Вторник, 06.12.2016, 08:43
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Естественные науки

СЕЙСМИЧНОСТЬ И ПЛОТНОСТНАЯ ГРАНИЦА РАЗДЕЛА В ЗЕМНОЙ КОРЕ ЮГО-ВОСТОЧНОГО ФЛАНГА СЕЙСМИЧЕСКОГО ПОЯСА ЧЕРСКОГО

Н.К.Гайдай, Л.Ю.Калинина

СЕЙСМИЧНОСТЬ И ПЛОТНОСТНАЯ ГРАНИЦА РАЗДЕЛА В ЗЕМНОЙ КОРЕ ЮГО-ВОСТОЧНОГО ФЛАНГА СЕЙСМИЧЕСКОГО ПОЯСА ЧЕРСКОГО  

В работе представлены результаты количественного анализа связи сейсмичности с положением плотностной границы расслоения в земной коре юго-восточного фланга сейсмического пояса Черского. Установлено, что зоны повышенной сейсмической активности, также как и максимальное удельное количество землетрясений, приурочены к районам с максимальной глубиной залегания плотностной границы расслоения в земной коре. Гипоцентры землетрясений, преимущественно, регистрируются выше установленной плотностной границы расслоения и располагаются в областях с резким изменением ее рельефа.

Ключевые слова: сейсмическая активность, гипоцентр землетрясения, плотностная граница расслоения в земной коре.


Введение
Вопросу связи глубинного строения с сейсмичностью посвящены многие работы, однако среди них (как в отечественной, так и в зарубежной литературе) редко встречаются исследования, использующие количественные модели глубинного строения и анализирующие закономерность размещения землетрясений для участков, где отсутствуют сейсмические профили. В качестве одного из примеров можно отметить работы А.М. Петрищевского [11]. Имеются также работы, анализирующие корреляцию эпицентров (реже - гипоцентров) землетрясений и глубинного строения вдоль сейсмических профилей и профилей МТЗ [10; 17] или использующие комплексный анализ геологической и геофизической информации, полученной в ходе различных региональных исследований [13].

В нашем случае строение земной коры изучается путем интерпретации аномалий поля силы тяжести и построения трехмерных плотностных моделей с использованием методов новой интерпретационной гравиметрии [2; 3]. Гравиметрический метод позволяет строить модели глубинного строения для любой по площади территории при наличии гравитационной съемки.

Ранее нами были проведены исследования связи между размещением землетрясений и строением земной коры для нескольких районов юго-восточного фланга сейсмического пояса Черского (Магаданская область) [4-7].
Целью данного исследования является определение связи между размещением гипоцентров землетрясений и рельефом плотностной границы расслоения в земной коре. Эта плотностная граница расслоения разделяет две области в земной коре: выше плотностной границы наблюдается латеральная плотностная неоднородность, т. е. изменение плотности при переходе от одного блока к другому. Ниже данной границы различия в плотности соседних блоков отсутствуют, что свидетельствует о плотностной однородности вещества в данной области пространства, вещество земной коры находится в гомогенном состоянии. Таким образом, данную границу можно рассматривать как границу метаморфизации вещества земной коры.

Исследование закономерности распределения сейсмичности относительно установленной плотностной границы расслоения в земной коре проводилось для участка с координатами 61°-62,2° с. ш. и 147°-150° в. д., расположенного в южной части зоны сочленения Аян-Юряхского антиклинория и Иньяли-Дебинского синклинория. Рассматриваемая территория сложена разнообразными осадочными, осадочно-вулканогенными, вулканогенными, хемогенными, метаморфическими образованиями широкого возрастного диапазона. Девонская и каменноугольная система представляют Приколымо-Черско-Полоусненскую систему (Геологическая, 1999).

