Исследование механизмов генерации катастрофических цунами и анализ особенностей их распространения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.28, доктор физико-математических наук Мазова, Раиса Хаимовна

• Мазова, Раиса Хаимовна
• доктор физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Мазова, Раиса Хаимовна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НАКАТА ВОЛН ЦУНАМИ НА БЕРЕГ ДЛЯ ТИХООКЕАНСКОГО РЕГИОНА И МОДЕЛЬ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ОЧАГА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ.

1.1. О влиянии знака головной волны цунами на величину заплеска на берегу.

1.2. О цунами с первой отрицательной волной на побережье

Тихого океана для сильных и умеренных магнитуд землетрясений.

1.2.1. Сильные цунами с первой отрицательной фазой в Тихом океане.

1.2.2. Накат цунами на побережье Чили-Перу.

1.3. О законе повторяемости высот цунами (побережье Чили-Перу).

1.4. Геодинамическая модель очага цунамигенных землетрясений.

ГЛАВА 2. ЛИНЕЙНЫЕ ОЦЕНКИ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ

ПРИ НАКАТЕ ВОЛН ЦУНАМИ.

2.1. О влиянии формы подходящей к берегу длинной волны на характер заплеска.

2.1.1. Влияние нелинейности на форму волны и характер наката.

2.1.2. О влиянии формы волны на характер наката на примере класса лоренцевых импульсов.

2.1.3. Параметры обрушения положительных и отрицательных волн.

2.2. Исследование аномального поведения локальных цунами.

2.2.1. Аналитическая модель наката диполярной волны.

2.2.2. Численное моделирование наката диполярной волны.

2.2.3. Результаты численного моделирования.

2.2.4. К оценке пределов применимости линейной теории в задачах наката длинных волн.

2.3. О характеристиках отражения волны цунами при накате на берег.

2.3.1. Постановка задачи.

2.3.2. Отражение волны от плоского откоса.

2.3.3. Отражение волны от откоса, сопряженного с ровным дном.

2.3.4. Численное моделирование отраженной волны от откоса, сопряженного с ровным дном.

2.4. Об учете диссипации при накате длинных волн на берег.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ ВОЛН ЦУНАМИ, ВЫЗВАННЫХ СХОДОМ ПОДВОДНОГО ОПОЛЗНЯ.

3.1. Источники, причины и особенности цунами, вызванных сходом подводного оползня.

3.1.1. Возможные причины подводных оползней.

3.1.2. Основные модели подводных оползней.

3.1.3. Сравнение вязкопластической модели и модели твердого блока для подводного оползня.

3.1.4. Модель деформируемого дна.

3.1.5. Модель подводного оползня как поронасыщенной, упруго-пластической среды.

3.2. Постановка задачи.

3.2.1. Геоморфология Коринфской бухты (Греция).

3.2.2. Модель, используемая при расчетах движения подводного оползня.

3.2.3. Модель, используемая для расчета волн цунами, вызванных сходом подводного оползня.

3.3. Результаты численного моделирования.

3.4. Одномерный анализ наката длинной волны на берег от шельфового оползня с разной локализацией.

3.4.1. Расчет наката волны цунами при движении оползня, сползающего с уреза воды.

3.4.2. Расчет наката волны цунами при движении оползня, локализованного на подводном склоне шельфа.

3.4.3. Расчет наката волны цунами при движении оползня, сползающего с сухого берега в воду.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО ЦУНАМИ

26 ДЕКАБРЯ 2004 г. В ИНДИЙСКОМ ОКЕАНЕ.

4.1. Введение.

4.2. Анализ работ по цунами в Индийском океане 26 декабря 2004 года.

4.2.1. Обзор работ по цунами в Индийском океане 26 декабря 2004 года.

4.2.2. Выбор характеристик сейсмического очага.

4.3. Численное моделирование генерации и распространения волн цунами динамическим очагом, состоящим из различного числа блоков для модельной геометрии.

4.3.1. Постановка задачи.

4.3.2. Управляющие уравнения.

4.3.3. Численное моделирование генерации, распространения и наката цунами в рамках клавишной модели очага (прямая зона субдукции) в приближении ровного дна.

4.3.4. Численное моделирование генерации цунами в клавишной модели очага (косая (Sumatra-like) зона субдукции) в приближении ровного дна.

4.3.5. Влияние времени подготовки землетрясения в сейсмическом очаге на величины максимальных заплесков и их распределение на берегу.

4.4. Численное моделирование генерации и распространения волн цунами динамическим очагом, состоящим из различного числа блоков для реальной батиметрии.

4.4.1. Математическая модель.

4.4.2. Численная модель.

4.4.3. Основные положения моделирования.

4.4.4. Влияние длины очага на характеристики распространяющейся волны и величины высот волн вдоль побережья.

4.4.5. Численное моделирование генерации и распространения волн цунами динамическим очагом, состоящим из различного числа блоков.

4.4.6. Спектральный анализ полученных результатов численного моделирования волн цунами.

ГЛАВА 5. ЦУНАМИ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ. АНАЛИЗ И

ПРОГНОЗ.

5.1. Численное моделирование цунами в Курило-Камчатском регионе.

5.1.1. Концепция «сейсмической бреши» Курильской островной дуги.

5.1.2. Обоснование применения клавишной модели очага землетрясения.

5.1.3. Модели сейсмического очага, используемые для расчета формирования цунами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование механизмов генерации катастрофических цунами и анализ особенностей их распространения»

Диссертация посвящена исследованию природы катастрофических цунами, вызванных различными геодинамическими причинами. Актуальность темы: Известно, что цунами подвержены как побережья Тихого океана, так и многие зоны Средиземного и Черного морей, ряд зон Атлантического и Индийского океана. Эти волны, при выходе на берег, могут достигать большой высоты, превращаясь в страшное стихийное бедствие. Основным методом предотвращения человеческих жертв и уменьшения материального ущерба является эвакуация населения прибрежных районов на возвышенные места суши, вывод судов из береговой зоны в открытое море и принятие ряда других оперативных мер. Это возможно осуществить только при своевременном оповещении о цунами береговыми службами. Однако, в ряде случаев, цунами появляется неожиданно, что может быть либо когда источник цунами находится в шельфовой зоне (поскольку такое цунами проходит расстояние до берега за считанные минуты), либо являться следствием неразвитости береговых служб (как это было, например, на побережьях стран Юго-Азиатского региона во время атаки катастрофического цунами 26 декабря 2004 г. в Индийском океане, когда погибло свыше 230 ООО чел.). Причем, необходимо отметить, что, в ряде случаев катастрофических цунами, землетрясений либо не отмечалось, либо они имели умеренные магнитуды. Как правило, такие цунами генерируются очагом, расположенным в ближнеполевой зоне (локальные цунами). Природа таких (аномальных) цунами до настоящего времени до конца не выяснена. Число сообщений об аномальных цунами за последние десятилетия значительно возросло и изучение их природы, механизмов появления и характера распространения является очень важным для оценки и снижения риска катастрофических последствий от таких цунами. Очевидно, что кроме принятия оперативных мер, необходимо проводить предварительное цунамирайонирование побережий, где существует опасность катастрофических цунами, с учетом возможной природы возникновения таких событий. В настоящее время, когда правительством России принята программа комплексного развития экономики Дальнего Востока в целом и, в частности, освоения нефтегазовых месторождений на шельфе о.Сахалин, защита береговых сооружений, портов от грозного стихийного бедствия — цунами, является одним из важнейших вопросов обеспечения безопасности морских побережий этих районов.

Цель работы: Целью настоящей диссертационной работы является развитие представлений о механизме генерации катастрофических (в том числе аномальных) цунами сейсмическим очагом; обоснование методики расчета (на базе анализа фактического материала о накате на берег) катастрофических цунами как от умеренных, так и от сильных и сильнейших землетрясений и развитие аналитических моделей наката; проведение численного моделирования генерации катастрофических цунами, используя новые модели динамических очагов землетрясения и оползневых процессов, детальный анализ процесса формирования очага цунами и распространения генерированной волны по акватории; прогноз на основе этих результатов параметров возможного цунами с источником в зоне сейсмической бреши в районе средних Курил.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

1. На основании анализа эмпирического материала, проведенного в диссертации, показано, что максимальный заплеск волн цунами на берегу существенно определяется фазой головной волны, подходящей к берегу.

2. На основании аналитических расчетов наката цунами на берег, проведенных в диссертации для разных классов волновых импульсов, обоснована возможность существенного усиления волны цунами при подходе ее к берегу впадиной (откат воды от берега) и оценены условия, при которых возможно это усиление.

3. Проведенный в диссертации детальный анализ результатов численного моделирования генерации, распространения и наката волны цунами при движении подводного оползня, рассчитанного в рамках упругопластической модели осадочной толщи, и сопоставление с результатами других моделей позволили сделать вывод, что упругопластическая модель оползневого тела наиболее адекватно описывает реальный цунамигенный процесс при сходе оползня.

4. При проведенном в диссертации численном моделировании волнового поля цунами 26 декабря 2004 года в Индийском океане, на основе клавишной модели цунамигенных землетрясений получено, что волновая картина цунами на поверхности Индийского океана, зафиксированная в данных спутниковой альтиметрии, наиболее адекватно описывается при использовании многоблокового сейсмического очага, в котором при землетрясении имело место разнонаправленное движение блоков.

5. Приведенное в диссертации численное моделирование возможного цунами, вызванного землетрясением в зоне сейсмической бреши в районе средних Курил, выполненное автором на базе клавишной модели цунамигенных землетрясений за полгода до реального события, позволило предсказать характер распространения волновых фронтов от источника и возможные высоты волн на берегу.

6. Проведенное в диссертации численное моделирование цунами от возможного многоблокового очага в зоне остаточной сейсмической бреши в районе северовосточной части средних Курил позволяет получить возможные высоты заплеска по побережью от такого источника и провести сопоставление полученных волновых характеристик в расчетной акватории с волновыми характеристиками реализованного цунами (15 ноября 2006 г.) с очагом в районе юго-западной части средних Курил.

Научная новизна диссертационной работы: При численном моделировании генерации, распространения и наката волн цунами были впервые использованы современные модели для движений дна океана в очаге землетрясения, позволяющие детально исследовать связь характеристик рассчитанного волнового поля цунами с кинематикой и динамикой движения блоков в очаге землетрясения. Подробное исследование эволюции характеристик волнового поля в режиме реального времени, высоты волн, скорости и других необходимых для анализа процесса параметров, позволило детально изучить динамику таких процессов как формирование очага цунами, формирование фронтов волн в процессе генерации цунами и его накат на берег, в том числе на формирующийся в процессе оползания береговой склон. Впервые исследованы процессы генерации, распространения и наката волны цунами при сходе подводного оползня на базе модели оползневого тела как упругопластической среды. Показано, что, в отличие от имеющихся представлений о формировании очага цунами 26 декабря 2004 г. в Индийском океане, в сейсмическом очаге имело место разнонаправленное движение блоков, в т.ч. высказана гипотеза о возможном вертикальном смещении блоков андаманского сегмента вниз. Наиболее значимым результатом является моделирование и прогноз возможного цунами от многоблокового сейсмического источника в зоне сейсмической бреши в районе средних Курил, подтвердившийся реальным событием землетрясения и цунами 15 ноября 2006 г., когда эпицентр реального землетрясения пришелся на границу между двумя блоками многоблокового очага, использованного для предварительного численного моделирования генерации цунами сейсмической брешью в районе средних Курил. Практическая ценность: Выполненные автором научные исследования вносят существенный вклад в понимание закономерностей появления катастрофических цунами от умеренных, сильных и сильнейших землетрясений. Проведенные исследования позволяют адекватно оценить цунамиопасность при сходе подводных оползней для любых морских акваторий при слабых и умеренных землетрясениях и при техногенных событиях. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при прогнозировании возможности локальных цунами, вызванных землетрясениями, очаги которых расположены в шельфовой зоне, оползневых цунами, вызванных как естественными, так и техногенными причинами. Созданная методика моделирования генерации, распространения и наката волн цунами, проведенного для реальной батиметрии акватории, позволяет рассчитать детали волнового поля цунами как в открытом океане, так и вблизи побережья, в зависимости от кинематики и динамики движения блоков в сеймическом очаге. Наиболее важным практическим результатом диссертации является оценка цунамиопасности для Курило-Камчатского региона в рамках динамической модели сейсмического очага в зоне сейсмической бреши в районе средних Курил (о.Симушир), получение волновых характеристик при генерации и распространении цунами за полгода до реализовавшегося землетрясения и цунами (15 ноября 2006 г.); оценка характера формирования очага цунами и распространения волн цунами при возможном многоблоковом цунамигенном землетрясении, для любой морской акватории, в т.ч. для зоны остаточной сейсмической бреши в районе средних Курил. Результаты также могут быть использованы в сейсмостойком строительстве, цунамирайонировании и т.д. Результаты диссертационной работы были также использованы в следующих исследовательских проектах:

1. «Анализ природы аномально сильных цунами и их связь с геотектонической моделью очага землетрясения» ( РФФИ № 01-05-64548 (2001-2003 гг., рук.проекта - Мазова Р.Х.)).

