CC BY
119
Кольцевые структуры как источник сейсмичности
С.Б. Стажевский
Институт горного дела СО РАН, Новосибирск, 630091, Россия
В работе обосновывается гипотеза, в соответствии с которой область всплывания эндогенных кольцевых структур Земли представляет собой очаг землетрясений.
Ring structures as a source of seismicity
S.B. Stazhevskii
Institute of Mining SB RAS, Novosibirsk, 630091, Russia
The paper substantiates the hypothesis according to which the earthquake epicenter is an area where endogenic ring structures of the Earth emerge.
1. Введение
Одним из основных в геодинамике является вопрос о форме и размерах очага землетрясений. В соответствии с наиболее распространенной на сегодня моделью «объем очага представляет собой пространственную область вокруг разлома, из которой эффективно высвобождается энергия деформации. Масштабы данной области сравнимы с размерами разлома. Фокус в сейсмическом смысле есть точка в этом объеме, из которой начинается разлом и из которой излучаются самые ранние Р-волны» [1].
В отношении той же очаговой области существуют и иные взгляды. Так, в [2, 3] выдвинута гипотеза, следуя которой источниками динамических проявлений могут становиться функционирующие кольцевые структуры (К-структуры или КС). Разовьем эту гипотезу.
2. О некоторых особенностях сейсмичности
Результаты длительных наблюдений за слабыми сейсмическими событиями и афтершоками сильных землетрясений показывают, что во многих случаях те и другие группируются в виде локальных «сгустков» [1, 4]. Исследования, выполненные на Гармском полигоне Института физики Земли РАН, позволили заключить,
что пространственная структура поля плотности сейсмических событий устойчива во времени [5], то же свойственно афтершокам сильных землетрясений [1].
Согласно данным работы [1] между площадью А, занимаемой на дневной поверхности «пятнами» афтер-шоков крупных землетрясений Японии, и магнитудой главного толчка существует вполне определенная связь:
^ А = 1.02М + 6, (1)
где [А] = см2. Результаты близкие этому получены для ряда регионов Земли.
Вместе с тем японские специалисты обратили внимание на корреляцию магнитуды основного события и площади А' косейсмических деформаций поверхности. Как отмечается в [1], в соответствии с одной из интерпретаций
^ А = ^ п+ 2^ г = 1.02М + 5.96, (2)
где г — радиус ([г] = см) окружности, очерчивающей на свободной границе область, захваченную косейсми-ческими деформациями.
Таким образом, из (1), (2) вытекает, что А ~ А. «Другими словами, и афтершоки, и деформации поверхности имеют тенденцию располагаться в одной и той же области вокруг эпицентра» [1]. В работе [1] при анализе механики землетрясений данный факт рассматри-
© Стажевский С.Б., 2006
вается в качестве одного из ключевых. С учетом этого факта сейсмический очаг в [1, 4] интерпретирован как объем горных пород в виде шара.
Остановимся на основных особенностях динамических проявлений Русской платформы. Здесь, по данным [6], «установлена преимущественная связь очагов коро-вых землетрясений с границами разноскоростных блоков... В большинстве случаев эти границы представляют собой субвертикальные глубинные зоны нарушения сплошности горных пород, которым в верхней части кристаллической земной коры нередко отвечают локальные области пониженной скорости Р- и сдвиговых S-волн».
Характерно, что «эти области чаще имеют субкон-центрическую или эллипсоидальную форму в плане»
[6]. Одна из таких, отличающаяся от других, подобных ей, существенным сгущением гипоцентров землетрясений и представляющая собой Среднеуральскую субкон-центрическую область 1 пониженной скорости V = = 4.0^4.15 км/с в базальном слое кристаллической земной коры [6], вместе с несколько меньшей округлой Ме-
зенской зоной 2 выделена нами серым цветом на рис. 1. Данный рисунок является фрагментом карты-схемы из
[6]. Светлые кружки на нем — эпицентры землетрясений, цифры рядом — даты их реализации.
Автор работы [6] отмечает, что «форма связи этих структур с сейсмичностью и их возможный генезис остаются невыясненными». В то же время, как подчеркнуто там же, имеющиеся данные «наводят на мысль., что в подготовке верхне-среднекоровых землетрясений. принимали участие структуроформирующие процессы, протекавшие в нижней коре и верхней мантии».
Исследованиями [6] выяснено, что на Русской платформе большая часть очагов динамических проявлений вызвана подвижками по межблоковым субвертикаль-ным плоскостям разрывов. Это в частности демонстрирует сейсмический разрез через область Мезенского землетрясения 1936 г. (рис. 2 [6], см. также рис. 1). Данная деформационная особенность «согласуется с характером подвижек в очагах землетрясений Фенноскандии, изученных инструментально» [6].
