ЛОКАЛЬНАЯ СКОРОСТНАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ ПО ДАННЫМ ЦИФРОВЫХ СТАНЦИЙ СЕТЕЙ KRNET (ИС НАН КР), KNET (НС РАН) В ТЕЧЕНИЕ 2020 Г. Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 551.42

Омуралиева А.

Институт сейсмологии НАН КР, г. Бишкек, Кыргызстан

ЛОКАЛЬНАЯ СКОРОСТНАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ ПО ДАННЫМ ЦИФРОВЫХ СТАНЦИЙ СЕТЕЙ KRNET (ИС НАН КР),

KNET (НС РАН) В ТЕЧЕНИЕ 2020 Г.

Аннотация. Изложены результаты разработки методики изучения локальных скоростных неоднородностей земной коры Тянь-Шаня, представляющая собой вариант детальной сейсмической томографии. Приведены карты-схемы горизонтальных разрезов локальных скоростных неоднородностей земной коры (на глубинах 5-10 км,10-15 км, 1520 км, 20-25 км, 25-30 км, 30-35 км) Тянь-Шаня, а также модели локальных неоднородностей по вертикальному разрезу на меридиане землетрясения Кемин (1911 г., Kr =17.8, Mlh=8.2) по параметрам: Vp, Vs, Vp/Vs, коэффициента Пуассона, плотности р, модуля сжатия К, модуля сдвига или жёсткости ц. Отмечено изменение скоростных неоднородностей активных структур Тянь-Шаня во времени.

Ключевые слова: землетрясение, сейсмические волны, сейсмическая томография, скоростная неоднородность, коэффициент Пуассона, плотность, модуль сжатия, модуль сдвига или жёсткости.

2020-ЖЫЛ ИЧИНДЕ KRNET, KNET ТАРМАКТАРЫНЫН САНАРИПТИК СТАНЦИЯЛАРЫ БОЮНЧА БОРБОРДУК ТЯНЬ-ШАНДЫН ЛОКАЛДЫК ЫЛДАМДЫГЫНЫН АР ТYРДYYЛYГY

Кыскача мазмуну. Деталдуу сейсмикалык томографиянын бир варианты болгон Тянь-Шань кыртышынын локалдык ылдамдыгынын ар тYPДYYЛYГYн изилдее методологиясын иштеп чыгуунун натыйжалары берилген. Тянь-Шань жер кыртышынын локалдык ылдамдык ар TYPДYYЛYГYHYH горизонталдык кесилиштеринин (5-10 км, 10-15 км, 15-20 км, 20-25 км, 25-30 км, 30-35 км теревдиктерде) карта-схемалары, ошондой эле Кемин жер титиреенун (1911, Kr=17.8, Mlh=8.2) меридианындагы Vp, Vs, Vp/Vs, Пуассон катышы, тыгыздык р, кысуу модулу K, жылуу модулу же катуулугу ц параметрлери боюнча вертикалдык кесилиш локалдык ылдамдык ар TYPДYYЛYГYHYH моделдери керсетYЛген. Убакыттын етYШY менен Тянь-Шандын активдуу структураларынын ылдамдыгынын ар TYPДYYЛYГYHYH езгерYYCY белгиленди.

Негизги сездер: жер титирее, сейсмикалык толкундар, сейсмикалык томография, ылдамдыктын ар TYPДYYЛYГY, Пуассон коэффициенти, тыгыздык, кысуу модулу, жылышуу же катуулук модулу.

LOCAL VELOCITY HETEROGENEITY OF THE CENTRAL TIEN SHAN ACCORDING TO DIGITAL STATIONS OF THE KRNET (IS NAS KR), KNET (RS

RAS) NETWORKS DURING 2020

Abstract. The results of the study of local velocity heterogeneities of the Tien-Shan crust are given in the paper. This method is a variant of detailed seismic tomography. Map-scheme of horizontal sections of local velocity heterogeneities of the Tien-Shan's crust (at depths of 5-10 km, 10-15 km, 15-20 km, 20-25 km, 25-30 km, 30-35 km), as well as vertical section of local heterogeneities along the Kemin earthquake (1911, Kr =17.8, Mlh=8.2) by next parameters: Vp, Vs, Vp/Vs, Poisson's ratio, density р, compression modulus K, shear modulus or modulus of rigidity ц. The velocity heterogeneities change of the Tien-Shan's active structures in time is noted.

