Вестник КРАУНЦ.Физ.-мат. науки. 2021. Т. 37. №4. C. 53-66. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска/Contents of this issue

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

УДК 51-7:550.3

Научная статья

Моделирование зон относительных сдвиговых деформаций перед сильными землетрясениями на Камчатке, произошедшими в период 2018-2021 гг

М. И. Гапеев¹², Ю. В. Марапулец¹

¹Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, Камчатский край, с. Паратунка, ул. Мирная, 7, Россия
²Камчатский государственный университет имени Витуса Беринга, 683032, Камчатский край, г. Петропавловск-Камчатский, ул. Пограничная, 4, Россия.

E-mail: gm16493@gmail.com

Представлено сравнительное моделирование зон относительных сдвиговых деформаций для четырех камчатских землетрясений с Mw ≥ 4.8, произошедших в период с декабря 2018 г. по март 2021 г., основанное на статической модели деформационного поля в рамках теории упругости. Земная кора рассмотрена как однородное изотропное упругое полупространство, в котором присутствуют различные источники напряжения, описывающие очаг землетрясения: точечный источник в виде единичной силы, точечный источник в виде комбинации девяти двойных сил, распределенный источник в виде прямоугольной площадки.

Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние земной коры, относительные сдвиговые деформации, модель очага землетрясения, зоны повышенных деформаций.

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-37-4-53-66

Поступила в редакцию: 15.11.2021

В окончательном варианте: 11.12.2021

Для цитирования. Гапеев М. И., Марапулец Ю. В. Моделирование зон относительных сдвиговых деформаций перед сильными землетрясениями на Камчатке, произошедшими в период 2018-2021 гг // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2021. Т. 37. № 4. C. 53-66. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-37-4-53-66

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответсвенность. Авторы принимали непосредственное участие в написании статьи и полностью несут ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

Контент публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International
(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Гапеев М. И., Марапулец Ю. В., 2021

Финансирование. Исследования выполнены в рамках реализации государственного задания АААА-А21-121011290003-0.

MATHEMATICAL MODELING

MSC 86-10

Research Article

Modeling of relative shear deformation zones before strong earthquakes in Kamchatka from 2018-2021

M. I. Gapeev¹², Yu. V. Marapulets¹

¹Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, 684034, Kamchatka region, Paratunka, Mirnaya str., 7, Russia
²Vitus Bering Kamchatka State University, 683032, Kamchatka region, Petropavlovsk-Kamchatsky, Pogranichnaya st., 4, Russia

E-mail: gm16493@gmail.com

We present a comparative modeling of the zones of relative shear deformation for four Kamchatka earthquakes Mw≥4.8 that occurred between December 2018 and March 2021. Modeling based on a static model of the deformation field in the framework of the theory of elasticity. The Earth’s crust is considered as a homogeneous isotropic elastic half-space, in which there are different sources of stress describing the source of the earthquake: a point source in the form of a single force, a point source in the form of a combination of nine double forces, a distributed source in the form of a rectangular area.

Keywords: stress-strain state of the Earth’s crust, relative shear deformations, earthquake source model, zones of increased deformations.

DOI: 10.26117/2079-6641-2021-37-4-53-66

Original article submitted: 15.11.2021

Revision submitted: 11.12.2021

For citation. Gapeev M. I., Marapulets Yu.V. Modeling of relative shear deformation zones before strong earthquakes in Kamchatka from 2018-2021. Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2021, 37: 4, 53-66. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-37-4-53-66

Competing interests. The authors declare that there are no conflicts of interest regarding authorship and publication.

Contribution and Responsibility. All authors contributed to this article. Authors are solely responsible for providing the final version of the article in print. The final version of the manuscript was approved by all authors.

The content is published under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

© Gapeev M. I., Marapulets Yu.V., 2021

Funding. The research was carried out as part of the implementation of the state assignment АААА-А21-121011290003-0.

