CC BY
111
точного Куньлуня - Алтынтага определяется как взбро-со-сдвиговая, Алтынтагский левый сдвиг считается северной границей Тибетского плато. В движении на восток Тибет опережает Таримский массив. Тибет представляет собой узкий на западе и широкий в центре и на востоке, осложненный активными взбросо-сдвигами, двусторонний горст, выраженный в рельефе поднятым на высоту 5 000-6 000 м плато, над которым воздымаются односторонние горсты хребтов Трансгималаев, Тангла и др. Морфология неотектонических структур, определяемая кинематикой активных разломов, показывает, что возле северо-западного острого выступа Индо-станской плиты развиты субширотные взбросы и восточные-северо-восточные левые взбросо-сдвиги [11]. В южной части Тибета и на западе Куньлуня преобладают субмеридиональные сбросы, выраженные на поверхности грабенами [5]. Для центральной части Тибета характерны шарнирные левые сбросо-сдвиги широтного и северо-западного простираний, трансформирующиеся к востоку в меридиональные правые взбросо-сдвиги. Для Куньлуня и Алтынтага типичны взбросы с левосдвиговой компонентой смещений, а для Нань-Шаня — надвиги [11]. По данным Е.Е. Милановского [12] в западной части Тибета происходит развитие риф-
тогенных грабенов, входящих в единый парагенез структур сжатия и ориентированных соответственно в направлении сжатия на север-северо-восток. В этой же работе также подчеркивается, что под южной частью Тибета существует крупный мантийный диапир, что сопровождается развитием субмеридиональных грабенов и растяжением верхних горизонтов коры. Существование Тибетского плюма подтверждается работой [13]. Рассматриваемая территория относится к весьма активной сейсмической зоне, где возникают как коро-вые, так и глубокофокусные очаги землетрясений.
2. Результаты исследования глубокофокусных землетрясений
Глубокофокусные землетрясения регистрируются в районах, где Индийская плита глубоко внедрилась в Азиатский континент (рис. 1): на Памире и Гиндукуше (до глубин 250-300 км) и в районе восточного выступа Индийской плиты до глубин 160 км (район Бирманских гор). Сейсмические события Памира и Гиндукуша формируют зону, которая погружается в Гиндукуше к югу-западу. Вторая сейсмическая зона в районе Бирманских гор простирается по дуге с северо-востока на юг-юго-восток и сужается с глубиной с западной стороны. На
Рис. 1. Карта-схема типов смещений в очагах коровых землетрясений Центральной Азии (М = 4.6-7.8) за период 1960-2007 гг. и распределение эпицентров глубокофокусных землетрясений Гиндукуша и Бирманских гор. Треугольниками показан надвиговый и сдвиго-надвиговый, темными кружками с белой обводкой — сбросовый и сдвиго-сбросовый, крестиками — сдвиговый тип смещения в очагах, небольшими темными кружками — эпицентры глубокофокусных землетрясений
томографической модели, построенной И.Ю. Кулаковым [14, 15], для Азии приводятся материалы о том, что в литосфере Памира и Гиндукуша, а также Бирманских гор выделяются аномалии с повышенными значениями скоростей Р-волн на разных глубинах. К этим зонам приурочены очаги землетрясений. Глубокофокусные гиндукушские землетрясения распределяются по глубине следующим образом: плотность гипоцентров землетрясений с М > 4.9 наибольшая на глубинах 80150 и 180-260 км, наиболее сильные события, кроме коровых, происходят в диапазоне глубин 80-120 и 180230 км. События с наибольшей глубиной сосредоточены в районе 70°-71° и 35.5°-36.5°. В коре и в интервале глубин 80-150 км возникают землетрясения надвигово-го, сдвигового и сбросового типов, а в интервале глубин 180-260 км — в основном надвиговые.
Землетрясения Бирманских гор достаточно равномерно распределены по всей сейсмоактивной глубокофокусной зоне. В коровых очагах превалируют надви-говые и сдвиговые смещения, в диапазоне глубин 45110 км землетрясения характеризуются преимущественно сдвиговыми и сбросовыми подвижками в очагах и надвиговыми в передовой зоне восточного выступа. На глубинах более 110 км землетрясения имеют надви-говый тип смещения и регистрируются в северной части Бирманских гор.
Для того чтобы оценить деформирование объемов горных масс на разных глубинах за счет землетрясений, использовалась методика [16, 17], где тензор сейсмотектонических деформаций равен сумме тензоров сейсмических моментов всех землетрясений, возникших в единице объема за определенный промежуток времени:
1 N
Em =-V- Е МОШ
n=1
где ц — модуль упругости на сдвиг; V — объем осреднения; М Ои) — величина сейсмического момента и-го землетрясения; Qjm — компоненты единичного направляющего тензора сейсмического момента n-го землетрясения в географической системе координат, выраженные через параметры механизма очага. Величина мОп) служит весовым коэффициентом и вычисляется по энергетическому классу (или магнитуде) землетрясения. Из определения тензора сейсмического момента видно, что он является наиболее адекватной характеристикой вклада каждого землетрясения в сейсмотектоническую деформацию. Деформация тех участков, где наряду со слабыми возникли и сильные землетрясения, определяется в основном последними.