Keywords: earthquake, seismic waves, seismic tomography, velocity heterogeneity, Poisson's ratio, density, bulk modulus, shear modulus or modulus of rigidity.

Построение скоростных неоднородностей литосферы Тянь-Шаня и прослеживание этих неоднородностей во времени, по мере проявления очагов землетрясений в пределах активных структур является важной проблемой.

В 1993 г. была построена первая региональная (мелкомасштабная) трёхмерная модель земной коры и подкоровой части литосферы Тянь-Шаня с помощью сейсмической томографии [1] по данным аналоговых станций ИС НАН КР и цифровых станций сети KNET (НС РАН). После начались работы по составлению детальной модели скоростных неоднородностей, например, центральной части Северного Тянь-Шаня на основе записей сети KNET (НС РАН) сейсмических волн землетрясений и взрывов [2] с привлечением данных станций Китая. В 1998-2000 гг. сейсмическая сеть расширена включением 28 американских цифровых станций, установленных по проекту CHENGIS. В 2001-2004 гг. по имеющимся данным продолжены расчёты сейсмической томографии по методу Стива Рёкера [3, 4]. Построены скоростные модели земной коры и верхней мантии по семи меридиональным профилям, пересекающим Таримскую плиту, Тянь-Шань и Казахский щит [5]. В 2006 г. обобщены трёхмерные скоростные модели земной коры и верхней мантии Тянь-Шаня, построенные методом сейсмотомографии до глубин 200 км [6].

По точным записям цифровых станций сетей KNET, CHENGIS, IRIS/GSN (TLG) и GEOSCOPE (WUS) был проведён расчёт сейсмической томографии [7] по методу Zhao at al. [8] и построена трёхмерная модель скоростной неоднородности Центрального Тянь-Шаня. В дальнейшем точные данные цифровых станций сети KNET (НС РАН) позволяли достоверно определить скорости сейсмических волн очагов землетрясений северной части Центрального Тянь-Шаня и построить модели локальной скоростной неоднородности земной коры [9]. На южной части Срединного Тянь-Шаня на меридиане озёр Чатыркол-Сонкол Российской академией наук и др. проведён комплексный геофизический (МОВ-ОГТ, МОВЗ и сейсмотомографии) профиль «MANAS», выделены вертикальные и латеральные скоростные неоднородности земной коры [10].

Исходными данными исследований служат записи цифровых сейсмических станций, сейсмические бюллетени и каталог землетрясений Института сейсмологии НАН КР [11]. Параметры продольной волны изучались по записи Z -компоненты (вертикальной), а параметры поперечной волны - по записи одной из компонент с наилучшим соотношением «сигнал/шум». Оценивались значения rms -среднеквадратическое отклонение времён пробега наблюдённых и вычисленных (погрешность), se - стандартное отклонение от времени вступления, d - класс точности определения эпицентра, she - 68%-ный доверительный интервал в определении положения эпицентра, глубина события, определяемая по заложенным скоростным моделям (depth) и по методике, заложенной в программе Hypoellipse [12] (hz), sez - 68%-ный доверительный интервал в определении глубины и т.д.

Методика исследования является вариантом детальной сейсмической томографии. Определялись скорости сейсмических волн каждого очага путём составления индивидуальных годографов. Значения скоростей относились к гипоцентрам землетрясений и с помощью компьютерных программ составлены комплексы карт-схем горизонтальных разрезов - двухмерных локальных скоростных неоднородностей Vp, Vs, Vp/Vs по интервалам глубин: 5-10 км, 10-15 км,15-20 км, 20-25 км, 25-30 км и 30-35 км (рисунки 1, 3, 4). Выделены относительно высокоскоростные, низкоскоростные и переходные локальные скоростные неоднородности на каждом горизонте глубин Тянь-Шаня. Они приурочены к разным частям активных структур земной коры. Распределение их имеет мозаичный характер. Система горизонтальных

разрезов - двухмерных скоростных неоднородностей представляют собой трёхмерные скоростные локальные неоднородности Тянь-Шаня. Одновременно составлялись карты-схемы времени проявления локальных неоднородностей (рисунок 2), а также вертикальные разрезы локальных неоднородностей по параметрам: Vp, Vs, Vp/Vs, коэффициента Пуассона, плотности р, модуля сжатия К, модуля сдвига ц, в частности на меридиане крупного землетрясения Кемин (1911 г., Kr=17.8, Mlh=8.2) (рисунки 5-12).