2. «Комплексный анализ и математическое моделирование подводных оползней, генерируемых ими волн цунами и придонных турбидитных потоков» (РФФИ № 05-05-64685 (2005-2007 гг. - рук. Лобковский Л.И.), (рук. раздела по динамике волн цунами-Мазова Р.Х.).

3. «Promoting of Combined Approach to Investigating Risks of Earthquakes, Landslides, and Tsunamis in Coastal, Shelf, and Continental Slope Areas ("COMSHELFRISKS")», EU Project No.502247 (2005-2006), Project Coordinator - L.Lobkovsky (рук. раздела "Wave Dynamics"- Мазова Р.Х.) (см. сайт проекта "COMSHELFRISKS" http://slielfrisks.org/waves/index.asp .

Фактический материал: Эмпирические данные для статистического анализа цунами были взяты, в основном, из «Каталогов цунами на . побережье Тихого океана» [С.Л.Соловьев, Ч.Н.Го, 1974, 1975], а также из других известных каталогов, и для недавних цунами - из опубликованных результатов обследования последствий цунами на прибрежных территориях международными экспедициями и дополнительных данных, предоставленных G.Papadopoulos (Греция) и A.Kimmich (Швейцария). Дополнительные данные по цунами на побережье Чили-Перу были предоставлены J.Ramirez R. (университет г.Антофагаста, Чили). Материалы по строению дна океана в зоне сейсмической бреши, использованные для выделения блоков предполагаемого многоблокового сейсмического источника для генерации цунами, были предоставлены ИО РАН по результатам морской экспедиции «Курилы-2005» (37-й рейс НИС «Академик Лаврентьев»). Личный вклад автора: Всего по теме диссертации автором опубликовано более 80 научных работ, из них лично (шесть) и в соавторстве - 34 статьи в реферируемых журналах и сборниках трудов, а также свыше 40 работ в тезисах докладов на российских (всесоюзных) и международных конференциях. Они отражают основные результаты диссертации. Автором, по материалам источников, обоснована основная гипотеза о применимости разработанной в Институте океанологии РАН клавишной модели сейсмических очагов для расчета генерации волн цунами. Ей разработан алгоритм для численной реализации генерации волн цунами на базе клавишной (многоблоковой) модели цунамигенных землетрясений. В области численного моделирования генерации и распространения волн цунами и наката их на берег автор принимала непосредственное участие. Вклад автора в этих исследованиях состоял в постановке задачи, в тестировании и уточнении модели, а также в выполнении анализа результатов расчета, обработке полученных материалов и интерпретации полученных результатов. Статистическая обработка большого эмпирического материала, собранного автором, выполнялась ей лично. Она принимала участие в постановке задач и разработке аналитических моделей процесса наката волн цунами на берег. Автор принимала активное участие в комплексной программе исследования Курило-Камчатского региона, в частности ею были высказаны и проверены ряд гипотез, связывающих интенсивность волн цунами на о.Сахалин и других побережьях Охотского моря с локализацией очага землетрясения в районе северо-восточной и югозападной частей сейсмической бреши средних Курил.

Апробация работы: Основные результаты отражены в более, чем 80 работах и частично представлены в ее разделе сайта http://shelfrisks.org/waves/index.asp . Результаты работы докладывались на III съезде советских океанологов (Ленинград, 1987), V Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы гидромеханики в освоении океана» (Киев, 1987), Совещании по теоретическим основам, методам и аппаратурным средствам прогноза цунами (Обнинск, 1988), Конференции по берегозащите (Сочи, 1989), Международной конференции по нелинейным и турбулентным процессам в физике (Киев, 1989), Int.Tsunami Workshop (Новосибирск, 1989), Int. Workshop on Long-Wave Run-up (Catalina Isl, California, USA, August 1990), Int. Conference HAZARDS'91 (Perugia, Italy, 1991), Conference on Tsunami (Antofagasta, Chile, 1992), Int. Conference HAZARDS'93 (Quingdao, China, 1993), Int.Symposium on Marine Positioning (INSMAP'94) (Hannover, Germany, 1994), II Int.Workshop on LongWave Runup Models (Friday Harbor, San Juan Isl., Washington, USA, September 1995), Int.Conference on Tsunamis (Paris, France, 1998), Int.Workshop on Tsunami Risk Assessment (Москва, 2000), 21st Meeting of Int. Association of Sedimentologists (Davos, Switzerland, 2001), IX Int.Symposium HAZARDS'02 (Antalya, Turkey, 2002), 26 Совещании по тектонике плит (Москва, 2003), VI Международном конгрессе по математическому моделированию (Нижний Новгород, 2004), EGU General Assembly (Vienna, Austria, 2005), 22nd Int.Tsunami Symposium (Chania, Crete Isl, Greece, 2005), 11th Int. Symp. HAZARDS'06 and 2nd Int.Workshop on Earthquake Prediction (Patras, Greece, 2006), EGU General Assembly (Vienna, Austria, 2007), семинарах ИПФ АН СССР (ИПФ РАН), ГПИ (НГТУ), а также включены в новые результаты, представленные на заседаниях в Президиуме РАН и Правительстве РФ (2006), посвященных проблеме землетрясений и цунами на тихоокеанском побережье России (Сахалин, Курило-Камчатка).

Благодарности. Автор отмечает большую роль академика С.Л.Соловьева, который во многом сформировал ее научное мировоззрение в изучении явления цунами. Автор искренне благодарит д.ф.-м.н., проф. Лобковского Л.И., который поставил задачу изучения генерации цунами, исходя из реального сейсмотектонического процесса в очаге цунамигенного землетрясения, в частности, на основе разработанной в ИО РАН клавишной модели сильнейших землетрясений, за обсуждение многочисленных вопросов по данной тематике. Автор благодарит своего первого научного руководителя д.ф.-м.н., проф. Пелиновского Е.Н., в соавторстве с которым были получены большинство аналитических результатов по динамике наката волн цунами. Автор признательна научному консультанту, Заслуженному деятелю науки РФ, д.ф.-м.н., проф. Петрухину Н.С. за полезные советы при подготовке и написании работы. Автор также благодарна своим соавторам д.ф.-м.н., проф. Гарагашу И.А., к.г.-м.н. Баранову Б.В., к.ф.-м.н. Катаевой Л.Ю. и другим, совместная работа с которыми позволила наилучшим образом реализовать задуманные исследования.

Структура и объем работы: Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, а также списка литературы, включающего 232 наименования и 2 приложений. Работа изложена на 349 стр. машинописного текста, включая 221 рисунок и 23 таблицы.

В первой главе представлен статистический анализ наката волн цунами на берег и описание геодинамической модели очага, выбранной для проведения расчетов.

В первом параграфе показано, что при оценках цунамиопасности необходимо по возможности учитывать знак смещения дна океана в очаге цунами. Рассмотрены наблюдательные данные по первой и максимальным волнам, а также мареограммы, построены зависимости высоты максимального подъема воды на берегу от амплитуды первой волны, гистограммы распределения по высотам разных типов волн.

Во втором параграфе описаны характеристики сильных цунами с первой волной понижения, обращенной к берегу, в регионе Тихого океана. Построены зависимости высоты заплеска для локальных цунами с первой отрицательной фазой от магнитуды землетрясения для тихоокеанского побережья. Показано, что эти цунами могут быть подразделены на два класса - одни из них вызываются сильными землетрясениями (М > 8) , в то время как другие возникают вследствие землетрясений с достаточно умеренной магнитудой (6.5 < М < 8). Построены зависимости вероятности локальных цунами с первой отрицательной фазой для тихоокеанского региона от высоты заплеска. Определено соотношение вероятностей наката для этих двух классов цунами и рассмотрены возможные механизмы генерации таких цунами. Построен закон повторяемости для региона Чили за период 1604-1956 гг. и региона Чили-Перу за период 1866-1982 гг. Были детально проанализированы цунами в районе г.Арики (север Чили) и было выдвинуто предположение о возможном катастрофическом цунами в районе Арики в ближайшие 10-20 лет.

В третьем параграфе, на примере региона Чили-Перу, изучена возможность оценки по наблюдательным данным не только максимальной высоты заплеска волны, но и частоты повторяемости высот цунами с учетом знака головной волны.

В четвертом параграфе, на основе проведенного статистического анализа обосновано применение для анализа аномальных цунами клавишной модели цунамигенных землетрясений. Такая модель зоны субдукции позволяет описать с единой точки зрения механизм генерации цунами с первой волной понижения как для сильных, так и умеренных землетрясений.

Во второй главе рассмотрены линейные оценки для наката аномальных волн цунами и ряд нелинейных эффектов, позволяющих уточнить эти оценки.

В первом параграфе в рамках нелинейных уравнений мелкой воды, используя аналог римановых решений, рассмотрены характеристики наката на плоский откос длинных волн различной формы и фазы на примере класса лоренцевых импульсов. Исследовано влияние нелинейных эффектов на эти характеристики.

Во втором параграфе, в рамках линейных уравнений мелкой воды, исследован накат на берег волн для класса синусоидальных импульсов знакопеременной формы. Исследована зависимость максимальной величины наката на берег и отката от берега при изменении параметров первого и второго импульсов. Найдены интервалы параметров, при которых возможно появление резонансных эффектов, способствующих существенному увеличению высоты наката на берег, приведены оценки пределов применимости линейной теории.

В третьем параграфе, проведено изучение характеристик длинных волн, отраженных от берега, интерес к которому вызван не только необходимостью более полного понимания процессов, происходящих в прибрежной зоне при накате, но и проблем берегового строительства. Рассмотрен класс лоренцевых импульсов, накатывающихся на плоский откос, сопряженный с ровным дном. Проведено как аналитическое, так и численное исследование данного процесса.

В четвертом параграфе, в рамках линейной теории, получено аналитическое решение для заплеска длинной волны на плоский откос при учете слабой диссипации. Рассмотрена линейная «вязкость», для чего в уравнения вводится «полуэмпирический» коэффициент, учитывающий диссипацию.

В третьей главе, проведено исследование волн цунами, вызванных сходом подводного оползня.

В первом параграфе, проведен обзор работ по особенностям цунами, вызванных сходом подводного оползня. Рассмотрены существующие модели подводного оползня, используемые при расчетах волн на поверхности воды, вызванных этим оползнем: модель твердого блока, модель вязкой (или вязкопластической) жидкости, модель деформируемого дна и проведено их сопоставление. Предложено для моделирования генерации цунами, вызванных сходом подводного оползня, использовать модель подводного оползня как поронасыщенной упруго пластической среды. Обсуждены ее преимущества по сравнению с имеющимися моделями.

Во втором параграфе, сформулирована постановка задачи, предполагающая моделирование деталей оползневого цунами на примере конкретного события, с заданной геометрией склона и параметрами оползневой массы, а именно известного цунами 7 февраля 1963 г. в Коринфской бухте, Греция, вызванного массивным оползнем в устье местной реки. Представлена модель для численного расчета генерации волны цунами при движении подводного оползня, основанная на системе нелинейных уравнений мелкой воды.

