Лаборатория физики землетрясений создана в 2008 году по решению Ученого совета Института (Ученый совет). Основное направление исследований – физика сейсмического процесса и очага землетрясения; цель – получение новых знаний о природе сейсмического процесса и разработка новых технологий сейсмологических наблюдений в приложении к прогнозу сильных землетрясений и сейсмическому районированию; важнейшее практическое значение – управление сейсмическими рисками природного и техногенного характера, обеспечение сейсмической безопасности.

Задачи исследований:

o  Совершенствование методологии и технологии сейсмологических наблюдений.

o  Детальное изучение очаговых зон крупных землетрясений Сахалинского и Курило-Охотского регионов, Приморья и Приамурья и сопредельных территорий.

o  Изучение физических закономерностей переходных режимов сейсмического процесса.

o  Исследование напряженно-деформированного состояния геологической среды.

o  Развитие современных методов оценки сейсмической опасности.

o  Исследование сейсмичности, индуцированной в результате промышленного освоения месторождений нефти и газа северо-восточного шельфа о. Сахалин.

o  Организация и проведение регулярных инструментальных наблюдений за грязевулканической деятельностью о. Сахалин.

o  Математическое моделирование флюидодинамических процессов, протекающих в грязевых вулканах.

o  Анализ особенностей и механизмов связи между деятельностью грязевых вулканов о. Сахалин и сейсмическими событиями в регионе.

Результативность. За последние 5 лет (с 2009 по 2014 года) лаборатория выиграла 9 грантов РФФИ и более 10 грантов ДВО РАН, а также 1 грант Президента Российской Федерации; выполняла Целевую комплексную программу фундаментальных научных исследований ДВО РАН «Современная геодинамика, активные геоструктуры и природные опасности Дальнего Востока России» в части сейсмологических исследований; выполняла более 10 хоз. договорных работ, в том числе 2 крупных долгосрочных контракта с нефтегазовыми компаниями «Еххоn Neftegas Limited» и «Sakhalin Energy Investment Company Ltd.» по оказанию консультационных услуг в области сейсмологии. За это время опубликовано более 100 научных работ, из которых 4 – монографии и 2 – научно-справочных издания. Подготовлены и успешно защищены 2 диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 25.00.10 – «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»; зарегистрированы 4 объекта интеллектуальной собственности, 2 из которых оформлены как НОУ-ХАУ и поставлены на баланс Института в качестве нематериального актива; 1 сотрудник лаборатории на постоянной основе является членом Научно-экспертного совета при Правительстве Сахалинской области, 1 сотрудник – Научно-технического совета СФ ГС РАН, 1 сотрудник лаборатории является лауреатом премии ДВО РАН им. академика С.Л. Соловьева, 1 сотрудник лаборатории на постоянной основе является членом редколлегии журнала «Тихоокеанская геология»; 3 сотрудника лаборатории участвуют в преподавательской деятельности.

Кадровый потенциал лаборатории определяет ее современный облик: более 70% научных работников – высококвалифицированные специалисты до 39 лет; более 40% сотрудников имеют ученую степень.

Инновационная деятельность.Успешно реализуется процесс внедрения и воплощения научных идей, родившихся в лаборатории, в реальную продукцию, которая востребована в индустриальном секторе экономики. В частности, разработаны уникальные технологии в области сейсмического мониторинга промышленных объектов, которые являются объектами интеллектуальной собственности; на базе этого в 2014 году создано малое инновацинное предприятие ООО «Геофизические технологии» для коммерциализации результатов интеллектуальной деятельности.

Преподавательская деятельность. Сотрудники лаборатории принимают участие в работе со студентами и аспирантами. При активном участии лаборатории в образовательной структуре СахГУ создана при Институте базовая кафедра «Общей геофизики».

Международное сотрудничество. Лаборатория регулярно участвует в зарубежных научных мероприятиях (конференциях, симпозиумах, школах, семинарах и т.д.); на постоянной основе принимает участвие в работе международных ассамблей, таких как EGU, ESC, ASC; осуществляет международное научное сотрудничество с научными организациями КНР и Японии в рамках международных соглашений.

Основные научные результаты.

Разработана новая архитектура автоматизированной системы сбора, хранения и обработки сейсмологических данных с использованием современных технологий с открытым исходным кодом. Решены уникальные задачи для адаптации программного продукта к отечественным компонентам современного сейсмологического оборудования.

Развернута сеть детальных сейсмологических наблюдений на севере о. Сахалин для изучения сейсмического режима в связи с промышленным освоением шельфовых нефтегазовых месторождений. На ее основе создана уникальная автоматическая система сейсмического мониторинга (Сейсмологический сервис). 

 

Карта сейсмических станций на севере о. Сахалин. Зеленым цветом обозначены сейсмические станции, установленные в рамках контрактов с компаниями «Еххоn Neftegas Limited» и «Sakhalin Energy Investment Company Ltd.».

