Геофизические процессы и биосфера: статья

СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА ИНДУЦИРОВАННЫХ РАЗЛОМОВ
Ю.О. Кузьмин
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 22
Номер: 3
Год: 2023
Страницы: 5-65
УДК: 551.24
DOI: 10.21455/GPB2023.3-1
Ключевые слова: геодезические измерения, вертикальные и горизонтальные смещения, параметрические де-формации, разломная зона, индуцированные процессы, пороупругие модели, деформацион-ные автоволны.
Аннотация: Представлен анализ результатов многократных повторных геодезических наблюдений де-формационных процессов в зонах разломов. На многочисленных примерах показано, что доминирующим типом локальных вертикальных смещений земной поверхности в зонах разломов являются аномальные симметричные оседания, которые отождествляются с раз-двиговым типом разломов. Предложен механизм параметрического индуцирования при-разломных деформаций малыми эндогенными, экзогенными и техногенными воздействия-ми. Приведены примеры этих воздействий. Выявлено противофазное поведение во времен-но́м ходе деформационных и сейсмических процессов. Рассмотрена энергетическая модель взаимосвязи деформационных и сейсмических явлений. На основе представлений о локали-зованных внутри разломов объемных деформациях, формирующихся в обстановке внешних (региональных) квазистатических нагрузок, разработана количественная геомеханическая модель формирования аномальных деформаций в разломных зонах. Приведены примеры пространственно-временно́й миграции деформационной активности разломных зон. Сфор-мулирована феноменологическая модель формирования автоволновых деформационных процессов, основанная на механизме параметрического нелинейного взаимодействия инду-цированных разломов как системы кинематически возбудимых элементов.
Список литературы: Абрамян Г.О., Кузьмин Д.К., Кузьмин Ю.О. Решение обратных задач современной геодина-мики недр на месторождениях углеводородов и подземных хранилищах газа // Марк-шейдерский вестн. 2018. № 4 (125). С. 52–61.

Адушкин В.В., Турунтаев С.Б. Техногенная сейсмичность – индуцированная и триггерная. М.: ИДГ РАН, 2015. 364 с.

Белоусов В.В. Основы структурной геологии. М.: Недра, 1985. 207 с.

Брычков Ю.А., Маричев О.И., Прудников А.П. Таблицы неопределенных интегралов: Спра-вочник. М.: Наука, 1986. 192 с.

Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М.: Наука, 1987. 280 с.

Викторова Е.В., Изюмов С.Ф., Кузьмин Ю.О., Попов В.Н. Геодинамический мониторинг на разрабатываемых месторождениях нефти и газа // Горн. инф.-аналит. бюл. 2004. № 12. С. 46–54.

Геологический словарь. В 3-х т. Изд. 3-е, перераб. и доп. / Гл. ред. О.В. Петров. СПб.: ВСЕГЕИ, 2010. Т. 1. 432 с.; 2011. Т. 2. 480 с.; 2012. Т. 3. 440 с.

Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 536 с.

Григорьев А.С., Волович И.М., Михайлова А.В., Ребецкий Ю.Л., Шахмурадова З.Е. Задача о раздвиге // Физика Земли. 1987. № 6. С. 3–21.

Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., Сидорин А.Я. Технологии анализа гео-физических временных рядов. Ч. 1. Требования к программе обработки // Сейсмиче-ские приборы. 2016а. Т. 52, № 1. С. 61–82.

Дещеревский А.В., Журавлев В.И., Никольский А.Н., Сидорин А.Я. Технологии анализа гео-физических временных рядов. Ч. 2. WinABD – пакет программ для сопровождения и анализа данных геофизического мониторинга // Сейсмические приборы. 2016б. Т. 52, № 3. С. 50–80.

Добровольский И.П. Математическая теория подготовки и прогноза тектонического земле-трясения. М.: Физматлит, 2009. 240 с.

Жуков В.С., Кузьмин Ю.О. Экспериментальная оценка коэффициентов сжимаемости трещин и межзерновых пор коллектора нефти и газа // Зап. Горн. ин-та. 2021. Т. 251. С. 658–666.

Изюмов С.Ф., Кузьмин Ю.О. Исследование современных геодинамических процессов в Ко-петдагском регионе // Физика Земли. 2014а. № 6. С. 3–16.