Рассмотрим системы горизонтальных разрезов - двумерных скоростных Vp локальных неоднородностей (рисунок 1).

А

74.5 75.0 75.5 76.0 76.5 77.0 77.5 78.0 78.5

Долгота, градус

Б

745 75.0 755 76.0 76.5 77.0 775 78.0 785 79.0 79.5

Долгота, градус

В

С

Д

43.5-

43.0-

42.5-

и

£ & 42.0-

и

« н о Л 41.5-

Ьр S

э

41.0-

40.5-

40.0-

74.5 75.0 75.5 76.0 76.5 77.0 77.5 78.0 78.5 79.0 79.5

Vp, км/с

7.10 7.05 7.00 6.95 6.90 6.85 6.80 6.75 6.70 6.65 6.60 6.55 6.50

Долгота, градус

Е

Рисунок 1. Карта - схема локальных скоростных неоднородностей (в течение 2020 г.) по продольным сейсмическим волнам Vp (км/с) очагов землетрясений Центрального Тянь-Шаня на горизонтальных разрезах - глубинах: А- 5-10 км, Б-10-15 км, В-15-20 км, С-20-25 км, Д-25-30 км, Е- 30-35 км на основе данных цифровых сейсмических станций сетей KNET (НС РАН), KRNET (ИС НАН КР), Казахстана, Узбекистана.

Вероятные значения высокоскоростных и низкоскоростных Vp неоднородностей Тянь-Шаня на разных горизонтальных разрезах- глубинах земной коры приведены в таблице 1.

Таблица 1. Вероятные значения высокоскоростных и низкоскоростных Vp неоднородностей Тянь-Шаня на горизонтальных разрезах - глубинах земной коры.

№ п.п. Глубина, км. Скоростная неоднородность, км/с

высокая низкая

1. 5-10 > 6.00 <5.88

2. 10-15 > 6.30 <6.10

3. 15-20 > 6.30 < 6.20

4. 20-25 > 6.45 < 6.35

5. 25-30 >6.75 < 6.60

6. 30-35 >8.00 < 7.50

На рисунке 2 показано проявление локальных скоростных неоднородностей Тянь-Шаня во времени на различных глубинах земной коры, в качестве примера 10-15 км, 20-25 км, 30-35 км в течение 2020 г. Отмечено, что локальные скоростные неоднородности рождаются в отдельных частях активных структур земной коры и в дальнейшем они проявляются в других частях. Например, локальная скоростная неоднородность сначала проявилась на глубинах 30-35 км под восточной частью Кунгейского поднятия, на глубинах 20-25 км под центральной частью Кунгейского поднятия, на глубинах 10-15 км под западными частями Кунгейского и Заилийского поднятий.

10-15 км

74.5 75.0 75.5 76.0 76.5 77.0 77.5 78.0 78.5 79.0 79.5

Долгота, градус

0 6 112 3 3

0 2 8 4 0 6

0 0 0 0 0

Сутки 2020 г.

14-15 км

43-

£ 42

н о а

8 э

41-

40-

43.543.042.5-

I 42-° -

£ 41.5

0 п

1 41.0 40.540.039.5-

74.5 75.0 75.5 76.0 76.5 77.0 77.5 78.0 78.5 79.0 79.5 Долгота, градус

0 6 1 0 ►

Сутки 2020 г.

30-35 км

_|_I_1_

/ <

У ^

тШШЙШУУ^

.....щш? х

[ <0™

74.5 75.0 75.5 76.0 76.5 77.0 77.5 78.0 78.5 79.0 Долгота, градус

79.5

0

0

00 0

0

0 6 0 0

сутки 2020 г

Рисунок 2. Карта - схема времени проявления - «рождения» локальных скоростных неоднородностей Тянь-Шаня на 10-15 км, 20-25 км, 30-35 км глубинах земной коры.

Далее рассмотрим системы горизонтальных разрезов - двумерных локальных скоростных Vs неоднородностей (рисунок 3).