Такое соответствие является закономерным. Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить рис. 1 с рис. 3
[7], на котором представлена схема тектоники Фенно-скандии, а также вспомнить материалы исследований
[8]: «Длительными наблюдениями установлено, что в пределах Скандинавии современные движения проявляются крайне неравномерно, в виде мозаики раздробленных глыб (рис. 3), отдельные части которых смещаются скачкообразно, часто резко отличаясь по характеру движения от соседних глыб» [8]. Вместе с тем, в области Южной Норвегии, оснащенной сейсмометрической сетью НОРСАР, «по данным регистрации удаленных землетрясений для частоты 1.8 Гц получен не-
Рис. 1. Субконцентрические структуры Русской платформы
Рис. 2. Сейсмический разрез земной коры через эпицентральную зону Мезенского землетрясения; <8> — фокус толчка, Ф — кровля фундамента, М — граница Мохоровичича, или Мохо
ожиданный результат: (здесь) выявлены столбообразные неоднородности, проходящие через всю литосферу» [4] (сопоставим сказанное с рис. 2, который демонстрирует, что прогиб кровли фундамента и субвер-тикальная область под округлой Мезенской структурой коррелируют с локальной выпуклостью на границе Мо-хо).
Данные исследований [3, 9, 10] позволяют заключить, что эти, как выясняется, округлые в плане и имеющие мантийные «корни» столбообразные неоднородности Земли, подобно обозначенным на ее поверхности изометричными прогибами, а также пятнами афтершо-ков, маркируют образованные и функционирующие в соответствии с модельными представлениями [3, 9] эндогенные кольцевые структуры. Полагаем, что именно благодаря их присутствию большая часть тектонических землетрясений Фенноскандии связана, как подчеркивается в [6] со ссылкой на работу [11], «с движением горных масс по вертикальным, а не по горизонтальным плоскостям разрыва, что лучше согласуется с характером подвижек в очагах, изученных в Финляндии слабых землетрясений». Обоснуем правомерность сделанного
выше заключения, для чего еще раз обратимся к данным об образовании кольцевых структур.
3. О генезисе кольцевых структур, очаге и энергии землетрясений
Механизм образования и эволюционирования эндогенных кольцевых структур подробно рассмотрен в [2,
3, 9, 10]. В них показано, что появление данных морфо-элементов на поверхности небесного тела связано с залечиванием его локальных нарушенных актами взрывной дегазации областей. Сводится процесс залечивания к консолидации разуплотненных взрывом пород с выдавливанием из них захваченных при дегазации флюидов. Если учесть, что в мантии Земли заключено количество Н2О, соизмеримое с содержащимся в ее гидросфере [12], то весьма существенное место среди них занимают водные.
Осуществляется указанный процесс за счет периодически повторяющегося «продиктованного» дилатан-сией [9] характерного деформационного цикла (рис. 4 [3]). В самом общем виде он может быть представлен как состоящий из двух стадий: стадии повторного разуплотнения массива (рис. 4, а) и его частичной консолидации (рис. 4, б). На первой из них в «растягиваемой» разуплотняющейся геосреде образуются конические поверхность скольжения 1 и «замковый» блок Q, на второй, выделяя блок G, нарезается цилиндрическая полоса сдвигов 2. В результате, в зоне, нарушенной взрывом, формируется осесимметричная с несколько уплотнившимся основанием и повторно разрыхленная выше область всплывания. След поверхности 2 очерчивает при этом на свободной границе днище кольцевой структуры. Оно, следуя [9] , может быть осложнено тем или иным специфичным рисунком (рис. 5 [9]). Диаметр D концентрического образования примерно равен поперечному размеру глубинной плотностной «аномалии».
Гравитационное уплотнение геоматериалов в ходе истории под организованной таким образом кольцевой структурой происходит за счет многократного воспроизведения указанного элементарного (единичного) цикла. Переупаковка среды характеризуется постепенным продвижением фронта консолидации пород и фокусов сейс-
Рис. 4. Единичный цикл деформирования модельного массива при образовании кольцевой структуры
Рис. 5. Некоторые рисунки днища модельных кольцевых структур. S — следы спиральных полос скольжения
мособытий к дневной поверхности, сопровождается погружением днища структуры, сокращением объема повторно разрушающейся части ее области всплывания и снижением магнитуды землетрясений. Продолжается это многие десятки миллионов лет и прекращается после устранения в литосфере дефекта, наведенного дегазацией. В последнюю очередь в его границах залечиваются верхи коры. Поэтому локализация относительно слабых толчков в приповерхностной зоне кольцевых образований является признаком близости их функционирования к завершению.