Пермские отложения занимают большие площади в бассейне реки Аян-Юрях. Также на значительной площади распространены юрские отложения. Интрузивные и субвулканические образования распространены широко, разнообразны по составу и возрасту. Преобладают в виде крупных гранитоидных массивов возраста от позднеюрского до позднемелового. Иногда это субвулканические тела. В гравитационном поле отображаются в виде вытянутых преимущественно в северо-западном направлении положительных и отрицательных аномалий.
Сейсмическая активность территорий рассматривалась за период с 1968 (год создания сети сейсмических станций на территории Магаданской области) по 2013 г. Пространственно-энергетические характеристики землетрясений получены на основании каталогов Геоинформационной системы «Сейсмичность Магаданской области» [16], разработанной В.М. Шарафутдиновым [15], первичными материалами являлись сейсмологические данные Магаданского филиала геофизической службы РАН.

За рассматриваемый период на данной территории зарегистрировано 249 землетрясений энергетического класса от 5,2 до 14,0. Средняя плотность землетрясений составила 11,1 событий на 1 тыс. км2. Для 83 землетрясений имеется информация о глубине гипоцентров, 50 % из которых зафиксированы до глубины 10 км. Крупнейшим сейсмическим событием на рассматриваемой территории является Кулинское землетрясение с магнитудой М =5,6 и энергетическим классом К=14, зарегистрированное 13 января 1972 г. Оно ощущалось в большинстве поселков на юге области (координаты эпицентра - 61,8° с. ш., 147,1° в. д.). Интенсивность колебаний в поселках: Кулу (30 км) - 6 баллов, Кадыкчан (100 км), Сусуман (120 км), Усть-Омчуг (140 км) - 5 баллов, г. Магадан (310 км) - 3-4 балла.

Сейсмическая активность и плотностная граница расслоения в земной коре
Анализ связи сейсмичности с рельефом плотностной границы расслоения в земной коре проводилось на основании методики, предложенной Ю.В. Ризниченко [12].

Для этого им введено понятие сейсмической активности - плотности очагов землетрясений в данной пространственно - временной области, т. е. их число, отнесенное к единице пространства, времени и приведенное к определенному энергетическому классу К землетрясений:
   (1)
где у - наклон графика повторяемости землетрясений, для Магаданской области у = 0,49; Кmin - уровень представительности, т. е. минимальный класс землетрясений, который регистрируется на рассматриваемой территории без пропусков, в нашей работе Кmin= 8; К0 - класс величины землетрясений, которому соответствует рассчитываемая активность А. В нашем случае рассчитывается А = А10; S - площадь площадки осреднения; Т - период наблюдения землетрясений; S0 - принятая в соответствии с А единица нормирования по площади; Т0 - единица времени; S0= 1000 км2, Т0= 1 год; NE - общее число землетрясений разных энергетических классов К>= Кmin, наблюденных на площади S за время Т.

В данной работе на основании разработанной программы [1] определялись значения сейсмической активности А10. Для этого исследуемая территория разбивалась на элементарные ячейки-квадраты 0,1 °-0,2° по широте и долготе, соответственно. Для каждой ячейки определялось общее число NS эпицентров землетрясений энергетического класса К >= Кmin. Значения сейсмической активности приписывались центрам квадратов.

В качестве дополнительного показателя сейсмической активности использовалось удельное количество землетрясений равное количеству землетрясений, отнесенному к единице площади.

Для данного участка построены схемы изолиний сейсмической активности А10 и плотностной границы расслоения в земной коре (рис. 1) и диаграмма зависимости удельного количества землетрясений qN от глубины залегания плотностной границы раздела в земной коре (рис. 2).

Проведенный анализ показал:
- зоны повышенной сейсмической активности (см. рис. 1), так же, как и максимальное удельное количество землетрясений (см. рис. 2), в основном приурочены к районам с максимальной глубиной залегания плотностной границы расслоения в земной коре;
- эпицентр крупнейшего сейсмического события района исследования (Кулинское землетрясение 1972 г) тяготеет к району с максимальной глубиной залегания плотностной границы.
 