А

43.5

43.0

42.5

и

£ 42.0

«

Н

t° 41.5 s

41.0

40.5

40.0

Vs, км/с

3.80 3.75 3.70 3.65 3.60 3.55 3.50 3.45 3.40 3.35

74.5 75.0 75.5 76.0 76.5 77.0 77.5 78.0 78.5 Долгота, градус

Б

о

>у

43.5 43.0 42.5-

Э 42.0-&

U

н 41.54

о &

| 41.0 40.540.039.5

Vs, км/с

74.5 75.0 75.5 76.0 76.5 77.0 77.5 78.0 78.5 79.0 79.5

Долгота, градус

3.72 3.68 3.64 3.60 3.56 3.52 3.48 3.44

В

С

Д

Е

Рисунок 3. Карта - схема локальных скоростных неоднородностей (в течение 2020 г.) по поперечным сейсмическим волнам Vs (км/с) очагов землетрясений Центрального Тянь-Шаня на горизонтальных разрезах- глубинах: А- 5-10 км, Б-10-15 км, В-15-20 км, С-20-25 км, Д-25-30 км, Е- 30-35 км на основе данных цифровых сейсмических станций сетей KNET (НС РАН), KRNET (ИС НАН КР), Казахстана, Узбекистана.

Вероятные значения высокоскоростных и низкоскоростных Vs неоднородностей Тянь-Шаня в горизонтальных разрезах на разных глубинах земной коры приведены в таблице 2.

Таблица 2. Вероятные значения высокоскоростных и низкоскоростных Vs неоднородностей Тянь-Шаня в горизонтальных разрезах на разных глубинах земной коры.

№ пп Глубина, км Скоростная неоднородность, км/с

высокая низкая

1. 5-10 >3.50 <3.40

2. 10-15 >3.52 <3.48

3. 15-20 >3.65 < 3.60

4. 20-25 >3.75 < 3.72

5. 25-30 >3.90 < 3.84

6. 30-35 >4.50 < 4.00

В дальнейшем рассмотрим системы двумерных локальных скоростных Vp/Vs неоднородностей (рисунок 4).

А

43.0

42.0

41.0

40.0

Vp/Vs

1.84 1.80 1.76 1.72 1.68 1.64 1.60 1.56 1.52

74.5 75.0 75.5 76.0 76.5 77.0 77.5 78.0 78.5 Долгота, градус

Б

В

С

Ур/Уэ

74.5 75.0 75.5 76.0 76.5 77.0 77.5 78.0 78.5 79.0 79.5 Долгота, градус

1.88 1.86 1.84 1.82 1.80 1.78 1.76 1.74 1.72 1.70 1.68 1.66 1.64 1.62 1.60 1.58

Д

Е

Рисунок 4. Карта - схема двумерных локальных скоростных неоднородностей (в течение 2020 г.) по отношению продольных и поперечных сейсмических волн Vp/Vs очагов землетрясений Центрального Тянь-Шаня на горизонтальных разрезах - на глубинах: А- 5-10 км, Б-10-15 км, В-15-20 км, С-20-25 км, Д-25-30 км, Е- 30-35 км на основе данных цифровых сейсмических станций сетей KNET (НС РАН), KRNET (ИС НАН КР), Казахстана, Узбекистана.

Вероятные значения высокоскоростных и низкоскоростных Vp/Vs неоднородностей Тянь-Шаня в горизонтальных разрезах на разных глубинах земной коры приведены в таблице 3.

Таблица 3. Вероятные значения высокоскоростных и низкоскоростных Vp/Vs локальных неоднородностей Тянь-Шаня в горизонтальных разрезах на разных глубинах земной коры.

№ пп Глубина, км Скоростная неоднородность Vp/Vs

высокая низкая

1. 5-10 >1.74 <1.68

2. 10-15 >1.76 <1.72

3. 15-20 >1.75 <1.72

4. 20-25 >1,74 <1.72

5. 25-30 >1.74 <1.72

6. 30-35 >1.77 <1.72

Совместный анализ локальных скоростных неоднородностей Vp, Vs, Vp/Vs на одинаковых глубинах показал, что локальные неоднородности могут быть разделены на три группы:

1. Vp/Vs <1.72 - малые значения Vp и Vs;

2. Vp/Vs >1.72 - малые значения Vp и Vs;

3. Vp/Vs >1.72 - большие значения Vp и Vs.

Здесь можно сказать [13], что первая группа неоднородностей может быть связана с проявлением флюидов, вторая группа неоднородностей - с проявлением частичного плавления, третья группа неоднородностей - с проявлением высоких давлений.