Инициируется и поддерживается вышеописанный чрезвычайно медленно протекающий процесс солнечно-лунными твердыми приливами и перколяцией — прониканием высоконапорных глубинных флюидов по восстанию через приоткрывающиеся и «пульсирующие» под воздействием приливной «вибрации» трещины. На роль перколяции в геодинамике обращено внимание в ряде работ [4, 13 и др.]. Об участии данного эффекта в тектонической жизни планеты, с нашей точки зрения, в частности, свидетельствуют оказывающееся для специалистов «несколько неожиданным... появление гидродинамических предвестников перед землетрясениями с глубиной очагов порядка 100 км» [4], а также факты, полученные при бурении Кольской сверхглубокой скважины. Здесь «в интервале глубин 7^9 км в породах установлены межзерновые деструктивные микротрещины... В интервале 9^12 км активно происходят процессы физико-химического растворения поверхностей трещин и образование дырчатых пор. Главными факторами этих процессов являются вода и температура» [14].
Уменьшение объема флюидов в недрах приводит к появлению, начиная от основания области нарушений, свободных пор и дефектов. После накопления ими в некотором объеме Ж критической плотности [15] последний схлопывается. Как результат, налегающие породы начинают хрупко разрушаться по схеме на рис. 4. Периодически повторяющиеся разрушения цилиндрической области под кольцевой структурой в целом подобны наблюдаемым при выбуривании керна из существенно нагруженного массива горных пород. Как и в отделяемом от последнего керне, трещинообразование в блоках Q, G при разгрузке (см. рис. 4) сопровождается высвобождением накопленной в них упругой энергии. Диссипируется она на фоне временного снижения напряжений сжатия в деформируемых областях.
Рассматриваемый процесс способен протекать по-стадийно, то есть буквально как это показано на рис. 4, или в непрерывном режиме. Дезинтеграция блоков Q и G может развиваться при этом либо постепенно за счет растрескивания их локальных зон, либо скачкообразно в течение достаточно короткого отрезка времени. При любом варианте деформирование геосреды сопровождается сбросом накопленной энергии, как следствие, имеющими ту или иную магнитуду сейсмическими событиями. Наиболее мощное из них происходит в случае лавинообразного хрупкого разрушения цилиндрической области под кольцевой структурой. Данная область представляет собой очаг сильнейшего землетрясения из возможных в районе кольцевой структуры.
Таким образом, в соответствии с развиваемыми представлениями динамические события, реализующиеся в границах эволюционирующих концентрических морфообразований Земли, связаны с повторными
частичными или полными разрушениями на сколько-то в асейсмичные промежутки времени залечивающейся их цилиндрической области всплывания. Сила максимального землетрясения, которое при этом способно произойти, зависит от накопленной данной областью упругой энергии. Похоже, существует возможность достаточно просто оценивать ее.
На сегодня установлено, что интенсивность сейсмических толчков определяется объемом разрушающихся в недрах очаговых областей. При этом исследования [4, 16] показали, что данные очаги имеют характерный параметр £к. Назван он критической плотностью энергии. Оказалось, что £к =103 эрг/см3 и «не зависит от энергии землетрясения, т.е. энергия (последнего) возрастает только за счет увеличения размера очага. Важно также, что для ... землетрясений, происходивших в регионах Земли, существенно различающихся по сейсмическим условиям, не удается обнаружить заметных различий в величине £к. Это дает возможность предположить, что установленный ... закон носит универсальный характер для всей Земли и в первом приближении не зависит заметно от особенностей геологического строения и физико-механических свойств горных пород» [4].
Резонно допустить, что указанная константа распространяется и на землетрясения, инициированные кольцевыми структурами. Тогда с учетом всего сказанного, чтобы найти энергию самого сильного для них толчка достаточно объем V цилиндрического блока под кольцевой структурой умножить на £к.
Из [9] и рис. 4 следует, что высота Н и диаметр D данного блока связаны соотношением Н = 0.5D tga, где для «осредненных» горных пород tga = 1.51 [9]. С учетом этого легко найти, что объем области разрушений V = 0.6D3. После умножения правой части равенства на 103 получаем формулу для оценки максимальной упругой энергии, способной высвободиться из деформируемого под кольцевым морфообразованием столбообразного блока:
Етх = 6-102 D3 эрг, (3)
где [D] = см.
В соответствии с (1) событие, имеющее магнитуду 6 оказывается возможным при диаметре области А', равном 11.3 км, а для самого мощного землетрясения из известных в истории до 2004 г., с М8.6 — при ее эффективном радиусе 120 км (D = 240 км) [1]. Формула (3), основанная на представлениях о связи землетрясений с кольцевыми структурами, для афтершоковых пятен с диаметрами 11.3 и 240 км дает магнитуды 6.1 (Етах = = 8.2 -1020 эрг) и 8.7 (Етах = 8.4 -1024 эрг) соответственно.
