Cейсмофокальная зона (СФЗ)

source: http://geo.web.ru/Mirrors/ivs/publication/whirlwinds/anosov.htm

Оценки агрегатного и кристаллохимического состояния вещества на глубинах, превышающих доступные для прямого исследования уровни, построенные только на данных геофизики носят искусственный характер.

Линейная экстраполяция получаемых при наземных экспериментах данных о величинах физических, упругих, тепловых и т.п. параметров не имеют места в этих условиях. В верхней мантии Земли существуют ограничения на применимость периодического закона Д.И Менделеева, обусловленные влиянием сверхвысоких давлений и температур (Болотов и др., 1997), а с 1956 г. накоплен экспериментальный материал о поведении химических элементов и силикатного вещества в условиях 5000 – 6000 МПа (свыше 50–60 кбар) давлений и при высоких температурах (Персиков, 1981; Новгородова и Рассказов, 1992; Пущаровский, 1996; Колясников, 1997).

Кроме того, данные по азимутальной анизотропии скоростей упругих волн в мантии (Estey, Douglas, 1986; Karato, 1993; Wen, Anderson, 1997) свидетельствуют не только о возможности перетекания вещества в астеносферном слое, но и об его «аморфизации» (или частичной «металлизации», в терминологии А.Ф. Капустинского и Н.В. Белова), кристаллического вещества на больших глубинах, в понимании М.С Красса. (Тарков, 1970), которое является следствием изменений (Воробьев, 1980) агрегатных модификаций - состояния вещества и его кристаллической структуры (габитуса), "обобществлением электронных оболочек" при "насильственном" уменьшении ионных и молекулярных радиусов (Эйтель, 1962; Трубицын, Улинич,1964; Лебедев, 1969; Савич и др., 1986), и, возможно, возникновением новых физико-химических ансамблей (Комов, 1982; Действие …, 1986; Анохин, Лотков, 1989).

Артюшков,1969, стр. 106, характеризует астеносферную оболочку как область с пониженной вязкостью, но с повышенным относительно адиабатического закона нарастанием плотности, что хорошо согласуется с теорией статистической термодинамики (Ландау, Лифшиц, 1967; Зубарев, 1971) и термодинамикой неравновесных процессов (Карн, Вайсброд, 1966; Киптель,1977; Святловский, Китайгородский, 1988). Представляется в связи с этим, что выявляемая электроразведочными методами высокая проводимость астеносферы (Браун, Массет, 1984) связана не с расплавами, а с высокой проводимостью «конденсированного» в условиях высоких давлений вещества (Белов, 1947; Капустинский, 1956; Трубицын, Улинич, 1964; Колясников, 1997), тем самым ставя под сомнение наличие «готовых» расплавленных масс на этих уровнях. Более того, переход от одного агрегатного состояния к другому должен подчеркиваться скачкообразным изменением всех физико-параметрических (Савич и др., 1986) характеристик среды (плотность, модули сжимаемости и модули сдвига, теплопроводность и теплоемкость и т.д.), в том числе к появлению сложных зависимостей таковых от давления, температуры и агрегатного состояния (в том числе типа кристаллической решетки) на момент измерений (Franck, Stiller,1980).

Известно, что при повышении всестороннего давления в породе начинают закрываться имеющиеся пустоты, что приводит к росту плотностей и скоростей пробега упругих волн. Плохо известно, как ведут себя те же породы при сверхвысоких давлениях (Тихомиров, 1960; Поспелов, 1970; Действие …,1986), когда пустоты масштабируются на уровне молекулярном – атомном, т.е. на уровне кристаллической решетки. Как неоднократно подчеркивалось, переход от плотной к плотнейшей упаковке (Белов, 1947) приведет к скачкообразному изменению всех упругих констант (Дортман, Магид, 1969; Войткевич, 1983; Бармин и др., 1989), таких как модуль сжимаемости, модуль сдвига, модуль Юнга и т.д. Это вызывает другие функциональные зависимости скоростей упругих волн от этих параметров. Также следует ожидать и другие аномальные эффекты в функциональных параметрах среды, в том числе при анализе закономерностей изменений плотности от удельного (молекулярного) объема, коэффициентов вязкости и температуропроводности от типа кристаллической решетки и т.п., которые также определяются вышеназванными модулями. И доказанный факт (Дортман, Магид, 1969; Franck, Stiller,1980), что после разрыва имеющихся функциональных кривых этих параметров, они «стартуют» не на более высоком амплитудном уровне, а, наоборот, на более низком, как это наблюдается в опытах с нагружением горных пород и материалов (Николаевский, 1983; Бражкин, Ляпин, 2000).