Наибольший интерес вызывает изучение скоростных неоднородностей по профилям. В качестве примера рассмотрим профиль скоростных локальных неоднородностей Тянь-Шаня на меридиане крупного землетрясения Кемин (^=17.8, М=8.2, Ь=10-11 баллов, h=25 км, ф=42.90°, Х=76.90°). На рисунке 5 приведён вертикальный разрез локальных скоростных Vp неоднородностей (по меридиану Х=76.90° между широтами от ф =39° до ф =44°).

6 5 4 3 2 1

Vp, км/с

-50-

-100

2 -150

а

¡я Я

а

ю

^

Ч

и

-200-

-250-

-300-

-350

б.о'Т Л

Ш4-£

Л

У

-6.6— 6 8---

_4

-60

,4

—/о:,

ш

У21

21

.

----€,.8 —

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Расстояние, км (начало 39 градус)

8.6 8.2 7.8 7.4 7.0 6.6 6.2 5.8 5.4

Рисунок 5. Вертикальный разрез локальных скоростных Vp неоднородностей Тянь-Шаня на меридиане крупного землетрясения Кемин (^ =17.8, М=8.2, 1о=10-11 баллов, h=25 км, ф=42.90°, Х=76.90°). Звёздочкой обозначен гипоцентр Кеминского землетрясения. Пунктирными линями красного цвета обозначен ряд активных разломов: 1-Заили, 2-Северный Кемин и Южный Кемин, 3- Предзападный-Кемин,4- Восточный Терскей, 5- Южный Жетим, 6-Южный Кельпинтаг.

Распределение времени проявления локальных скоростных неоднородностей Тянь-Шаня на вертикальном разрезе по меридиану (в пределах Х=76.90°) Кеминского землетрясения представлено на рисунке 6. Ранние проявления локальных скоростных неоднородностей (ЛСН) отмечены на сочленении Тянь-Шаня и Тарима на широтах около ф=40°; в пределах Срединного Тянь-Шаня на глубинах около 5-35 км на широтах ф=41.5°- 42.0°; на сочленении Тянь-Шаня и Казахского щита на глубинах около 15-35 км на широтах около ф=42,6° и 43°. В дальнейшем между ранними ЛСН наблюдались поздние проявления. Соответственно, здесь развиваются процессы динамики локальных неоднородностей литосферы Тянь-Шаня, представляющие новое направление сейсмической томографии.

53 Я

а

ю

^

Ч

1-1

-50

-100

-150

-200

-250

-300

-350

тяж

\ I

400

200 250 300 350 Расстояние, км (начало 39 градус)

550

I

000258147036 000000000

Сутки. 2020 г

Рисунок 6. Распределение времени проявления в сутках 2020 г. локальных неоднородностей Тянь-Шаня на вертикальном разрезе по меридиану крупного землетрясения Кемин =17.8, М=8.2, 1о=10-11 баллов, h=25 км, ф=42.90°, Х=76.90°) между широтами ф=39-44°. Звёздочкой обозначен гипоцентр Кеминского землетрясения.

На рисунке 7 приведён вертикальный разрез локальных скоростных Vs неоднородностей Тянь-Шаня на меридиане (Х=76.90°) сильного Кеминского землетрясения.

Рисунок 7. Вертикальный разрез локальных скоростных Vs неоднородностей Тянь-Шаня на меридиане крупного землетрясения Кемин =17.8, М=8.2, 1о=10-11 баллов,

h=25 км, ф=42.90° землетрясения.

Х=76.90°). Звёздочкой обозначен гипоцентр Кеминского

На рисунке 8 приведён вертикальный разрез локальных скоростных Vp/Vs неоднородностей Тянь-Шаня на меридиане (Х=76.90°) сильного Кеминского землетрясения.

Ур/Уэ

-50

-100

S8 -150

J -200^

£ —

-250

-300

-350

■Ь ■>"!

Г

W V 'V

Л К

хМ----—:

■ г ^—'\1

\)

: ^it

Л ( ?

v ->-4-1 \

Г

ie?

' у

А

^ уУ

50 100 150 200 250 300 350 400 450 Расстояние, км (начало 39 градус)

500

1.86 1.82 1.78 1.74 1.70 1.66 1.62 1.58 1.54

Рисунок 8. Вертикальный разрез локальных скоростных Vp/Vs неоднородностей Тянь-Шаня на меридиане сильного Кеминского землетрясения =17.8, М=8.2, 1о=10-11 баллов, h=25 км, ф=42.90°, Х=76.90°). Звёздочкой обозначен гипоцентр Кеминского землетрясения.