Таким образом, совокупность представленных материалов приводит к заключению, что находящаяся под «живыми» кольцевыми структурами, маркируемая аф-тершоками и деформациями дневной поверхности гете-
рогенная цилиндрическая область представляет собой очаг сильнейшего для кольцевых образований землетрясения. Каждая точка в ней является для последнего потенциальным гипоцентром. Высвобождающаяся при ее разрушении максимальная упругая энергия Етах может быть вычислена по формуле (3). Афтершоки, группирующиеся в «пятна», есть проявления процесса «до-драбливания» проседающей очаговой области (или ее части) после реализации в ней основного сейсмического события.
К показанному выше очагу полностью подходят слова, сказанные по поводу очаговых областей М.А. Садовским. «Прямая зависимость энергии землетрясений от объема сейсмоактивного блока горной породы, с одной стороны, и сохранение местоположения этого блока, с другой, позволяют говорить о реальном существовании очагов землетрясений — отдельных долгоживущих объемов горной породы, по каким-то (теперь понятным) причинам обладающих свойствами сейсмоактивности...» [4].
Итак, потеря цилиндрическим блоком (или какой-то его частью) устойчивости происходит после «утечки» из некоторой зоны Ж определенного количества флюидов, падения в ней давлений, достижения здесь дефектами критической плотности и хрупкого разрушения жесткой породной матрицы в области Ж. Начинаться оно способно за счет развития в последней касательных подвижек, разрывных нарушений или комбинаций из тех и других. Инициировать их могут возмущения, исходящие из любой точки готовящегося к разрушению гетерогенного геофизического пространства.
Важно, что указанные цилиндрические очаги независимо от их объема обладают особыми зонами. Последние, по сравнению со всеми другими в деформируемой области, оказываются в ходе истории наиболее подготовленными к «фокусообразованию». Такими являются организовывающие кольцевые структуры и аномально разуплотняющиеся, а потому при повторных сдвигах «ослабляемые» [2, 3, 9] поверхности скольжения. Это делает их наиболее вероятными «претендентами» на роль триггера при реализации динамических событий. Данный вывод находит подтверждение в частности в Свердловской и Мезенской кольцевых структурах (см. рис. 1).
По понятным причинам последняя особенность должна становиться тем ярче, чем больше диаметр кольцевого морфообразования. Именно этим объясняется отмеченная в [17] приуроченность эпицентров наиболее сильных землетрясений в пределах крупных кольцевых структур к их контуру. Сказанное означает, что свойство гипоцентров принимать такой порядок может быть использовано как признак для идентификации существующих на Земле крупных концентрических морфообра-зований. В то же время, локальные «сгустки» афтер-шоков допустимо рассматривать как надежный признак
функционирующих в регионе относительно небольших кольцевых структур.
Есть факты, которые дополнительно подтверждают адекватность изложенной выше точки зрения на природу очаговой области. При анализе параметров подземных взрывов специалистами ИФЗ РАН был получен на первый взгляд не совсем понятный результат. Выяснилось, что «не существует принципиальной разницы между взрывами и естественными источниками землетрясений... а критическая плотность энергии в очагах, искусственных землетрясений равна 8 к = 103 эрг/см3 и не зависит от энергии сейсмического явления ...» [4].
С позиций, обсуждаемых в [9] и настоящей работе, данный результат можно было ожидать. Исследования показывают, что деформированное состояние породного массива, заключенного непосредственно в эпицент-ральной зоне подземного взрыва (см. рис. 6, а [18], б [19]), по существу, не отличается от деформированного состояния геосреды в районе всплывания кольцевых структур (см. рис. 4, 5 соответственно). На рис. 6, б представлена фотография нескольких провальных воронок на ядерном полигоне Невада (США), которые, судя по всему, осложнены спиралью & Известны и аналогичные подобным кольцевым структурам природные образования [20]. Диаметр этих образований с вихревым рисунком структур по данным [17] достигает 180 км.
В контексте всего вышеизложенного становится понятным, почему в очаговых областях до и после сейсмических событий изменяются наклон и деформация земной поверхности, уровень и состав грунтовых вод, а также многие свойства горной породы: скорость распространения упругих волн, анизотропия, электрическая проводимость [4]. Подчеркнем, что, конечно же, существуют сейсмические очаги и с иной, нежели здесь показанная, природой. Об этом, в частности, свидетельствуют результаты исследований [21] С.В. Гольдина и материалы [22] по известному калифорнийскому разлому Сан-Андреас.