В третьем параграфе, приведены результаты численного моделирования движения оползня (в рамках упругопластической модели) по подводному склону и расчеты генерации, распространения и наката волн цунами, возникающих при движении подводного оползня. Отмечено, что при генерации волны цунами оползнем, рассчитанным в рамках упругопластической модели задача существенно меняется по сравнению с задачей движения твердого блока и вязкой жидкости. Исследована эволюция формы волны на поверхности воды, генерируемой подводным оползнем, в различные моменты времени для двух значений максимального угла трения, определяющего свойства тела оползня. Детально изучен процесс возникновения локального цунами — процесс формирования гребня, накатывающегося на берег, с которого сошел оползень.

В четвертом параграфе, проведен одномерный анализ наката на берег длинной волны на поверхности воды от шельфового оползня, в зависимости от его исходной локализации: на урезе воды, на подводном склоне шельфа, на сухом берегу. Исследована динамика схода оползня, сползающего с уреза воды для двух значений максимального угла трения, динамика движения точки подвижного уреза и сам процесс наката волны на берег.

В четвертой главе, проведен детальный анализ катастрофического цунами 26 декабря 2004 года в Индийском океане.

В первом параграфе представлен обзор работ по событию 26 декабря 2004 г. в Индийском океане. В обзор включено более 50 имеющихся работ по этому событию и проанализированы методы подхода к решению данной проблемы.

Во втором параграфе, по результатам данного анализа, обоснован выбор наиболее адекватной модели сейсмического очага - клавишной модели. В соответствии с выбранной моделью цунамигенных землетрясений проведен анализ и подбор характеристик динамического сейсмического очага.

В третьем параграфе, для оценочных расчетов, в пренебрежении изменением глубины океана, решена задача с модельной геометрией: ровное дно, накат волны на плоский откос. Проведено численное моделирование генерации волн цунами кинематическим очагом, состоящим из различного числа блоков для прямой зоны субдукции в рамках клавишной модели. Исследован процесс распространения волн цунами и их наката на берег. Рассчитано распределение максимальных заплесков цунами при разбиении очага на блоки разных размеров, в зависимости от сценария их движения. Изучена пространственно-временная картина для подвижного уреза при каждом сценарии, а также распределение максимальных и минимальных заплесков. Проведено моделирование процесса вспарывания в сейсмическом очаге и распространение поверхностной волны при вспарывании в очаге вдоль зоны субдукции при последовательном подъеме блоков с юга на север. На втором этапе проведено численное моделирование генерации цунами в клавишной модели очага (косая (типа суматранской) зона субдукции) также в приближении ровного дна. Моделирование проведено для двух случаев: очага, состоящего из 3 блоков-клавиш и очага, состоящего из 8 блоков и из 17 подводных блоков-клавиш. Получена пространственно-временная картина распределения заплесков вдоль всего побережья и картина распределения максимальных заплесков на урезе от времени. Рассмотрен динамический сейсмический очаг. Проведен расчет и анализ влияния времени подготовки землетрясения в сейсмическом очаге на величины максимальных заплесков и их распределение на берегу (отсутствующие до настоящего времени в литературе) на базе клавишной модели цунамигенных землетрясений. Проведено моделирование движения блоков в очаге по заданному колебательному закону. Изучена пространственно-временная картина подхода волн цунами к урезу при таком сценарии. Проведено сравнение с результатами расчетов, не учитывающих время подготовки землетрясения.

В четвертом параграфе, проведено численное моделирование генерации и распространения волн цунами для события 26 декабря 2004 г. в Индийском океане динамическим очагом, состоящим из различного числа блоков при реальной батиметрии для ряда сценариев. Исследовано влияние длины очага на характеристики распространяющейся волны и величины высот волн вдоль побережья, для чего рассмотрена генерация цунами от суматранского, суматрано-никобарского и суматрано-никобарско-андаманского сегментов. Рассчитано распределение максимальных высот цунами по всей акватории. Проведено детальное сопоставление полученных данных по высоте волны в заданной акватории с данными спутниковой альтиметрии для всех трех сценариев. Рассчитаны мареограммы для заданных точек побережья Индийского океана и проведен их сравнительный детальный анализ для каждого сценария, а также сопоставление с имеющимися наблюдательными данными для этих пунктов. Получены амплитудно-частотные характеристики цунами в заданных точках и по трассе пролета спутника. Получены также спектральные характеристики волны как функции волнового вектора (wavelet-анализ) и проведен их детальный сравнительный анализ.

В пятой главе, проведен анализ возможности катастрофического цунами на Дальнем Востоке от сейсмического очага, расположенного в зоне сейсмической бреши в районе средних Курил.

В первом параграфе, обсуждена концепция сейсмической бреши для Курильской островной дуги. Представлено обоснование использования клавишной модели для возможного сейсмического источника в данной акватории. Проанализированы и составлены модели сейсмического очага, используемые для расчета формирования очага цунами. Проанализирована возможная кинематика подвижек в сейсмическом очаге. Проведено численное моделирование генерации и распространения волн цунами для двух типов сейсмического очага, расположенного в зоне сейсмической бреши средних Курил. На первом этапе было проведено моделирование генерации очага цунами и распространения от очага волн для случая, когда сейсмический очаг состоит из трех блоков-клавиш, расположенных между глубоководными проливами Крузенштерна и Буссоль. Было рассмотрено 4 сценария движения блоков-клавиш в сейсмическом очаге. Для каждого варианта получено распределение волновых полей смещения уровня воды и скоростей частиц волны на поверхности воды для любого момента времени при данном процессе, получены распределения максимальных высот волн цунами в расчетной акватории. Детально изучен процесс формирования очага цунами. Далее, проведено численное моделирование генерации и распространения волн цунами для сейсмического источника с реальными параметрами блоков-клавиш. Размеры возможных блоков-клавиш были оценены по результатам промеров профилей дна, полученных во время морской экспедиции «Курилы-2005» (37-й рейс НИС «Академик Лаврентьев»). Детально изучена картина генерации волн цунами и картина волнового поля в Охотском море в заданные моменты времени для исследуемых сценариев движения блоков. Также исследована картина поля скоростей частиц воды в волне для характерных моментов времени, в том числе во время прохода волной проливов Крузенштерна и Буссоль. Рассчитаны мареограммы для конкретных точек как тихоокеанского, так и охотоморского побережий Курильских островов, побережья Сахалина, а также ряда побережий Японии. Получены максимальные значения высот волн цунами на побережьях островов Курильской гряды при разной динамике сейсмического источника. Построены гистограммы максимальных высот волн в зависимости от широты нахождения данного пункта побережья Курильских островов при генерации цунами сейсмическим источником с разной последовательностью движений блоков, составляющих этот источник. На основе данных численного моделирования для конкретного сценария, в рамках линейной теории мелкой воды, проведены оценки величин максимального заплеска волн цунами на о.Сахалин. Проведен детальный анализ возможных максимальных высот цунами на Курильских островах.

Во втором параграфе, проведен детальный анализ сильнейшего подводного землетрясения в районе сейсмической бреши и вызванного им цунами 15 ноября 2006 г. Обнаружено совпадение локализации реального эпицентра землетрясения и предложенного нами гипотетического источника, / используемого в наших расчетах до наступления события. Проведено моделирование события 15 ноября 2006 г., для чего из предложенного нами (до данного события) очага были оставлены 4 блока, в районе которых был локализован эпицентр землетрясения. Были промоделированы генерация и распространение цунами этим сейсмическим источником. Было рассмотрено 5 сценариев локализации блоков, из которых для одного, наиболее вероятного сценария, проведены детальные расчеты. Получено распределение максимальных высот волн в рассматриваемой акватории для события 15 ноября 2006 г. Рассчитаны мареограммы для ряда точек акватории. Проведено детальное сопоставление с имеющимися наблюдательными данными.

В третьем параграфе, был проведен спектральный анализ расчетного волнового поля для события цунами 15 ноября 2006 г. в Курило-Камчатском регионе. Было проанализировано волновое поле в акватории Охотского моря, генерированное проливом Буссоль, как вторичным источником генерации волны цунами, в том числе в момент прохождения волной этого пролива. Получены амплитудно-частотные спектры, рассчитанные с помощью дискретного преобразования Фурье, а также рассчитаны передаточные функции для некоторых соседних точек. Проведены оценки величин максимального заплеска волн цунами на о.Сахалин для события 15 ноября 2006 г. Построены wavelet-характеристики для наиболее интересных точек акватории. Проведен расчет колебания подвижного уреза в рамках линейной теории для конкретной точки .

В четвертом параграфе, проведен анализ возможной реализации дальнейших событий в зоне остаточной сейсмической бреши. Обсуждено

21 состояние района сейсмической бреши после реализованных событий. Выделены оставшиеся неактивированными блоки-клавиши подводного сейсмического источника. Проведено численное моделирование возможной генерации и распространения цунами этими блоками, расположенными против пролива Крузенштерна. Проанализировано прохождение волны в Охотское море через этот пролив. Рассчитано распределение максимальных высот возможного цунами, генерированного правой частью сейсмического источника. Рассчитаны мареограммы для конкретных мористых точек. Получены амплитудно-частотные спектры для этих точек и передаточные функции для ряда соседних точек. Проведено сравнение возможных заплесков на о.Сахалин с высотами волн, от очага, локализованного около пролива Буссоль. Получено также распределение максимальных высот для островов Хонсю и Хоккайдо (Япония).

В Заключении, сформулированы основные результаты диссертационной работы.

В Приложениях приведены цветные иллюстрации результатов численного моделирования процессов генерации и распространения волн цунами.

Заключение диссертации по теме «Океанология», Мазова, Раиса Хаимовна

Результаты исследования указывают, что для модели твердого блока, чем выше начальное положение оползня относительно уровня моря, тем выше генерированные волны. Для вязкопластического оползня есть оптимальное положение оползня, которое производит наибольшие волны. Увеличение объема оползня, его плотности и угла наклона всегда увеличивает энергию генерированных волн. Добавочный объем, связанный с надводной частью, входящей в воду, является одной из причин почему надводный оползень более эффективен как генератор волн, чем подводный оползень. Надводный оползень смещает значительный объем воды при относительно высокой скорости, так как он соскальзывает в воду с надводного склона. Эффективность генерации цунами обратно пропорциональна глубине воды, и надводный оползень - более эффективный генератор волн. Надводная компонента оползня производит значительный прирост амплитуды волны, генерированной оползнем.

Численное моделирование оползневых цунами более сложно, чем сейсмических (в обычной поршневой модели [Jiang, LeBlond, 1993]). Было проведено сравнение эффективности генерации цунами в вязкопластической модели и модели твердого блока для оползня в зависимости от влияния угла склона, положения оползня, глубины воды, трения на генерацию поверхностных волн. Оба оползня генерируют диполярную волну, уходящую в море. Для подводного оползня генерируются три волны: лидирующий гребень, движущийся в море со скоростью мелководной волны с — л/gh; впадина, движущаяся в море со скоростью оползня и впадина, идущая к берегу. Для модели твердого блока, вторая волна существенно больше, чем две другие волны; для вязкопластического оползня - все три одного порядка. Для твердого блока цунами имеет амплитуду, пропорциональную вертикальному смещению центра масс. Для оползней, расположенных на одинаковой высоте, высота волн для твердого блока в четыре раза выше, чем для вязкопластического. Из-за того, что разные части вязкопластического оползня движутся с разными скоростями, происходит размывание оползня при движении вниз, так что формируется длинный хвост седиментов, уменьшается толщина оползня и, таким образом, эффективность генерации цунами.

В работе [Куликов и др., 1998] обсужден вопрос выбора оптимальной модели для описания процесса движения тела оползня и генерации волн цунами, а также формализация влияния прилива на устойчивость оползня на склоне. Было отмечено, что землетрясение является своего рода спусковым механизмом (триггером) для обрушения оползня, находящегося в неустойчивом состоянии. Фактически, оползневый процесс является результатом длительного накопления осадочных фракций в отдельных участках побережья и морского дна (складках рельефа), вследствие постепенной эрозии берега при размывании берегового грунта (песчаного, илистого и др.) течениями, волнением и также в процессе отложения аллювиальных потоков в дельтах рек. Можно также упомянуть эрозийное разрушение скалистой породы, приводящей к их отколу и падению, а также образование огромных масс льда, приводящих к образованию катастрофических морских волн. Так, сходы ледников неоднократно вызывали сильные цунами в заливе Якутат и фьорде Рассел (юго-западная Аляска). Некоторые прибрежные районы в силу своих морфологических характеристик оказываются особенно подверженными оползням и связанным с ними цунами.