Изюмов С.Ф., Кузьмин Ю.О. Исследование деформационных процессов на геодинамических полигонах в нефтегазоносных районах Туркменистана // Маркшейдерский вестн. 2014б. № 4 (102). С. 34–40.

Изюмов С.Ф., Фаттахов Е.А., Панфилова Т.В. Спектрально-временной анализ деформаци-онных процессов разломных зон Копетдага // Пятая тектонофизическая конференция в ИФЗ РАН «Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле». Посвящается 100-летию М.В. Гзовского: Материалы докладов Всерос. конф. с междунар. участием, 5–6 октября 2020 г., Ин-т физики Земли РАН, г. Москва. М.: ИФЗ РАН, 2020. С. 319–325.

Касахара К. Механика землетрясений. М.: Мир, 1985. 264 с.

Кернер Б.С., Осипов В.В. Автосолитоны. М.: Наука, 1991. 200 с.

Киссин И.Г. Флюиды в земной коре: Геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука, 2009. 328 с.

Колмогоров А.Н., Петровский И.Г., Пискунов Н.С. Исследование уравнения диффузии, со-единенной с возрастанием количества вещества, и его применение к одной биологиче-ской проблеме // Бюл. МГУ. Сер. А. 1937. № 6. С. 1–26.

Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М.: ГЕОС, 2016. 432 с.

Кринский В.И., Михайлов А.С. Автоволны. М.: Знание, 1984. 64 с.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломных зон осадочных бассейнов и процессы подготовки землетрясений // Прогноз землетрясений. Душанбе; М.: Дониш, 1989. Т. 11. С. 52–60.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недрополь-зовании. М.: Агентство экон. новостей, 1999. 220 с.

Кузьмин Ю.О. Современная аномальная геодинамика недр, индуцированная малыми при-родно-техногенными воздействиями // Горн. инф.-аналит. бюл. (науч.-техн. журн.). 2002. № 9. С. 48–54.

Кузьмин Ю.О. Деформационные автоволны в разломных зонах // Физика Земли. 2012. № 1. С. 3–20.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломных зон: Разломообразование в реальном масштабе времени // Geodynamics & Tectonophysics. 2014. № 5 (2). С. 401–443.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика системы разломов // Физика Земли. 2015. № 4. С. 25–30.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика опасных разломов // Физика Земли. 2016. № 5. С. 87–101.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика раздвиговых разломов // Физика Земли. 2018. № 6. С. 87–105.

Кузьмин Ю.О. Индуцированные деформации разломных зон // Физика Земли. 2019. № 5. С. 61–75.

Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и медленные деформационные волны // Физика Земли. 2020. № 4. С. 172–182.

Кузьмин Ю.О. Геодинамическая эволюция Центральной Азии и современная геодинамика Копетдагского региона (Туркменистан) // Физика Земли. 2021а. № 1. С. 144–153.

Кузьмин Ю.О. Деформационные последствия разработки месторождений нефти и газа // Геофизические процессы и биосфера. 2021б. Т. 20, № 4. С. 103–121.

Кузьмин Ю.О. Современные объемные деформации разломных зон // Физика Земли. 2022. № 4. С. 3–18.

Кузьмин Ю.О. Физические основы современной геодинамики // Геофизические процессы и биосфера. 2023. Т. 22, № 2. С. 5–58.

Лыков А.В., Берковский Б.М. Конвекция и тепловые волны. М.: Энергия, 1974. 336 с.

Миронов В.С. Курс гравиразведки. Л.: Недра, 1972. 512 с.

Мищенко Е.Ф., Садовничий В.А., Колесов А.Ю., Розов Н.Х. Автоволновые процессы в нели-нейных средах с диффузией. М.: Физматлит, 2010. 400 с.

Молоденский С.М. Приливы, нутация и внутреннее строение Земли. М.: Наука, 1984. 213 с.

Мухамедиев Ш.А., Грачев А.Ф., Юнга С.Л. Нестационарный динамический контроль сей-смической активности платформенных областей со стороны срединно-океанических хребтов // Физика Земли. 2008. № 1. С. 12–22.

Несмеянов С.А. Инженерная геотектоника. М.: Наука, 2004. 780 с.