4. Авачинская кольцевая структура и ее сейсмичность
Остановимся на кольцевой структуре, находящейся на стыке океана с сушей в восточной части Камчатки. Обозначает себя данный морфоэлемент поверхности Авачинским заливом 1 с его словно вырезанной ножницами береговой дугой 2 (рис. 7; далее будем называть эту структуру Авачинской кольцевой структурой или КС-Ау). Район всплывания Авачинской кольцевой структуры отличается «значительной раздробленностью земной коры, структурной неоднородностью, сложным вертикальным разнонаправленным характером тектонических движений» [23].
Если сравнить рис. 3, 7 и вспомнить сказанное в предыдущих разделах, то данные особенности станут вполне объяснимыми. Из космического снимка на рис. 7 можно видеть, что полуостров, подобно Фенноскандии, осложнен множеством хорошо различимых самых раз-
Рис. 7. Космический снимок южной оконечности Камчатки
нообразных кольцевых образований. В его пределах существует большое число кальдер, при формировании которых «наблюдается сочетание процессов проседания, обрушения и взрывов» [8]. Такого рода кольцевые структуры, как подчеркнуто в [8], широко распространены в приокеанской части вулканических поясов Камчатки, а также Курильских островов, восточной и югозападной частей островов Хоккайдо, южного Кюсю, на других островных дугах.
Тектонические движения указанного характера привели к образованию вдоль восточного края Камчатки системы из значительных (по определению [23]) наложенных поперечных прогибов, а также поднятий. Одним из представителей первых, который захватил большой участок континентального склона в районе полуострова, а также незначительную часть его тихоокеанского побережья, является Авачинский залив. По данным
[23] вертикальные опускания дна губы продолжаются и в настоящее время. Скорость их оценивается миллиметрами в год. «На эти (же) интенсивные прогибания указывают океанические глубины порядка 3 000 м в пределах. Авачинского залива, которые фиксируются уже недалеко от берега» [23].
На рис. 8 [24] (с изменениями) обсуждаемый участок прогибаний приведен еще раз, но теперь в схематичной форме, (кружками на иллюстрации показаны эпицентры землетрясений с 6.5 < М < 8.5, произошедших с 1737 по 1971 г., треугольниками — сейсмостанции; остальные обозначения поясним в тексте). В его пределах дополнительно ко всему «на фоне общего опускания Ава-чинского залива происходят разнонаправленные движе-
ния отдельных блоков. К районам современных опусканий относится, узкая прибрежная часть Авачинского залива» [23], обозначенная на рис. 8 крапом. Такое ее поведение во времени согласуется с тем, которое должно наблюдаться при погружении днища кольцевой структуры (см. рис. 4, 5).
Из рис. 8 следует, что эта вогнутая в плане прибрежная полоса, начиная от мыса Шипунского 1, переходит в слабо изогнутый подводный хребет Шатского 2. Как можно видеть, данными морфоэлементами вместе с разломом 3 северо-восточного простирания в рельефе континентального склона четко очерчивается усиленная нами серым тоном практически круговая в плане область. Материалы атласа [25] позволяют считать, что диаметр последней составляет 110^130 км. Весьма характерно, что ее периметр в районе мыса 1 осложнен «дефектами»
4, 5. Первый, в соответствии с [9], обозначает дочернюю кольцевую структуру, второй — сброс вдоль участка следа выделившей Авачинскую кольцевую структуру полосы сдвигов. На сопряжении хребта 2 и разлома 3 действуют вулканы 6, 7, а со стороны суши — известные [26] Начикинские термальные источники. Это, следуя [3], указывает на продолжающееся эволюционирование кольцевой структуры и очерчивающей ее цилиндрической поверхности скольжения.
Таким образом, судя по группе приведенных данных, Авачинская губа представляет собой образование, которое может рассматриваться как погружающаяся вследствие консолидации пород основания, имеющая диаметр порядка 130 км кольцевая структура. В пользу ее существования в заливе свидетельствует и целый ряд других фактических материалов, в их числе геофизические.
На рис. 9 [23] приведена полученная на основе глубинного сейсмического зондирования карта изоглубин кровли консолидированной коры в районе южной Камчатки. Из иллюстрации и данных [23] следует, что в обсуждаемой области находится «локальное утолщение» из рыхлых осадков. Кровля фундамента в границах Ава-
Рис. 8. Сейсмотектоническая обстановка в районе Авачинского залива
Рис. 9. Глубина залегания кровли фундамента в окрестности южной Камчатки
4В 5.0 ПЛВ4 ПВ® 100 ПВ8 ПВ10 1КП ПВ12 -д. А 15?.д
' 6 8 -- 5.8 -Г
7.3 ~
^
10.4-9.1-9.4 "Го.6-9.4 8 0
Рис. 10. Схема глубинного строения земной коры Авачинской губы
чинского залива залегает на аномальной глубине, которая достигает ~9 км. Скоростной разрез коры вкрест простирания окраины имеет здесь вид, показанный на рис. 10 [24]. Светлыми треугольниками на нем обозначены взрывпункты (ПВ), изображенные на рис. 8 темными точками.