Список литературы/References

1. Добровольский И.П. Математическая теория подготовки и прогноза тектонического землетрясения. Москва: Физматлит, 2009. 240 с. [Dobrovol’skiy I.P. Matematicheskaya teoriya podgotovki i prognoza tektonicheskogo zemletryaseniya. Moskva: Fizmatlit, 2009. 240 pp. (In Russian)]
2. Райс Дж. Механика очага землетрясения / Механика. Новое в зарубежной науке. Москва: Мир, 1982. 122 с. [Rice J. The mechanism of earthquake repture. Bologna: Physics of the Earth’s Interior, 1980. 96 pp.]
3. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. Москва: Наука, 2003. 270 с. [Sobolev G.A., Ponomarev A.V. Fizika zemletryaseniy i predvestniki. Moskva: Nauka, 2003. 270 pp. (In Russian)]
4. Сидорин А. Я. Предвестники землетрясений. Москва: Наука, 1992. 192 с. [Sidorin A.YA. Predvestniki zemletryaseniy. Moskva: Nauka, 1992. 192 pp. (In Russian)]
5. Соболев Г. А. Основы прогноза землетрясений. Москва: Наука, 1993. 313 с. [Sobolev G. A. Osnovy prognoza zemletryaseniy. Moskva: Nauka, 1993. 313 pp. (In Russian)]
6. Cicerone R.D. et al.A systematic compilation of earthquake precursors // Tectonophysics, 2009. vol. 476, pp. 371-396.
7. Добровольский И.П. и др. Об оценке размеров зоны проявления предвестников землетрясений. Моделирование предвестников землетрясений. Москва: Наука, 1980. 33 с. [Dobrovol’skiy I.P. i dr. Ob otsenke razmerov zony proyavleniya predvestnikov zemletryaseniy. Modelirovaniye predvestnikov zemletryaseniy. Moskva: Nauka, 1980. 33 pp. (In Russian)]
8. Алексеев А.С. и др. О концепции многодисциплинарного прогноза землетрясений с использованием интегрального предвестника //Вычислительная сейсмология, 2001. Т. 32, С. 81-97.[Alekseyev A.S. i drO kontseptsii mnogodistsiplinarnogo prognoza zemletryaseniy s ispol’zovaniyem integral’nogo predvestnika // Vychislitel’naya seysmologiya, 2001. vol. 32, pp. 81-97 (In Russian)].
9. Моргунов В.А. и др. Геоакустический предвестник Спитакского землетрясения // Вулканология и сейсмология, 1991. Т. 4, С. 104-106. [Morgunov V.A. i dr. Geoakusticheskiy predvestnik Spitakskogo zemletryaseniya // Vulkanologiya i seysmologiya, 1991. vol. 4, pp. 104-106 (In Russian)].
10. Gregori G.P. et al. «Storms of crustal stress» and AE earthquake precursors //Natural Hazards and Earth System Sciences, 2010. vol. 10, pp. 319-337.
11. Купцов А.В.Изменение характера геоакустической эмиссии в связи с землетрясением на Камчатке //Физика Земли, 2005. Т. 10, №41, С. 59-65. [Kuptsov A.V. Izmeneniye kharaktera geoakusticheskoy
    emissii v svyazi s zemletryaseniyem na Kamchatke // Fizika Zemli, 2005. vol. 10, no. 41, pp. 59-65 (In Russian)].
12. Марапулец Ю.В.Высокочастотный акустоэмиссионный эффект // Вестник КРАУНЦ. Физ.мат. науки, 2015. Т. 1, №10, С. 44-53. [Marapulets YU.V. Vysokochastotnyy akustoemissionnyy effekt // Vestnik KRAUNTS. Fiz.mat. nauki, 2015. vol. 1, no. 10, pp. 44-53 (In Russian)].
13. Салтыков В.А. и др. Вариации приливной компоненты высокочастотного сейсмического шума в результате изменений напряженного состояния среды // Вулканология и сейсмология, 1997. Т. 3, С. 73-83. [Saltykov V.A. i dr.Variatsii prilivnoy komponenty vysokochastotnogo seysmicheskogo shuma v rezul’tate izmeneniy napryazhennogo sostoyaniya sredy //Vulkanologiya i seysmologiya, 1997. vol. 3, pp. 73-83 (In Russian)].
14. Гаврилов В.А. и др. Вариации уровня геоакустической эмиссии в глубокой скважине Г-1 (Камчатка) и их связь с сейсмической активностью // Вулканология и сейсмология, 2006. Т. 1, С. 52-67. [Gavrilov V.A. i dr.Variatsii urovnya geoakusticheskoy emissii v glubokoy skvazhine G-1 (Kamchatka) i ikh svyaz’ s seysmicheskoy aktivnost’yu //Vulkanologiya i seysmologiya, 2006. vol. 1, pp. 52-67 (In Russian)].