Важно рассмотреть распределение на вертикальном разрезе значений коэффициента Пуассона, что является величиной отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению (рисунок 9). Значения коэффициента определялись по общеизвестной в практике формуле на основе данных скоростей Vp и Vs. Они изменяются в пределах 0.15-0.30. Соответственно, относительное продольное растяжения в земной коре достаточно большое, чем поперечное сжатие.

-50-

-100-

S -150-

-200-

ч -

-250-

-300-

-350

ш\ш

озА- у.

ш

----- У»

«г-

0Г%

h ]У

Л

Ш m

\ ftn

-ШТК W

> -Г'ф-

ч, %

-It

Л -Ж

Уз*--

С,35- "

1 -""Г?

J' /X cîV

1

и

л-О

-w

50 100 150 200 250 300 350 400 450 Расстояние, км (начало 39 градус)

500

0.30 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 0.23 0.22 0.21 0.20 0.19 0.18 0.17 0.16 0.15

Рисунок 9. Вертикальный разрез распределения коэффициента Пуассона в локальных скоростных неоднородностях Тянь-Шаня на меридиане сильного Кеминского

землетрясения (Kr =17.8, М=8.2, Io= 10-11 баллов, h=25 км, Звёздочкой обозначен гипоцентр Кеминского землетрясения.

ф=42.90°, Х=76.90°).

На рисунке 10 показано распределение плотности на вертикальном разрезе. Для этого определено соотношение плотности горных пород (р, г/см3) и скорости Vp (км/с) сейсмической волны на основе экспериментальных данных [14, 15]:

р =0,021Vp4-0.615 Vp3 +6.4788Vp2+28.768Vp+47.919.

(1)

На вертикальном разрезе отмечается, что значения плотности среды земной коры повышается сверху вниз от 2.6-2.7 г/см3 до 3.6 г/см3 на глубинах 30-35 км. На поле плотности наблюдаются своеобразные складки и высокоградиентные зоны. Плотность среды в пределах гипоцентра (около 25 км) Кеминского землетрясения составляет порядка 3.25-3.30 г/см3

-50-

-100-

S -150-

-200-

-250-

-300-

-350

2.75-

2.80----

-Ч/У 5-----

) Г

\

- <

1/3.20- J

V' ^3,30-----

3.3:5-

2 9)-----

.А*:.:.'.

./К

У

'J'

3.05-----;

-у;

чГ___;

-—"С --

---3.1.

£

:---П

.....

-^3.30-^ '3.35-

fflfe3

■ 341)—-------------—J -'¿IZZZZZZ—___ ~

_ _J 3 fc^f_______

ж^Ш

VV/sJ

Ш

шш

/

г

3.50 3.40 3.30 3.20 3.10 3.00 2.90 2.80 2.70 2.60

50

100

150 200 250 300 350 400 450 Расстояние, км (начало 39 градус)

500

Рисунок 10. Вертикальный разрез распределения плотности массива горных пород (г/см3) в локальных скоростных неоднородностях Тянь-Шаня на меридиане сильного Кеминского землетрясения (^ =17.8, М=8.2, 1о=10-11 баллов, h=25 км, ф=42.90°, Х=76.90°). Звёздочкой обозначен гипоцентр Кеминского землетрясения.

Распределение значения модуля сжатия (^Ш12, дин/см2) на вертикальном разрезе приведён на рисунке 11. Модуль объёмного сжатия (К) вещества является мерой сопротивления вещества объемному сжатию. Для этого определён сейсмический параметр (Ф) Адамса-Вильямсона:

Ф=Vp2-4/3Vs2 =К/р, (2)

где Ф - сейсмический параметр, Vp, Vs -скорости продольных и поперечных сейсмических волн, К- модуль сжатия, р - плотность среды и соотношение модуля сжатия (К*1012, дин/см2) и сейсмического параметра Ф:

К =(0.0001Ф2+0.037Ф-0.1687)x1012, дин/см2.

(3)

На вертикальном разрезе отмечается, что значения модуля сжатия среды земной коры повышается сверху вниз от (0.4-0.5)х1012 дин/см2 до (1.4-1.5)х1012 дин/см2 на глубинах 30-35 км. На поле модуля сжатия наблюдаются своеобразные изгибы и высоко градиентные субвертикальные зоны. Модуль сжатия среды в пределах гипоцентра (около 25 км) землетрясения Кемин (1911 г.) составляет порядка (0.7-0.8)1012 дин/см2.