По поводу данных на рис. 10 В.И. Мячкин пишет следующее. «На основании этой схемы можно заключить, что взрывпункты 4-6 находятся над высокоскоростным блоком, для которого характерно наличие высокоскоростного слоя (Ур = 6.8^7.3 км/с) на глубинах 5^10 км и более, а граница М опущена до глубины 34 км. Существенно., что в высокоскоростном блоке на глубинах 12^14 км слой с повышенными скоростями Ур = = 7.2^7.3км/с подстилается породами с Ур =6.0^6.5 км/с, образуя на этих глубинах низкоскоростной канал» [24]. Авторы [27] указывают на значительную гетерогенность литосферы в рассматриваемом районе и «существование вертикальной подобласти под центральной частью Авачинского залива на глубине 75^150 км».
«Другая совокупность взрывпунктов 10-12 располагается над блоком существенно иного строения. Мощность коры здесь ~30 км, граница консолидированных пород залегает на глубинах 8 км и имеет обычные для таких глубин граничные скорости. Средняя скорость в этом блоке изменяется в пределах 5^5.8 км/с. Между (указанными) блоками находится зона разлома, секущего всю кору и уходящего в верхнюю мантию. Как раз на стыке блоков лежит взрывпункт 8» [24].
Если после изложенного вновь обратиться к рис. 8, то можно увидеть, что взрывпункты 8-12, как и вулканы
6, 7, маркируют область сопряжения подводного хребта Шатского 2 с разломом 3 северо-восточного простирания. Отсюда следует, что показанные выше блоки, низкоскоростной канал, «просевшая» граница Мохо на рис. 10, «пятно» на рис. 9, а также приведенные на рис. 8 морфодетали Авачинского залива имеют единые генетические «корни». Все они связаны с Авачинской кольцевой структурой и функционированием оконтуривающей ее имеющей мощность порядка 15^20 км цилиндрической полосы скольжения.
Таким образом, материалы геофизических исследований укрепляют уверенность в том, что Авачинская губа является внешним проявлением эндогенной кольцевой структуры, зародившейся и эволюционирующей в соответствии с моделью [3, 9]. Еще раз присутствие
этого морфообразования в заливе подтверждает 3D карта Тихоокеанского региона (Геологический комитет США). На ее фрагменте нами Авачинская кольцевая структура дополнительно подчеркнута стрелкой (рис. 11).
Рассмотрим сейсмичность в пределах структуры. С 1737 г. в Авачинском заливе и прилегающей к нему акватории Тихого океана отмечено пять катастрофических землетрясений (1737, 1841, 1904, 1952, 1959 гг.; см. рис. 8). В настоящее время «наиболее сейсмически активным является участок мыс Шипунский - подводный хребет Шатского» [24], обозначающий скрытый океаном «кусок» полосы скольжения, выделившей кольцевую структуру. Наглядно сказанное подтверждают рис. 12, а [28], б [29], в [30] (все с изменениями), на которых приведены умеренные и сильные землетрясения, произошедшие в рассматриваемой области за период с 1971 по 2002 гг.
Видно, что эпицентры толчков, как это «предсказывает» для достаточно крупных структур модель тектоге-неза [3, 9], группируются главным образом вдоль следа обрамляющей Авачинскую кольцевую структуру цилиндрической поверхности скольжения. Вместе с тем, что опять же «предусматривается» той же моделью, «во время катастрофических землетрясений в пределах Ава-чинского района наложенных прогибаний отмечались погружения под уровень океана больших участков побережья (см. рис. 8)» [23]. Таким образом, и эта группа данных подтверждает существование в заливе сравнительно крупного концентрического образования с генезисом, показанным в [3, 9] и выше.
Обратимся к материалам [24] по одному из наиболее значительных и изученных современных сейсмических событий, произошедшему в 1971 г. и зарегистрированному как Петропавловское. Его оцененная по поверхностным волнам магнитуда 7.2; гипоцентр, обозначенный на рис. 13 [24] (с изменениями) темным кружком,
Рис. 11. 3D карта района Камчатки
Рис. 12. Эпицентры сильнейших землетрясений в области Авачинской кольцевой структуры
находился под дном Авачинского залива в ~75 км к юго-востоку от Петропавловска вблизи взрывпункта 4 (см. рис. 8) на глубине ~ 100 км.