15. Марапулец Ю.В., Шевцов Б.М. Мезомасштабная акустическая эмиссия. Владивосток: Дальнаука, 2012. 126 с. [Marapulets YU.V., Shevtsov B.M. Mezomasshtabnaya akusticheskaya emissiya. Vladivostok: Dal’nauka, 2012. 126 pp. (In Russian)]
16. Водинчар Г. М., Пережогин А. С., Сагитова Р. Н., Шевцов Б. М.Моделирование зон геоакустической эмиссии //Математическое моделирование, 2007. Т. 19, №11, С. 59-64.[Vodinchar G. M., Perezhogin A. S., Sagitova R. N., Shevtsov B. M. Modelirovaniye zon geoakusticheskoy emissii // Matematicheskoye modelirovaniye, 2007. vol. 19, no. 11, pp. 59-64 (In Russian)].
17. Пережогин А.С., Шевцов Б.М.Модели напряженно-деформированного состояния горных пород при подготовке землетрясений и их связь с геоакустическими наблюдениями //Вычислительные технологии, 2009. Т. 14, №3, С. 48-57. [Perezhogin A.S., Shevtsov B.M.Modeli napryazhennodeformirovannogo sostoyaniya gornykh porod pri podgotovke zemletryaseniy i ikh svyaz’ s geoakusticheskimi nablyudeniyami // Vychislitel’nyye tekhnologii, 2009. vol. 14, no. 3, pp. 48-57 (In Russian)].
18. Пережогин А.С.О зонах геоакустической эмиссии в упругом приближении среды // Вестник КРАУНЦ. Науки о земле, 2009. Т. 13, №1, С. 198-201. [Perezhogin A. S.O zonakh geoakusticheskoy emissii v uprugom priblizhenii sredy //Vestnik KRAUNTS. Nauki o zemle, 2009. vol. 13, no. 1, pp. 198-201 (In Russian)].
19. Салтыков В.А., Кугаенко Ю.А. Развитие приповерхностных зон дилатансии как возможная причина аномалий в параметрах сесмической эмиссии перед сильными землетрясениями //Тихоокеанская геология, 2012. Т. 31, №1, С. 96-106. [Saltykov V.A., Kugayenko YU.A. Razvitiye pripoverkhnostnykh zon dilatansii kak vozmozhnaya prichina anomaliy v parametrakh sesmicheskoy emissii pered sil’nymi zemletryaseniyami // Tikhookeanskaya geologiya, 2012. vol. 31, no. 1, pp. 96-106 (In Russian)].
20. Аки К.,Ричардс П. Количественная сейсмология: Теория и методы, Т. 1. Москва: МИР, 1983. 520 с. [Aki K.,Richards P. Kolichestvennaya seysmologiya: Teoriya i metody, vol. 1. Moskva: MIR, 1983. 520 pp. (In Russian)]
21. Sato R., Matsu’ura M. Strains and tilts on the surface of a semi-infinity medium// Journal of Physics of the Earth, 1974. vol. 22, no. 2, pp. 213-221.
22. Sato R. Crustal Deformation due to Dislocation in a Multy-layered Medium// Journal of Physics of the Earth, 1971. vol. 19, no. 1, pp. 31-46.
23. Takagi Y., Okubo S. Internal deformation caused by a point dislocation in a uniform elastic sphere // Geophysical Journal International, 2017. vol. 208, no. 2, pp. 973-991.
24. Liu T. et al. Co-seismic internal deformations in a spherical layered Earth mode // Geophysical Journal International, 2020. vol. 208, no. 3, pp. 1515-1531.
25. Новацкий В. Теория упругости. Москва: МИР, 1975. 872 с.[Novatskiy V. Teoriya uprugosti. Moskva: MIR, 1975. 872 pp. (In Russian)]
26. Mindlin R. Force at a Point in the Interior of a Semi-Infinity Solid // Journal of Applied Physics, 1936. vol. 7, pp. 195–202.
27. Mindlin R., Cheng D.Nuclei of Strain in the Semi-Infinite Solid // Journal of Applied Physics, 1950. vol. 21, pp. 926–930.
28. Воронина Е.В. Механика очага землетрясения. Спецкурс. Москва: Физический факультет МГУ, 2004. 92 с. [Voronina Ye.V. Mekhanika ochaga zemletryaseniya. Spetskurs. Moskva: Fizicheskiy fakul’tet MGU, 2004. 92 pp. (In Russian)]
29. Steketee J.A.On Volterra’s disloacations in a semi-infinity elastic medium // Canadian Journal of Physics, 1958. vol. 36, no. 2, pp. 192-205.
30. Okada Y. Internal deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bulleten of the Seismological Society of America, 1992. vol. 82, no. 2, pp. 1018-1040.

---

---

---