В модели твердого блока оползень представлен в виде твердого тела, соскальзывающего как целое по склону с учетом трения. Он состоит из хорошо консолидированного материала и сохраняет свою форму во время движения. Такие модели хорошо описывают образование волн цунами в результате падения в море скал, ледяных глыб, в том числе падение айсбергов и др. Вязкопластическая модель лучше описывает оползневые процессы для мелкозернистых , водонасыщенных седиментных фракций, и в частности, для депозитных илистых осадков. Волны на поверхности моря образуются при этом как следствие образования подводного мутьевого потока. Вязкопластическая модель объединяет черты обеих теорий и часто используется для описания оползней: снег, вулканическая лава, речные и морские осадки. Она позволяет рассмотреть вопрос о стабильности осадочных отложений на наклонном дне и вероятность самопроизвольного «срыва» оползневого тела. Отложения водонасыщенного неконсолидированного грунта (глинистые, илистые, песчано-илистые образования) неустойчивы к сейсмическим и техногенным воздействиям. Очевидно, когда событие уже подготовлено, достаточно небольшого толчка или вибрации, чтобы перевести водонасыщенный грунт из состояния твердо-пластичности в вязко-жидкое состояние и спровоцировать сход оползня. Именно в таких случаях прилив может играть решающую роль. При высоком приливе выталкивающая сила воды удерживает тело оползня от соскальзывания в море. Одновременно происходит насыщение грунта водой, что увеличивает его тяжесть и пластичность и уменьшает трение скольжения ( предельное напряжение).

При последующем сильном отливе собственная тяжесть берегового материала, увеличенная за счет дополнительной тяжести пропитавшей его воды, резко уменьшает порог устойчивости и повышает вероятность срыва оползневых масс. Вязкопластическая модель оползня, позволяющая рассчитывать пороговые значения устойчивости касательных напряжений в грунте, может быть положена в основу методики районирования побережья с точки зрения оценки опасности оползневых (мелкие фракции) цунами.

В работе [Imamura, Imteaz, 1995] была развита математическая модель для двухслойного потока вдоль негоризонтального дна. Законы сохранения массы и импульса были проинтегрированы по глубине в каждом слое, а нелинейные кинематические и динамические условия были заданы на свободной поверхности и на границе между жидкостями. Обе жидкости имели однородную плотность и были несмешиваемы. Оползневое движение управляется мгновенным балансом локальных сил.

3.1.4. Модель деформируемого дна

В работе [Koutitas, Papadopoulos, 1998] для анализа цунами (6 м) в Коринфском заливе, Греция (1963), вызванного внезапным оползнем в устье местной реки, было использовано численное моделирование уравнений Буссинеска для длинных, нелинейных волн с дисперсией. Модель состоит из двух классических уравнений, выведенных из физических принципов непрерывности массы и сохранения импульса вдоль горизонтальной составляющей потока. Исследовалось прохождение нелинейных гравитационных волн на воде, генерированных граничными условиями контролируемого движения на дне и границе берега. В работе [Heinrich, 1991] , для моделирования цунами, вызванного оползнем, возникшим при расширении аэропорта в Ницце (1979), была использована трехмерная механико-жидкостная модель, которая решала трехмерные уравнения Навье-Стокса для смеси, состоящей из осадков, гравия и обтекающей воды. Двумерная версия модели была подтверждена лабораторными экспериментами, состоящими в подводном оползне гравитационной массы вдоль наклонной плоскости. При этом предполагалось, что оползневый поток подобен ньютоновскому однородному потоку жидкости плотности р— 1.93.

3.1.5. Модель подводного оползня как поронасыщенной, упруго-пластичной среды

Распространение идей механики сплошных сред неизмеримо расширило и во многом изменило существующие представления о тектонических воздействиях, которые являются причиной возникновения большинства подводных оползней [Гарагаш, Лобковский, 2000; Garagash, Chemenda, 2003]. При решении задач океанологии, связанных с изучением генерации цунами подводными оползнями, возникающими в результате неустойчивого деформирования поронасыщенного склона под действием тектонических и сейсмических воздействий, необходима методика моделирования напряженно-деформированного состояния подводного склона и его оползания с применением нелинейных математических моделей грунта, при строгом учете всех действующих сил и переменности свойств среды. Причем модель процесса генерации цунами в рамках оползневой модели должна учитывать характер процессов, происходящих в теле оползня, его геологию и морфологию, как при его возникновении, так и в течение схода оползня. При построении математических моделей подводных оползней и связанных с ними цунами должны учитываться имеющиеся данные по геологическому и морфологическому строению конкретных шельфов и различных сейсмогенных структур, а также необходимо провести анализ влияния геодинамических и геомеханических факторов на устойчивость подводного склона, провести численное моделирование характерных случаев возникновения и развития подводных оползней для склонов с различным геологическим строением и морфологией дна, разными режимами сейсмичности и различной реологией осадков на основе сбора геологической и геофизической информации, например, для районов Черного, Каспийского и Средиземного морей. Такая методика может быть применена для оценки георисков подводных морских склонов, являющихся потенциальными очагами возникновения аномальных цунами. Основой для моделирования должны служить данные о геодинамической обстановке и характере сейсмичности в конкретном регионе. В качестве основополагающих для моделирования необходимо использовать данные о морфологии шельфов и континентальных склонов, литологии и мощности осадков, конкретные геотехнические данные, полученные экспериментальным путем, например, результаты наблюдений с помощью высокочастотного сейсмического профилирования, сонаров бокового обзора и подводного фотографирования. Эти данные позволяют судить о реальных размерах оползневых масс и характере их деформации в процессе оползания.

Как видно из вышеизложенного, существенным моментом при расчете оползневых цунами является выбор модели для описания поведения оползня при численных расчетах. Здесь необходимо использование методик, учитывающих механические характеристики его составляющих в ходе оползания (ср. [Jiang, LeBlond, 1993]). Кроме того, необходим учет возможного сейсмического воздействия на процесс, т.к. именно при сейсмическом воздействии возможно соскальзывание части консолидированного осадочного слоя по формирующейся зоне локализации неупругой деформации. Процесс этот происходит достаточно быстро и увлекает значительные массы воды, что в результате и может привести к формированию цунами в прибрежной зоне.

Ключевым фактором, контролирующим процесс локализации пластической деформации и связанной с ним неустойчивости склона, является характер разупрочнения грунтов, слагающего поверхностный осадочный слой. Суть этого явления состоит в том, что деформирование реальных грунтов после достижения точки разрушения продолжается при уменьшающемся ( рис.3.3 ) напряжении т.е. происходит уменьшение предела прочности при возрастании деформации (в испытаниях с дренажем, так и без него) до тех пор, пока напряжение не установится на некотором конечном или остаточном уровне.

Рис. 3.3. Зависимость напряжения от деформации для оползня.

Соответствующая методика была использована в недавних работах [Гарагаш, Лобковский, 2000; Garagash, Chemenda, 2003]. В этих работах был проведен краткий анализ состояния проблемы устойчивости склонов по отношению к оползням и проведен расчет для конкретного морского региона (кавказского склона Черного моря). В частности отмечено, что подход к проблеме устойчивости склонов (т.е. оползней) развивается в двух направлениях: а) эмпирическое (не связанное с обоснованием и совершенствованием инженерного подхода), основанное на концепции предельного пластического равновесия и б) численное моделирование (задач механики сплошных сред), которое базируется на определении напряженно-деформированного состояния склона с применением той или иной нелинейной математической модели грунта при строгом учете всех действующих сил и переменности свойств грунта. Обычные попытки оценки устойчивости склонов основаны на использовании инженерного кинематического подхода по методу Бишопа для криволинейной и плоской предполагаемых поверхностей скольжения. При этом, в условиях проскальзывания, вводятся слагаемые, учитывающие поровое давление и сейсмическую составляющую нагрузки, однако не учитывается поронасыщенность грунта и возможность его ожижения в условиях сейсмического воздействия. Кроме того, не учитывается разупрочнение грунта в режиме пластического течения, хотя экспериментальные исследования образцов грунта демонстрируют развитие падающей ветви диаграммы деформирования после достижения предела прочности.

В работах [Гарагаш, Лобковский, 2000; Garagash, Chemenda, 2003] приведен пример численного расчета устойчивости конкретного склона, в котором учитывается важный реологический эффект снижения прочности грунта при достижении предела текучести в результате сейсмического воздействия. Показана возможность развития больших оползневых смещений крупных блоков осадочных образований в верхней части склона, инициированных сейсмичностью дна. В отличие от кинематического метода, полное решение задачи о напряженно-деформированном состоянии склона при сейсмическом воздействии, дает возможность оценить распределение остаточных деформаций и смещений во всем объеме грунта, с учетом его возможного ожижения и разупрочнения. Программный код FLAC , в отличие от метода конечных элементов, реализует явную конечно-разностную схему решения трехмерных задач механики сплошных сред, что позволяет моделировать нелинейное поведение поронасыщенных грунтов в условиях пластического течения за пределом прочности.

3.2. Постановка задачи

В диссертации исследование процесса схода подводного оползня и генерации цунами проведено на примере численного моделирования конкретного исторического события, произошедшего в Греции, в Коринфской бухте, 7 февраля 1963 года. Цунами произошло от схода оползня в устье местной реки Салменикос и характеристики этого события были впоследствии детально изучены [Koutitas, Papadopoulos, 1998]. На южном побережье максимальная высота волны достигала 5-6 метров. Полевые наблюдения, проведенные в [Historical., 2000], не оставляют сомнений, что причиной цунами был внезапный асейсмический оползень по направлению к морю из-за перегрузки подводного склона осадочными массами (объемом около 57000 м ), скопившимися в устье этой реки, расположенной на южном побережье. Оползшие массы были в основном подводными.

3.2.1. Геоморфология Коринфской бухты (Греция)

Коринфская бухта является ковшеподобной тектонической структурой, которая быстро расширяется, благодаря полю напряжений в южном направлении, что приводит к высокой сейсмичности района, связанной с перпендикулярным разломом в западном направлении. Он расположен между N

I900ui f

Щ Stti/ел KaUftda s

2000m t

V! Gpon CSOR yCSfe Ш

Therm cwline>Zor.« ^liiiesiiiiiipl' j «^^-Cojveiijr So»

SLO^E (20u-7X;nii * iff! uiiviii: iiMWM klJJR ("700 SOOrti)

Mil ft- RISE

1 £223 IJiosonr

2 Terrigenous

3 l*?l*i Fad mud deposit

ABYSSAL PLAIN (> 800iii)

Рис. 3.4. Типичный рельеф дна Коринфского залива ( Греция ) [Papadopoulos et al., 2007]. основной территорией Греции на севере и п-вом Пелопоннес на юге и окружен гидрологическим бассейном, обеспечивающим седиментами северное и южное побережья бухты (рис.3.4). Интенсивная тектоническая активность вместе с частым разрушением осадочных масс ведет к формированию крутых подводных склонов. Как следствие, генерация не только сейсмических, но и асейсмических (благодаря оползанию) цунами является дополнительной, важной геофизической особенностью Коринфской бухты [Koutitas, Papadopouos, 1998].

Коринфский залив имеет резко ассиметричную структуру (рис.3.4; см. также П1.3.1 ) [ Papadopoulos et al., 2007]. Максимальные глубины в

37' 45'

21* 30' 21' 45' 22' ОО' 22*15' 22" 30' 22*45' 23* 00'

Рис. 3.5. Карта Коринфского залива (Греция) [Papadopoulos et al., 2007].

Corinth Gulf Bathymetry

-300 -50 200 450 700 950 120014501700 Рис. 3.6. Батиметрия Коринфского залива (Греция) [Papadopoulos et al., 2007]. центральной части залива превосходят 900 м (рис.3.5, 3.6 ). В подводном рельефе выделяются: континентальный шельф, континентальный склон, подножие и глубоководная равнина. Северный шельф имеет ширину от 0.7 до 12 км и прослеживается до глубины около 200 м у бровки шельфа. Углы наклона составляют 1-2°. Южный шельф узкий (менее 1 км) и более крутой (4 - 8°). Бровка шельфа находится на глубине 100 м. Северный континентальный склон имеет ширину от 3 до 7 км и уклон от 5 до 7°. Южный склон значительно уже и круче (ширина 1.5-2.5 км, уклон 14-18°). В то же время континентальное подножие на севере узкое (1-2.5 км) и относительно крутое (2-5°), тогда как на юге его ширина варьируется от 1 до 5.5 км при уклоне 1-3°. Глубоководная равнина, шириной около 12 км, занимает центральную часть бассейна с глубинами более 800 м и характеризуется плоским дном (уклон менее 0.5°).