Данные выводы объясняются, на наш взгляд, тем, что для накопления напряжений, которые приводят к максимальному количеству землетрясений, необходимо наличие достаточно больших объемов земной коры с высокой вязкостью и небольшой пластичностью. В пластичном, маловязком веществе, в котором находится вещество ниже плотностной границы расслоения, напряжения нивелируются быстрее. Период релаксации напряжений в таких породах значительно уменьшается, а следовательно, уменьшается и вероятность возникновения землетрясений.

Кроме того, энергетический потенциал землетрясений (магнитуда и энергетический класс) зависит от размеров сейсмического очага [8; 14]. Наблюдения за афтершоками и сейсмодислокациями показывают, что размеры очага связаны с его вертикальной протяженностью Н, совпадающей с соответствующей толщиной сейсмогенерирующего блока земной коры, приближенным соотношением: Н= L/2 [14]. Вероятно, именно в зонах с максимальной глубиной залегания плотностной границы расслоения земной коры возможны землетрясения больших энергетических классов. Это подтверждается тем фактом, что крупнейшее Кулинское землетрясение с К =14 приурочено именно к такой зоне.

Плотностная граница раздела в земной коре и положение гипоцентров землетрясений
Анализ распределения гипоцентров землетрясений относительно плотностной границы расслоения показывает (рис. 3), что преимущественно они расположены в зонах повышенных горизонтальных градиентов глубины плотностной границы расслоения, т. е. в областях с резким изменением ее рельефа.

Причинами формирования такого рельефа плотностной границы могли быть, в частности, тектоническое движение отдельных блоков земной коры или локальный повышенный тепловой поток, породивший фазовые переходы вещества земной коры.

 

 
Рис. 2. Результаты анализа степени корреляции пространственного распределения эпицентров землетрясений с глубиной залегания плотностной границы

 

Рис. 3. Рельеф плотностной границы расслоения в земной коре и положение эпицентров землетрясений

 
В результате изменение положения плотной границы в пространстве могло послужить причиной появления в земной коре механического напряжения, сопровождающегося разрядкой энергии в виде землетрясения.

Факт тяготения землетрясений к участкам с изменением рельефа границ расслоения в земной коре согласуется с представлением о высвобождении упругих напряжений в областях, где наблюдается скачкообразное изменение физических свойств вещества [9]. Фактически именно эти участки представляют собой контакты между разнородными (по плотности) блоками земной коры. Соответственно, именно на этих контактах наблюдается резкий скачок значений физических параметров вещества, что и приводит к повышению вероятности высвобождения здесь упругих напряжений, а следовательно, к возникновению землетрясения.

Анализ глубины гипоцентров и положения их относительно плотностной границы показывает, что 78 % очагов землетрясений расположены выше установленной плотностной границы расслоения. Возможно, повышенный тепловой поток, приведший к гомогенизации вещества ниже плотностной границы, способствовал переводу вещества, находящегося ниже данной границы, в более пластичное состояние, которое в свою очередь, препятствует накоплению в данной области пространства механической энергии.

Следует отметить также, что энергетический класс всех землетрясений с гипоцентрами, расположенными ниже плотност- ной границы расслоения, не превышает 9. Это также возможно объяснить особенностями физических свойств вещества на данных глубинах - его пластическое состояние препятствует накоплению большого количества энергии, а соответственно, и разрядке ее в виде мощных землетрясений.

