, Hz0 = 5·104 нТл, µ = 3·1011 дин/cм2, q =
= 6·108 дин/cм 2, η = 1.2·1015 дин·с/cм2, εxz = q/(2µ)=
= 6·108/(2·3·1011) = 10−3, V0 = 36 см/ч = 10−2 см/с,
a& = V+ − V− = 2V0 = 2·10−2 см/с, η eff = η/(2b) =
= 1.2·1015/(2·2·104) = 3·1010 ед. СГС.
δH max = δH (0) =
При
Из полученных результатов следует, что
асейсмические движения в земной коре, предваряющие землетрясения, могут вызывать заметные вариации основного магнитного поля
и синхронны с ними.
2
2
H z0b
<< 1 δH ≅ H z 0 b − z V0 ,
4πηvm
vm
b
H
δH max = z 0 bV0 .
vm
1. Черепанов Г.П. Об одном механизме развития
разломов в твердой оболочке Земли // Изв. АН СССР.
Физика Земли. 1984. №9. С. 3−12.
2. Адушкин В.В. Актуальные проблемы геомеханики земной коры // Вестник ОГГГГН. 2001. №1(16).
С. 1−32.
3. Теркот Д., Шуберт Дж. Геодинамика. М.: Мир,
1985. 731 с.
4. Моги К. Предсказание землетрясений. М.: Мир,
1988. 282 с.
5. Ким А.С. Evolution of the stress-strain state in
the tectonic fracture zone of the damping section // Вклад
корейцев в науку и технику Казахстана: Матер. Междунар. конф. Алматы. 1997. С. 262−265.
6. Ким А.С. Асейсмическое скольжение вдоль разлома в породном массиве перед разрушением // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли: Тр.
Междунар. конф. Новосибирск: ИГД СО РАН, 2004. С.
141−144.
7. Соловьев С.П., Спивак А.А. Электромагнитные
сигналы в результате электрической поляризации при
стесненном деформировании горных пород // Физика
Земли. 2009. №4. С. 76−84.
8. Куликовский А.Г., Любимов Г.А. Магнитная
гидродинамика. М.: Физматгиз, 1962. 246 с.
ASEISMIC MOTION IN THE TECTONIC FRACTURE ZONE AND VARIATION
OF MAGNETIC FIELD
A.S. Kim
It is shown that aseismic motions in the tectonic fracture zone occurring prior to the earthquakes and the accompanying
shift of diffusive conducting layer can lead to electric-kinetic processes and can be one of the reasons for local changes in the
magnetic field.
Keywords: aseismic motion, tectonic fracture, earthquake, conducting layer, magnetic field.