Коринфский залив относится к одной из наиболее сейсмических зон Греции. Первые сведения о разрушительных землетрясениях, в основном в его юго-западной части, относятся к V веку до н.э. [Historical., 2000]. Катастрофическое землетрясение 373 г. до н.э. {М - 7) полностью разрушило город Элике. Другое событие, сопровождавшееся большими разрушениями, произошло в западной части залива в 1402 году. Землетрясения с магнитудой 6.5 и 6.7 с эпицентрами на южном побережье залива произошли соответственно в 1817 и 1861 гг. Сильное землетрясение с магнитудой М= 6.5 произошло в 1965 г. Многие землетрясения в Коринфском заливе сопровождались образованием широких трещин в прибрежной полосе, а также надводными и подводными оползнями. Известны случаи погружения значительных по площади участков полосы. Так во время землетрясения 1861 года в западной части залива произошло оползание верхней части береговых осадков в полосе шириной 100-200 м и протяженностью 13 км, при этом прибрежная полоса погрузилась на 2 м. Сходные явления наблюдались на южном побережье залива в 1817 и в 1965 гг. В последнем случае оползни образовались и на северном побережье: в заливе Эратини, где произошло погружение участка побережья площадью 1000 м на 6 м [Historical., 2000].

После выполнения исследований шельфа и континентальных склонов было обнаружено, что землетрясения вызывали обрушение осадочных пород на расстоянии, по крайней мере 7-9 км от эпицентра. Было установлено, что прибрежные склоны стабильны при землетрясениях с магнитудами М < 6 баллов. Т.к. периодичность сильных землетрясений с магнитудами М > 6 баллов составляют 22.7 лет [Galanopoulos et al., 1964], то риск катастрофических обвалов очень велик. Подводные оползни при землетрясениях с такой интенсивностью приводят к появлению волн цунами. Так после землетрясения 373 г. город Элике был полностью затоплен. Обычно затоплению подвергается узкая (100-200 м ) прибрежная полоса. Высоты волн варьируются от 0.5 до 3-6 м. Цунами 7 февраля 1963 г. в Коринфской бухте произошло при оползании подводного склона, причем объем сползших масс составлял 57000 куб. м. [Koutitas, Papadopoulos, 1998]. Это цунами произвело на южном побережье максимальный накат 5-6 м, а на противоположном побережье бухты 4 м [Koutitas, Papadopoulos, 1998].

3.2.2. Модель, используемая при расчетах движения подводного оползня

Был выполнен модельный расчет напряженно-деформированного состояния склона для геометрии, близкой к геометрии Коринфской бухты, Греция, где в 1963 г. наблюдалось цунами, вызванное оползнем в устье местной реки [Koutitas, Papadopoulos, 1998 ]. Рассмотрен слой осадков, (рис. 3.7 и

Рис. 3.7. Расчетная схема подводного склона: верхний слой - упругопластическая оползневая масса, покоящаяся на упругом основании. рис.П1.3.2.а), покоящихся на относительно жестком основании с известными модулем сдвига G и объемным модулем К. Грунт моделировался упругопластической средой с предельным условием Кулона-Мора. Для оползневого тела задавались плотность слоя ps, модуль сдвига G, объемный модуль К, сцепление с, максимальный угол трения ф3 и прочность на растяжение а'. Такая же группа параметров задавалась и для основания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе анализа большого эмпирического материала по всем сильным цунами (с высотой заплеска на берегу более 1м), зафиксированным на побережье Тихого океана для необрушенных волн, вводится классификация волн цунами по фазе наката. Показано, что почти в 75% случаев происходит накат волн цунами положительной фазой (гребнем). Проведен сравнительный анализ вероятностных характеристик волн с отрицательной фазой для Курило-Камчатского и Чилийского глубоководных желобов. Показано, что генерация диполярной волны цунами (с впадиной, направленной к берегу), вызванной прибрежным диполярным источником, с подвижкой вниз, ориентированной к берегу или подводным оползнем может привести к аномально сильному накату цунами (локальные цунами). При этом максимальной волной не обязательно будет головная волна. Показано, что существует два класса сильных цунами, начинающихся с отрицательной волны (отлива) в Тихом океане: одни, вызванные сильными землетрясениями, а другие являются следствием землетрясений умеренной силы. Для побережья Чили-Перу характерны цунами, относящиеся к первому классу. Из анализа сделан вывод, что в течение ближайших 10-20 лет в районе г. Арики (Чили) возможно появление сильного цунами, вызванного сильным землетрясением, как следствие окончания очередного сейсмического цикла в Чилийской зоне субдукции. Источник этого землетрясения будет расположен в районе глубоководной террасы континентального склона в этом регионе. Сильное цунами будет с первой отрицательной волной и высота заплеска будет сравнима с событиями 1604 и 1877 гг. Показано, что при хорошем качестве наблюдений, на закон повторяемости высот цунами оказывают влияние два независимых фактора: повторяемость цунамигенных землетрясений и условия распространения (трансформации) цунами от источника до наката на берег. Проведенный анализ позволяет получить верхнюю оценку закона повторяемости высот цунами в регионе в целом, если имеются детальные наблюдения проявлений хотя бы одного сильнейшего для этого региона цунамигенного землетрясения (с учетом знака головной волны) и сведения о числе цунамигенных землетрясений за фиксированный промежуток времени. Такая оценка проведена для региона Чили-Перу. Также этот анализ позволил получить реальные оценки повторяемости в регионе Чили-Перу больших (т] > 8-10 м) высот цунами. Получено соответствие с законом повторяемости, следующим из клавишной модели цунамигенных землетрясений. Проведено сопоставление с данными для региона Курило-Камчатского глубоководного желоба.

2. Аналитическое исследование наката на берег для двух классов импульсов показало, что наличие отрицательного предвестника у волны цунами (диполярная волна) может привести к а) увеличению высоты заплеска до 2.5 раз; б) увеличению скорости наката до 3 раз; в) изменению характера наката (пологий или крутой фронт подходящей волны). Показано, что наличие первой отрицательной фазы в цуге волн, двигающемся к берегу, может приводить к резонансным эффектам, способствующим существенному росту величины заплеска, причем эти эффекты проявляются при определенных соотношениях параметров начального возмущения. Эти эффекты могут дать существенное увеличение (почти на порядок) как высоты заплеска по сравнению с начальной амплитудой волны, так и длительности первого отката от берега по сравнению с первой фазой отката подходящей к берегу волны. Эти расчеты хорошо согласуются с аналитическими оценками для наката диполярной волны, полученными автором ранее в работах в рамках линейной теории. Показано, что для нахождения простых аналитических решений для наката волн цунами на плоский откос необходимо проводить расчет наката длинных волн на плоский откос в два этапа. На первом этапе, в рамках линейных уравнений мелкой воды, решается задача о волновом поле в клине и находятся колебания уровня воды на урезе. На втором этапе с помощью полученных из преобразований Римана формул рассчитываются временные характеристики подвижного уреза, справедливые для любого значения параметра обрушения меньше критического. Показано, что влияние нелинейности при решении задач нахождения максимальных величин высоты наката и скорости потока при различных значениях параметра обрушения проявляется в асимметрии временного хода скорости наката - ее передний фронт укручается, что соответствует скачкообразному увеличению скорости в фазе наката. Для рассматриваемой морфометрии береговой зоны имеется хорошее совпадение решений, полученных в рамках линейной модели и при численных расчетах нелинейных уравнений. Это дает возможность для необрушенных волн использовать имеющиеся линейные решения для конкретных расчетов, позволяющих с хорошей точностью определять экстремальные характеристики наката: максимальный заплеск и максимальный откат волн. В тех же случаях, когда проявление нелинейности существенно - при очень больших высотах волн, на стадии обрушения, там где линейное приближение «не работает» и необходимо проводить численное моделирование. Показано, что уже в рамках простейшей диссипативной модели возникает конкуренция механизмов усиления и диссипации, обнаруживается независимость формы волны от величины слабой диссипации; эти свойства должны быть присущи и более сложным моделям. Данная модель может являться эффективным тестом для проверки численных моделей, уже используемых в практике расчетов волн цунами. Анализ характеристик отраженной от наклонного берега длинной гравитационной волны (цунами) в рамках теории мелкой воды позволил указать основные особенности процесса отката волны цунами от берега. Полученные результаты протестированы для случая наката лоренцева импульса (с различными фазами наката), получено хорошее согласие с имеющимися в литературе данными. В случае откоса, сопряженного с ровным дном, получено аналитическое решение для отраженной волны, справедливое для любых углов откоса и любых форм начального возмущения, аналитически исследованы предельные случаи низких и высоких частот, а так же проведены расчеты поведения коэффициента отражения на всем интервале частот. Получено, что коэффициент отражения низких частот является квадратичной функцией частоты. Такой результат согласуется с выводами аналогичных работ, исследующих процесс отражения длинной волны от склона в рамках теории краевого слоя ". Проведено численное моделирование процесса отражения от наклонного откоса, сопряженного с ровным дном для класса лоренцевых импульсов. Получено хорошее согласование с аналитическими результатами и имеющимися результатами лабораторного моделирования других авторов. 3. Показано, что для анализа цунами, генерируемого подводным оползнем, необходимо привлечение детальных данных о морфологии шельфов и континентальных склонов, литологии и мощности осадков, конкретных геотехнических данных, полученных экспериментальным путем. Необходимо учитывать процессы, происходящие в теле оползня, как при его возникновении, так и в течение схода оползня, что даст наиболее точное приближение результатов численного моделирования к натурным данным. Для одной и той же геометрии берегового склона, при одном и том же сейсмическом или иного рода воздействии, в зависимости от реологических и геологических свойств осадков, накопленных на склоне, возможна генерация, распространение и накат волн цунами с существенно отличными характеристиками на берегу, с которого сошел оползень, от спокойного подтопления до наката крутого фронта. Следовательно, существование сильных цунами от слабых землетрясений, можно объяснить, в частности, учетом физических свойств пород, слагающих оползень. Показано, что при различной локализации оползня на шельфе (подводной или надводной), накат на берег может быть существенно разным, как по величине, так и по характеру - первая волна наката или отката. На основе численного моделирования движения подводного оползня в рамках упругопластической модели и генерации, распространения и длинной волны, генерированной этим оползнем, в рамках нелинейных уравнений мелкой воды, проведен детальный анализ волнового процесса в прибрежной зоне. Показано, что в процессе эволюции диполярной волны, генерированной этим оползнем, в области впадины, появляющейся на поверхности воды при сползании оползня, возникает вторичная диполярная волна, которая двигается к берегу, с которого сошел оползень. Т.к. волна ориентирована к берегу отрицательной фазой, то величина наката гребня существенно возрастает. Исследована зависимость высоты заплеска такой волны от свойств слагающих оползневое тело пород и от локализации оползня: частично надводного и с разной подводной локализацией. Особенностью данной задачи является накат волны цунами на откос, профиль которого формируется в процессе оползания берегового склона и накат происходит на формирующуюся в каждый момент времени поверхность склона -динамический накат. Проведено сравнение динамики процесса оползания склона с результатами полученными другими авторами в рамках вязкопластичной модели.