Библиографический список

1. Брачун Т.А. SeismoAc - программа для расчета сейсмической активности в Магаданской области / Т.А. Брачун, Л.Ю. Калинина, Д.А. Беспалов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013618006 от 28.08.2013 г
2. Ващилов Ю.Я. Новая интерпретационная гравиметрия - вместо и вместе с глубинными сейсмическими исследованиями. Методические основы новой интерпретационной гравиметрии / Ю.Я. Ващилов // Вестник СВНЦДВО РАН. - 2005. - № 3. - С. 2-16.
3. Гайдай Н.К. Новая интерпретационная гравиметрия. Понятия. Возможности. Перспективы использования / Н.К. Гайдай // Вестник СВГУ. - Магадан : Изд-во СВГУ, 2010. - № 13. Спецвыпуск - С. 10-14.
4. Гайдай Н.К. Плотность разломов, землетрясения и рельеф границ расслоения в земной коре (на примере центральной части Магаданской области) / Н.К. Гайдай, Л.Ю. Калинина // Вулканология и сейсмология. - 2011. - № 6. - С.71-78.
5. Гайдай Н.К. Анализ связи пространственного распределения эпицентров землетрясений и строения земной коры центральной части Магаданской области / Н.К. Гайдай, Л.Ю. Калинина // Вестник СВГУ. - 2012. - № 17. - С. 90-96.
6. Гайдай Н.К. Закономерности распределения гипоцентров землетрясений в земной коре южной части сейсмического пояса Черского / Н.К. Гайдай // Вестник СВНЦ ДВО РАН. - 2014. - № 1. - С. 16-24.
7. Гайдай Н.К. Размещение эпицентров землетрясений и строение земной коры юго-восточного фланга сейсмического пояса Черского (Северо-Восток России) / Н.К. Гайдай, Л.Ю. Калинина // Геодинамика. - 2013. - № 2 (15). - С. 160-162.
8. Губин И.Е. Закономерность в дифференциации сейсмогенных зон, обусловленных разрывами земной коры // Докл. АН СССР - 1979. - Т. 248. - № 1. - С. 166-169.
9. Костров Б.В. Механика очага тектонического землетрясения / Б.В. Костров. - М. : Наука, 1975. - 172 с.
10. Наиболее важные научные результаты НС РАН г Бишкек [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.gdirc.ru/ru/content org/scientific/lgmi/scire- sults.
11. Петрищевский А.М. Новый метод оценки жесткости тектонических сред по гравиметрическим данным и его использование при анализе сейсмичности / А.М. Петрищевский // Современная геодинамика Центральной Азии и опасные природные процессы: результаты исследований на количественной основе: материалы Всерос. совещания и молодежной школы по современной геодинамике. - Иркутск, ИЗК СО РАН, 2012. - Т. 1. - С. 53-56.
12. Ризниченко Ю.В. Сейсмическая активность территории СССР / Ю.В. Ризниченко. - М. : Наука, 1979. - 192 с.
13. Третьяков М.Ф. Особенности строения земной коры сейсмического пояса Черского: автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук // Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе. - М., 2009. - 27 с.
14. Уломов В.И. Глобальная упорядоченность сейсмогеодинамических структур и некоторые аспекты сейсмического районирования и долгосрочного прогноза землетрясений / В.И. Уломов // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. - М. : ИФЗ РАН, 1993. - С. 24-44.
15. Шарафутдинов В.М. Разработка и формирование Геоинформационной системы «Сейсмичность Магаданской Области», возможности ее применения / В.М. Шарафутдинов // Геоинформатика. - 2009. - № 3. - С. 52-56.
16. Шарафутдинов В.М. Геоинформационная система «Сейсмичность Магаданской области» / В.М. Шарафутдинов, С.Б. Малиновский // Свидетельство о государственной регистрации Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам № 2011615022 от 24.06.2011 г
17. Шарафутдинов В.М. Глубинное строение Ку- линского сейсмогенного узла (Верхнее-Колымское нагорье) по геофизическим данным / В.М. Шарафут- динов, И.М. Хасанов // Вулканология и сейсмология. - 2010. - № 5. - С.55-66.
 

Вестник Северо-Восточного государственного университета
Магадан 2014. Выпуск 22

Категория: Естественные науки | Добавил: x5443x (24.06.2016)
Просмотров: 67 | Теги: сейсмическая активность | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016