-50

-100

-150

Е? u

-200

-250

-300

-350

0.80-.njjcr

____\

0.50----

/6V-

.00"

—/,

Ji

'й

CI.80 —

0.90-

■1.СО-

Ч/-

1А-

£

¡¡¡Г

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Расстояние, км (начало 39 градус)

Рисунок 11. Вертикальный разрез распределения модуля сжатия K, 1012 дин/см2 в локальных скоростных неоднородностях Тянь-Шаня на меридиане сильного Кеминского землетрясения (Kr =17.8, М=8.2, Io=10-11 баллов, h=25 км, ф=42.90°, Х=76.90°). Звёздочкой обозначен гипоцентр Кеминского землетрясения.

На рисунке 12 показано распределение жёсткости на вертикальном разрезе земной коры. Для этого определено соотношение жёсткости - модуля сдвига горных пород (ц, 1012 дин/см2) и скорости Vp (км/с) сейсмической волны на основе экспериментальных данных [14, 15]:

ц = (0.003Vp3 +0.0475Vp-0.3897Vp+0.6729)x10, дин/см2.

(4)

На вертикальном разрезе отмечается, что значения жёсткости среды земной коры повышаются сверху вниз от (3.0-3.5)1012 дин/см2 до (6.0-6.3)1012 дин/см2 на глубинах 3035 км. На поле жёсткости наблюдаются своеобразные изгибы изолиний и высоко градиентные зоны. Жёсткость среды в пределах гипоцентра (около 25 км) землетрясения Кемин составляет порядка (4.5-5.2)1012 дин/см2. Рассматривая вертикальный разрез поля жёсткости в связи с моделью (формулой) Аки:

Мо=циА,

(5)

где Мо -сейсмический момент (дин-см), ц - жёсткость (дин/см2), ^ средняя подвижка по разлому очага (см), А- площадь разлома (см2), например, очаг Кеминского землетрясения (^ =17.8, М=8.2, 1о=10-11 баллов, h=25 км, ф=42.90°, Х=76.90°) протяжённостью около 150 км и мощностью слоёв: 5-10 км, 10-15 км, 15-20 км, 20-25 км, 30-35 км имеет площадь А=750х1010 см2 со средней подвижкой около и=750 см. В соответствии с величинами жёсткости на различных горизонтах земной коры могут быть различные значения сейсмического момента. Например, сейсмический момент в пределах гипоцентра на глубине около 25 км на горизонте 20-25 км, где ц =4,52х1012 дин/см2, составит:

Mo=4,52х1012•750•750х1010=2.5х1028 дин-см;

на горизонте15-20 км- Mo=4,0х1012•750•750х1010=2.2х1028 дин-см; на горизонте 10-15 км - Mo=3.5х1012•750•750х1010=1.92х1028 дин-см; на горизонте 5-10 км - Mo=3.0х1012•750•750х1010=1.6х1028 дин-см.

Жесткость, E+12 дин/см*см

-SO

-lOO

-1SO

=

в

Ю

^

Ч —

-2OO

-2SO

-3OO

-3SO

Я

I/

iilyr'ioo___

---

-IrnS

4.50 -

KlLU

m

5.00-5 00——

3' 5.00---------

/С:

m

SO 1OO ISO 2OO 2SO 3OO 3SO 4OO 4SO SOO Расстояние, км (начало 39 градус)

Рисунок 12. Вертикальный разрез распределения жёсткости ц, 1012 дин/см2 в локальных скоростных неоднородностях Тянь-Шаня на меридиане сильного Кеминского землетрясения =17.8, М=8.2, 1о=10-11 баллов, h=25 км, ф=42.90°, Х=76.90°). Звёздочкой обозначен гипоцентр Кеминского землетрясения.

Заключение

1. Разработана методика изучения локальных скоростных неоднородностей, представляющая собой вариант детальной сейсмической томографии;

2. Составлены модели - карты-схемы горизонтальных разрезов локальных скоростных неоднородностей земной коры (на глубинах 5-10 км, 10-15 км, 15-20 км, 2025 км, 25-30 км, 30-35 км) Тянь-Шаня по параметрам: Vp, Vs, Vp/Vs по данным сетей цифровых станций, в частности за 2020 г. Распределение этих неоднородностей имеет мозаичный характер. Осуществлялось слежение времени проявления скоростных неоднородностей. Отмечено, что локальные скоростные неоднородности рождаются в отдельных частях активных структур земной коры и в дальнейшем они проявляются в других частях.