4. На базе клавишной модели цунамигенных землетрясений проведено численное моделирование генерации и распространения гравитационных волн на поверхности воды, вызванных клавишным сейсмическим источником в рамках нелинейной теории мелкой воды для события 26 декабря 2004 г. в Индийском океане. При моделировании было сделано предположение, что механизм подводного землетрясения в Индийском океане (с эпицентром вблизи о.Суматра) обусловлен последовательным движением блоков-клавиш вдоль Зондского глубоководного желоба от о.Суматра к Никобарским, а затем к Андаманским островам («эффект домино»). Исследованы различные комбинации вертикального движения подводных блоков-клавиш, имитирующие подвижки в сейсмическом источнике. Определены модельные сценарии, и параметры подвижек, наиболее соответствующие такой картине. В рамках решения модельной задачи без учета реальной батиметрии продемонстрировано, что волны цунами, генерируемые различной комбинацией движений блоков-клавиш, имеют существенно разный характер, что приводит к разной картине распределения максимальных заплесков вдоль побережья. Решение модельной задачи с параметрами акватории, соответствующей ближнеполевой зоне очага землетрясения (600x600 км ) и учет «косого» характера зоны субдукции, характерного для суматрано-андаманского землетрясения 26 декабря 2004 года, дает хорошее согласие с величинами заплеска на побережье Таиланда. Неоднородное распределение высот заплеска вдоль побережья Таиланда, полученное с помощью полевых исследований, соседство небольших заплесков с аномально высокими накатами может быть следствием (как одно из объяснений) наката цунами, генерированного многоблоковым сейсмическим источником со сложной кинематикой движения блоков в очаге. Отмечено, что такая модель может более адекватно объяснить характер волнового поля цунами и в других районах бассейнов Индийского и Тихого океана. Обнаружено, что неоднородное распределение заплеска вдоль побережья существует даже в простейшей модели ровного дна и откоса с постоянным уклоном, что указывает на то, что этот эффект является, в первую очередь, следствием характера движения блоков в очаге землетрясения, а не только эффектом батиметрии или изрезанности береговой полосы. Анализ сценариев генерации волны цунами с использованием клавишной модели зоны субдукции позволяет объяснить неоднородное распределение волн цунами как в ближней так и дальней зонах. Проведенные расчеты по генерации волны движениями в очаге показали, что при движении клавиш в очаге с юга на север вдоль зоны субдукции, значительную роль играет величина клавиш и скорость, с которой они поднимаются (опускаются), а также скорость, с которой идет это движение вдоль зоны субдукции. Учет времени подготовки землетрясения показал существенное отличие характера генерации волн цунами, их распространения и наката на берег от случаев, рассчитанных без учета динамического переходного процесса формирования распределения смещений морского дна. Получено, что учет характера накопленных напряжений в сейсмическом источнике и генерация цунами неустановившимся движением дна в очаге, приводит к заметному росту высоты возмущения на поверхности воды по сравнению со случаем мгновенного изменения формы дна в очаге. Проведен расчет генерации и распространения волн для реальной батиметрии акватории. В рамках решения нелинейных уравнений мелкой воды, с учетом диссипации на дне и силы Кориолиса, для реальной батиметрии акватории, был проведен ряд расчетов для различных сценариев движения блоков-клавиш в очаге землетрясения для события 26 декабря 2004 г. в Индийском океане. Получены расчетные альтиметрические зависимости изменения высоты поверхности океана при модельных «пролетах спутника» над акваторией Индийского океана и проведено сравнение с данными спутника «Ясон-1». Выявлены особенности движения подводных блоков-клавиш, определяющие характер волнового поля в открытом океане, зафиксированный со спутников. Выбраны сценарии, довольно хорошо моделирующие особенности альтиметрической зависимости. «Ясон-1» и указывающие на ее связь с параметрами сейсмического источника, что может дать продвижение в понимании механизма очага этого аномального землетрясения. Расчетные мареограммы в этом сценарии также хорошо выражены и позволяют тоже указать на связь с параметрами сейсмического источника и батиметрией, в том числе особенностями шельфовой зоны. Выявлена тенденция возможных движений блоков в очаге землетрясения, отвечающих альтиметрии «Ясон-1». Движение блоков на юго-востоке, которые первыми начали движение, происходило вверх. У сегментов очага, близких к о.Суматра, должны были преобладать вертикальные подвижки вниз. Блоки, принадлежащие Никобарскому сектору, в отличие от общепринятой идеи затухания процесса с юга на север, сдвигались вверх, видимо, на ту же высоту (или близкую), что и первые блоки в суматранском сегменте. И, что является одним из самых важных выводов из проведенных выше расчетов, последние три блока, принадлежащие андаманскому сегменту сейсмического очага, по-видимому, сдвигались не вверх, как это рассматривается во всех имеющихся работах по Индийскому океану, а вниз. Т.о. тенденция формирования очага землетрясения 26 декабря 2004 г. также указывает на многоблоковый очаг, где сброс ориентирован к о.Суматра, а сильный взброс к океану в суматранской части очага, в никобарской части очага сброс ориентирован в сторону Таиланда, а взброс, несколько слабее, чем в суматранской части, ориентирован также в сторону океана. И, наиболее неожиданный вывод, получен для третьей «старой» части очага: преобладание процессов растяжения литосферных плит над сжатием. Сбросовые движения третьего сегмента провоцируют понижение уровня океана на огромных расстояниях (почти треть альтиметрической записи лежит ниже нулевого уровня). На основе спектрального анализа волнового поля цунами продемонстрирована важность дисперсионных эффектов при распространении и трансформации волн цунами и показана необходимость учета этих эффектов при численном моделировании распространения волн цунами. На основе анализа спектральной зависимости волнового поля цунами от волнового вектора показано, что низкие частоты вступают раньше, чем высокие и установлено, что задержка появления гармонических составляющих растёт с их волновыми числами. Установлено, что использование клавишной модели многоблокового очага позволяет объяснить ряд конкретных проявлений цунами в данных регионах побережья Индийского океана.

5. Используя клавишную модель цунамигенных землетрясений, проведено численное моделирование генерации и распространения гравитационных волн на поверхности воды, вызванных многоблоковым сейсмическим источником, расположенным в зоне «сейсмической бреши», в районе средних Курил. Численное моделирование генерации и распространения волн было проведено в рамках нелинейной теории мелкой воды для реальной батиметрии с учетом диссипации. Положение подводных блоков, которые могут принять участие в землетрясениях, было предварительно определено во время морской экспедиции «Курилы-2005» (37-й рейс нис «Академик Лаврентьев»). Реализовавшееся затем событие подводного землетрясения и вызванное им цунами 15 ноября 2006 г. подтвердили такой прогноз, причем эпицентр землетрясения, по данным Pacific Tsunami Warning Center, США, располагался практически точно на границе двух центральных блоков предложенного нами гипотетического источника. Построены мареограммы для ряда пунктов побережья Охотского моря и конкретно о.Сахалин. Проведен спектральный анализ записей модельных мареографов. Исследуя ряд сценариев движения блоков в очаге землетрясения, получено соотношение изменения скоростей подъема и высот, на которые необходимо поднять блок в сейсмическом источнике, чтобы получить на поверхности воды смещение, соответствующее заданной магнитуде землетрясения. Получено, что характер прохождения волны цунами через Курильские острова и ее распространения как вне, так и внутри акватории Охотского моря практически одинаков: независимо от сценария, в первые 150-240 с часть волны уходит в открытый океан, в сторону Гавайских островов. В то же время хребет Витязя и Курильские острова препятствуют прохождению волны в сторону Охотского моря, что приводит к большой величине наката на юго-восточное побережье островов (до 15 м на о.Симушир, 2 м на о.Кунашир, 1.5 м на о.Шикотан и т.д.). При этом часть энергии волны отражается от островов в сторону океана, однако основная часть волны проходит через глубоководные проливы Буссоль и Крузенштерна, которые выполняют т.о. роль естественных волноводов. Получено, что в зависимости от варианта расчета максимальное значение высоты заплеска достигается в существенно далеко расположенных друг от друга пунктах на побережье Курильских островов. Получено, что охотоморское побережье Курильских островов при любых вариантах движения блоков в сейсмическом очаге, при магнитуде М ~ 8.5, будет испытывать достаточно слабое воздействие, наибольшие прогнозируемые высоты волн до 2.5 метров. Исключение составляют три острова Уруп, Симушир и Шиашкотан, где большие высоты волн возможны не только на тихоокеанском побережье -более 15 метров, но и на побережьях Охотского моря - до 7 метров. На п-ве Камчатка, на тихоокеанском побережье высоты волн достигают 4.5метров, а на побережье Охотского моря до 6 метров. При очень больших магнитудах землетрясения на о.Сахалин высоты волн в некоторых пунктах могут достигать 7 м. Получено, что отличие между высотой заплеска на берегу и максимальной высотой на 10-м изобате существенно, а в некоторых точках может достигать двукратных значений. Установлено, что локализация трех очагов последних землетрясений в зоне сейсмической бреши в районе средних Курил (30 сентября 2006 г., 15 ноября 2006 г. и 13 января 2007 г.) практически совпадает с расположением гипотетического очага землетрясения, предложенного в наших предварительных расчетах: эпицентр очага 30 сентября 2006 г. приходится на область второй клавиши, эпицентр очага 15 ноября 2006 г. приходится на границу между третьим и четвертым блоками, а эпицентр землетрясения 13 января 2007 г. находится на границе между четвертым и пятым блоками, практически в глубоководном желобе. Т.о. имеется хорошее совпадение координат очагов землетрясений с координатами гипотетического очага землетрясения, состоящего из 8 блоков-клавиш, предложенного нами и, следовательно, сделанный за полгода до этих событий прогноз землетрясения и цунами в районе Курильской островной дуги, полностью подтвердился. Численное моделирование нескольких сценариев возможного мощного землетрясения в районе «сейсмической бреши» средних Курил и вызванного им цунами, проведенное в рамках многоблоковой модели, в середине 2006 г., на базе данных морской экспедиции «Курилы-2005», позволило определить потенциальную цунамиопасность для побережий как Курильских островов, так и и Охотского моря, в первую очередь, о.Сахалин. Реализация этого события 15 ноября 2006 г. подтвердила своевременность такого прогноза - эпицентр этого произошедшего землетрясения действительно оказался локализованным в центре нашего «гипотетического» источника, а именно, практически точно на границе между 3 и 4 блоками-клавишами. Такая высокая точность выбора локализации подводного сейсмического источника в предварительном численном моделировании, полученная впервые (обычно проводится постсобытийное численное моделирование цунами), указывает на адекватность использованной (клавишной) модели. При моделировании цунами от сейсмического источника, с блоками-клавишами, которые были задействованы в реальном событии 15 декабря 2006 г., было показано, что при таком сценарии проход волны цунами, генерированной подводным землетрясением, в акваторию Охотского моря происходил, фактически, только через пролив Буссоль (при предварительном численном моделировании, ввиду большей протяженности «гипотетического» сейсмического источника, были «включены» оба волновода: пролив Буссоль и пролив Крузенштерна).