Достигнуть одинаковой точности и детальности вычислений по всему району не представлялось возможным, так как в некоторые ячейки осреднения попадало по 1 -2 землетрясения. В пределах каждой ячейки осреднения рассчитывались направления главных компонент тензора сейсмотектонических деформаций и коэффициент Лоде-Надаи. В нашем случае деления на время
Т не осуществлялось, а рассчитывалась суммарная сейсмотектоническая деформация за весь период наблюдения. Сейсмотектонические деформации получены по данным о механизмах очагов 285 землетрясений с М = = 4.7-7.3, произошедших в Гиндукуше в основном за период с 1976 по 2007 гг. [9], причем список коровых землетрясений пополнился за счет более ранних определений, полученных в работах [1-4, 6]. В районе Бирманских гор сейсмотектонические деформации рассчитывались по данным механизмов 138 землетрясений, зарегистрированных с 1976 по 2007 гг. [9]. В связи со сравнительно небольшим количеством землетрясений и неравномерным их распределением в пределах района был выбран достаточно большой размер площадки осреднения (1°х1°, с шагом 0.5°), что позволило получить сглаженную картину сейсмотектонического деформирования. Коэффициент Лоде-Надаи введен в сейсмологическую практику в работах [17, 18], определяет вид деформации и выражается через главные значения тензора деформаций. При цЕ = 1 деформация имеет вид простого сжатия (при цЕ > 0.3 преобладает деформация сжатия), при цЕ = -1 деформация имеет вид простого растяжения (прицЕ < -0.3 преобладает деформация растяжения), при цЕ = 0 — вид простого сдвига (-0.3 < цЕ < 0.3). Рассмотрим ориентацию главных осей сейсмотектонических деформаций на разных глубинных уровнях. При расчете по коровым землетрясениям в центральной части Памира выделяется область близ-горизонтального субширотного растяжения, которая соответствует области резкого изменения скоростей Р-волн [14] (рис. 2). В западной части Памира укорочение объемов земной коры субмеридиональное, в Таджикской депрессии и в Гиндукуше — укорочения северозападные, близгоризонтальные. Следующий слой глубиной 56-90 км характеризуется субмеридиональным укорочением вдоль 73 меридиана и северо-западным-юго-восточным укорочением в остальной части района. Для слоя 91-150 км наблюдается в основном северозападное-юго-восточное сокращение объемов горных масс с меридиональным укорочением по западной окраине. Слой 151-200 км сохраняет северо-западное-юго-восточное укорочение практически для всего района и меридиональное укорочение вдоль 70 меридиана. Для самого глубокого слоя 201-250 км оси укорочения на западе исследуемой территории поворачиваются на северо-восток, в то же время область с укорочением осей северо-западного простирания уменьшается. Оси удлинения в подкоровых слоях близгоризонтальны на севере Памира и близвертикальны на юго-западе.
В области восточного выступа Индийской плиты сейсмотектонические деформации, рассчитанные по коровым землетрясениям, характеризуются субмеридиональным близгоризонтальным простиранием оси укорочения в области между 21 и 23 широтой и преимущественно северо-восточным простиранием для ос-
60" 55е
50"
45-
40-
35-
30-
25-
20-
15-
1060-
60-
70-
80-
90-
100-
110-
120-
ш
55-
50-
45-
40-
35-
30-
25-
20-
15-
10"
60" 70- 80- 90- 100° 110 ° 120-
Рис. 4. Ориентация осей Р (а) и Т (б) по данным механизмов очагов землетрясений Центральной Азии (М = 4.6-7.8) за период 1960-2006 гг. Чертой показана ориентация близгоризонтальныж осей Р и Т, штриховой линией — под углами 30°-60° к горизонту, точкой — близвертикальная ориентация осей Р и Т
Рис. 5. Ориентация осей сжатия по данным механизмов очагов землетрясений в зонах контактов блоков: Тарима и Тянь-Шаня (а), Бирманских гор и Гималаев (б), Джунгарии и Алтая (в), Гималаев и Индийской плиты (г), Памира и Тянь-Шаня (д). Черными линиями показаны разломы по В.Г. Трифонову [13]
оси укорочения оконтуривают Таримский массив с севера, распределяясь вкрест линии контакта Тарима с Тянь-Шанем. В большинстве очагов они полого (0°-30°) погружаются на юг, так же как в Гималаях и на Тянь-Шане. С противоположной стороны Тарима и вдоль южной границы Цайдамской впадины оси укорочения погружаются к северу. Алтае-Саянскую область характеризует веерообразное распределение близгоризон-тальных осей укорочения от северо-западного на западе до северо-восточного на востоке. Условная граница, разделяющая области на западную и восточную, проходит через эпицентр Алтайского землетрясения 2003 г. Оси укорочения западной части Памира (Дарваз-Кара-кульский разлом) лежат в секторе 100°-160°.