3. Одновременно построены локальные неоднородности по вертикальному разрезу на меридиане сильного Кеминского землетрясения (Kr =17.8, М=8.2, Io=10-11 баллов, h=25 км, ф=42.90°, Х=76.90°) по параметрам: Vp, Vs, Vp/Vs, коэффициента Пуассона, плотности p, модуля сжатия К, модуля сдвига ц. Выделены своеобразные складки и высококонтрастные границы неоднородностей на разных горизонтах земной коры. Отмечены ранние и поздние проявления - «рождения» локальных неоднородностей, которые характеризуют процесс динамической локальной скоростной неоднородности литосферы Тянь-Шаня.

ЛИТЕРАТУРА

1. Roecker S.W., Sabitova T. M., Vinnik L.P. at.al. Tree-dimensional elastic wave velocity structure of the Western and Central Tien Shan //J. Geophys Res. -1993. -V. 98. - N. B9. -P.15779-15795.

2. Ghose S., Humburger M., Virieux J. Three-dimensional velocity structure and earthquake locations beneath the northern Tien Shan of Kyrgyzstan, Central Asia //J. Geophys Res. -1998. -V. B2. -P.2725-2748.

3. Adamova A.A., Sabitova T.M. Velocity structure beneath Tien Shan inferred from P-and S-wave by travel time tomography //Newsletter. European Geophysical Society. Number 78, Nice, March 2001.

4. Адамова А.А., Сабитова Т.М. Трёхмерная скоростная модель земной коры Тянь-Шаня //Физика Земли. -2004. -№5. -С.58-67.

5. Сайипбекова А.М. Сейсмотомографическая модель и современная геодинамика литосферы Тянь-Шаня //Отв.ред. В.И.Шацилов. Ош: Билим, 2003. -216 с.

6. Сабитова Т.М. и др. Земная кора и верхняя мантия Тянь-Шаня в связи с геодинамикой и сейсмичностью. //Отв.ред. Бакиров А.Б. Бишкек: Илим, 2006. -116 с.

7. Omuralieva A., Nakajima J., Hasegawa A. Three-dimensional seismic velocity structure of the crust beneath the central Tien Shan, Kyrgyzstan: Implications for large- and small-scale mountain building //Tectonophysics. -2009. N.465(1). -P.30-44.

8. Zhao D., Hasegawa A., Horiuchi S. Tomograhic Imaging of P and S wave velocity structure beneath northeastern Japan //J. Geophys Res. -1992. -V.97. NO. B13 -P.19909-19928.

9. Omuraliev M., Omuralieva A. Late Cenozoic tectonics of the Tien Shan, Kyrgyzstan, Central Asia. Bishkek: Ilim, 2004. -166 p.

10. Щелочков Г.Г., Брагин В.Д., Рыбин А.К. и др. Трансект «MANAS»: первые результаты обработки и интерпретации данных сейсмических зондирований Центрального Тянь-Шаня //Сборник материалов четвёртого международного симпозиума 15-20 июня 2008 года «Геодинамика внутриконтинентальных орогенов и геоэкологические проблемы. Выпуск 4. -2009. - С.59-67.

11. Отчёты о научно-производственной деятельности Центра обработки данных Института сейсмологии НАН КР.

12. Lahr, J.C., 1999, revised 2012, HYPOELLIPSE: a computer program for determining local earthquake hypocentral parameters, magnitude, and first-motion pattern: U.S. Geological Survey Open-File Report 99-23, version 1.1, 119 p. and software, available at https://pubs.usgs.gov/of/1999/ofr-99-0023/.

13. Абдрахматов К.Е., Омуралиев М., Омуралиева А. Распределение флюидов, температуры в зонах Центрального Тянь-Шаня и подготовка сильных землетрясений, 2015, Бишкек: «Триада Принт», 206 с.

14. Christensen N.I., Mooney W.D. Seismic velocity structure and composition of the continental crust: A global view //J. Geophys Res. -1995. -V.100. NO. B7 -P.9761-9788.

15. Christensen N.I. Poisson's ration and crustal seismology //J. Geophys Res. -1996. -V.101. NO. B2 -P.3139-3156.

Рецензент: д.ф.-м.н. ПогребнойВ.Н.