Уточнение локализации эпицентра реализовавшегося землетрясения и его магнитуды, позволило провести более детальное численное моделирование уже реализовавшегося события с учетом только активных блоков-клавиш в источнике, локализованном против пролива Буссоль. При данной локализации очага имеется некоторое усиление волновой энергии в средней части о.Сахалин, где возможны эффекты захваченных волн. На юго-востоке о.Сахалин также имеется некоторое усиление (п.Стародубское) за счет возможных резонансных эффектов бухты. Получено, что для северо-восточной части о.Сахалин высоты наката волн для данного события не могли превышать одного метра, причем, детальные расчеты наката цунами на берег проводились для тех областей о.Сахалин, где расчетное распределение максимальных высот волн вдоль побережья оказалось наиболее интенсивным. Меньшая же часть энергии волн направлена со стороны Тихого океана в сторону японских островов, где также имеется некоторое усиление волновой энергии на северо-востоке о.Хонсю. В расчетах получено, что для такого расположения очага наибольшая интенсивность цунами должна наблюдаться на тихоокеанском побережье Курильских островов, где высота волн достигала 22.5 м. Высоты порядка 1.5 м представлены в некоторых районах южной части восточного побережья о.Сахалин, на северо-восточном побережье о.Хоккайдо и на охотоморском побережье Курильских островов. Волны с высотой порядка 1м представлены как на восточном побережье о.Сахалин, о.Хоккайдо, так и на тихоокеанском побережье о.Хонсю, район г.Офунато. Расчетные высоты волн для данного сценария согласуются с имеющимися наблюдательными данными для ряда пунктов побережья России и Японии. Так на о.Симушир наибольшей была головная волна с высотой около 6 м. В районе г.Хакодате (о.Хоккайдо) наибольшей была вторая волна с высотой более 30 см (40 см по данным наблюдений). На восточной оконечности п-ва Немуро (в районе г.Ханасаки) наибольшей была третья волна (около 1 м) в цуге волн после небольшого отлива (80 см по наблюдательным данным). На тихоокеанском побережье о.Хоккайдо, в районе г. Кусиро, максимальной является четвертая волна с высотой около 40 см ( 40 см по наблюдательным данным). На южной части восточного побережья Сахалина высоты волн были до 1.5 м (четвертая волна), а в северной части этого побережья, куда цунами пришло значительно позже, волны достигали 40 см в высоту. (Здесь нужно заметить, что цунами, как и ожидалось, оказалось трансокеанским, и высоты волн на побережье США достигали 2 м (Crescent City, California), и на побережье Чили - до 1 м (Arica, Talcahauno). Для данного расчета были получены мареографные записи в ряде точек расчетной акватории. По этим данным были построены амплитудно-частотные характеристики волновых полей и передаточные функции для соседних точек. Проведено исследование с помощью wavelet-анализа. Получено, что для волн, распространяющихся вдоль Курильских островов на юго-запад в сторону японских островов, заметно существенное ослабление волновой энергии для всех рассмотренных пунктов. Эти расчеты, проведенные в режиме реального времени, могли бы быть использованы для предсказания конкретных времен дохода и высот волн для побережий Тихого океана в дальней зоне. Здесь нужно отметить, что оставшаяся незадействованной в данном происшедшем событии часть источника, расположенная против пролива Крузенштерна, остается потенциально опасной зоной нового мощного землетрясения и генерации цунами в ближайшее время. Проведено численное моделирование генерации волн цунами «молчавшей частью» сейсмической бреши. Показано, что при локализации сейсмического источника перед проливом Крузенштерна, волновая энергия будет направлена на прохождение в пролив Крузенштерна, в сторону восточного побережья Камчатки и меньшая часть будет распространяться к островам Хоккайдо и Хонсю (Япония) со стороны Тихого океана. После прохождения пролива Крузенштерна, волновой фронт разворачивается в сторону впадины Дерюгина и волны идут к о.Сахалин, причем, в отличие от реализованного сценария при прохождения волн через пролив Буссоль, для данного расчета основной удар приходится на северовосточную часть острова. Также нужно отметить, что сильное воздействие при такой локализации очага будет испытывать и тихоокеанская часть полуострова

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Мазова, Раиса Хаимовна, 2007 год

1. АЛЕКСАНДРОВ В.Е., Басов Б.И., Левин Б.В., Соловьев С.Л. О формировании диссипатиеных структур при моретрясениях // ДАН СССР Т.289, С.1071-1074, 1986.

2. БАГРЯНЦЕВ В.И., Куликов Е.А., Пул С.Л., Рабинович А.Б., Спилфогель Л.К., Тюрин Ю.В. Измерение длинных волн в открытом океане (опыт обработки) // в сб.: Волновые процессы в северо-западной части Тихого океана, Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1980, С.11-27.

3. БУХТЕЕВ В.Г., Плинк Н.Л. Трансформация волн цунами на шельфе и перераспределение энергии // в кн.: Изучение цунами в открытом океане, М.: Наука, 1978, С.26-32.

4. ВОВЯРИС А.Ю., Голубцова Т.С., Мазова Р.Х., Пелиновский Е.Н. Оценка средней величины наката нерегулярных длинных волн II Научн. конф. «Морские природные катастрофы (цунами и штормовые волны)», Горький, 1990, Тез .докл., С.43-44, 1990.

5. ГО Ч. Н., Кайстренко В. М., Симонов К. В. Локальный прогноз цунами и цунамирайонирование II Препринт СахКНИИ ДВНЦ АН СССР, Южно-Сахалинск, 1982. 28 с.

6. ГОЛУБЦОВА Т.С., Мазова Р.Х. Накат волны переменной формы // в кн. «Колебания и волны в механике сплошной среды», Горький: изд. ГПИ, 1989г., С.52-63.

7. ГУСЯКОВ В.К. Об оценке цунамиопасности подводных землетрясений по спектральным характеристикам рэлеевских волн // веб.: Генерация цунами и выход волн на берег, М.: Радио и связь, 1984, С.84-95.

8. ГУСЯКОВ В.К., Чубаров Л.Б. Численное моделирование возбуждения и распространения цунами в прибрежной зоне И Изв. АН СССР. Физика Земли Т.21, №11, С.53-64, 1987.

9. ДОБРОХОТОВ С.Ю., Жевандров П.Н. Расчет волновых движений в океане над переменным дном методом Маслова II Исследования цунами № 1, М.: Наука. 1986, С.73-79.

10. ДОБРОХОТОВ С.Ю., Толстова О.Л. Волны на поверхности жидкости, возбуждаемые сейсмическим источником с ненулевым спектром II Научн. конф. «Морские природные катастрофы (цунами и штормовые волны)», Горький, 1990, Тез.докл., С. 14, 1990.

11. ДОЦЕНКО С.Ф. Возбуждение волн цунами в непрерывно стратифицированном подвижками участка дна // Исследования цунами № 3, М.: МГФК при Президиуме АН СССР, 1988, С.7-17.

12. ДОЦЕНКО С.Ф., Сергеевский Б.Ю. Дисперсионные эффекты при генерации и распространении направленной волны цунами II Исследования цунами № 5, М.: МГФК РАН. 1993, С.21-32.

13. ДОЦЕНКО С.Ф., Сергеевский Б.Ю., Черкесов Л.В. Генерация пространственных волн цунами подвижками дна конечной продолжительности

14. Исследования цунами № 2, М.: Наука, 1987, С.27-34.

15. ДОЦЕНКО С.Ф., Соловьев C.JI. О роли остаточных смещений дна океана в генерации цунами подводными землетрясениями // Океанология Т.35, № 1, С.25-31, 1995.

16. ЖМУР В.В. Поверхностные явления над очагами сильных подводных землетрясений // Исследования цунами №2, С.62-71, 1987. ЖМУР В.В., Якубенко М.В. Динамика плотностных потоков на наклонном дне // Известия РАН. ФАО Т.37, №34, С. 1-10, 2001.

17. КАЙСТРЕНКО В.М., Пелиновский Е.Н., Симонов К.В. Накат и трансформация волн цунами на мелководье П Метеорология и гидрология №10,С.68-75, 1985.

18. КАЙСТРЕНКО В.М., Мазова Р.Х., Пелиновский Е.Н., Симонов К.В. Аналитическая теория наката волн цунами на плоский откос // Накат цунами на берег. Горький. 1985. С.34-47.

19. КОЗЛОВ С.И. О накате волны цунами на берег без обрушения // Изв. АН СССР. ФАО Т. 17, С.996, 1981.

20. КОНОНКОВА Г.Е., Показеев К.В. Динамика морских волн // М.: изд. МГУ, 1985.-299 с.

21. КОНОНКОВА Г. Е., Похил А. Э. Набегание волн цунами подходящих к берегу отрицательной фазой // Динамика длиннопериодных волн в океане и исследование цунами: Труды ДВНИИ / Гидрометеоиздат. Владивосток. 1984. С. 99-106.

22. КУЛИКОВ Е.А., Пул С.Л., Рабинович А.Б. Спектр длинных волн в открытом океане и радиационные приливы // в сб.: Волновые процессы в северо-западной части Тихого океана, Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1980, С.28-38.

23. В.М., Королев Ю.П., Разжигаева Н.Г., Прасетья Г.С., Хидаят Р., Ялчинер А. Катастрофическое цунами 26 декабря 2004 года в Индийском океане: данные полевых обследований и моделирование // Препринт ИПФ РАН №672, Н.Новгород: изд. ИПФ РАН, 2005. 12 с.

24. ЛАВЁРОВ Н. П., Лаппо С. С., Лобковский Л. И., Баранов Б. В., Кулинич Р. Г., Карп Б. Я. Центрально-Курильская «брешь»: строение и сейсмический потенциал И Доклады РАН, Т.406, № 8, 2006.

25. ЛЕВИН Б.В., Носов М.А. Физика цунами И М.: Янус-К, 2005,- 360 с. ЛОБКОВСКИЙ Л.И. Геодинамика зон спрединга, субдукции и двухъярусная тектоника плит II М.: Наука, 1988. 253 с.

26. ЛОБКОВСКИЙ Л.И., Мазова Р.Х. Механизм очага цунами 2004 в Индийском океане: анализ и численное моделирование П Физика Земли, Т.43, № 7, С.46-56, 2007.

27. ЛОБКОВСКИЙ Л.И., Мазова Р.Х., Баранов Б.В., Катаева Л.Ю. Моделирование цунами в Охотском море на базе клавишной модели субдукции // в кн.: Фундаментальные исследования морей и океанов (под ред. акад. Лаверова Н.П.), М.: Наука, ч.1, с. 292- 303, 20066.

28. МАЗОВА Р.Х. Заплеск волн цунами в канале переменного сечения II 3республиканская конференция по прикладной гидромеханике «Проблемыгидромеханики в освоении океана», Киев, 1984, Тез. докл., с.158-159. (1984в).

29. МАЗОВА Р.Х. Отражение волн цунами от откоса Я Совещание по цунами,

30. Горький, ИПФ АН СССР, 1984, Тез. докл., С. 103-105. (1984г).

31. МАЗОВА Р.Х. Линейная теория наката волн цунами на шельфы различныхгеометрий // в кн.: Накат цунами на берег, Горький: изд. ИПФ АН СССР,1985, С. 48-64.

32. МАЗОВА Р.Х. Цунами, порожденные оползнями // Изв. АИН РФ, ПММ Т.4, С. 117-125,2003.

33. МАЗОВА Р.Х., Осипенко Н.Н. Накат одиночных волн на откос с изломом II в кн.: Вопросы совершенствования методов берегозащиты. — М.: изд. ЦНИИС, 1989. С. 15—22.

34. МАЗОВА Р.Х., Пелиновский Е.Н., Поплавский А.А. Физическая интерпретация закона повторяемости волн цунами // Вулканология и сейсмология №1, С.85- 90, 1986.

35. МАЗОВА Р.Х., Пелиновский Е.Н., Соловьев С. Л. Статистические данные о характере наката волн цунами II Препринт ИПФ АН СССР № 58, 1982, 42 е., 1982а.

36. МАЗОВА P. X., Пелиновский Е.Н., Соловьев С. Л. Оценка вероятности обрушения волн цунами II 2 Съезд советских океанологов, Севастополь, 1982. Тез.докл. II, С.30-31, 19826.

37. МУРТИ Т.С. Сейсмические морские волны цунами II Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 342 с.

38. ПЕЛИНОВСКИЙ Е. Н. Нелинейная динамика волн цунами II Горький: изд. ИПФ АН СССР, 1982. 226 с.

39. ПЕЛИНОВСКИЙ Е.Н. Гидродинамика волн цунами И Нижний Новгород: изд. ИПФ РАН, 1996. 276 с.

40. СОЛОВЬЕВ С.Л. Повторяемость землетрясений и цунами в Тихом океане // В кн.: Волны цунами. Тр. СахКНИИ ДВНЦ АН СССР. Вып. 29. Южно-Сахалинск, с. 7—47, 1972.

41. СОЛОВЬЕВ С.Л. Средиземноморские цунами и их сопоставление с тихоокеанскими цунами П Изв. АН СССР. Физика Земли Т.25, № 11, С.3-17, 1989.

42. СОЛОВЬЕВ С.Л., Го Ч.Н. 1974, Каталог цунами на западном побережье Тихого океана, М.: Наука, 1974. 312 с.

43. СОЛОВЬЕВ С.Л., Го Ч.Н. Каталог цунами на восточном побережье Тихого океана IIМ.: Наука, 1975. 204 с.

44. СОЛОВЬЕВ С.Л., Го Ч.Н., Ким Х.С. Каталог цунами в Тихом океане. 19691982 гг. IIМ.: МГК, 1986. 163 с.

45. СОЛОВЬЕВ С. Л., Тулупов И. В. Оценка возможной высоты цунами в некоторых пунктах юга Курильских островов // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли № 5, С. 31-41, 1981а.