Наибольший интерес вызывает распределение близ-горизонтальных осей удлинения в очагах землетрясений с М > 4.9 в центральной части Памира и в Тибете. В соответствии с простиранием геологических структур субширотное положение этих осей на Памире меняется на юго-восточное. В Куньлуне, а также в южной и центральной частях Тибетского массива направления осей вновь становятся субширотными. Таким образом, эти территории характеризуются условиями близгоризон-тального растяжения, сопровождающегося сбросовыми подвижками в очагах. Возникновение таких зон может быть объяснено с позиций Е.В. Артюшкова [22], полагающего, что в местах, где мощность земной коры наибольшая, должны возникать растягивающие напряжения, обусловленные своеобразным гравитационным
«растеканием» коры. Заключение делается на том основании, что очаги коровых землетрясений со сбросовыми подвижками сосредоточены как раз в таких районах. Так, на Памире мощность земной коры в центральной части достигает 70 км [23]. Такая же мощность коры получена китайскими исследователями в юго-западной части Тибета [24].
С использованием многочисленных материалов по механизмам очагов землетрясений Центральной Азии были проанализированы распределения осей сжатия в областях контакта блоков с разными мощностями земной коры или с разными плотностными характеристиками. Получено, что близгоризонтальные оси Р в очагах сильных землетрясений распределяются вкрест линии контакта блоков практически по эпюре напряжений. Такая картина наблюдается в зоне взаимодействия Памира и Тянь-Шаня, Тарима и Тянь-Шаня, Джунгарс-кого блока и Алтая, Гималаев и Индийской плиты, Гималаев и восточного блока Индийской плиты (рис. 5). По всей видимости, более жесткие блоки, смещаясь чаще всего к северу или северо-востоку, способствуют перераспределению напряжений в окружающих объемах земной коры.
4. Выводы
Таким образом, характер деформирования среды зависит от многих факторов и соответственно проявляется в разных типах подвижек в очагах и ориентациях осей Р и Т сильных землетрясений. По механизмам
очагов в Центральной Азии констатируется близгори-зонтальное сжатие в север-северо-западных-север-северо-восточных румбах. Севернее вогнутой дуги фронта Евразийской плиты, в южной и центральной частях Тибета преобладает субширотное растяжение. Для севера Тибета характерно северо-восточное сжатие, сменяющееся на востоке субширотно ориентированным сжатием. В целом, Тибет испытывает поперечное северо-восточное сжатие и продольное субширотное растяжение. На территории Алтае-Саянской складчатой области и Монгольского Алтая в очагах землетрясений наблюдается изменение близгоризонтальных осей сжатия от северо-запада на западе до северо-востока на востоке. Для Тянь-Шаня характерно субмеридиональное сжатие.
Одним из факторов, влияющих на изменения напряженно-деформированного состояния земной коры, являются неоднородности земной коры. В нашем случае слабодеформированные, более жесткие блоки, которые смещаясь к северу или северо-востоку (Тарим, Джунгария, Памир и т.д.), перераспределяют напряжения в окружающих их районах, что проявляется в механизмах очагов землетрясений.
Предпринятое исследование по ориентации главных значений сейсмотектонических деформаций совместно с коэффициентом Лоде-Надаи по глубоким землетрясениям Гиндукуша и Бирманских гор выявило приблизительно равные значения удлинения и укорочения объемов земных недр (коэффициент Лоде-Надаи близок к 0). Деформации преимущественно одноосного удлинения или одноосного укорочения наблюдаются в объемах горных масс, где произошло изменение в ориентации этих осей деформаций.
Сильные коровые землетрясения Центральной Азии в основном концентрируются в местах, где мощность литосферы не превышает 190 км.
Работа выполнена в рамках Программы 16.3 РАН, Интеграционного проекта СО РАН № 116 и при поддержке РФФИ (гранты №№ 07-05-00986 и 08-05-00276).
Литература
1. Широкова Е.И. О напряжениях, действующих в очагах землетрясе-
ний Средней Азии // Изв. АН СССР. Серия геофизическая. -1961.- № 6. - С. 876-881.
2. Широкова Е.И. Особенности механизмов очагов землетрясений Средней Азии // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1979. - № 10. -С. 44-57.