Особенно чутко реагируют на такие изменения, как известно, модуль сдвига и вязкость (Магницкий, 1965).

Такие изменения этих параметров должны приводить к развитию «процессов с обострением» (Галактионов и др., 1981; Змитренко, Михайлов, 1988), которые являются следствием нелинейных зависимостей вязкости, температуропроводности, модулей сдвига и тому подобного от уровня и градиентов давления, температуры, агрегатного и кристаллохимического состояний и т.д., и, которые обеспечивают лавинообразное протекание процессов, уменьшая время их реализации в пределе до нулевых значений (Николис, Пригожин, 1979; Курдюмов, 1982). С этой точки зрения такое протекание процессов может стать физическим обоснованием высказанной Ф.Ш. Кутыевым (1990) идеи о наличии "энерговодов" в астеносфере и литосфере.

Только применение различных методов термодинамики, геохимии вещества при высоких давлениях и геохимии ядерных превращений, квантово-механические решения гидродинамической теории тепломассопереноса с учетом данных астрометрии, т.е. всего того, что служит фактической и теоретической базой изучения среды и вещества в условиях реальной Земли, может приблизить к решению стоящих перед исследователями задач.

Все модели констатируют факт существования двух структурно-тектонических черт:1 - наличие круто наклоненной под Азиатский континент зоны скопления очагов землетрясений, т.н. «сейсмофокальной зоны» - СФЗ; 2 - огромный объем аномальной геофизической среды под литосферой Охотского моря, который характеризуется (Веселов и др., 1983; Красный, 1990; Тектоносфера….1992; Sugrobov et.all, 1993) резко повышенными температурами и, соответственно, резко пониженными упруговязкими параметрами (так называемый "мантийный астенодиапир" в формулировке Ф.Г.Корчагина).

Установлено горизонтальное (субгоризонтальное) расслоение вещества сейсмофокальной зоны в различных термодинамических условиях и приводящее к реологической расслоенности (Ranalli, 1984; Ranalli and Murphy, 1987). При этом, границы между этими слоями «размыты» и искажены относительно субгоризонтальных уровней (Ващилов, 1980).

Детальные данные о строении СФЗ западной периферии Тихого океана выявили много интересных особенностей в их структуре. Установлены разрывы в Курило–Камчатской СФЗ (Федотов, 1966; Тараканов, Левый, 1967; Тараканов, 1971; Федотов и др., 1994; Christova, 2001; Tarakanov, and Omelchenko, 2001). "Заталкивается" ли она в процессе субдукции под континентальную литосферу в более плотную по сравнению с ней астеносферу Охотоморской части Дальневосточной Зоны перехода и еще глубже вплоть до мезосферы (Gorbatov et.al., 1997; Селивестров, 1998; Авдейко и др., 2001)?
.
Вместе с тем, и что важно, под Камчаткой, как и под всей зоной перехода от континента к океану, главная (и во многом определяющая) структура – сейсмофокальная зона (СФЗ) не может рассматриваться в качестве единой упругой пластины, потому что на всем протяжении такой структуры от Алеутского желоба (островной дуги) до Новозеландской СФЗ, несмотря на собственные черты строения (особенности), устанавливается ряд параметров, которые свидетельствуют о самостоятельном «существовании» по крайней мере трех частей в каждой СФЗ: литосферной (до 50–70 км), промежуточной (250–450 км) и глубокой (более 550 км), которые разделены асейсмичными низкоскоростными зонами (Burbach, and Frohlich, 1986; Красный, 1990; Christova, and Tsapanos, 2000; Christova, 2001). В связи с тем, что даже результаты по осредненным механизмам очагов (CMT Harvard solutions) редких землетрясений, происходящих в промежуточной и глубокой зонах СФЗ (Modern Global Seismology, 2001), заметно отличаются от таковых в литосферных частях, кажется вполне достоверной идея о самостоятельности этих зон для всех СФЗ (Giardini et.al.,1982; Фронлих, 1989; Тектоносфера…, 1992), обусловленной термодинамическими и вещественными отличиями геооболочек Земли на этих глубинах. Более того, имеются обнадеживающие данные о том, что высокопластичный термальный клин, который предполагается между кровлей СФЗ и подошвой литосферной плиты (Nelson, and Tamply, 1972; Bostrom, 1978; Savage and Prescott, 1978; Kincad and Olson, 1987), здесь на Камчатке наиболее подвижен в субмеридиональном направлении (Peyton et.al., 2001), что подчеркивается азимутальной анизотропией распространения сейсмических волн. Перетекание масс с повышенной пластичностью в состоянии, близком к расплаву (Smirnov et. all, 1992; Sugrobov and Yanovskiy, 1993) фиксируется сейсмологическими методами (в частности, 2D и 3D томографией (Modern Global Seismology…, 2001) с учетом западного дрейфа литосферы (Nelson, Temple, 1972; Bostrom, 1978; Добровольский, 1982).