46. СОЛОВЬЕВ С. Л., Тулупов И. В. Выбор масштаба цунами-районирования побережья //Океанология Т. 21, № 1, С. 38-41, 19816. СТОКЕР Д. Волны на воде //М.: Мир, 1959. 617 с.

47. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ основы и методы расчета волнового волнения // Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 262 с.

48. УИЗЕМ Дж. Линейные и нелинейные волны И М.: Мир, 1977. 624 с. ФЕДОТОВА З.И., Чубаров Л.Б., Шокин Ю.И. Моделирование поверхностных волн, порожденных оползнями II Вычислительные технологии, Т. 9, № 6, С. 8996, 2004.

49. AIDA I. Numerical experiment for the tsunami propagation the 1964 Niigata tsunami and the 1968 Tokachioki tsunami II Bull.Earthq.Rec.Inst., Univ. Tokio, V. 47, P. 673-700, 1969.

50. AIDA I. Reliability of tsunami source model derived from fault parameters II J.Phys.Earth. V. 26, P. 57-73, 1978.

51. AMMON C.J., CJi, H.-K. Thio, D.Robinson, S.Ni, V.Hjorleifsdottir, H.Kanamori,

52. BANERJEE P., Pollitz F.F., R. Burgmann R. The Size and Duration of the Sumatra-Andaman Earthquake from Far-Field Static Offsets // Science Y.308, P. 1769-1771, 2005.

53. Results) // (unpublished, 2005).

54. CHUBAROV L.V., Gusiakov V.K. Tsunamis and earthquake mechanisms in the island arc regions II Sci. Tsunami Hazards V.3, No.l, P.3-22, 1985. DAI H.H., A.Jeffrey Reflection of interface solitary waves at a slope 11 Wave Motion V.l 1, P.463, 1989.

55. DE GROOT-HEDLIN C.D. Estimation of the Rupture Length and Velocity of the Great Sumatra Earthquake of Dec 26, 2004 using Hydroacoustic Signals // Geophys.Res.Lett. 32, LI 1303 (1-4), 2005.

56. HASIOTIS Т., Papatheodorou G., Bouckovalas G., Corbau C., Ferentinos G. Earthquake-induced coastal sediment instabilities in the western Gulf of Corinth, Greece U Marine Geology V.186, P.319-335, 2002.

57. HATORI T. Tsunami off the Nemuro Peninsula in June 1973 and tsunami generation in East Hokkaido И Tsunami Research Symposium 1974. Royal Society of New Zealand. Bull. 15. Paris-Wellington, P.61-70. 1976.

58. HATORI T. Tsunami magnitude and source area of the Nihonkai-Chubu (the Japan Sea) earthquake in 1983 (in Japanese) // Bull.Earthq.Rec.Inst., Univ. Tokio, Y.58, P.723-734, 1983.

59. HIRATA К., K. Satake, Y. Tanioka, T. Kuragano, Y. Hasegawa, Y. Hayashi, and N. Hamada The 2004 Indian Ocean tsunami: Tsunami source model from satellite altimetry II Earth Planets Space V.58(3), P. 195-201, 2006.

60. HISTORICAL earthquakes and tsunamis in the Corinth Rift, Central Greece (Ed.: G.A.Papadopoulos, Institute of Geodynamics, National Observatory of Athens,11810 Athens, Greece, 2000).

61. HWANG L.-S., Divoky D. Tsunami generation 11 J. Geophys. Res. Y.75, No.33, P.6802-6816, 1970.

62. HII M., P.M.Shearer, H.Houston, J.E.Vidale Extent, Duration and Speed of the 2004 Sumatra-Andaman Earthquake Imaged by the Hi-Net Array И Nature V.435, 933-936, 2005.

63. JEFFRY A., H.H.Dai On the weak oblique reflection of solitary waves at a slope И Int.J.Non-Linear Mechanics V.24, P.l 15, 1989.

64. KAISTRENKO V.M., Mazova R.Kh., Pelinovsky E.N, Simonov K.V. Analytical theory for tsunami run up on a smooth slope II Sci. Tsunami Hazards V.9, No.2, P.l 15-127, 1991.

65. KANAMORI, H. Focal mechanism of the Tokach-oki earthquake of May 16, 1968: contortion of the lithosphere as a junction of the two trenches II Tectonophysics V.12, P.l-13, 1971.

66. BKOVSKY L.I., Mazova R.Kh., Garagash I.A., Kataeva L.Yu., Nardin I. To analysis of source mechanism of the 26 December 2004 Indian Ocean tsunami, Russ.J.Earth Sci. V.8, ES5001, doi:10.2205/2006ES000208 http://dx.doi.org/ 10.2205/2006ES000208 (2006b).

67. BKOVSKY L.I., Mazova R.Kh., Garagash I.A., Kataeva L.Yu. Numerical Simulation of Generation of Tsunami 7 February 1963 in Corinth Gulf, Greece. Russ. J. Earth Sci. V.8, ES5001, doi:10.2205/2006ES000211 http://dx.doi.org/ 10.2205/ 2006ES000211 (2006c).

68. BKOVSKY L.I., Papadopoulos G.A., Garagash I.A., Kozyrev O.R., Mazova R.Kh. On the runup of tsunami generated by submarine landslide in Corinthos Bay, Greece ( 7 February 1963) 11 9 Int. Symp. on Natural and Human Made Hazards

69. MAX A. Rapid estimation of rupture extent for large earthquakes: Application to the 2004, M9 Sumatra-Andaman mega-thrust II Geophys.Res.Lett., V. 32, LI0314, doi: 10.1029/2005GL022437, 2005.

70. MNITZ C., Nilsen-Hofseth S. The Indian Ocean Disaster: Tsunami Physics and Early Warning Dilemmas II EOS, V. 86, No.7, P.65-76, 2005.

71. MATSUTOMI H. Energy, momentum and height of a surging front of tsunami // Coastal Eng. in Japan V.31, No.l, P.69-85, 1988.

72. MAZOVA R.Kh. Statistical analysis of dangerous tsunami wave II HAZARDS'93, Quingdao, China, 1993, Abstr.Book., P. 80.

73. MAZOVA R.Kh. Reflecting of tsunami wave from a sloping beach conjugated with even bottom II Int.Symp.on Marine Positioning (INSMAP'94), Hannover, Cermany, 1994, Abstr.Book, P.31.

74. MAZOVA R.Kh. The rundown as a first phase of tsunami wave train: statistical data and analytical results // Int.Conf. on Tsunami, Paris, France, 1998, Abstr. Book, P.35, 1998.

75. MAZOVA R.Kh. Local tsunami generated by submarine landslides II 9th Int. Conf. HAZARDS'02, Antalya, Turkey, 2002, Abstr.Book, P. 102.

76. MAZOVA R.Kh., Lobkovsky L.I. Coastal sedimentation and landslides: possible generation of gravity sea waves II 21st Meeting of Int. Association of Sedimento-logists, Davos, Switzerland, 2001, Abstr.Book, P.91, 2001.

77. MAZOVA R.Kh., Pelinovsky E.N. The increasing of tsunami runup height with negative leading wave II IV Int.Conf. HAZARDS'91, Perugia, Italy, August 4-9, 1991, Abstr.Book, p. 118.

78. MAZOVA R.Kh., Ramirez J.R., Lobkovsky L.I. Analysis of tsunamis at Chilean coast on the basis of keyboard model of the earthquake sources II Tsunami Risk Workshop, Moscow, Russia, 2000, Abstr.Book, P.44, 2000.

79. McCLOSKEY J., Nalbant S.S., Steacy S. Earthquake risk from co-seismic stress II Nature V. 434, P.291,2005.

80. MEYER R.A., Strikwerda J.C., Vanden-Broeck J.-M. Notes on wave attenuation on beaches II Wave Motion V. 17, P. 11-31, 1993.

81. NAGARAJAN В., Suresh I., Sundar D., Sharma R., Lai A.K., Neetu S., Shenoi

82. NAKAMURA S. On statistics of tsunamis in Indonesia II South East Asian Studies V.16, No.4, P.664-674, 1979.

83. NAKAMURA S. A note on the Indonesian earthquake and tsunami of 19 August 1977II South East Asian Studies V.17, No.l, P.157-162, 1979.

84. ORTIZ M., Bilham R. Source area and rupture parameters of the 31 December 1881 Mw = 7.9 Car Nicobar earthquake estimated from tsunamis recorded in the Bay of Bengal II J. of Geophys. Res., V.108, No.B4, 2215 (P.1-16), doi:10.1029/ 2002JB001941, 2003.

85. Marine Geodesy, V.30, P.335-344, 2007.

86. PELINOVSKY E.N. Tsunami climbing a beach and tsunami zonation II Sci.Tsunami Hazards V.7, No.2, P.l 17-127, 1989.

87. PELINOVSKY E.N. Preliminary estimates of tsunami-risk for Australia // In: Proc. of the 1997 Conference of Australian Earthquake Engineering Society, Brisbane, Australia, 25-1.

88. PELINOVSKY E.N, Mazova R.Kh. Exact analytical solutions of nonlinear problems of tsunami wave runup on slopes with different profiles II Natural Hazards V.6, P.227-241, 1992.

89. SАТАКЕ К, Tanioka Y. The July 1998 Papua New Guinea Earthquake: Mechanism and Quantification of Unusual Tsunami Generation II PAGEOPH V.160, P.20872118,2003.

90. SHUTO N. Runup of long waves on a sloping beach II Coast.Eng Japan V.10, P.24-28, 1967.

91. SHUTO N. Standing waves in front of a sloping dike II Coast.Eng Japan V.15, P.14-18, 1972.

92. SHUTO N. The Nihonkai-Chubu earthquake tsunami on the North Akita coast II Coastal Eng. in Japan V.28, P.255-264, 1985.

93. SPIELFOGEL L.O. Runup of single waves on a sloping beach II J.Fluid.Mech. 1976. V.74, No 4, P.685-694, 1976.

94. TADEPALLI, S., Synolakis, C.: 1994, The runup of N-waves on sloping beaches, Proc.R.Soc.Lond. A V.445,P. 99-112, 1994.

95. TANIOKA Y., Ruff L., Satake K. The great Kurile earthquake of October 4, 1994

96. TANIOKA Y., Ruff L., Satake K. The great Kurile earthquake of October 4, 1994tore the slab II Geophys.Res.Lett. V.22, No.13, P.1661-1664, 1995.

97. TANIOKA Y., Yudhicara, Kususose Т., Kathiroli S., Nishimura Y., Iwasaki S.-I.,

98. Satake K. Rupture process of the 2004 great Sumatra-Andaman earthquake estimatedfrom tsunami waveforms II Earth Planets Space, V.58, P. 1-7, 2006.

99. TITOV V.V., Gonzalez F.I. Implementation and testing of the method of splittingtsunami (MOST) model II Contribution No. 1927 from NOAA/Pacific Marine

100. Environmental Lab. (Seattle, Washington, USA), 1997. 11 p.

101. TITOV V., A.B.Rabinovich, H.O.Mofield, R.E.Thomson, F.I.Gonzalez The

102. Global Reach of the 26 December 2004 Sumatra Tsunami II Science V.309, P.20452048, 2005.

103. TOLSTOY M., Bohnenstiehl D.R. Hydroacoustic Constraints on the Rupture Duration, Length, and Speed of the Great Sumatra-Andaman Earthquake // Seismological Res. Lett. V.76, No. 4, 419-425, 2005.

104. TROITSKAYA Yu.I., Ermakov S.A. Manifestations of the Indian Ocean tsunami of 2004 in satellite nadirviewing radar backscatter variations // Geophys.Res.Lett. V. 33, L04607, doi.T0.1029/2005GL024445, 2006.

105. TSAI V.C., Nettles M., Ekstrom G., Dziewonski A.M. Multiple CMT source analysis of the 2004 Sumatra earthquake II Geophys.Res.Lett., V. 32, L17304, doi:10.1029/2005GL023813, 2005.

106. TSUJI Y., Namegaya Y., Matsumoto H., Iwasaki S.-I., Kanbua W., Sriwichai M., Meesuk V. The 2004 Indian tsunami in Thailand: Surveyed runup heights and tide gauge records II Earth Planets Space, V.57, P. 1-10, 2005.

107. Рис.П1.3.1. Схема Коринфской бухты (Греция).а)(