3. Широкова Е.И. Детальное изучение напряжений и разрывов в очагах землетрясений Средней Азии // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1974. - № 11. - С. 22-36.
4. Широкова Е.И. Общие закономерности в ориентации главных напряжений в очагах землетрясений Средиземноморско-Азиатско-
го сейсмического пояса // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1967. -№ 1. - С. 22-36.
5. MolnarP., Tapponnier P. Active tectonics ofTibet // J. Geophys. Res. -
1978. - V. 83. - No. B1. - P. 5361-5375.
6. Verma R.K., Sekhar C. Seismotectonics and focal mechanisms of earthquakes from Pamir-Hindukush regions // Tectonophysics. -1985.- V. 112. - P. 297-324.
7. Солоненко А.В., Солоненко Н.В., Мельникова В.И., Козьмин Б.М., Кучай О.А., Суханова С.С. Напряжения и подвижки в очагах землетрясений Сибири и Монголии // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. - М.: 1993. - Вып. 1. -С.113-122.
8. Соболева О.В., Кучай О.А., Шкляр Г.П., Благовещенская Е.Е. Каталог механизмов очагов землетрясений Таджикистана и Северного Афганистана за 1959-1979 гг. - М.: 1980. - 25 с. - Деп. в ВИНИТИ, № 2243.
9. CATALOG CMT (1976-2007) // www.seismology.harvard.edu.
10. Современная геодинамика областей внутриконтинентального коллизионного горообразования (Центральная Азия) / Под ред.
B.И. Макарова. - М.: Научный мир, 2005. - 399 с.
11. Трифонов В.Г. Неотектоника Евразии. - М.: Научный мир, 1999. -252 с.
12. Милановский Е.Е. Основные этапы рифтогенеза на территории Китая. - М.: Недра, 1991. - 148 с.
13. ПогребнойВ.Н., Сабитова Т.М. Отражение структуры Тибетского плюма и сейсмичности Высокой Азии в региональных геофизических полях // Геология и геофизика. - 2001. - Т. 42. - № 10. -
C. 1532-1542.
14. Koulakov I., Sobolev S.V. A tomographic image of Indian lithosphere break-off beneath the Pamir-Hindukush region // Geophys. J. Int. -2006. - V. 164. - Iss. 2. - P. 425-440.
15. Кулаков И.Ю. Геодинамические процессы в коре и верхней мантии Земли по результатам региональной и локальной сейсмотомо-графии / Дис. ... докт. г.-м. наук. - Новосибирск, 2007. - 480 с.
16. Костров Б.В. Механика очага тектонического землетрясения. -М.: Наука, 1975. - 174 с.
17. Юнга С.Л. О механизме деформирования сейсмоактивного объема земной коры // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1979. - 10. -С. 14-23.
18. Гущенко О.И. Метод кинематического анализа структур разрушения при реконструкции тектонических полей напряжений // Поля напряжений и деформаций в литосфере. - М.: Наука, 1979. - С. 725.
19. Bushenkova N., Koulakov I., Tychkov S. Investigation of the upper mantle in Southern Siberia using the RR-R scheme // Geophys. Res. Abstr. 25th General Assembly EGS. Nice, France, 2000. - V. 2. -Р. 753.
20. Бушенкова Н.А., Тычков С.А., Кулаков И.Ю. Исследование структуры верхней мантии Центральной Сибири и прилегающих районов на PP-P волнах // Геология и геофизика. - 2003. - Т. 44. -№ 5. - C. 474-490.
21. Zorin Yu.A., Novoselova M.R., Turutanov E.Kh., Kozhevnikov V.M. Structure of the lithosphere of the Mongolian-Siberian mountainous province // J. Geodynam. - 1990. - V. 11. - No. 4. - P. 327-342.
22. Артюшков Е.В. Происхождение больших напряжений в земной коре // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1972. - № 8. - С. 22-36.
23. КулагинаМ.В., ЛуккА.А., КулагинВ.К. Блоковое строение земной коры Таджикистана. Поиски предвестников землетрясений на прогностических полигонах / Под ред. М.С. Асимова. - М.: Наука, 1974. - С. 70-84.
24. Li Songlin, Mooney Walter D., Fan Jichang. Crustal structure of mainland China from deep seismic sounding data // Tectonophysics. -2006. - V. 420. - Iss. 1-2. - P. 239-252.
Поступила в редакцию
--29.09.2008 г.
Сведения об авторах
Кучай Ольга Анатольевна, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник ИНГГ СО РАН, KuchayOA@ipgg.nsc.ru Бушенкова Наталья Анатольевна, к.г.-м.н., старший научный сотрудник ИНГГ СО РАН, BushenkovaNA@ipgg.nsc.ru