 

Впервые для о. Сахалин получены массовые оценки сброшенных напряжений сахалинских землетрясений по цифровым записям объемных волн. Средняя величина напряжения, снимаемого при разрыве, составила Δσ=37.7±20.6 Бар. Выявлена связь между размером очага (R) и скалярным сейсмическим моментом (M0), характеризуемая соотношением: lgM0=2.7lgR+7.6, где сейсмический момент дан в Н∙м, а размер (радиус) очага дан в м, что в целом близко к теоретическим предсказаниям: Δσ=7M0/16R3 [Костров, 1975]. Полученное выражение близко к аналогичным соотношениям для слабых землетрясений Каджон Пасс (коэффициенты 3.04 и 6.71) из работы [Abercrombie, Rice, 2005]. Полученные оценки в целом хорошо согласуются с оценками сброшенного напряжения для широкого диапазона магнитуд [Kwiatek et al., 2011]. 

Распределение скалярного сейсмического момента (M0) в зависимости от размера очага (R) для сахалинских землетрясений (1) и аппроксимирующая связь (2). Во врезке изображен пример рассчитанного амплитудного спектра смещений SH-волны и его аппроксимации согласно модели Бруна.

 

Проведено детальное исследование очаговых зон сильных сахалинских землетрясений, выполнено переопределение положения очагов землетрясений на современном уровне и проанализирована совокупность параметров сейсмодислокаций. Выполнена сейсмотектоническая привязка очагов землетрясений к активным геологическим структурам региона. Получена уточненная сейсмогеологическая модель.

Поле тектонических напряжений воспроизводит главные особенности коровой сейсмичности. В частности, земная кора острова разделена на отдельные устойчивые в пространстве зоны с преобладанием в них субширотно либо диагонально ориентированных сжимающих напряжений. Отмечаются временные вариации поля напряжений за последние несколько сотен лет. Несмотря на это, Сахалин, в целом, характеризуется субширотным сжатием, что согласуется с современными представлениями о процессе деформирования региона по данным геодезических наблюдений [Василенко, Прытков, 2012].

Формирование плоскости разрыва сахалинских землетрясений, которые имеют западное падение, в большей степени связано со структурно-геологическими факторами. Это подтверждается геологическими данными.

Полученные результаты имеют огромное практическое значение для сейсмического районирования и могут быть использованы в методике вероятностного анализа сейсмической опасности.

Геодинамическая обстановка Сахалина и Япономорского региона: а – 20 млн. лет назад (реконструкция из работ [Jolivet et al., 1991; Jolivet, Tamaki, 1992]); б – по данным работы [Fournier et al., 1994]; в – настоящее время по данным сейсмологических исследований (разломы на о. Сахалин взяты из работы [Кожурин, 2013]). Затемненная область представляет океаническую кору Японского моря и Курильского бассейна. Более темная область – зона активного сжатия восточной части Японского моря. Обозначения: ТПР – Тымь-Поронайский разлом (Центрально-Сахалинский разлом), ХСЗ – Хидакская сдвиговая зона, ОТЛ – осевая тектоническая линия, ЯБ – Яматский бассейн, ЯР – Янгсанский разлом, ЦБ – Цушимский бассейн, ЦР – Цушимский разлом. 

 

На основе большого объема фактического материала показано, что фоновый режим разгрузки геофлюидов Южно-Сахалинского грязевого вулкана характеризуется стабильностью дебита и химического состава свободных газов, а также высоким коэффициентом корреляции между температурой в грифонах вулкана и температурой воздуха. Предложена математическая модель процесса подготовки извержения грязевого вулкана, включающая уравнения нестационарной фильтрации жидкости и газа. Модельные расчеты, подтверждаемые геохимическими данными, показывают, что питающая Южно-Сахалинский грязевой вулкан газовая залежь находится на глубине 8-12 км.

 

Южно-Сахалинский грязевой вулкан – наиболее крупный и активный из грязевых вулканов о. Сахалин.

 

На основе нестационарного уравнения теплопроводности с конвективным слагаемым предложена математическая модель тепловых процессов при течении геофлюидов по грифонному каналу, которая адекватно описывает вариации температуры в грифонах грязевого вулкана. Показано, что изменения температурного режима грифонов обусловлены изменениями скорости течения геофлюидов в грифонных каналах.

Инструментально установлены статистически значимые изменения в грифонной деятельности Южно-Сахалинского грязевого вулкана при сейсмической активизации на юге о. Сахалин – положительные и отрицательные температурные аномалии (интенсивностью 2-5 оС), повышение дебита свободных газов (в 2-5 раз), увеличение доли метана в составе свободных газов (в 1.4-1.6 раза).

Вариации химического состава свободных газов в полевом сезоне 2007 года из трех опробованных грифонов Южно-Сахалинского грязевого вулкана с указанием даты главного события невельских землетрясений 2007 года (вертикальная стрелка).