Землетрясение сопровождалось афтершоками, координаты которых показаны на рис. 13 светлыми кружками. Цифры на иллюстрациях указывают последовательность реализации этих динамических проявлений во времени. Из рис. 13, б следует, что, зародившись на глубине ~ 100 км, афтершоковый процесс, как того требует рассматриваемая модель, сосредоточился над гипоцентром главного события. Фокусы толчков оконтурили при этом довольно характерную, обозначенную на иллюстрации штрихами слегка «перекошенную» и сужающуюся кверху область. Данная область захватила в плане примерно половину акватории губы. В этой связи автор
[24] «выражает сомнение в том, что площадь 70x30 км, на которой отмечены афтершоки, можно традиционным образом отнести к очаговой зоне землетрясений».
Однако после всего уже сказанного в настоящей работе, такой, казалось бы, нетривиальный сейсмический очаг удивления вызывать не должен. Полагаем, что представляет он собой часть показанного нами на рис. 13, б серым цветом «замкового» блока Q (см. рис. 4). Оценим в рамках нового подхода энергию рассматриваемого землетрясения, а также Етах самого сильного из тех, что возможны для района Авачинской губы.
Итак, гипоцентр толчка, произошедшего в ней в 1971 г., находился на глубине ~ 100 км. Будем считать, что эта цифра определяет величину Н залегания подошвы цилиндрической области всплывания Авачинской кольцевой структуры и обсуждаемой части «замка» Q (см. рис. 13, б). Площадь ее основания в соответствии с [24] примем равной 30x70 км. Отсюда легко найти,
Рис. 13. Положение гипоцентра землетрясения 1971 г. и его афтер-шоков
что объем «конического куска» литосферы, разгрузка и хрупкое саморазрушение которого привели к Петропавловскому землетрясению, составляет 7 • 1019 см3 и тогда его энергия EQ = 7 • 1019 • 103 = 7 • 1022 эрг (~М7.4). Можно видеть, что эта самая грубая оценка не так далека от М7.2, зафиксированной при реализации обсуждаемого события и полученной для него расчетом в работе
[31].
Вычислим для Авачинской кольцевой структуры энергию Етах. Как и выше, примем Н = 100 км, а tg а = = 1.51 (см. рис. 4). В таком случае рассматриваемая структура имеет диаметр D ~ 130 км. Данная цифра согласуется с найденной ранее на основе картографических материалов. Наибольшую энергию, которая способна выделиться при разрушении цилиндрического блока с диаметром D = 130 км, находим из соотношения (3). Составляет она 1.3 • 1024 эрг. Это означает, что в районе Авачинского залива возможны землетрясения с магнитудой ~8.1.
Таким образом, морфологические, геофизические и сейсмические признаки подтверждают присутствие в рассматриваемой области Восточной Камчатки всплывшей когда-то и имеющей диаметр ~ 130 км эндогенной кольцевой структуры. Авачинская губа своим появлением обязана вертикальным опусканиям консолидирующегося цилиндрического блока по кольцевому разлому. Плотность пород в нем, а следовательно и их скоростные характеристики, со временем по глубине меняются. Продолжающееся эволюционирование блока, как и на более ранних стадиях, протекает в сопровождении де-флюидизации недр, сейсмичности, эффузивной и интрузивной деятельности вдоль указанного разлома, изменений глубины залегания Мохо под приконтинентальным склоном окраины и наращивания в заливе мощности осадочного «пятна».
Весьма характерным является то, что Авачинская кольцевая структура с ее распространяющимся до глубины порядка 100 км «корнем» находится на внутреннем склоне глубоководного Курило-Камчатского желоба. Это означает, что Авачинская кольцевая структура «насквозь протыкает» существующую и функционирующую здесь, как принято считать сегодня, зону суб-дукции.
Представленные в [3, 9, 10] и настоящей статье материалы позволяют заключить, что эндогенные имеющие
показанную выше природу кольцевые морфообразова-ния являются важнейшими структурными единицами Земли, активнейшими участниками ее тектонической жизни и одними из основных источников сейсмичности планеты.
Литература
1. Касахара К. Механика землетрясений. - М.: Мир, 1985. - 240 с.
2. Стажевский С.Б. Кольцевые структуры — вклад в генезис и напряженно-деформированное состояние месторождений полезных ископаемых // ФТПРПИ. - 2004. - № 3. - С. 45-51.
3. Стажевский С.Б. О вкладе кольцевых структур в напряженно-деформированное состояние литосферы и металлогению // Физ. мезомех. - 2005. - Т. 8. - № 1. - С. 65-70.
4. Садовский М.А. Избранные труды. Геофизика и физика взрыва. -М.: Наука, 2004. - 440 с.