Николаевский В.Н., Шаров В.И. Разломы и реологическая расслоенность земной коры // Фи-зика Земли. 1985. № 1. С. 16–26.

Никонов А.А. Активные разломы: определение и проблемы выделения // Геоэкология. 1995. № 4. С. 16–27.

Семинский К.Ж. Внутренняя структура континентальных разломных зон: Тектонофизиче-ский аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2003. 243 с.

Сидоров В.А., Кузьмин Ю.О. Пространственно-временные характеристики современной ди-намики геофизической среды сейсмоактивных и асейсмичных областей // Дискретные свойства геофизической среды. М.: Наука, 1989. С. 33–46.

Френкель Я.И. Статистическая физика. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1948. 760 с.

Хисамов Р.С., Гатиятуллин Н.С., Кузьмин Ю.О. и др. Современная геодинамика и сейсмич-ность юго-востока Татарстана / Под ред. Р.С. Хисамова, Ю.О. Кузьмина. Казань: Фэн, 2012. 240 с.

Цуркис И.Я., Кузьмин Ю.О. Напряженное состояние упругой плоскости с одним или не-сколькими включениями произвольной формы: Случай одинаковых модулей сдвига // Механика твердого тела. 2022. № 1. С. 41–58.

Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. Новосибирск: Наука, 1977. 102 с.

Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю. Области динамического влияния разломов: Резуль-таты моделирования. Новосибирск: Наука, 1983. 110 с.

Andronov A.A., Chaikin C.E. Theory of oscillations. Princeton, New Jersey: Princeton Univ. Press, 1949.

Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.L. Transport phenomena. N.Y.; London: John Wiley & Sons, Inc, 1965.

Bott M.H.P., Dean D.S. Stress diffusion from plate boundaries // Nature. 1973. N 243 (5406). P. 339–341.

Broek D. Elementary engineering fracture mechanics. 4th ed. Dordrecht: Kluwer, 1986.

Bykov V.G. Prediction and observation of strain waves in the Earth // Geodynamics & Tectonophys-ics. 2018. V. 9 (3). P. 721–754.

Carslaw H.S., Jaeger J.C. Conduction of heat in solids. Oxford: Clarendon Press, 1959.

Churikov V.A., Kuzmin Yu.O. Relation between deformation and seismicity in the active fault zone of Kamchatka, Russia // Geophys. J. Intern. 1998. V. 133. P. 607–614.

Converse G., Comninou M. Dependence on the elastic constants of surface deformation due to faulting // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1975. V. 65, N 5. P. 1173–1176.

Davis P.M. Surface deformation associated with a dipping hydrofracture // J. Geophys. Res. Solid Earth. 1983. V. 88 (B7). P. 5826–5834.

Dzurisin D. Volcano deformation – geodetic monitoring techniques. Berlin: Springer, 2007.

Elsasser W.H. Convection and stress propagation in the upper mantle // Appl. Modern Phys. Earth Planet. Inter. N.Y.: Wiley, 1969. P. 223–246.

Eshelby J.D. Elastic inclusions and inhomogeneities // Prog. SolidMech. 1961. N 2. P. 89–140.

Geertsma J. A remark on the analogy between thermoelasticity and the elasticity of saturated po-rous media // J. Mech. Phys. Solids. 1957. N 6. P. 13–16.

Goodier J.N. On the integration of the thermoelastic equations // Philos. Mag. 1937. N 7. P. 1017–1032.

He Y.M., Wang W.M., Yao Z.X. Static deformation due to shear and tensile faults in a layered half-space // Bull. Seismol. Soc. Amer. 2003. V. 93. P. 2253–2263.

Kato T. Crystal movements in the Tohoku district, Japan, during the period 1900–1975 and their tectonic implication // Tectonophysics. 1979. V. 60. P. 141–167.

Knopoff L., Randall M.J. The compensated linear – vector dipole: Mechanism for deep earth-quakes // J. Geophys. Res. 1970. V. 75, N 26. P. 4957–4963.

Kurant R., Gilbert D. Methods of mathematical physics. V. II. Partial differential equations. N.Y.; London; Sydney: John Wiley & Sons, Inc, 1966. 811 p.