Таким образом:
1 - сейсмофокальная зона (СФЗ) может по падению подразделяться на несколько самостоятельных сегментов (Тараканов, Ким Чун Ун, 1969), структура которых и углы падения которых, по-видимому, определяются скоростями течения вещества на различных, обусловленных реологической стратификацией, глубинных уровнях астеносферы. В свое время Т.К. Злобин (Злобин, 1985, устное сообщение) высказывал мнение, что СФЗ может быть рассеченной рядом субпараллельных по глубине полос, которые по неизвестным причинам сдвинуты относительно друг друга в горизонтальном направлении, образуя в конечном итоге тот или иной суммарный наклон СФЗ.

Подобные высказывания имеются и по японским данным (Carr et. all., 1973; Сычев, 1979). Косвенное подтверждение данному тезису может служить практическое симметричное относительно экватора (т.е. области с максимальными скоростями течений вещества в астеносфере) распределение углов падения СФЗ, которое определяется реологически–расслоенным распределением скоростей замедления вращения оболочек, начиная с жидкого ядра Земли.

Последнее обуславливается жестким требованием постоянства момента инерции (Кропоткин, 1970; Гринспен, 1975; Федорин, 1984; Лукъянчук, 1991) вращающихся оболочек;
2 - верхняя часть СФЗ до глубин 80–120 км охватывает область сочленения континентальной и океанической литосфер (надвиг – подвиг или т.н. fingerring) и отвечает той области тектоносферы, где существуют условия для сдвигово - взбросовых механизмов землетрясений.

Более глубокие сегменты СФЗ совпадают, с областью расслоенной по реологии и по скоростям течений вещества астеносферы, в пределах слоев которой происходят полиморфные твердотельные превращения. Последние (Шуколюков, Данг В.М, 1977; Ярославский, 1982; Ениколопян и др., 1987), при наличии сдвиговых деформаций в условиях больших всесторонних давлений осуществляются в виде реологических или тепловых взрывов - трансмутационных (межатомных или ядерных) превращений, сопоставимых по энергии с ядерными взрывами (Прасолов, 1974; 1976; Колясников, 1984; Новгородова, Рассказов, 1992; Колясников, 1997). На возможность такой природы глубоких и сверхглубоких землетрясений указывают Orowan, 1960; Griggs, and Handin, 1960; Вермишова, Гангнус, 1975; Балакина, 1981; Wortee, 1986; Fronlich, 1989; Фронлих, 1989.

3 - реологическое переслаивание вещества в астеносфере связано с глубинной аморфизацией и полиморфизацией (Соболев,1949; Савич и др., 1986) на диаграммах состояния сложноупакованных (Белов, 1947; Соболев, 1973) металлизированных соединений (Капустинский, 1956; Свенсон, 1963; Дортман, Магид, 1969; Барсуков, Урусов, 1982; Малкин, 1985; Бармин и др., 1989), нежели с наличием значительных объемов расплавов.

В случае астеносферы в качестве нижней границы можно рассматривать "сейсмический раздел 400 км", который контролирует кровлю третьего сегмента СФЗ и на котором прогнозируются резкие полиморфные изменения вещества (Giardini et al., 1982; Жарков, 1983). Наличие такой границы в геодинамической вулканологии увязывается с динамическими возмущениями (Святловский, Китайгородский, 1988; Дмитриевский и др., 1993; Сеславский, 1995).