5. Нерсесов И.Л., Пономарев В.С., Кучай В.К. Особенности пространственного распределения сейсмического фона // Поиски предвестников землетрясений на прогностических полигонах. - М.: Наука, 1974. - С. 17-25.
6. Булин Н.К. Связь региональной сейсмичности северных и центральных районов Русской платформы с аномалиями скорости сейсмических волн в литосфере и геодинамикой смежных регионов // Литосфера. - 2004. - № 1. - С. 21-30.
7. Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии. - М.: Науч-
ный мир, 2003. - 346 с.
8. Николаев Н.И. Новейшая тектоника и динамика литосферы. - М.:
Недра, 1988. - 491 с.
9. Стажевский С.Б. Кольцевые структуры в эволюции небесных тел Солнечной системы. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. -106 с.
10. Стажевский С.Б. Генезис «неправильных» кольцевых структур Луны и Земли. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. - 86 с.
11. Юдахин Ф.Н. Геодинамические процессы в земной коре и сейсмичность континентальной части Европейского Севера // Литосфера. - 2002. - № 2. - С. 3-23.
12. Gillet P. L’eau du manteau terrestre // La Recherche. - 1993. -V. 255. - P. 676-685.
13. Челидзе Т.Л. Методы теории протекания в механике геометериа-лов. - М.: Наука, 1987. - 136 с.
14. Абрахимов М.З., Кузнецов Ю.И., Зонн М.С. Структура порового пространства глубинных образований земной коры // Физика Земли. - 1996. - № 5. - С. 35-45.
15. Журков С.Н., КуксенкоВ.С. ПетровВ.А. и др. О прогнозировании разрушения горных пород // Изв. АН СССР. Физика Земли. -
1977.- № 6. - С. 11-18.
16. Цубои Ч. Энергия землетрясений, объем гипоцентральной области, площадь афтершоков и прочность земной коры // Слабые землетрясения. - М.: Иностр. литер., 1961. - С. 160-164.
17. Космическая информация в геологии. - М.: Наука, 1983. - 534 с.
18. Куликов В.В. Совместная и повторная разработка рудных месторождений. - М.: Недра, 1972. - 327 с.
19. Берджер Дж., Гохберг М.Б., Кохрэн Т., Нерсесов И.Л. Сейсмический контроль и проблема запрещения ядерных испытаний. Природа. - М.: Наука, 1987. - № 5. - С. 10-17.
20. Ли Сы-гуан. Вихревые структуры и другие проблемы, относящиеся к сочетанию геотектонических систем Северо-Западного Китая. - М.: Гос. научн.-техн. изд. литературы по геологии и охране недр, 1958. - 130 с.
21. Голъдин С.В. Дилатансия, переупаковка и землетрясения // Физика Земли. - 2004. - № 10. - С. 37-54.
22. The San Andreas Fault System, California. - Washington: United States Government Printing Office, 1990. - 283 p.
23. ГорячевА.В. Основные закономерности тектонического развития Курило-Камчатской зоны. - М.: Наука, 1966. - 235 с.
24. Мячкин В.И. Процессы подготовки землетрясений. - М.: Наука,
1978. - 232 с.
25. Атлас мира. - М.: КУГК МВД СССР, 1955. - 285 с.
26. Кугаенко Ю.А., Салтыгков В.И., Синицыгн В.И., Чебаров В.Н. Локация источников сейсмического шума, связанного с проявлениями гидротермальной активности, методом эмиссионной томографии // Физика Земли. - 2004. - № 2. - С. 66-81.
27. Кузин П.И., Левина В.И., Левченко Д.Г. и др. О скоростях волн P и S в зоне Беньофа Южной Камчатки // Физика Земли. - 2004. -№ 2. - С. 3-14.
28. ЗавъяловАД., Никитин Ю.В. Процесс локализации сейсмичности перед сильными землетрясениями Камчатки // Вулканология и сейсмология. - 1999. - № 4-5. - С. 83-89.
29. Балеста С.Т., Копыглова Г.Н., Латытов Е.Р., Кузъмин Ю.Д. Комплексные геофизические наблюдения на Петропавловском полигоне, Камчатка // Вулканология и сейсмология. - 1999. - № 4-5. -С. 90-100.
30. Любушин А.А., Копыглова Г.Н. Многомерный вейвлет-анализ временных рядов электротеллурических наблюдений на Камчатке // Физика Земли. - 2004. - № 2. - С. 82-96.
31. Доброволъский И.П. Прогноз тектонического землетрясения: определение места и энергии землетрясения по данным сейсмического просвечивания // Физика Земли. - 2004. - № 12. - С. 31-41.