Kuzmin Yu.O. Churikov V.A. Anomalous strain generation mechanism before the March 2, 1992, Kamchatka earthquake // Volcan. and Seismol. 1999. V. 20. P. 641–656.

Kuzmin D.K., Kuzmin Yu. O., Zhukov V.S. Assessment of subsides of the Chayandinsky oil and gas field considering changes in petrophysical parameters of reservoir // Eurasian Mining. 2021. N 2. P. 23–34.

Mandl G. Rock joints: The mechanical genesis. Berlin; Heidelberg: Springer, 2005.

Maysel V.M. A generalization of the Betti–Maxwell theorem to the case of thermal stresses and some of its applications (in Russian) // Dokl. Acad. Nauk. USSR. 1941. N 30. P. 115–118.

Mindlin R.D. Force at a point in the interior of a semi-infinite solid // Physics. 1936. N 7. P. 195–202.

Mindlin R., Cheng D.H. Nuclei of strain in the semi-infinite solid // J. Appl. Phys. 1950. V. 21, N 9. P. 926–930.

Mura T. Micromechanics of defects in solids. 2nd rev. ed. Norwell: Kluwer Acad. Publ., 1987.

Nikolaevsky V.N. Mechanics of geomaterials and earthquakes // Science and technics results. Me-chanics of deformed solid body. M., 1983. V. 15. VINITI. P. 149–230 (in Russian).

Nowacki W. Thermoelasticity. 2nd ed. Warsaw: PWN-Polish Sci. Publ.; Oxford: Pergamon Press, 1986.

Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1985. V. 75. P. 1135–1154.

Okada Y. Internal deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1992. V. 82. P. 1018–1040.

Peacock D.C.P. Nixon C. W., Rotevatn A., Sanderson D. J., Zuluaga L.F. Glossary of fault and oth-er fracture networks // J. Struct. Geol. 2016. V. 92. P. 12–29. http://dx.doi.org/10.1016/j.jsg.2016.09.008

Saberi E., Yassaghi A., Djamour Y. Application of geodetic leveling data on recent fault activity in Central Alborz, Iran // Geophys. J. Intern. 2017. V. 211. P. 773–787.

Scholz C.H. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2019.

Segall P. Stress and subsidence resulting from subsurface fluid withdrawal in the epicentral region of the 1983 Coalinga earthquake // J. Geophys. Res. 1985. V. 90. P. 6801–6816.

Segall P. Earthquake and volcano deformation. Princeton, New Jersey: Princeton Univ. Press, 2010.

Sezava K. The tilting of the surface of a semi-infinite solid due to internal nuclei of strain // Bull. Earth. Res. Inst. Tokyo Univ. 1929. V. 7, pt. 1. P. 1–14.

Singh S.J., Kumar A., Rani S., Singh M. Deformation of a uniform half-space due to a long inclined tensile fault // Geophys. J. Intern. 2002. V. 148. P. 687–691.

Sokolnikoff I.S. Mathematical theory of elasticity. N.Y.: McGraw-Hill, 1983.

Soltanzadeh H., Hawkes C.D., Sharma J.S. Poroelastic model for production and injection-induced stresses in reservoirs with elastic properties different from the surrounding rock // Intern. J. Geomech. 2007. N 7. P. 353–361.

Strange W.E. The impact refraction correction on leveling interpretations in Southern California // J. Geophys. Res. 1981. V. 86, N В4. P. 2809–2824.

The scientific papers of James Clerk Maxwell. In 2 v. / Ed. by W.D. Niven. N.Y.: Dover Publ. Inc., 1890. 240 p. + 438 p.

Turcotte D.L., Shubert G. Geodynamics. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2002.

Verma H., Swaroop R., Kumar V. Deformation of poroelastic half-space due to tensile dislocation // Intern. J. Eng. Sci. & Res. Technol. 2017. V. 6 (12). P. 115–124.

Wang H.F. Theory of linear poroelasticity with applications to geomechanics and hydrology. Prince-ton: Princeton Univ. Press, 2000.

Yang X.M., Davis P.M. Deformation due to a rectangular tensile crack in an elastic half-space // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1986. V. 76. P. 865–881.

Zimmerman R. Compressibility of sandstones. Amsterdam: Elsevier, 1991.