Научная статья на тему 'Механизмы очагов землетрясений центральной Aзии'

Механизмы очагов землетрясений центральной Aзии Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
523
93
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ / МОЩНОСТЬ ЛИТОСФЕРЫ / ДЕФОРМАЦИЯ / МЕХАНИЗМ ОЧАГА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ / EARTHQUAKES / LITHOSPHERIC THICKNESS / DEFORMATION / EARTHQUAKE FOCAL MECHANISMS

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Кучай Ольга Анатольевна, Бушенкова Наталья Анатольевна

Работа направлена на изучение особенностей параметров механизмов очагов коровых и глубокофокусных землетрясений, произошедших в Центральной Азии. Коровые очаги землетрясений (М = 4.7-7.8) Центральной Азии в основном концентрируются в местах, где мощность литосферы не превышает 190 км, а наиболее сильные из них тяготеют к градиентным зонам изменения мощности литосферы. К зонам повышенных значений скоростей Р-волн в литосфере Памира и Гиндукуша, а также Бирманских гор приурочены очаги глубокофокусных землетрясений Гиндукуша и Бирманских гор. Площадное и глубинное распределение значений коэффициента Лоде-Надаи, полученное для Гиндукуша и Бирманских гор, показывает, что значительная часть территории характеризуется деформацией простого сдвига. В соответствии с геодинамикой района исследования реализуются и механизмы очагов коровых землетрясений (М = 4.5-8.0). Близгоризонтальные оси cжатия в очагах сильных коровых землетрясений распределяются вкрест линии контакта блоков. Такая картина наблюдается в зонах взаимодействия Памира и Тянь-Шаня, Тарима и Тянь-Шаня, Джунгарского блока и Алтая, Гималаев и Индийской плиты, Гималаев и восточного блока Индийской плиты (район Бирманских гор).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Кучай Ольга Анатольевна, Бушенкова Наталья Анатольевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Earthquake focal mechanisms in Central A屙i

In this paper we study focal mechanisms of crustal and deep-focus earthquakes in Central Asia. Most crustal earthquakes of Central Asia (М = 4.7-7.8) concentrate in regions with the lithospheric thickness no more than 190 km. Stronger events often occur in zones of maximum changes in lithospheric thickness. Deep-focus events observed beneath the Pamir, Hindu Kush and Burmese mountains take place in regions of high seismic velocities in the lithosphere. The areal and depth distribution of the Lode-Nadai coefficient computed for the Hindu Kush and Burmese mountains reveals simple shear mechanisms in a considerable part of the territory. Focal mechanisms of crustal 4.5-8.0 magnitude events are studied with consideration for main geodynamical features of a studied region. Near-horizontal compression axes of strong crustal events are oriented perpendicular to lithospheric block boundaries. Such a pattern is observed at the junctions of the Pamir and Tien Shan, Tarim and Tien Shan, Dzungaria and Altai, Himalayas and Indian plate, Himalayas and the eastern part of the Indian plate in Burma.

Текст научной работы на тему «Механизмы очагов землетрясений центральной Aзии»

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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.